CN110630424A - 一种具有双触发线圈的高精度点火系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有双触发线圈的高精度点火系统及方法，包括：第一触发信号滤波处理模块，用于低速时为微控制单元提供计算控制，包括第一触发线圈，所述第一触发线圈的两端分别与所述微控制单元相连通；第二触发信号滤波处理模块，用于高速时为微控制单元提供计算控制；包括第二触发线圈，所述第二触发线圈的两端分别与所述微控制单元相连通。本发明采用了两个带计算输入的处理模块，分别用于发动机的低速和高速运行过程，MCU求得的点火延时值更加接近实际要求值，从而实现点火角度的高精度设计。
Description
技术领域
本发明涉及小型汽油机领域，具体涉及一种具有双触发线圈的高精度点火系统及方法，其应用于小型内燃式汽油发动机，如园林工具领域里的割草机、割灌机、绿篱机、油锯等。
背景技术
传统的小型汽油机用数字式点火器采用微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）为核心控制单元，为汽油机的正常工作提供合适的点火信号，其进行点火信号输出的时刻通过磁飞轮旋转一圈的周期值再计算后获得。磁飞轮旋转一圈的周期过程中不同位置的速度差异很大，因为汽油机工作过程中包含气缸内混合气的压缩，压缩过程中磁飞轮的转速是急剧下降的，此时通过磁飞轮旋转一周后计算的点火时刻无法满足发动机需要的最佳点火时刻，点火装置输出的点火时刻偏差相对比较大，容易影响导致发动机怠速的稳定性，加速和减速的性能以及高速运行时整机的抖动问题。
发动机低速和高速时的最佳点火提前角随着转速的不同，存在差异，通常低速的点火角度需求在上止点前10度左右，而高速时的点火角度需求在上止点前30度左右。不同的点火位置需求，采用单个触发线圈采样计算时无法兼顾满足发动机低速和高速的高点火精度要求。
故，针对现有技术的缺陷，如何实现兼顾满足发动机低速和高速的高点火精度要求是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种具有双触发线圈的高精度点火系统及方法。采用了两个带计算输入的处理模块，分别用于发动机的低速和高速运行过程，MCU求得的点火延时值更加接近实际要求值，从而实现点火角度的高精度设计。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有双触发线圈的高精度点火系统，包括：
第一触发信号滤波处理模块，用于低速时为微控制单元提供计算控制，包括第一触发线圈，所述第一触发线圈的两端分别与所述微控制单元相连通，用于依次将第一触发信号A1、第二触发信号B1及第三触发信号C1输送至所述微控制单元GP1、GP2端口；
第二触发信号滤波处理模块，用于高速时为微控制单元提供计算控制；包括第二触发线圈，所述第二触发线圈的两端分别与所述微控制单元相连通，用于依次将第一触发信号A2、第二触发信号B2及第三触发信号C2输送至所述微控制单元GP3、GP4端口；
相邻的第一触发信号A1的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T1；
所述第二触发信号B1和第三触发信号C1的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t1；
相邻的第一触发信号A2的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T2；
所述第二触发信号B2和第三触发信号C2的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t2。
进一步地，所述微控制单元包括，
监测模块，用于监测各模块的状态；
信号采集模块，用于采集触发信号；
计算模块，用于计算当前发动机转速值、点火角度要求值、点火时刻延时。
进一步地，所述点火系统还包括，
供电模块，用于通过充电线圈感应的电压波形进行取样储能，为所述微控制单元提供电源电压。
进一步地，所述点火系统还包括，
点火储能模块，对充电电容C11进行充电；
点火控制模块，用于控制充电电容C13进行充放电；
熄火检测模块，用于检测发动机熄火开关的状态。
进一步地，所述第一触发信号滤波处理模块包括：
第一电阻、第一电容与第一稳压二极管并联形成第一支路，第二电阻与第一二极管串联后与所述第一支路并联形成第二支路；
第三电阻、第二电容与第二稳压二极管并联形成第三支路，第四电阻与第一变容二极管串联后与所述第三支路并联形成第四支路；
所述第二支路与第四支路串联接地，所述第一触发线圈连接第一二极管与第一变容二极管；
所述第二支路与所述第四支路分别与微控制单元GP1、GP2端口连接。
进一步地，所述第二触发信号滤波处理模块包括：
第五电阻、第三电容与第三稳压二极管并联形成第五支路，第六电阻与第二二极管串联后与所述第五支路并联形成第六支路；
第七电阻、第四电容与第四稳压二极管并联形成第七支路，第八电阻与第三二极管串联后与所述第七支路并联形成第八支路；
所述第六支路与第八支路串联接地，所述第二触发线圈连接第二二极管与第三二极管；
所述第六支路与所述第八支路分别与微控制单元GP3、GP4端口连接。
可替换地，所述第一触发信号滤波处理模块还包括：
第一三级管，所述第一三极管的集电极与发射极与第五电容并联，基极与发射极与第九电阻并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP1端口、通过第十电阻与供电电压连接，基极与第十一电阻、第一触发线圈串联；
第二三级管，所述第二三极管的集电极与发射极与第六电容并联，基极与发射极与第十二电阻并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP2端口、通过第十三电阻与供电电压连接，基极与第十四电阻、第一触发线圈串联。
可替换地，所述第二触发信号滤波处理模块还包括：
第三三级管，所述第三三极管的集电极与发射极与第七电容并联，基极与发射极与第十五电阻并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP3端口、通过第十六电阻与供电电压连接，基极与第十七电阻、第二触发线圈串联；
第四三级管，所述第四三极管的集电极与发射极与第八电容并联，基极与发射极与第十八电阻并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP4端口、通过第十九电阻与供电电压连接，基极与第二十电阻、第二触发线圈串联。
本发明还提出一种具有双触发线圈的高精度点火方法，用于本发明所述的点火系统，具体为，
S1、GP1采样输入第一触发信号A1，获取T1，计算发动机当前转速值和点火角度要求值；
S2、判断发动机当前转速值是否处于高速值，若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S5；
S3、GP3采样输入第一触发信号A2，获取T2，计算发动机当前转速值和点火角度要求值；
S4、GP3采样输入第二触发信号B2、GP4采样输入第三触发信号C2，由此获取t2；通过t2计算得点火时刻延时；执行步骤S6；
S5、GP2采样输入第二触发信号B1、GP1采样输入第三触发信号C1，由此获取t1；判断t1与T1的比值满足正常相位值&t1小于最大设定值，若是通过t1计算得点火时刻延时，执行步骤S6；若否，执行步骤S7；
S6、等待点火延时时刻到，微控制单元输出点火信号；
S7、处于反冲状态，不输出点火信号。
进一步地，在步骤S1之前还包括，通过充电线圈感应电压供微控制单元上电。
与现有技术相比，本发明采用了两个带计算输入的触发模块，将发动机的低速和高速运行过程，通过t1和t2的计算方式获知飞轮在临近点火前的瞬时转速，这时的瞬时速度比整圈的平均速度更接近点火工作前的真实转速值，所以MCU通过t1和t2求得的点火延时值更加接近实际要求值，从而实现点火角度的高精度设计，在发动机上实际点火角度控制精度±1°以内的精度，使发动机表现更好的稳定性。
附图说明
图1是实施例一提供的一种具有双触发线圈的高精度点火系统结构图；
图2是第一触发信号滤波处理模块、第二触发信号滤波处理模块的一种电路结构图；
图3是图2电路结构图对应的参考点的电压波形示意图；
图4是第一触发信号滤波处理模块、第二触发信号滤波处理模块的另一种电路结构图；
图5是图4电路结构图对应的参考点的电压波形示意图；
图6是实施例二提供的一种具有双触发线圈的高精度点火方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例一
如图1 所示，本实施例提出了一种具有双触发线圈的高精度点火系统，包括：
第一触发信号滤波处理模块，用于低速时为微控制单元提供计算控制，包括第一触发线圈1，所述第一触发线圈的两端分别与所述微控制单元相连通，用于依次将第一触发信号A1、第二触发信号B1及第三触发信号C1输送至所述微控制单元GP1、GP2端口；
第二触发信号滤波处理模块，用于高速时为微控制单元提供计算控制；包括第二触发线圈2，所述第二触发线圈的两端分别与所述微控制单元相连通，用于依次将第一触发信号A2、第二触发信号B2及第三触发信号C2输送至所述微控制单元GP3、GP4端口；
相邻的第一触发信号A1的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T1；
所述第二触发信号B1和第三触发信号C1的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t1；
相邻的第一触发信号A2的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T2；
所述第二触发信号B2和第三触发信号C2的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t2。
本发明单独的触发线圈设计，可以保证进入MCU的输入信号更加准确，改进了传统电路上同时供电VDD照成的相位偏移，为MCU控制高精度的点火控制提供准确的基准。
具体地，点火系统采用微控制单元为控制核心，为发动机的工作提供点火信号，具体包括，
监测模块，用于监测各模块的状态；
微控制单元作为核心的处理单元，实时监测系统各模块的工作状态，当检测到模块出现故障时，及时处理发出预警。
信号采集模块，用于采集触发信号；
本发明微控制单元的端口与第一触发信号滤波处理模块、第二触发信号滤波处理模块对应连接。通过相应的端口依此采集触发信号，以实现通过触发信号获取相应的时间值进行计算。
计算模块，用于计算当前发动机转速值、点火角度要求值、点火时刻延时。
本发明的高精度点火系统，主要是精确计算点火时刻延时，以在相应的延时时刻到达时进行点火。计算模块就是通过计算发动机当前的转速值，选择第一触发信号滤波处理模块或第二触发信号滤波处理模块进行相应的处理，并根据采样的触发信号计算点火时刻延时。同时满足点火角度的要求。
本发明所述点火系统还包括，
供电模块，用于通过充电线圈感应的电压波形进行取样储能，为所述微控制单元提供电源电压。
具体地，磁飞轮逆时针旋转时，通过磁场的变化，在充电线圈和触发线圈上产生感应电压波形，线圈上感应波形的相位与飞轮实际磁极的位置成对应关系。
通过充电线圈感应的电压波形取样储能提供MCU正常工作的电源，因为充电线圈感应的电压能量强，可以保证磁飞轮在较低速旋转的时候就能产生足够的电压确保MCU的正常工作。
本发明点火系统还包括，
点火储能模块，对充电电容C11进行充电；
具体地，点火储能模块其包括二极管D1、充电电容C1，以实现对充电电容C11进行充电。
点火控制模块，用于控制充电电容C13进行充放电；
具体地，点火控制模块包括可控硅。
熄火检测模块，用于检测发动机熄火开关的状态。
具体地，熄火检测模块，包括两个电阻、一个电容和一个二极管。
如图2所示，所述第一触发信号滤波处理模块包括：
第一电阻R11、第一电容C5与第一稳压二极管D9并联形成第一支路，第二电阻R10与第一二极管D7串联后与所述第一支路并联形成第二支路；
第三电阻R13、第二电容C6与第二稳压二极管D9并联形成第三支路，第四电阻R12与第一变容二极管D8串联后与所述第三支路并联形成第四支路；
所述第二支路与第四支路串联接地，所述第一触发线圈1连接第一二极管D7与第一变容二极管D8；
所述第二支路与所述第四支路分别与微控制单元GP1、GP2端口连接。
进一步地，所述第二触发信号滤波处理模块包括：
第五电阻R15、第三电容C7与第三稳压二极管D13并联形成第五支路，第六电阻R14与第二二极管D11串联后与所述第五支路并联形成第六支路；
第七电阻R17、第四电容C8与第四稳压二极管D14并联形成第七支路，第八电阻R16与第三二极管D12串联后与所述第七支路并联形成第八支路；
所述第六支路与第八支路串联接地，所述第二触发线圈2连接第二二极管D11与第三二极管D12；
所述第六支路与所述第八支路分别与微控制单元GP3、GP4端口连接。
相应地，这种电路结构下，参考点的电压波形如图3所示。
可替换地，如图4所示，所述第一触发信号滤波处理模块还包括：
第一三级管Q3，所述第一三极管的集电极与发射极与第五电容C5并联，基极与发射极与第九电阻R11并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP1端口、通过第十电阻R12与供电电压连接，基极与第十一电阻R10、第一触发线圈1串联；
第二三级管Q4，所述第二三极管的集电极与发射极与第六电容C6并联，基极与发射极与第十二电阻R14并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP2端口、通过第十三电阻R15与供电电压连接，基极与第十四电阻R13、第一触发线圈1串联。
可替换地，所述第二触发信号滤波处理模块还包括：
第三三级管Q5，所述第三三极管的集电极与发射极与第七电容C7并联，基极与发射极与第十五电阻R17并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP3端口、通过第十六电阻R18与供电电压连接，基极与第十七电阻R16、第二触发线圈2串联；
第四三级管Q6，所述第四三极管的集电极与发射极与第八电容C8并联，基极与发射极与第十八电阻R20并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP4端口、通过第十九电阻R21与供电电压连接，基极与第二十电阻R19、第二触发线圈2串联。
相应地，这种电路结构下，参考点的电压波形如图5所示。
实施例二
图图6所示，本实施例提出了一种具有双触发线圈的高精度点火方法，用于本发明实施例一所述的点火系统，具体为，
S1、GP1采样输入第一触发信号A1，获取T1，计算发动机当前转速值和点火角度要求值；
具体地，在步骤S1之前还包括，通过充电线圈感应电压供微控制单元上电。通过微微控制单元上电，使微控制单元处于能够工作的状态。
S2、判断发动机当前转速值是否处于高速值，若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S5；
本发明不对具体的高速值范围进行限定，实际应用中可以根据实际进行选择。本发明以转速值大于5000rpm则为高速值进行说明。当转速大于5000rpm，则用第二触发信号滤波处理模块进行相应的处理，否则则以第一触发信号滤波处理模块进行处理。
S3、GP3采样输入第一触发信号A2，获取T2，计算发动机当前转速值和点火角度要求值；
S4、GP3采样输入第二触发信号B2、GP4采样输入第三触发信号C2，由此获取t2；通过t2计算得点火时刻延时；执行步骤S6；
S5、GP2采样输入第二触发信号B1、GP1采样输入第三触发信号C1，由此获取t1；判断t1与T1的比值满足正常相位值&t1小于最大设定值，若是通过t1计算得点火时刻延时，执行步骤S6；若否，执行步骤S7；
S6、等待点火延时时刻到，微控制单元输出点火信号；
S7、处于反冲状态，不输出点火信号。
由此可知，本发明具有双触发线圈的高精度点火系统及方法，能够同时适应于低速和高速运行过程，满足发动机低速和高速的高点火精度要求，通过不同的计算实现方式可以达到发动机实际点火角度±1°以内的精度值，高速甚至达到±0.5度的精度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例， 而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种具有双触发线圈的高精度点火系统，其特征在于，包括：
第一触发信号滤波处理模块，用于低速时为微控制单元提供计算控制，包括第一触发线圈，所述第一触发线圈的两端分别与所述微控制单元相连通，用于依次将第一触发信号A1、第二触发信号B1及第三触发信号C1输送至所述微控制单元GP1、GP2端口；
第二触发信号滤波处理模块，用于高速时为微控制单元提供计算控制；包括第二触发线圈，所述第二触发线圈的两端分别与所述微控制单元相连通，用于依次将第一触发信号A2、第二触发信号B2及第三触发信号C2输送至所述微控制单元GP3、GP4端口；
相邻的第一触发信号A1的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T1；
所述第二触发信号B1和第三触发信号C1的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t1；
相邻的第一触发信号A2的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T2；
所述第二触发信号B2和第三触发信号C2的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t2。
2.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述微控制单元包括，
监测模块，用于监测各模块的状态；
信号采集模块，用于采集触发信号；
计算模块，用于计算当前发动机转速值、点火角度要求值、点火时刻延时。
3.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述点火系统还包括，
供电模块，用于通过充电线圈感应的电压波形进行取样储能，为所述微控制单元提供电源电压。
4.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述点火系统还包括，
点火储能模块，对充电电容C11进行充电；
点火控制模块，用于控制充电电容C13进行充放电；
熄火检测模块，用于检测发动机熄火开关的状态。
5.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述第一触发信号滤波处理模块包括：
第一电阻、第一电容与第一稳压二极管并联形成第一支路，第二电阻与第一二极管串联后与所述第一支路并联形成第二支路；
第三电阻、第二电容与第二稳压二极管并联形成第三支路，第四电阻与第一变容二极管串联后与所述第三支路并联形成第四支路；
所述第二支路与第四支路串联接地，所述第一触发线圈连接第一二极管与第一变容二极管；
所述第二支路与所述第四支路分别与微控制单元GP1、GP2端口连接。
6.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述第二触发信号滤波处理模块包括：
第五电阻、第三电容与第三稳压二极管并联形成第五支路，第六电阻与第二二极管串联后与所述第五支路并联形成第六支路；
第七电阻、第四电容与第四稳压二极管并联形成第七支路，第八电阻与第三二极管串联后与所述第七支路并联形成第八支路；
所述第六支路与第八支路串联接地，所述第二触发线圈连接第二二极管与第三二极管；
所述第六支路与所述第八支路分别与微控制单元GP3、GP4端口连接。
7.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述第一触发信号滤波处理模块包括：
第一三级管，所述第一三极管的集电极与发射极与第五电容并联，基极与发射极与第九电阻并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP1端口、通过第十电阻与供电电压连接，基极与第十一电阻、第一触发线圈串联；
第二三级管，所述第二三极管的集电极与发射极与第六电容并联，基极与发射极与第十二电阻并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP2端口、通过第十三电阻与供电电压连接，基极与第十四电阻、第一触发线圈串联。
8.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述第二触发信号滤波处理模块包括：
第三三级管，所述第三三极管的集电极与发射极与第七电容并联，基极与发射极与第十五电阻并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP3端口、通过第十六电阻与供电电压连接，基极与第十七电阻、第二触发线圈串联；
第四三级管，所述第四三极管的集电极与发射极与第八电容并联，基极与发射极与第十八电阻并联，所述发射极接地，集电极与微控制单元GP4端口、通过第十九电阻与供电电压连接，基极与第二十电阻、第二触发线圈串联。
9.一种具有双触发线圈的高精度点火方法，用于权利要求1-8任一项所述的点火系统，其特征在于，
S1、GP1采样输入第一触发信号A1，获取T1，计算发动机当前转速值和点火角度要求值；
S2、判断发动机当前转速值是否处于高速值，若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S5；
S3、GP3采样输入第一触发信号A2，获取T2，计算发动机当前转速值和点火角度要求值；
S4、GP3采样输入第二触发信号B2、GP4采样输入第三触发信号C2，由此获取t2；通过t2计算得点火时刻延时；执行步骤S6；
S5、GP2采样输入第二触发信号B1、GP1采样输入第三触发信号C1，由此获取t1；判断t1与T1的比值满足正常相位值&t1小于最大设定值，若是通过t1计算得点火时刻延时，执行步骤S6；若否，执行步骤S7；
S6、等待点火延时时刻到，微控制单元输出点火信号；
S7、处于反冲状态，不输出点火信号。
10.根据权利要求9所述的点火方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括，通过充电线圈感应电压供微控制单元上电。
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| CN201910860525.5A CN110630424B (zh) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | 一种具有双触发线圈的高精度点火系统及方法 |
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6392315B1 (en) * | 1999-04-05 | 2002-05-21 | Delphi Technologies, Inc. | Compensation circuit for an automotive ignition sensing system |
| JP2010059938A (ja) * | 2008-09-08 | 2010-03-18 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | 内燃機関の点火装置 |
| CN206360839U (zh) * | 2016-08-29 | 2017-07-28 | 浙江锋龙电气股份有限公司 | 一种模拟与数字互补控制的汽油机点火系统 |
| CN107781093A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 快捷半导体有限公司 | 多脉冲点火系统控制 |
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-
2019
- 2019-09-11 CN CN201910860525.5A patent/CN110630424B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Denomination of invention: A high-precision ignition system and method with dual trigger coils Effective date of registration: 20220912 Granted publication date: 20210618 Pledgee: Bank of China Limited Shangyu sub branch Pledgor: ZHEJIANG FENGLONG ELECTRICAL MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2022330002175 |
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