CN2076169U

CN2076169U - 汽油发动机的微处理机点火正时控制系统

Info

Publication number: CN2076169U
Application number: CN 89208770
Authority: CN
Inventors: 吴忠禧; 关业林; 孟昭忠
Original assignee: Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Current assignee: Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Priority date: 1989-06-28
Filing date: 1989-06-28
Publication date: 1991-05-01

Abstract

本实用新型是一种汽油发动机的微处理机点火正时控制系统，属于发动机点火正时控制装置。本实用新型采用微处理机，根据最佳点火进角图、以及对各传感器信号的采集、分析和计算，实现汽油发动机最佳点火正时控制。本实用新型根据发动机的缸数安装上死点标记块，曲轴位置传感器兼作发动机转速传感器，设有汽油标号设定开关，采用数模混合集成电路及根据发动机转速变化控制点火线圈的通电时间。

Description

本实用新型是一种汽油发动机的微处理机点火正时控制系统，属于发动机点火正时控制装置。

目前，国内广泛应用的汽油发动机点火正时装置，为传统的机械式点火系统，依靠真空和离心进角调节机构对点火提前角进行调节。由于机械式点火进角调节机构只能在少数工况点上达到最佳进角点火，而在绝大部分工况下都不能实现最佳进角点火。此外，由于机械式进角调节器的白金触点烧蚀和凸轮机构磨损等固有缺点，随着使用时间的推延，点火正时性下降，导致发动机动力性能降低，油耗上升，排放污染增加。随着微处理机技术的迅速发展和应用，国际上已广泛地采用微处理机控制发动机的点火正时装置，使发动机在各运行工况下实现最佳点火正时控制。经对国内外有关专利检索，本实用新型符合国情，不失其新颖性、创造性。

本实用新型的目的在于采用微处理机，根据最佳点火进角图，特别是采用发动机转速传感器［3］输出信号的倍频整形滤波电路［9］，曲轴位置传感器［4］输出信号的整形滤波电路［10］；起动开关［5］的信号转换电路［11］；进气管负压传感器［6］输出信号的标定滤波电路［12］；发动机水温传感器［7］的信号标定滤波电路［13］；汽油标号设定器［8］的信号设置电路。以及在发动机曲轴上的齿轮［1］上安装上死点标记块［2］。

本实用新型的目的可通过下述技术方案实现。如附图1所示，本实用新型由装在发动机曲轴上的齿轮［1］、上死点标记块［2］、发动机转速传感器［3］、曲轴位置传感器［4］、起动开关［5］、进气管负压传感器［6］、发动机水温传感器［7］、汽油标号设定器［8］、及数模混合集成接口电路［9］、［10］、［11］、［12］、［13］、［14］，专用微处理机由并行接口电路I／O［15］、模数转换电路A／D［16］、定时计时电路CTC［17］、中央处理器CPU［18］、只读存贮器［19］、随机存贮器［20］等构成，及电源［21］点火功率放大电路［22］点火线圈［23］组成。本实用新型根据发动机的缸数安装上死点标记块［2］，即对于四缸发动机，在齿轮［1］上安装两个相差180°的上死点标记块［2］，对于六缸发动机，在齿轮［1］上安装三个相差120°的上死点标记块［2］。这样，发动机每一工作循环，曲轴位置传感器［4］发出四个（四缸发动机）或六个（六缸发动机）上死点信号，微处理机按各缸上死点信号计算点火进角，故各缸的点火进角一致性好。由于发动机每转180°与微处理机整步一次，便校正了加减速过程中引起的角度误差，因此其动态过程点火进角精度比360°只有一个上死点标记信号提高一倍。本实用新型的曲轴位置传感器［4］可兼作发动机转速传感器，即曲轴位置传感器［4］即作为曲轴位置传感器，同时又作为发动机转速传感器。其原理为发动机转速N＝ (θ)/(t) ，而两个曲轴位置信号之间的角度θ＝180°（四缸发动机），因此，微处理机只要测出两个曲轴位置信号之间的时间t，就可计算出发动机转速N。这样，省去了转速传感器及其接口电路，降低了成本，提高了可靠性。本实用新型可根据使用的不同标号汽油，采用汽油标号设定开关［8］，及点火进角值修正设定的处理软件和有关硬件，进行点火进角量的修正设定。本实用新型在硬件上采用了滤波和抗干扰强的数模混合集成电路。即采用将发动机转速传感器［3］的倍频整形滤波电路［9］，曲轴位置传感器［4］的整形滤波电路［10］、起动开关［5］的信号转换电路［11］、进气管负压传感器［6］的信号标定滤波电路［12］、发动机水温传感器［7］的信号标定滤波电路［13］、汽油标号设定器［8］的信号设置电路［14］，集成为数模混合集成接口电路。在软件上采用了中值平均滤波和时域滤波相结合的软件技术。故使系统具有较强的抗干扰性。本实用新型根据发动机转速控制点火线圈的通电时间。由于在发动机转速高时，点火周期短，限制了点火线圈的通电时间不能太长。此时，往往点火线圈中的充电电流未达到最大值。随着转速的降低，点火周期变长，相应使点火线圈通电时间延长，使点火线圈充电电流达到最大值。而低速运行时，点火周期很长，点火线圈的最大通电时间限制在3－4τ（τ为点火线圈时间常数）。对点火线圈的通电时间根据发动机转速变化进行合理控制既保证了点火能量，在低速时又限制了最长通电时间，节省了蓄电池电能消耗，也就节省了汽油，同时减少了点火线圈的发热，延长了使用寿命。所设计的点火功率放大器能够驱动高能点火器，配以高能点火线圈，可调稀空燃比，提高压缩比。可进一步提高节油效果。

本实用新型具有下述优点，能根据给定的最佳点火进角图，自动实现发动机各运行工况的最佳点火进角控制。经多次发动机台架试验和5000公里的行车试验，证明只要提供的发动机最佳点火进角图和修正数据准确，一般可节油5％以上，并相应降低排放污染。在齿轮［1］上装有上死点标记块［2］，发动机工作时，微处理机按曲轴位置传感器［4］发出的各缸上死点信号计算点火进角，故各缸的点火进角一致性好，同时具有较高的动态过程点火进角的控制精度。由于采用了曲轴位置传感器［4］同时又作为发动机转速传感器的方案，省去了发动机转速传感器［3］及其接口电路，降低了成本，提高了可靠性，且结构紧凑，便于安装维修。可以根据使用的不同标号汽油，进行点火进角量的修正设定，以适合我国的用油情况。系统中采用了数模混合集成接口电路这种有效的硬件和软件抗干扰技术，使系统具有较强的抗干扰能力。通过台架和行车试验，证明系统符合车用环境要求。能根据发动机的转速控制点火线圈的通电时间，节省蓄电池电能（即节省汽油），减少了点火线圈的发热，延长了点火线圈的使用寿命。点火功率放大器具有驱动高能点火器的能力，这样配以高能点火线圈，可调稀空燃比，提高压缩比，可望达到更好的节油效果。因本系统去掉了传统的机械式分电器中的真空和离心进角调节机构，使分电器结构大为简化，同时避免了传统的机械式点火装置的白金触点烧蚀和凸轮磨损等缺点，故长期使用将比机械式点火系统有更显著的节油效果。

附图说明：

附图1为汽油发动机的微处理机点火正时控制系统原理图。

附图中：［1］－齿轮，［2］－上死点标记块，［3］－发动机转速传感器，［4］－曲轴位置传感器，［5］－起动开关，［6］－进气管负压传感器，［7］－发动机水温传感器，［8］－汽油标号设定开关，［9］－发动机转速传感器［3］的倍频整形滤波电路，［10］－曲轴位置传感器［4］的整形滤波电路，［11］－起动开关［5］的信号转换电路，［12］－进气管负压传感器［6］的信号标定滤波电路，［13］－发动机水温传感器［7］的信号标定滤波电路，［14］－汽油标号设定开关［8］的信号设置电路，［15］－并行接口电路I／O，［16］－模数转换电路A／D，［17］－定时计时电路CTC，［18］－中央处理器CPU，［19］－只读存贮器ROM，［20］－随机存贮器RAM，［21］－电源，［22］－点火功率放大电路，［23］－点火线圈。

附图2为数字量接口电路

其中（1）为发动机转速传感器［3］输出信号的倍频整形滤波电路［9］，（5）为曲轴位置传感器［4］输出信号的整形滤波电路［10］，（3）为起动开关［5］的信号转换电路［11］。

附图3为模拟量接口电路

其中（4）为进气管负压传感器［6］输出信号的标定滤波电路［12］，（5）为发动机水温传感器［7］的信号标定滤波电路［13］，（6）为汽油标号设定器［8］的信号设置电路［14］。

附图4为上死点信号与点火圈通电信号波形图

附图5为点火线圈通电时间与发动机转速的关系曲线

附图6为汽油标号设定电压与点火进角修正曲线

附图7为系统控制程序主流程图

现将上述系统工作原理说明如下：

参照附图1，当发动机起动运行时，齿轮［1］和上死点标记块［2］随发动机曲轴转动，使发动机转速传感器［3］感应出近似正弦波形的脉冲序列信号，其频率与发动机转速成正比。发动机每转使曲轴位置传感器［4］感应出两个脉冲信号，发动机一个工作循环曲轴位置传感器［4］发出四个脉冲信号，分别与四个汽缸的上死点对应，作为计算点火提前角的参考位置。起动开关［5］在起动时刻闭合，与12V电源接通。上述三个信号分别输入到各自的接口电路［9］、［10］、［11］，其具体电路如附图2－（1），（2），（3）所示，其中发动机转速传感器［3］的信号，为近似正弦波的脉冲序列，输入到附图2－（1）电路的输入端R₁与C₁的连接点上，经电阻R₁输入到二倍频电路，即图中虚线框内所示部分，为一个组件，（例如LM2907之类），输出便获得输入信号的二倍频率的信号，再两个与非门整形后，接到微处理机I／O接口电路［15］，用此信号来计算发动机的转速，电路中C₁，C₃，C₄起滤波作用。

曲轴位置传感器［4］的信号输入到附图2－（2）电路的输入端R₅与C₅的连接点上，经电阻R₅接到过零检测电路的运算放大器IC₃的（＋）输入端，其中W₁用作调节运算放大器IC₃的零点，再经两个与非门整形后，便获得与输入信号对应的方脉冲信号，如附图2－（2）所示，电路中C₅，C₆，C₇起滤波作用，再把输出脉冲信号送入微处理机I／O接口电路［15］，用此信号来确定每个缸的上死点。由起动开关［5］输入的12V起动信号，输入到附图2－（3）电路电阻R₆上，经R₆、R₇分压，并经两个与非门整形，输出为一方波脉冲，方波脉冲的宽度与起动开关［5］闭合时间相等，电路中C₈，C₉为滤波电容，而后送入微处理机I／O接口电路［15］，用此信号判别起动工况。

与此同时进气管压力传感器［6］和发动机水温传感器［7］，把发动机运行时的进气管负压和水温信号，分别送入各自的模拟量接口电路［12］，［13］，其具体电路如附图3－（4）、（5）所示。进气管负压传感器［6］的信号输入到附图3－（4）电路的输入端R₈上，输入到运算放大器IC₄进行放大，把输出信号标定在0－5V范围内变化，运算放大器输出接到微处理机A／D变换电路［16］，用此信号来测定发动机的负荷大小，电路中C₁₀，C₁₁起滤波作用，W₂用作调整零点。发动机水温传感器［7］的信号输入到附图3－（5）电路的输入端R₁₂与R₁₄的连接点上，输入到运算放大器IC₅进行放大，把输出信号标定在0－5V范围内变化，IC₅的输出接到微处理机A／D变换电路［16］，用此信号来测定发动机水温的变化，电路中C₁₂，C₁₃起滤波作用，W₃用于调整零点。此外根据当时所用的汽油标号，用汽油标号设定器［8］设定点火进角的修正量，汽油标号设定器［8］为一电位器，零点设在中间，可以进行正负值修正量的设定，汽油标号设定器［8］的设定电压与点火进角修正的关系曲线如附图6所示，设定器［8］输出的电压信号送至附图3－（6）电路输入端R上，输入到运算放大器IC₆，对输入信号进行标定调零，滤波处理（原理与附图3－（4），（5）相同），然后输入到微处理机A／D变换电路［16］。

系统工作后，微处理机便按预先编制的控制程序运行，进行发动机点火控制，系统控制程序主流程图和附图7所示。微机通电后先完成701初始化步骤，接着进行702起动工况判别，如起动开关闭合，就确认为起动工况，程序转入703起动点火控制程序，按预先设定的固定点火角时行点火控制。执行完703程序后，就转入706的转速、负压、水温、汽油标号设定信号的采样处理程序，并存入相应的存贮单元，以备计算时使用。接着转入707最佳点火角查表插补计算程序，在此段程序中根据采取读取的发动机转速、负荷，对存在ROM［19］中的最佳点火进角数据进行查表插补计算，获得该工况的最佳点火进角值。下一步进行708的水温修正计算程序，根据采样读入的发动机水温值，进行点火进角的发动机水温修正计算。然后进行709的汽油标号修正计算程序，根据采样读入的汽油标号设定信号和存ROM中的附图6汽油标号设定电压与点火进角修正曲线进行修正计算，汽油标号设定电压大于2.5伏时为正修正，设定电压小于2.5伏时为负修正，这是为我国汽车用油情况专门设计研制的。下一步进行710的最大点火角限制程序，以防止某种原因引起的出错，使计算的点火角始终限制在最大点火角的极限内。接着进行711的点火线圈通电时间计算程序，它根据采样读入的转速，并根据存在ROM中的附图5点火线圈通电时间与转速的曲线，计算出当时转速下的点火线圈通电时间，由附图5的点火线圈通电时曲线可以看出，在2000rpm（转／分），以点火线圈通电时间均限制在10ms以内，这样就使线圈不发热，使用寿命延长，节省电能从而节省汽油，这是本实用新型与以往点火系统的不同的特殊功能。执行完711程序后，程序又返回起动工况判别前，再进行702起动工况判别，如起动结束（即起动开关断开），系统就进入正常工况运行，程序就接着进行704的点火控制程序的判别，如果曲轴位置传感器［4］的上死点信号送到微处理机，此时就判定为正常工况点火控制，接着进行705的正常工况点火控制程序，在这段控制程序中，主要完成点火提前角θ_a，点火线圈导通角θ₂（即点火线圈通电时间）的定时控制。上死点信号与点火线圈通电信号的波形时序关系如附图4所示。此处的为查表插补计算的最佳点火角，经水温修正和汽油标号修正后的点火提前角。θ_a为附图5计算出点火线圈通电时间相对应的导通角。705执行完后又转入到706，从此系统便循环执行此点火控制程序，进行发动机各运行工况的最佳点火角的控制。

实施例1：

如附图1所示，预先将发动机试验测得的各运行工况的最佳点火进角图存入微处理机的ROM［19］中。在装在曲轴上的齿轮［1］上安装两个相差180°的上死点标记块［2］（四缸发动机），或在曲轴上的齿轮［1］上安装三个相差120°的上死点标记块［2］（六缸发动机）。发动机转速传感器［3］，曲轴位置传感器［4］、起动开关［5］、只在发动机起动时闭合。进气管负压传感器［6］、发动机水温传感器［7］，汽油标号设定开关［8］按所用的汽油标号进行设定。上述传感器及开关把信号分别送至各自的接口电路（［9］、［10］、［11］、［12］、［13］、［14］），即数模混合集成接口电路，经其送入微处理机的I／O［15］和A／D［16］。微处理机根据采样读入的转速，负压等传感器的信号，计算出发动机当时运行的转速，进气管负压等工况值。然后按最佳点火进角图进行查表插补计算，求出点火进角值。根据采样读入的发动机水温值对点火进角进行修正，再根据汽油标号设定值对点火进角进行修正。最后根据发动机转速进行点火线圈通电时间的计算，并发出点火线圈通断电时刻控制信号。该控制信号经点火功率放大电路［22］放大，送至点火线圈［23］的原边，由其付边将高压点火信号送至分电器，经分电器到各缸的火花塞点火，从而实现最佳点火进角和点火线圈通断电时刻的控制。

实施例2：

如附图1所示，预先将发动机试验测得的各种运行工况的最佳点火进角图存入微处理机的ROM［19］中。齿轮［1］、上死点标记块［2］及曲轴位置传感器［4］（既作为曲轴位置传感器，同时又作为发动机转速传感器）做成一个整体，装于分电器轴上。但此时上死点标记块［2］数需增加一倍，即四缸发动机上为四个上死点标记块［2］，六缸发动机上为六个死点标记块［2］。发动机工作时，曲轴位置传感器［4］、起动开关［5］、只在发动机起动时闭合，进气管负压传感器［6］、发动机水温传感器［7］，汽油标号设定器［8］按所用的汽油标号进行设定。上述传感器及开关把信号分别送至各自的接口电路（［9］、［10］、［11］、［12］、［13］、［14］），即数模混合集成接口电路，经其送入微处理机的I／O［15］和A／D［16］，微处理机根据采样读入的转速，负压等传感器的信号计算出发动机当时运行的转速，进气管负压等工况值。然后按最佳点火进角图进行查表插补计算，求出点火进角值。根据采样读入的发动机水温值对点火进角进行修正，再根据汽油标号设定值对点火进角进行修正。最后根据发动机转速进行点火线圈通电时间的计算，并发出点火线圈通断电时刻控制信号。该控制信号经点火功率放大电路［22］放大，送至点火线圈［23］的原边，由其付边将高压点火信号送至分电器，经分电器到各缸的火花塞点火。从而实现最佳点火进角和点火线圈通断电时刻的控制。

Claims

1、一种汽油发动机的微处理机点火正时控制系统，由装在发动机曲轴上的齿轮[1]、装在齿轮[1]上的上死点标记块[2]、发动机转速传感器[3]、曲轴位置传感器[4]、起动开关[5]、进气管负压传感器[6]、发动机水温传感器[7]、汽油标号设定开关[8]、数模混合集成电路[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]，专用微处理机由并行接口电路I/0[15]、模数转换电路A/D[16]、定时计时电路CTC[17]、中央处理器CPU[18]、只读存贮器[19]、随机存贮器[20]，及电源[21]、点火功率放大电路[22]、点火线圈[23]组成，其特征在于：根据发动机的缸数安装上死标记块[2]、曲轴位置传感器[4]兼作发动机转速传感器，装有汽油标号设定开关[8]，对不同汽油标号进行进角修正。

2、根据权利要求1所述的微处理机点火正时控制系统，其特征在于：四缸发动机安装两个相差180°的上死点标记块［2］，六缸发动机安装三个相差120°的上死点标记块［2］，上死点标记块安装在分电器轴上的齿轮［1］上时，则把上死点标记块［2］数增加一倍。

3、根据权利要求1所述的发动机转速传感器［3］、曲轴位置传感器［4］，其特征在于：曲轴位置传感器及发动机转速传感器也可以安装在分电器轴上的齿轮上。

4、根据权利要求1所述的微处理机点火正时控制系统，其特征在于：采用将发动机转速传感器［3］的整形倍频滤波电路［9］、曲轴位置传感器［4］的整形滤波电路［10］、起动开关［5］的信号转换电路［11］、进气管负压传感器［6］的信号标定滤波电路［12］、发动机水温传感器［7］的信号标定滤波电路［13］、汽油标号设定开关［8］和信号设置电路［14］，集成为数模混合集成接口电路。