CN207945036U - 一种高精度点火系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度点火系统，其外部机械结构包括升压线圈组、触发线圈、铁芯、MCU控制系统、充电线圈及磁飞轮；所述MCU控制系统包括触发信号滤波处理模块，用于依次将第一触发信号A、第二触发信号B及第三触发信号C输送至MCU；相邻的第一触发信号A的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T；所述第一触发信号B和第二触发信号C的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t。本实用新型通过t的计算方式获知飞轮在临近点火前的瞬时转速，通过t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°。

Description

一种高精度点火系统

技术领域

本实用新型涉及一种高精度点火系统，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。该方式获得的点火时刻在发动机高速运行时可以满足要求，但是当汽油机在启动和怠速运行的工况时，汽油机转速的变化波动很大，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比较大，导致发动机怠速时转速的上下波动大，以及启动时点火时刻不精准导致的发动机反冲的不良状况。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种小型汽油机高精度点火器系统，可以达到发动机实际点火角度±1°的精度值。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种高精度点火系统，其外部机械结构包括升压线圈组、触发线圈、铁芯、MCU控制系统、充电线圈及磁飞轮；所述MCU控制系统包括

触发信号滤波处理模块，用于依次将第一触发信号A、第二触发信号B及第三触发信号C输送至MCU；

相邻的第一触发信号A的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T；

所述第一触发信号B和第二触发信号C的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t。

进一步的，还包括供电模块，其通过充电线圈感应的电压波形进行取样储能，为MCU提供正常工作时的电源电压。

进一步的，还包括充电控制模块，用于当飞轮转速到达预设值M时，调节充电线圈输送至MCU的电压值。

进一步的，所述充电线圈感应的电压波形包括第一波形和第二波形，当飞轮转速大于5000rpm时，所述充电控制模块调节充电线圈只感应第二电压波形进行取样储能。

进一步的，还包括点火储能模块，对充电电容进行充电，其包括二极管D6、充电电容C3。

进一步的，还包括点火控制模块，包括可控硅Q1，用于控制所述充电电容C3进行充放电。

进一步的，还包括防反冲模块，当T与t的相位比值未满足预设值，MCU控制所述可控硅Q1不导通。

进一步的，所述供电模块包括三极管Q2。

进一步的，所述充电控制模块包括三极管Q3，所述三极管Q2的基极连接所述三极管Q3的集电极。

进一步的，所述第一触发信号B和第二触发信号C的波形间隔时间为飞轮旋转60°时所需的时间值t。

综上所述，本实用新型具有以下优点：本实用新型采用了带计算输入的触发模块，通过t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t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°。

附图说明

图1为本实用新型的机械结构示意图。

图2为本实用新型的原理框图。

图3为本实用新型实施例的电路图。

图4为本实用新型实施例的参考点的电压波形示意图。

图5为本实用新型实施例的MCU控制流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，一种高精度点火系统，其外部机械结构包括升压线圈组1、触发线圈2、铁芯3、MCU控制系统4、充电线圈5、磁飞轮6以及其他点火器通用部件。所述的点火系统采用MCU为控制核心，为发动机的工作提供点火信号；所述的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。

如图2所示，所述MCU控制系统4包括点火储能模块、点火控制模块、防反冲模块、为MCU提供计算控制的触发信号滤波处理模块、信号采集模块、运算模块、输出控制模块、为MCU提供工作电源的供电模块、为MCU调节电压值的充电控制模块。

具体的，触发信号滤波处理模块，包括触发线圈，用于依次将第一触发信号A、第二触发信号B及第三触发信号C输送至MCU；

相邻的第一触发信号A的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T；

所述第一触发信号B和第二触发信号C的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t。

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。

所述供电模块，其通过充电线圈感应的电压波形进行取样储能，为MCU提供正常工作时的电源电压。于本实施例中，所述充电线圈感应的电压波形包括第一波形和第二波形，当飞轮转速大于5000rpm时，所述充电控制模块调节充电线圈只感应第二电压波形进行取样储能。

所述充电控制模块，用于当飞轮转速到达预设值M时，调节充电线圈输送至MCU的电压值。

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VDD，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。同时在磁飞轮高速旋转（飞轮转速大于5000rpm）时，此时充电线圈感应的电压完全足够VDD的正常工作， MCU通过充电控制模块来调节充电线圈至VDD的电压值，可以使充电线圈感应的部分能量用于取样储能，试验数据表明，磁飞轮高速旋转时通过调节充电控制模块的设置，可以将高压侧产生的点火能量提升10%，提升点火性能。

所述点火储能模块，对充电电容进行充电，其包括二极管D6、充电电容C3。

所述点火控制模块，包括可控硅Q1，用于控制所述充电电容C3进行充放电。

所述防反冲模块，当T与t的相位比值未满足预设值，MCU控制所述可控硅Q1不导通。

具体的，所述触发信号滤波处理模块包括触发线圈，触发线圈的两端分别连接至MCU。

如图4所示，为本实用新型MCU控制系统的其中一种实施方式的电路示意图；

所述点火控制模块包括电阻R6、R7及可控硅Q1；

所述点火储能模块包括充电线圈、二极管D5、D6及电容C3；

所述供电模块包括电阻R8、R9、R10、R13，三极管Q2，二极管D7、D8、 D9，电容C4、C5；

所述触发信号滤波处理模块包括触发线圈、二极管D1、D2、D3、D4，电阻R1、R2、R4、R5，电容C1、C2；

所述充电控制模块包括电阻R11、R12及三极管Q3；

所述充电线圈一端分别连接D5的负极和D6的正极，D5的正极接地，D6的负极连接可控硅Q1的阳极和电容C3的一端，Q1的控制极分别连接至电阻R6、R7的一端，可控硅的阴极和电阻R7的另一端一起接地，R6的另一端连接至MCU的GP0引脚。

所述充电线圈的另一端分别连接至D7的负极、Q2的C极和R8的一端，R8的另一端分别连接至R9一端和R10的一端，R9另一端接地， R10的另一端分别连接至Q2的B极和Q3的C极； Q3的B极分别连接R11的一端和R12的一端， R12的另一端和Q3的E极接地；R11的一端连接MCU的GP4口，Q2的E极连接至D8的正极，D8的负极分别连接至C4的正极和R13的一端； R13的另一端分别连接D9的负极、C5的一端及MCU的VDD口， C4、C5和D9的另一端接地。

所述触发线圈的一端连接至D1的负极和R1的一端， R1的另一端分别连接R2、C1的一端、D3的负极及MCU的GP5口；D1的正极、D3的正极、R2的另一端及C1的另一端均接地；

所述触发线圈的另一端分别连接至D2的负极和R4的一端， R4的另一端分别连接至R5的一端、C2的一端、D4的负极及MCU的GP1口， D2的正极、D4的正极、R5的另一端及C2的另一端均接地。

具体的工作过程及原理如下：

保MCU正常工作。

随着飞轮的磁极位置转动充电线圈的b点也感应到正向的电压，通过二极管D5整形后，再经过二极管D6储能到点火电容C3上；与此同时触发线圈的c点也感应出电压波形，经过整流二极管D2整流后，然后经过由R4、R5、C2、D4组成的滤波处理电路，将第一电压信号A输入到MCU的GP1，MCU根据飞轮旋转一圈采样到的相邻第一电压信号（图中Wave A）的波形间隔时间，获知当前飞轮旋转一圈的周期值T；

GP1首先感应wave A，随飞轮磁极位置的转动，最后感应第三电压信号（图中waveC）；随着飞轮的转动，触发线圈的d点也感应正向的第二电压信号B，同样经过整流和滤波后输入到MCU的GP5脚（图中Wave B）。

MCU根据收到输入信号Wave B和Wave C之间的间隔，获取时间值t，然后MCU根据程序设定的需要点火角度要求，利用t进行计算获取正确的点火需求时刻，当MCU内部计时的点火延时时刻到达后，MCU通过GP0输出点火控制信号，经过电阻R6、R7控制Q1导通，此时之前储存在电容C3上的电能进行瞬间释放，瞬间的电流变化，通过升压线圈组后产生高压用于点火，使发动机工作。

其中由电阻R11、R12和三极管Q3组成的充电控制模块，当飞轮旋转速度较低时，MCU的GP4口输出低电平信号，使Q3不导通，充电线圈a点感应的两个电压波形通过Q2输入至C4储能，保证低速时MCU有足够的电压VDD，保证MCU可靠工作。

当MCU识别到转速大于5000RPM时，因为MCU的VDD电压已经足够保证MCU正常工作，此时GP4提前输出高电平控制信号（见图3的 GP4波形），通过电阻R11、R12控制三极管Q3导通，从而关断三极管Q2；所以当充电线圈a点感应波形到来后，因为三极管Q2处于关断状态，所以不对C4充电储能，所以线圈a点的感应电压不再连接充电C4的负载电路，从而a点感应波形处于空载状态，感应电压的幅值提升，相应的充电线圈的感应点b的电压幅度也获得提升，从而加大了电容C3上储存的电能，最终可以使高速的点火能量提升10%左右。

当充电线圈a点的第一感应波形结束后，MCU通过GP4输出低电平控制信号，关断三极管Q3，从而可以充电线圈a点的后续感应电压通过Q2控制对电容C4进行充电，保证MCU正常的工作电压。

而上述T代表的飞轮旋转一周360°需要的时间，上述t代表对触发线圈来说，飞轮上磁极从N极旋转到S极需要的时间，从N极旋转到S极机械上的旋转角度N°一般为60°左右，所以T和t存在实际机械上的相位比值，如60°/360°=1/6，当飞轮在进行进气压缩行程时减速很严重的情况下，瞬时的速度下降比较严重，t的值就会增大，所以与T的比值就会变大，此时MCU通过两者时间的比值对比，可以识别飞轮当前的瞬时转速是否急剧下降，以及下降的幅度，从而启动防反冲程序设定，通过点火控制口GP0不进行点火输出，防止了飞轮旋转不正常情况下的异常点火。

相比于传统的电路，本实用新型单独设计了为MCU提供VDD的供电电路和提供计算输入的触发电路。

本实用新型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VDD，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。同时在磁飞轮高速旋转时，充电感应的电压完全足够VDD的正常工作，此时MCU通过GP4控制三极管Q3的通断，调节充电线圈至VDD的电压值；

通过控制Q2的关闭充电，可以使充电线圈感应的能量用于通过电容C3储能产生高压点火，试验数据表明，磁飞轮高速旋转时通过MCU GP4的调节设置，可以将高压侧产生的点火能量提升10%，提升点火性能。

同时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。

配合该控制电路的设计，可以保证点火器良好的低速性能，改善发动机的低速启动性能，同时高精度的点火角度可以保证发动机怠速的稳定性。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种高精度点火系统，其外部机械结构包括升压线圈组(1)、触发线圈(2)、铁芯(3)、MCU控制系统(4)、充电线圈(5)及磁飞轮(6)；其特征在于：所述MCU控制系统(4)包括

触发信号滤波处理模块，用于依次将第一触发信号A、第二触发信号B及第三触发信号C输送至MCU；

相邻的第一触发信号A的波形间隔时间为飞轮旋转360°的所需的时间值T；

所述第一触发信号B和第二触发信号C的波形间隔时间为飞轮旋转N°时所需的时间值t。

2.根据权利要求1所述的一种小型汽油机的高精度点火系统，其特征在于：还包括供电模块，其通过充电线圈感应的电压波形进行取样储能，为MCU提供正常工作时的电源电压。

3.根据权利要求2所述的一种小型汽油机的高精度点火系统，其特征在于：还包括充电控制模块，用于当飞轮转速到达预设值M时，调节充电线圈输送至MCU的电压值。

4.根据权利要求3所述的一种小型汽油机的高精度点火系统，其特征在于：所述充电线圈感应的电压波形包括第一波形和第二波形，当飞轮转速大于5000rpm时，所述充电控制模块调节充电线圈只感应第二电压波形进行取样储能。

5.根据权利要求2所述的一种小型汽油机的高精度点火系统，其特征在于：所述供电模块包括三极管Q2。

6.根据权利要求5所述的一种小型汽油机的高精度点火系统，其特征在于：所述充电控制模块包括三极管Q3，所述三极管Q2的基极连接所述三极管Q3的集电极。

7.根据权利要求6所述的一种小型汽油机的高精度点火系统，其特征在于：所述第一触发信号B和第二触发信号C的波形间隔时间为飞轮旋转60°时所需的时间值t。