專利名稱：小型汽油機電子點火控制系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于發動機自動控制技術領域，涉及一種用于小型汽油機的電子點火控制系統，特別是一種用于小型單缸四沖程發動機電子點火控制系統。
背景技術：
面對能源緊缺、排放控制法規日益苛刻以及對動力性要求不斷提高的局面，如何實現高效率、高動態性能的發動機控制是當前亟待解決的問題。采用電子點火技術可以有效的降低發動機的排放，提高發動機性能。鑒于目前在摩托車使用電子點火的發展趨勢，對摩托車四沖程汽油機電子點火系統進行了研究。摩托車發動機屬于小排量汽油機，以單缸、 風冷、或強制風冷機型為主。與汽車發動機相比，具有體積小、結構緊湊、高轉速(最高轉速可達IOOOOrpm)、體積功率大、相對負荷高、運轉工況不穩定等特點。因此四沖程摩托車發動機電子點火系統也有著不同的要求和特點，本著完善功能、提高性能、降低成本、提高可靠性的原則，在控制排放的研究目標下，對小型汽油機的電子點火控制系統進行了研究。
發明內容
根據以上現有技術中的不足，本發明要解決的問題是提供一種小型汽油機電子點火控制系統，以精確控制發動機在各個工況的點火提前角，從而提高發動機輸出功率、降低燃油消耗、減小排放污染、降低開發成本。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是小型汽油機電子點火控制系統，包括發動機，電控單元和點火執行器，電控單元的輸出端連接點火執行器，其特征在于發動機的節氣門體設置節氣門位置傳感器，發動機的磁電機上設置點火基準信號傳感器，節氣門位置傳感器輸出端和點火基準信號傳感器的輸出端分別連接電控單元的輸入端；電控單元接收發動機的工況信號，分析處理得到該工況下的點火提前角，采用同一定時器陣列的兩個定時器模塊實現點火控制，其中一個定時器模塊利用其捕捉中斷功能由所述點火基準信號獲取發動機轉速，另一個定時器模塊利用其高速輸出中斷功能輸出點火控制信號和閉合角控制信號，控制點火執行器依據該工況下的點火提前角實施點火。本系統不使用單獨的轉速信號傳感器，電控單元接收來自發動機磁電機線圈的點火基準信號，對該點火基準信號進行處理后，計算獲得發動機轉速，并根據該點火基準信號控制點火執行器實施點火。僅需要同一定時器陣列的兩個定時器模塊，就可以實現發動機轉速測量并同時實現點火控制、閉合角控制，提高準確性，其實現簡單方便，運行成本得到有效控制。其中優選方案是所述的點火基準信號傳感器由磁電機的觸發線圈采集信號，通過施密特濾波電路和光電隔離電路將點火脈沖信號處理成方波信號輸入電控單元，通過計算獲得發動機轉速。從磁電機線圈采集信號，簡單直接，節約設備和空間，對信號處理提高準確度。所述的節氣門位置傳感器的輸出端通過低通濾波電路連接電控單元，采集節氣門位置信號通過低通濾波電路的處理后輸入電控單元進行處理，電控單元的輸出端通過光電隔離電路、功率驅動電路連接點火執行器。所述的電控單元分析處理發動機的工況信號，控制點火執行器依據該工況下的點火提前角實施點火，包括以下步驟步驟S01、判斷是否是定時器陣列定時器溢出中斷是則，進行步驟S02 ；否則，進行步驟S03 ；步驟S02、將定時器溢出中斷標志位清零，將轉速為零的標志位置1，將發動機轉動周期寄存器的值設為#0ffffh，進行步驟S13 ；步驟S03、判斷是否是定時器模塊0高速輸出中斷是則，進行步驟S04 ；否則，進行步驟S06 ；步驟S04、清捕捉/比較模塊0的中斷標志位，進行步驟S05 ；步驟S05、判斷點火信號輸出端口引腳是否出現下降沿是則，表明點火線圈初級線圈通電，進行步驟S13 ；否則，表明初級線圈斷電，點火線圈的次級線圈感應高壓電擊穿火花塞電極而點火，進行步驟S07 ；步驟S06、判斷是否是定時器模塊3的捕捉中斷是則進行步驟S08 ；否則，進行步驟 S13 ；步驟S07、清進位標志位C ；置點火閉合角控制時間常數，進行步驟S13 ；步驟S08、清定時器模塊3的捕捉/比較中斷標志位；將定時器陣列計數寄存器清零；進行步驟S09 ；步驟S09、將根據點火提前角MAP圖查表獲得點火提前角控制常數C4，賦給模塊0 的捕捉/比較寄存器，進行步驟Sio ；步驟S10、判斷是不是第一次讀轉動周期是則，進行步驟Sll ；否則，進行步驟 S12 ；步驟S11、不讀周期，清第一次讀轉動周期標志位，進行步驟S13 ；步驟S12、存儲捕捉的轉動周期的低字節；存儲捕捉的轉動周期的高字節，進行步驟 S13 ；步驟S13、中斷返回。該步驟完成對信號的處理，以便于操作。本發明小型汽油機電子點火控制系統所具有的有益效果是通過在發動機的節氣門體設置節氣門位置傳感器，發動機的磁電機上設置點火基準信號傳感器，節氣門位置傳感器輸出端和點火基準信號傳感器的輸出端分別連接電控單元的輸入端；電控單元接收發動機的工況信號，分析處理得到該工況下的點火提前角，采用同一定時器陣列的兩個定時器模塊實現點火控制，其中一個定時器模塊利用其捕捉中斷功能由所述點火基準信號獲取發動機轉速，另一個定時器模塊利用其高速輸出中斷功能輸出點火控制信號和閉合角控制信號，控制點火執行器依據該工況下的點火提前角實施點火，提高發動機輸出功率、降低燃油消耗、減小排放污染、降低開發成本。本發明可以實現1)電控單元根據發動機轉速以及節氣門位置所提供的發動機的工況信息，控制點火提前角，實現最優的點火控制。
2)不需要改變傳統點火系統的點火觸發信號，電控單元接收來自磁電機線圈的點火基準信號，對該點火基準信號進行處理后控制點火執行器實施點火。3)不使用單獨的轉速信號傳感器，電控單元接收來自發動機磁電機線圈的點火基準信號，對該點火基準信號進行處理后，計算獲得發動機轉速。4)所提供電子點火控制方法僅需要同一定時器陣列的兩個定時器模塊，就可以實現發動機轉速測量并同時實現點火控制、閉合角控制，其實現簡單方便，成本得到有效控制。本發明不僅可以提高小型單缸汽油機的整機性能，而且可以在車用多缸汽油機上推廣使用。
圖1是本發明的實施例的結構示意圖；圖2是本發明的電路原理方框圖；圖3是本發明的電子點火控制程序流程圖；圖4是本發明的電子點火控制單元輸出的點火信號時序示意圖；其中1、發動機2、啟動開關3、點火基準信號傳感器4、節氣門位置傳感器5、電控單元6、點火執行器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例做進一步描述如圖1所示，小型汽油機電子點火控制系統，包括發動機1，電控單元5和點火執行器6，電控單元5的輸出端連接點火執行器6，發動機1的節氣門體設置節氣門位置傳感器4，發動機1的磁電機上設置點火基準信號傳感器3，節氣門位置傳感器4輸出端和點火基準信號傳感器3的輸出端分別連接電控單元5的輸入端。摩托車發動機1采用輕騎汽車集團公司生產的單缸四沖程發動機改裝。電控單元 5采用單片機及其外圍電路，其輸入端連接點火基準信號傳感器3、連接啟動開關、連接節氣門位置傳感器4進而獲得發動機1啟動信號、節氣門位置信號，發動機的轉速信號，其輸出端連接點火執行器6用于控制發動機的點火提前角、閉合角。節氣門位置傳感器4安裝在節氣門體上，與節氣門軸相連，其功能作用是將節氣門的開度信號轉換為電信號輸入到電控單元5，用來檢測發動機的負荷大小，作為電控單元 5判斷發動機運行工況的依據。點火基準信號傳感器3用來檢測曲軸轉角和發動機1轉速，作為點火控制的信號。 當發動機1工作時，磁電機外轉子與發動機同軸旋轉，在其外轉子表面上的永久磁鐵(俗稱凸臺)磁場使固定在車架上的磁電機觸發線圈感應出電壓，由于永久磁鐵有一定的寬度， 所以其在接近觸發線圈和離開觸發線圈時，在觸發線圈中各產生一個脈沖，該脈沖電壓為先正后負，這就是點火基準信號。本實例僅利用了正向脈沖來觸發點火。點火執行器6由匝數比較高的次級線圈和初級點火線圈構成，初級線圈導通時， 初級線圈中的電流按照指數規律增加，從蓄電池獲得的能量以磁場能的形式儲存在初級線圈中；當初級線圈斷電時，次級線圈感應出高壓電，使火花塞電極間產生電火花，將氣缸內的混合氣點燃。如圖2所示，電控單元中設置程序存儲器和數據存儲器，來自磁電機觸發線圈點火基準信號，通過施密特濾波電路和光電隔離電路將點火脈沖信號處理成方波信號輸入單片機；由節氣門位置傳感器輸入的節氣門位置信號，通過低通濾波電路的處理輸入單片機； 單片機的數字量輸出端口輸出點火信號，輸出過程是通過光電隔離電路、功率驅動電路組成點火執行器完成。小型汽油機電子點火電控單元是本發明的核心部分，它可以根據發動機的不同工況，向發動機提供最佳的點火時間，使發動機始終工作在最佳工作狀態。本發明小型汽油機電子點火電控單元的主要功能有1、點火提前角控制發動機運轉時，電控單元根據發動機的轉速和節氣門信號，計算相應工況下的點火提前角，在點火正時前的某一預定角，電控單元控制點火線圈的初級線圈通電，在到達點火正時角時，電控單元切斷點火線圈初級電流并在次級線圈中感應出高壓電使氣缸的火花塞跳火，點燃混合氣。2、點火閉合角控制(通電時間)點火線圈初級電路在斷開時需要保證足夠大的電流，電控單元需要控制點火線圈初級電路的通電時間，以使次級線圈產生足夠高的電壓。本發明小型汽油機電子點火控制系統工作過程發動機運行時，電控單元根據各傳感器提供的發動機轉速和節氣門開度，判斷發動機的所處的工況狀態，然后按已經存儲的MAP圖(發動機在各種工況下所需的點火控制曲線圖，稱為MAP圖)查表獲得當前工況最佳點火提前角，并將點火信號傳給點火控制執行器電路，該系統電路根據運算的結果輸出控制信號給點火初級線圈，點火初級線圈再根據該信號的脈沖寬度，實現精確點火。如圖3、圖4所示，本發明所提供點火控制方法，及采用本發明所提供點火控制方法輸出的點火信號時序示意圖，簡單易于實現，可有效降低成本。該處理控制方法采用同一定時器陣列的兩個定時器模塊實現點火控制，其中一個定時器模塊利用其捕捉中斷功能由所述點火基準信號獲取發動機轉速，另一個定時器模塊利用其高速輸出中斷功能輸出點火控制信號、以及閉合角控制信號，控制點火執行器依據該工況下的點火提前角實施點火。其點火控制方法流程為步驟S01、判斷是否是定時器陣列定時器溢出中斷是則，進行步驟S02 ；否則，進行步驟S03 ；步驟S02、將定時器溢出中斷標志位清零，將轉速為零的標志位置1，將發動機轉動周期寄存器的值設為#0ffffh，進行步驟S13 ；步驟S03、判斷是否是定時器模塊0高速輸出中斷是則，進行步驟S04 ；否則，進行步驟S06 ；步驟S04、清捕捉/比較模塊0的中斷標志位，進行步驟S05 ；步驟S05、判斷點火信號輸出端口引腳是否出現下降沿是則，表明點火線圈初級線圈通電，進行步驟S13 ；否則，表明初級線圈斷電，點火線圈的次級線圈感應高壓電擊穿火花塞電極而點火，進行步驟S07 ；步驟S06、判斷是否是定時器模塊3的捕捉中斷是則進行步驟S08 ；否則，進行步驟 S13 ；步驟S07、清進位標志位C ；置點火閉合角控制時間常數，進行步驟S13 ；
步驟S08、清定時器模塊3的捕捉/比較中斷標志位；將定時器陣列計數寄存器清零；進行步驟S09 ；步驟S09、將根據點火提前角MAP圖查表獲得點火提前角控制常數C4，賦給模塊0 的捕捉/比較寄存器，進行步驟Sio ；步驟S10、判斷是不是第一次讀轉動周期是則，進行步驟Sll ；否則，進行步驟 S12 ；步驟S11、不讀周期，清第一次讀轉動周期標志位，進行步驟S13 ；步驟S12、存儲捕捉的轉動周期的低字節；存儲捕捉的轉動周期的高字節，進行步驟 S13 ；步驟S13、中斷返回。本發明中提及的單片機及其外圍電路為普通現有技術，其設置和使用為本行業技術人員所掌握。
權利要求
1.小型汽油機電子點火控制系統，包括發動機，電控單元和點火執行器，電控單元的輸出端連接點火執行器，其特征在于發動機的節氣門體設置節氣門位置傳感器，發動機的磁電機上設置點火基準信號傳感器，節氣門位置傳感器輸出端和點火基準信號傳感器的輸出端分別連接電控單元的輸入端；電控單元接收發動機的工況信號，分析處理得到該工況下的點火提前角，采用同一定時器陣列的兩個定時器模塊實現點火控制，其中一個定時器模塊利用其捕捉中斷功能由所述點火基準信號獲取發動機轉速，另一個定時器模塊利用其高速輸出中斷功能輸出點火控制信號和閉合角控制信號，控制點火執行器依據該工況下的點火提前角實施點火。
2.根據權利要求1所述的小型汽油機電子點火控制系統，其特征在于所述的點火基準信號傳感器由磁電機的觸發線圈采集信號，通過施密特濾波電路和光電隔離電路將點火脈沖信號處理成方波 信號輸入電控單元，通過計算獲得發動機轉速。
3.根據權利要求1所述的小型汽油機電子點火控制系統，其特征在于所述的節氣門位置傳感器的輸出端通過低通濾波電路連接電控單元，采集節氣門位置信號通過低通濾波電路的處理后輸入電控單元進行處理，電控單元的輸出端通過光電隔離電路、功率驅動電路連接點火執行器。
4.根據權利要求1所述的小型汽油機電子點火控制系統，其特征在于所述的電控單元分析處理發動機的工況信號，控制點火執行器依據該工況下的點火提前角實施點火，包括以下步驟步驟S01、判斷是否是定時器陣列定時器溢出中斷是則，進行步驟S02 ；否則，進行步驟 S03 ；步驟S02、將定時器溢出中斷標志位清零，將轉速為零的標志位置1，將發動機轉動周期寄存器的值設為#0ffffh，進行步驟S13 ；步驟S03、判斷是否是定時器模塊0高速輸出中斷是則，進行步驟S04;否則，進行步驟 S06 ；步驟S04、清捕捉/比較模塊0的中斷標志位，進行步驟S05 ；步驟S05、判斷點火信號輸出端口引腳是否出現下降沿是則，表明點火線圈初級線圈通電，進行步驟S13 ；否則，表明初級線圈斷電，點火線圈的次級線圈感應高壓電擊穿火花塞電極而點火，進行步驟S07 ；步驟S06、判斷是否是定時器模塊3的捕捉中斷是則進行步驟S08 ；否則，進行步驟S13 ；步驟S07、清進位標志位C ；置點火閉合角控制時間常數，進行步驟S13 ；步驟S08、清定時器模塊3的捕捉/比較中斷標志位；將定時器陣列計數寄存器清零； 進行步驟S09 ；步驟S09、將根據點火提前角MAP圖查表獲得點火提前角控制常數C4，賦給模塊0的捕捉/比較寄存器，進行步驟S10;步驟S10、判斷是不是第一次讀轉動周期是則，進行步驟Sll ；否則，進行步驟S12 ；步驟S11、不讀周期，清第一次讀轉動周期標志位，進行步驟S13;步驟S12、存儲捕捉的轉動周期的低字節；存儲捕捉的轉動周期的高字節，進行步驟S13 ；步驟S13、中斷返回。
全文摘要
小型汽油機電子點火控制系統，屬于發動機自動控制技術領域。包括電控單元的輸出端連接點火執行器，其特征在于設置節氣門位置傳感器和點火基準信號傳感器，電控單元分析處理得到該工況下的點火提前角，采用同一定時器陣列的兩個定時器模塊實現點火控制，其中一個定時器模塊利用其捕捉中斷功能由所述點火基準信號獲取發動機轉速，另一個定時器模塊利用其高速輸出中斷功能輸出點火控制信號和閉合角控制信號，控制點火執行器依據該工況下的點火提前角實施點火。本發明不需要改變傳統點火系統的點火觸發信號，便能夠實現最優的點火過程，所提供的點火控制方法簡單且易于實現，簡化了控制器結構，降低了成本，特別適于小型單缸汽油發動機。
文檔編號F02P5/15GK102278255SQ20111018398
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者張政新, 肖紅, 譚德榮, 邵金菊, 高松 申請人:山東理工大學