專利名稱：發(fā)動機點火控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)字化追蹤發(fā)動機轉(zhuǎn)動角度及速度的裝置，在非計算機控制式發(fā)動機的原裝置技術(shù)基礎(chǔ)上，提供高精度的點火控制系統(tǒng)。
火花點燃內(nèi)燃機由燃燒混合物點燃驅(qū)動，混合物點燃后，對活塞產(chǎn)生壓力，從而驅(qū)動曲軸，如果活塞正好在上死點位置時被驅(qū)動，這時對活塞做功的功率最大。當火花塞在一定時間產(chǎn)生火花時，燃燒室的燃料才能點火?；鸹ㄈc火時間是由點火系統(tǒng)來控制的。點火之后，經(jīng)過一段時間的燃燒才能形成壓力，所以，若要使功率達到最大，點火需在活塞達到上死點前發(fā)生。
點火控制系統(tǒng)的功用是產(chǎn)生點火，決定點火的確切時間并負責(zé)控制相關(guān)的裝置，以便使它們有效地工作。
產(chǎn)生點火的方法一般有兩種第一種點火發(fā)生系統(tǒng)是接觸斷路器系統(tǒng)。接觸斷路器與曲軸機械地耦合，可產(chǎn)生定時脈沖。正常情況下，接觸點相連，電流通過點火線圈，正好到達點火時間時，接觸點斷開，點火線圈的磁場突然消失，點火線圈次級線圈中感應(yīng)產(chǎn)生點火所需的高電壓。有一些系統(tǒng)采用無斷路器的電子裝置，取代可能磨損的接觸器，這些電子裝置包括磁感應(yīng)，霍爾效應(yīng)和光學(xué)傳感裝置。這些裝置實際上是不會磨損的?？墒沁@些裝置也有問題，由于為了保持磁場，電流就得不間斷地流經(jīng)點火線圈，結(jié)果，就得額外處理接點閉合的時間(閉合角)，否則點火線圈有大的功耗。
第二種點火發(fā)生系統(tǒng)是電容放電系統(tǒng)。當充電的電容迅速通過點火線圈放電時，就會產(chǎn)生點火火花。這類系統(tǒng)的優(yōu)點是，當電容器完全充電之后，電流就會停止，電容內(nèi)的能量相等于每一次火花放電時的能量，這方式使火花能量穩(wěn)定，電容充電功耗低。缺點是高速時電容充電時間不足，影響火花強度。
上面所述的點火系統(tǒng)僅能為點火提供高能量火花。可是為了使發(fā)動機的效率提高，還應(yīng)對這種火花的發(fā)生時間，精確地加以控制。假定點燃的混合物產(chǎn)生壓力所需的時間是常數(shù)，那么，發(fā)動機的速度越高，活塞離到達上死點之前的位置越遠。這一位置一般轉(zhuǎn)換為角位置，稱為點火提前角或簡稱點火提前。
實際上，影響燃燒達到最大功率所需時間的因素很多。點火提前會隨發(fā)動機的轉(zhuǎn)速而改變。正常情況下，速度低時，點火提前曲線較陡，而速度較高時，曲線就緩一些。
汽車有足夠的空間使用機械方法來處理這種提前量。它們具備離心點火提前控制器，以補償速度的變化；還有真空點火提前控制器來補償空氣燃料比。不過這些控制裝置都不夠精確，況且在速度變化快時，反應(yīng)不及，而恰恰在此狀況下，燃料的浪費最明顯。
大多數(shù)摩托車的點火提前數(shù)值是固定的，例如在空轉(zhuǎn)速度時，提前數(shù)值為上死點前BTDC18度，而且即使超出運行范圍也保持不變，從這一簡單事例可以看出，大多數(shù)摩托車并沒有在最佳性能下工作。
如果存在一組用曲線表示，在不同運動狀態(tài)下的最佳點火提前角，那么，當點火系統(tǒng)按曲線所示的角度觸發(fā)時，就可以說發(fā)動機點火狀態(tài)達到最佳。在實踐中，各種運轉(zhuǎn)條件(如溫度、濕度、辛烷值等)可以從儲存在只讀儲存器中的表格中獲得，也可以從與跟蹤相關(guān)物理量值的傳感器直接連接的計算裝置來確定。需要具備一個足夠精確的角位置參照值，以指示點火角度。
對每一種點火線圈而言，在不同電壓磁場情況下都有一個最佳充電時間。若這些最佳時間值轉(zhuǎn)換為發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下的角度C，將P＝90°-C(4汽缸)或P＝60°-C(6汽缸)值存入只讀儲存器，將電壓模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)值，就可以讀出包含不同電壓值及發(fā)動機不同運轉(zhuǎn)速度下P值的表格上的內(nèi)容，控制觸點閉合角。提高發(fā)動機效率是現(xiàn)代潮流，因為這有利于節(jié)約能源，也有利于環(huán)境保護。除了改變壓縮率，增加閥門等方法之外，從機械角度看來，現(xiàn)代的發(fā)動機設(shè)計從兩個主要方面來提高發(fā)動機的效率第一個方面是應(yīng)用精確的點火控制?，F(xiàn)代點火控制系統(tǒng)要求此類參照值精度在1度以內(nèi)?？刂蒲b置能夠?qū)Ρ砩系臄?shù)值進行計算和讀取，以確定最佳點火角度。
第二方面是應(yīng)用精確度高的燃料控制，計算機會根據(jù)運轉(zhuǎn)條件來控制最佳燃料空氣比、噴射狀態(tài)等。
這兩方面措施都要求有全新的裝置。一般來說，點火定時信號并非來自分配器，而是來自新型曲軸位置檢測器，而燃料并非由汽化器供應(yīng)。上述兩方面措施并不適用于傳統(tǒng)的發(fā)動機。傳統(tǒng)的發(fā)動機只能低效率地工作，造成污染，直到這些機器消亡為止。
本實用新型的目的是提供一種適用于任何一種發(fā)動機的發(fā)動機點火控制裝置，使發(fā)動機實現(xiàn)最佳點火控制狀態(tài)。
本實用新型為一種與一般傳統(tǒng)的發(fā)動機點火系統(tǒng)相結(jié)合，即連接在原發(fā)動機產(chǎn)生點火定時信號的裝置與點火設(shè)備之間的發(fā)動機點火控制裝置，該裝置包括一個發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器和一個存放有一組最佳點火提前角度數(shù)據(jù)的只讀寄存器，發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器接收由原發(fā)動機產(chǎn)生點火定時信號的裝置發(fā)出的點火定時信號，產(chǎn)生與發(fā)動機轉(zhuǎn)動同步的脈沖系列，在只讀寄存器數(shù)據(jù)所示的最佳點火角度時觸發(fā)點火設(shè)備，該裝置還包括一個計算機接口，容許外接裝置監(jiān)察發(fā)動機運作，控制本操作及編定只讀寄存器的數(shù)據(jù)。
本實用新型的具體技術(shù)方案，包括一個輸入部分，用于對所輸入的原點火定時信號整形和數(shù)字化處理；一個處理部分，該部分包括一個發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器、一個同步脈沖系列發(fā)生器、一個精確點火信號發(fā)生器以及一個儲存有最佳點火提前角度數(shù)據(jù)的只讀寄存器；一個輸出部分，用于對精確點火信號放大并處理以產(chǎn)生點火驅(qū)動信號；一個提供本裝置各部分工作電源VCC的電源部分；輸入部分的輸出端連接到處理部分的輸入端，處理部分的輸出端連接到輸出部分的輸入端；在處理部分中，處理部分的輸入端即所述的發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器的輸入端，連接到所述的輸入部分的輸出端，所述的發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器的輸出端，連接到所述的同步脈沖系列發(fā)生器及所述的儲存有最佳點火提前角度數(shù)據(jù)的只讀寄存器所述的同步脈沖系列發(fā)生器的輸出端及所述的最佳點火提前角度數(shù)據(jù)只讀寄存器的輸出端，連接到所述的精確點火信號發(fā)生器，所述的精確點火信號發(fā)生器的輸出端，連接到所說的輸出部分的輸入端。其工作過程是所說的發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器接收經(jīng)所說的輸入部分處理的點火定時信號，用該信號驅(qū)動所說的同步脈沖系列發(fā)生器，產(chǎn)生表示發(fā)動機轉(zhuǎn)動角度位置的同步脈沖系列，所說的精確點火信號發(fā)生器從上述同步脈沖系列中，在所說的只讀寄存器所示的最佳點火角度產(chǎn)生精確點火信號，并將該信號饋入所說的輸出部分。
所說的處理部分還帶有一個外接計算機接口用以與外接控制部分相接。
所指的發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器應(yīng)用預(yù)告算法，產(chǎn)生來自所指原來的點火定時信號的所指的同步脈沖系列，以預(yù)告所指的發(fā)動機的瞬時角位置。
所指的發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器是一種計算系統(tǒng)，該計算系統(tǒng)對根據(jù)所指原來的點火定時信號信息(包含瞬時發(fā)動機位置、角速度和加速狀態(tài)等)所定的角位置進行計算，并作出預(yù)告。所指的計算系統(tǒng)可以包括模擬系統(tǒng)或數(shù)字系統(tǒng)，應(yīng)用計算算法，可以計算誤差校正值，預(yù)告之并實施之。這樣就可以產(chǎn)生精度甚高的同步脈沖系列，表示所指的發(fā)動機轉(zhuǎn)動時的角位置。
所指的發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器可由模擬式電路構(gòu)成；可以由數(shù)字式微計算機電路構(gòu)成；也可以由數(shù)字式邏輯電路構(gòu)成。
所說的同步脈沖系列中的每一個脈沖，代表所指發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器的分辯率M。若該發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器分辯率為2度，那末，每一個所指脈沖相當于所指發(fā)動機轉(zhuǎn)動2度。對相對于某已知角位置參照點消逝的脈沖進行計數(shù)，就可以確定發(fā)動機的角位置。所指的已知角位置的參照點可以是發(fā)生于某已知角上的原來的發(fā)火脈沖，也可以應(yīng)用可以獲得已知角位置參照點的任何其他手段。
所說的只讀寄存器所儲存的最佳點火提前角度數(shù)據(jù)，包括將對應(yīng)于發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度的最佳點火提前角度。對應(yīng)于不同發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度的最佳點火提前角度，可以表格方式存于只讀寄存器內(nèi)。所說的只讀寄存器可存放多于一個最佳點火提前角度表格，以適應(yīng)不同的發(fā)動機性能要求。
在本發(fā)動機點火控制裝置中，設(shè)置有最佳點火提前角度數(shù)據(jù)選擇開關(guān)，包括人手最佳點火提前角度數(shù)據(jù)選擇開關(guān)和最佳點火提前角度數(shù)據(jù)自動選擇開關(guān)，當發(fā)動機性能要求改變時，可以在發(fā)動機轉(zhuǎn)動時以人手開關(guān)作瞬時轉(zhuǎn)換或以自動開關(guān)作智能方式自動轉(zhuǎn)換。
本發(fā)動機點火控制裝置可適合于采用現(xiàn)有點火系統(tǒng)的電子點火或常規(guī)點火。點火控制裝置置于原來的點火脈沖發(fā)生器和點火設(shè)備之間。該定時脈沖發(fā)生器可包括接觸斷路器，磁感應(yīng)傳感器，霍爾效應(yīng)和光學(xué)傳感器等類型。該點火設(shè)備包括電容器放電點火系統(tǒng)，接觸斷路器系統(tǒng)及發(fā)動機管理系統(tǒng)等類型。
本點火控制裝置可具有計算裝置，該裝置可直接利用跟蹤各相關(guān)物理量值的傳感器獲得的數(shù)據(jù)，計算確定最佳點火角。
本點火控制裝置具有一開關(guān)裝置，該開關(guān)可向產(chǎn)生之精密點火信號提供角度補償值，這樣，該點火信號就可以使原來的點火定時信號提前或推后，從而且補償空載點火提前設(shè)定中的機械誤差，否則，這種誤差就只能用機械方法調(diào)正。
本點火控制裝置可具有發(fā)動機最大速度設(shè)定，以限制發(fā)動機不能以高于設(shè)定值的速度運轉(zhuǎn)。
本點火控制裝置可具有一信息傳送器以傳輸裝置識別碼。將識別碼與儲存值對比后，若發(fā)現(xiàn)識別碼不吻合，產(chǎn)生的精密點火信號就會無效。
本點火控制裝置可置于一個可拆卸的單元內(nèi)。從機殼中將該單元拆下，點火就會無效，或者是置回?zé)o控制運行狀態(tài)。
所指的計算機接口可連接于一個外接控制單元，或可與具有管理功能的計算機系統(tǒng)連接。該計算機接口包括串行式數(shù)據(jù)傳輸接口或并行式數(shù)據(jù)傳輸接口。
本實用新型所提供的發(fā)動機點火控制裝置，能與一般傳統(tǒng)的發(fā)動機點火系統(tǒng)相結(jié)合，接收發(fā)動機原來的點火脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的點火定時信號，從原來的點火定時信號中發(fā)出與發(fā)動機運轉(zhuǎn)同步的脈沖系列，從同步脈沖系列中發(fā)出精確點火信號，送回發(fā)動機原來的點火設(shè)備中，產(chǎn)生點火火花。同步脈沖系列表示發(fā)動機轉(zhuǎn)動的角位置，同步脈沖系列表示發(fā)動機角位置的精確度可達1度。這樣，就可以使多數(shù)老式發(fā)動機實現(xiàn)高精度的點火提前控制。而這些老機器本來只能從其原來的點火脈沖發(fā)生器發(fā)出點火定時信號。
以下是本實用新型的圖面說明


圖1表示發(fā)動機點火控制裝置在摩托車使用的連接結(jié)構(gòu)圖；圖2表示本實用新型的具體結(jié)構(gòu)框圖；圖3表示本實用新型的一種具體電路圖。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式作進一步的詳細說明。
實施例
圖1表示本實用新型的實施裝置在摩托車使用的連接結(jié)構(gòu)。磁電機101與發(fā)動機曲軸直接耦合，其產(chǎn)生的原來的點火定時信號輸入點火控制裝置103，所產(chǎn)生的精確點火信號饋送到原來的電容放電點火系統(tǒng)102，后者驅(qū)動點火線圈104，在火花塞產(chǎn)生火花。
原來的點火脈沖由磁電機101產(chǎn)生。不過，這種脈沖可以由其他任何裝置產(chǎn)生，只要這些裝置所產(chǎn)生的脈沖的位置和頻率依發(fā)動機轉(zhuǎn)動的位置和速度即可。
原來的電容放電點火系統(tǒng)102接收精確的點火脈沖之后，產(chǎn)生點火高電壓。然而，任何接收精確點火脈沖后能產(chǎn)生點火高電壓的適宜裝置均可資使用。
圖2表示本裝置(103)的具體結(jié)構(gòu)框圖。本裝置包括輸入部分201、處理部分202、輸出部分203、外接控制部分204和電源部分205，輸入部分201的輸出端連接到處理部分202的輸入端，處理部分202的輸出端連接到輸出部分203的輸入端。本裝置的具體工作原理是磁電機發(fā)出的原來的點火定時信號輸入本裝置的輸入部分201，該輸入部分對所輸入的原點火定時信號(原點火觸發(fā)脈沖信號)整形和數(shù)字化處理后輸入本裝置的處理部分202，該處理部分包括發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器、同步脈沖系列發(fā)生器、精確點火信號發(fā)生器及儲存最佳點火提前角度數(shù)據(jù)的寄存器。發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器通過經(jīng)輸入部分201處理的點火定時信號來驅(qū)動同步脈沖系列發(fā)生器產(chǎn)生同步脈沖系列(該系列表示發(fā)動機轉(zhuǎn)動的角位置)。精確點火信號發(fā)生器從上述同步脈沖系列中，在由儲存最佳點火提前角度數(shù)據(jù)內(nèi)置只讀寄存器或外接的EEPROM所指示控制的最佳點火角度產(chǎn)生精確點火信號饋入本裝置的輸出部分203，輸出部分203將精確點火信號放大并處理后產(chǎn)生點火驅(qū)動信號，饋送到原來的點火設(shè)備，產(chǎn)生火花。本裝置還具有外接計算機接口與外接控制部分204相接，外接控制部分可包括具有外接速度提前角監(jiān)測器、最佳點火提前角數(shù)據(jù)編程器、速度限制器、密碼識別裝置和外置提前角等功能的計算機裝置。本裝置的電源部分205提供本裝置各部分的工作電源VCC。
圖3為本裝置所采用的一種具體電路。包括輸入部分201、處理部分202、輸出部分203、外接控制部分204和電源部分205。在輸入部分201中，包括一輸入端口、一脈沖限制和整形器以及一放大電路，放大電路的輸出端連接到處理部分202的輸入端，其中，二極管D5、電阻R17、R18、R19以及電容C7、C8構(gòu)成脈沖限制和整形器，對輸入的點火定時信號進行糾正，三極管Q3和電阻R20組成的放大電路將該信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字形式輸入處理部分202；處理部分由芯片MACH231、93C46和OSC構(gòu)成，MACH231為可編程門陣列，構(gòu)成一智能計算系統(tǒng)，具有預(yù)告發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置，產(chǎn)生同步脈沖系列，指出發(fā)動機轉(zhuǎn)動的實際位置以供點火參照的功能，在只讀寄存器所儲存的最佳點火提前角度產(chǎn)生精確點火信號；芯片93C46構(gòu)成EEPROM用以儲存最佳點火提前角度數(shù)據(jù)表格。
外接控制部分204包括3個外連接口外接控制接口(J2)用于連接外接監(jiān)控器，可以監(jiān)控處理部分202的狀態(tài)，如瞬時提前，發(fā)動機速度等，通過這一接口，還可以設(shè)定速度限制和口令保護等；空載點火提前調(diào)節(jié)開關(guān)接口(SW)用于連接一調(diào)節(jié)開關(guān)裝置，向產(chǎn)生之精密點火信號提供角度補償值，這樣，該點火信號就可以使原來的點火定時信號提前或推后，以補償空載點火提前設(shè)定中的機械誤差，從而擴大控制范圍；機器碼編程接口用于對最佳點火提前數(shù)據(jù)表的內(nèi)容重新進行編程。
輸出部分203由三極管Q1、電阻R5、R4、二極管D1和變阻器V1構(gòu)成的功率放大電路，由處理部分產(chǎn)生的精確點火信號饋送到R5的一端，經(jīng)Q1放大后通過D1輸出，V1的作用是輸出聯(lián)接時可能發(fā)生的電涌。
電源部分205由可控硅Q2、二極管D2、D3、電阻R7、R8構(gòu)成整流及超壓保護電路，變阻器V2保護電源可能產(chǎn)生的電涌，電容C3、C4起濾波作用，A3(TM2930T)為有負載保護功能的調(diào)壓器，該部分電路為本裝置的各部分電路提供直流工作電源。
權(quán)利要求1.一種發(fā)動機點火控制裝置，其特征在于包括一個輸入部分(201)，用于對所輸入的原點火定時信號整形和數(shù)字化處理；一個處理部分(202)，該部分包括一個發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器、一個同步脈沖系列發(fā)生器、一個精確點火信號發(fā)生器以及一個儲存有最佳點火提前角度數(shù)據(jù)的只讀寄存器，用以產(chǎn)生精確點火信號；一個輸出部分(203)，用于對精確點火信號放大并處理以產(chǎn)生點火驅(qū)動信號；一個提供本裝置各部分工作電源VCC的電源部分(205)；輸入部分(201)的輸出端連接到處理部分(202)的發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器的輸入端，所述的發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器的輸出端，連接到所述的同步脈沖系列發(fā)生器及所述的儲存有最佳點火提前角度數(shù)據(jù)的只讀寄存器所述的同步脈沖系列發(fā)生器的輸出端及所述的最佳點火提前角度數(shù)據(jù)只讀寄存器的輸出端，連接到所述的精確點火信號發(fā)生器，所述的精確點火信號發(fā)生器的輸出端，連接到所說的輸出部分(203)的輸入端；處理部分(202)還帶有一個外接計算機接口用以與外接控制部分(204)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機點火控制裝置，其特征在于所說的處理部分(202)是由一可編程門陣列、時鐘電路和EEPROM構(gòu)成的計算系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機點火控制裝置，其特征在于所述的輸入部分(201)包括一輸入端口、一脈沖限制和整形器以及一放大電路，放大電路的輸出端連接到處理部分(202)的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機點火控制裝置，其特征在于所說的輸出部分(202)為一功率放大電路。
專利摘要一種與一般發(fā)動機點火系統(tǒng)相結(jié)合的發(fā)動機點火控制裝置,該裝置包括一個發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器和一個存放有一組最佳點火提前角度數(shù)據(jù)的只讀寄存器,發(fā)動機轉(zhuǎn)動角位置預(yù)告器接收原來的點火定時信號,產(chǎn)生與發(fā)動機轉(zhuǎn)動同步的脈沖系列,在只讀寄存器數(shù)據(jù)所示的最佳點火角度時觸發(fā)點火設(shè)備,本裝置可以使多數(shù)老式發(fā)動機實現(xiàn)高精度的點火提前控制。而這些老機器本來只能從其原來的點火脈沖發(fā)生器發(fā)出點火定時信號。
文檔編號F02P5/15GK2469203SQ9824318
公開日2002年1月2日 申請日期1998年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月20日
發(fā)明者容小明 申請人:容小明