專利名稱：汽油機(jī)能量平衡點(diǎn)火電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方案屬于內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及汽油機(jī)CDI直流點(diǎn)火電路。
背景技術(shù)：
點(diǎn)火器應(yīng)在恰當(dāng)時(shí)機(jī)以適當(dāng)能量給發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。⑶I點(diǎn)火電路的發(fā)展已經(jīng)歷三代，第一代交流充電加機(jī)械控制提前角，第二代交或直流充電加電路控制提前角，第三代利用單片機(jī)使提前角的控制更準(zhǔn)確，已可準(zhǔn)確控制提前角即點(diǎn)火時(shí)機(jī)，并改進(jìn)了點(diǎn)火能量均衡性。點(diǎn)火能量來自儲(chǔ)能電路，儲(chǔ)能電路主要是一個(gè)電容，儲(chǔ)能電路電壓或儲(chǔ)能電壓指該電容的電壓，也可指點(diǎn)火能量。點(diǎn)火電壓指儲(chǔ)能電壓經(jīng)高壓包后至火化塞的電壓。本文以下有時(shí)對(duì)點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量及與之對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓或能量不作區(qū)分等。以方便敘述?，F(xiàn)有CDI直流點(diǎn)火電路在每個(gè)點(diǎn)火周期產(chǎn)生的點(diǎn)火能量是由轉(zhuǎn)速，直流升壓電路 的工作狀態(tài)和電池狀態(tài)決定的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，充電時(shí)間縮短，點(diǎn)火密度加大，需要直流升壓電路提高輸出功率以保證每次提供儲(chǔ)能電路的電能達(dá)到點(diǎn)火要求。而電池電壓下降時(shí)，若不加調(diào)節(jié)，升壓電路每周期輸出即給每次點(diǎn)火提供的能量就會(huì)下降。因此，為保證不利條件下仍能提供足夠的點(diǎn)火能量，直流升壓電路的輸出功率必被設(shè)計(jì)得較大，以滿足低電壓及較高轉(zhuǎn)速不利條件下的點(diǎn)火能量要求。而當(dāng)電池及轉(zhuǎn)速處于常態(tài)或有利于升壓時(shí)，直流升壓電路輸出能量就必然大幅偏高合理的點(diǎn)火能量需要，以致需要依靠最大電壓限制電路防止電壓進(jìn)一步升高。實(shí)際上，如摩托車電池，從使用初期至后期，平均電壓可以有3v降低，而日常又會(huì)有3v波動(dòng)。還需加上轉(zhuǎn)速變化的影響。由此可見，必須對(duì)升壓電路的工作狀態(tài)依據(jù)整車設(shè)備及運(yùn)行狀態(tài)作在線調(diào)節(jié)，否則，點(diǎn)火電壓或點(diǎn)火電路所提供的能量必與點(diǎn)火需求不符?，F(xiàn)有技術(shù)也可以采用測量電池電壓和轉(zhuǎn)速的方法通過控制儲(chǔ)能電容電壓修正點(diǎn)火電壓，但因沒有以恒壓技術(shù)為基礎(chǔ)，也沒有對(duì)儲(chǔ)能電路和升壓電路采用好的定量控制手段，恒壓點(diǎn)火和按工況調(diào)節(jié)點(diǎn)火能量的技術(shù)尚未成熟。
發(fā)明內(nèi)容迄今為止，無論是否結(jié)合有單片機(jī)，直流CDI點(diǎn)火器每周期輸出能量尚不能較好地?fù)?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或設(shè)備狀態(tài)及發(fā)動(dòng)機(jī)其他工況變化引起的需求變化作出調(diào)節(jié)。直流點(diǎn)火器的每周期產(chǎn)生的點(diǎn)火能量與實(shí)際點(diǎn)火所需能量常不一致即能量供需不平衡。點(diǎn)火電壓則會(huì)因轉(zhuǎn)速和電池電壓變化有高達(dá)70V以上的非期望波動(dòng)。不利于燃燒及減排，還導(dǎo)致點(diǎn)火電路負(fù)荷大，可靠性降低。有鑒于此，新一代點(diǎn)火電路應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火能量按需準(zhǔn)確提供即點(diǎn)火能量平衡控制。本方案主要解決現(xiàn)有汽油機(jī)點(diǎn)火電壓不均衡及點(diǎn)火能量不能與變工況匹配引起的問題。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測儲(chǔ)能電路電壓，及時(shí)調(diào)節(jié)升壓電路工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火電壓恒定或在此基礎(chǔ)上依發(fā)動(dòng)機(jī)工況需求提供點(diǎn)火能量，總稱為能量供需平衡控制或能量平衡。新技術(shù)改善燃燒，提高效率，控制發(fā)動(dòng)機(jī)溫升，降低排放。降低器件溫升，提高點(diǎn)火電路運(yùn)行的可靠性。[0006]恒壓點(diǎn)火電路組成方案見圖I，包括控制電路，點(diǎn)火電路，儲(chǔ)能電路，驅(qū)動(dòng)電路，升壓電路，控制電路的一個(gè)輸出端連接點(diǎn)火電路的控制端，點(diǎn)火電路的一個(gè)功率端連接儲(chǔ)能電路，點(diǎn)火電路另一個(gè)功率端接地。點(diǎn)火電路閉合時(shí)經(jīng)功率端釋放儲(chǔ)能電路電能并使外接高壓包經(jīng)歷電流，火花塞放電?？刂齐娐妨硪粋€(gè)輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，該驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接升壓電路的控制端，升壓電路的高壓輸出端連接儲(chǔ)能電路，在升壓電路工作時(shí)向儲(chǔ)能電路充電。方案的特征是還設(shè)置有測量電路，其輸入端連接儲(chǔ)能電路，其模擬信號(hào)輸出端連接控制電路的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸入端或經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的邏輯信號(hào)輸出接控制電路的輸入端?？刂齐娐吠ǔ閱纹瑱C(jī)或單片機(jī)與其它電路的集合，可以接受一至多路點(diǎn)火信號(hào)，點(diǎn)火信號(hào)反映發(fā)動(dòng)機(jī)或摩托車上磁電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，提示點(diǎn)火時(shí)機(jī)?？刂齐娐废蝌?qū)動(dòng)電路輸出具有占空比的信號(hào)，控制升壓電路升壓速率，或輸出簡單的開關(guān)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)升壓電路的啟停。升壓電路可以有多種形式，常用的有占空比控制式升壓電路及變壓器振蕩式升壓電路。升壓電路作為局部功能電路，本案不限制其構(gòu)造形式，但如果要得到最高控制效果，需在周期內(nèi)向儲(chǔ)能電路輸出足夠的點(diǎn)火能量及便于計(jì)算機(jī)控制。在升壓電路運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能電壓在一定的范圍內(nèi)持續(xù)升高，升壓電路停止運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能電壓停止上升。
·[0008]通過測量電路實(shí)時(shí)測量儲(chǔ)能電壓的大小，控制電路據(jù)測量信息操控升壓電路，使其在周期內(nèi)向儲(chǔ)能電路輸出的能量與點(diǎn)火需求或據(jù)需求統(tǒng)一設(shè)定的值平衡。因此對(duì)點(diǎn)火能量或點(diǎn)火電壓的控制實(shí)際是對(duì)儲(chǔ)能電路蓄存能量或電壓的控制。測量電路配置有取樣電路，對(duì)儲(chǔ)能電路電壓構(gòu)成分壓采樣，經(jīng)模擬比較器轉(zhuǎn)換為開關(guān)量后向單片機(jī)輸出。模擬比較器也可以集成在單片機(jī)內(nèi)。升壓電路可以由控制電路控制其狀態(tài)，至少是通斷控制，是輸出狀態(tài)可調(diào)升壓電路。經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)需求等因素統(tǒng)一設(shè)計(jì)，確定點(diǎn)火電壓或點(diǎn)火能量的恒定值，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電路電壓稱儲(chǔ)能電壓達(dá)標(biāo)值或達(dá)標(biāo)電壓。確定取樣的分壓比及模擬比較器基準(zhǔn)值，當(dāng)儲(chǔ)能電壓達(dá)標(biāo)時(shí)模擬比較器輸出變化，使控制電路得到中斷信號(hào)。升壓電路應(yīng)能在周期內(nèi)為儲(chǔ)能電路提供所需能量?？刂齐娐吩诿總€(gè)充電周期的起始持續(xù)檢測，一但來自測量電路的中斷發(fā)生，即從口線輸出控制信號(hào)，停止直流升壓電路工作，即停止本周期該電路的能量輸出，儲(chǔ)能電壓不再上升。調(diào)節(jié)過程克服電池電壓，轉(zhuǎn)速變化及升壓電路自身性能因素，儲(chǔ)能電壓點(diǎn)火前升至達(dá)標(biāo)電壓，實(shí)現(xiàn)恒壓點(diǎn)火。達(dá)標(biāo)電壓是統(tǒng)一考慮了點(diǎn)火所需能量確定的，因此以達(dá)標(biāo)電壓為目標(biāo)值的儲(chǔ)能電壓恒壓控制也是點(diǎn)火能量一種重要的供需調(diào)節(jié)，是能量平衡控制方式之一。完全解決了現(xiàn)有技術(shù)點(diǎn)火電壓波動(dòng)的問題。采用A/D轉(zhuǎn)換或查詢法測量儲(chǔ)能電壓，只需將檢測中斷信號(hào)改為檢測儲(chǔ)能電壓或其分壓的A/D轉(zhuǎn)換值，或模擬比較器轉(zhuǎn)換邏輯值?？刂菩盘?hào)占空比可以輔助調(diào)節(jié)升壓電路輸出。若升壓至點(diǎn)火時(shí)刻到來未出現(xiàn)儲(chǔ)能電壓達(dá)標(biāo)，直流升壓電路本次能量輸出低于點(diǎn)火需求。直流升壓電路周期內(nèi)已最大限度利用升壓時(shí)間，可增加升壓控制波形的占空比一個(gè)單位。能量輸出增加，與點(diǎn)火需求趨于平衡。如果儲(chǔ)能電壓在充電周期內(nèi)過早達(dá)到，如早至周期的1/4，說明直流升壓電路可提供的輸出大于點(diǎn)火需求較多，可降低升壓轉(zhuǎn)換波形的占空比一個(gè)單位，使升壓轉(zhuǎn)換電路工作在額定功率的中心，保持其較高的轉(zhuǎn)換效率。升壓電路中的電子開關(guān)元件，可采用雙極型晶體管，場效應(yīng)管，IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)及組合，且不限于所列舉并應(yīng)配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。[0012]控制電路連接點(diǎn)火信號(hào)，從點(diǎn)火脈沖信號(hào)獲得發(fā)動(dòng)機(jī)和磁電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。點(diǎn)火信號(hào)可為TTL電平或其他電平，采用非控制電路兼容的信號(hào)電平時(shí)，通常需經(jīng)信號(hào)整形電路，控制電路自身也可以包含該類整形電路。點(diǎn)火信號(hào)，包括摩托車點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)，汽車凸輪軸，曲軸位置及轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速信號(hào)等，提供發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息?？刂齐娐芬灾袛嘟邮找恢炼嗦伏c(diǎn)火信號(hào)。作最佳提前角運(yùn)算處理后，在點(diǎn)火時(shí)刻到來時(shí)點(diǎn)火，將儲(chǔ)能電路的能量經(jīng)外接高壓包及火花塞放電，完成一個(gè)點(diǎn)火周期。本案采用現(xiàn)有最佳點(diǎn)火提前角技術(shù)，不對(duì)此作出改進(jìn)，敘述簡略。如上所述，恒壓點(diǎn)火技術(shù)包含一種儲(chǔ)能電壓恒壓控制方法周期開始，控制電路啟動(dòng)升壓電路，并持續(xù)監(jiān)測儲(chǔ)能電路電壓，在電壓達(dá)標(biāo)后，停止升壓電路運(yùn)行，等待點(diǎn)火時(shí)刻到來后實(shí)施點(diǎn)火?？刂齐娐房梢园ㄆ渌娐?，擴(kuò)大控制電路的范圍，則形成更簡單的恒壓控制點(diǎn) 火電路形式。新形成的電路方案包括控制電路，點(diǎn)火電路，儲(chǔ)能電路，升壓電路，控制電路的一個(gè)輸出端連接點(diǎn)火電路的控制端，該點(diǎn)火電路的一個(gè)功率端連接儲(chǔ)能電路，其另一個(gè)功率端接地?？刂齐娐妨硪粋€(gè)輸出端連接升壓電路的控制端，升壓電路的高壓輸出端連接儲(chǔ)能電路?？刂齐娐愤€連接儲(chǔ)能電路，測量儲(chǔ)能電路電壓有否達(dá)到設(shè)計(jì)的達(dá)標(biāo)值，即監(jiān)測有否發(fā)生內(nèi)部比較器中斷。當(dāng)儲(chǔ)能電路電壓達(dá)標(biāo)時(shí)停止升壓電路運(yùn)行。根據(jù)這種形式，還可以形成汽油機(jī)點(diǎn)火恒壓控制專用單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路增強(qiáng)控制電路對(duì)升壓電路的驅(qū)動(dòng)，該電路也可以包含在控制電路或升壓電路中。某些電路可以由控制電路直接驅(qū)動(dòng)，如單片機(jī)可能直接驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管的柵極。發(fā)動(dòng)機(jī)的工況因素，使發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)點(diǎn)火能量的需求有較大變化。燃燒好壞，發(fā)動(dòng)機(jī)效率，溫升，排放等性能會(huì)隨點(diǎn)火能量需求與提供的平衡情況變化。點(diǎn)火能量的需求因素有多個(gè)，即可以是多因素補(bǔ)償。考慮工況因素作能量平衡控制，簡稱能量平衡或工況平衡?，F(xiàn)有技術(shù)也可有工況因素補(bǔ)償點(diǎn)火電壓或儲(chǔ)能電壓，不過是在沒有取得儲(chǔ)能電路恒壓的基礎(chǔ)上或不是在確定的儲(chǔ)能電壓的基礎(chǔ)上進(jìn)行，補(bǔ)償?shù)拇_定性降低。也沒有對(duì)升壓電路或儲(chǔ)能電壓的定量控制技術(shù)。因此現(xiàn)有技術(shù)的多因素補(bǔ)償是定性控制，不屬于本案所稱能量平衡控制。工況平衡，是在儲(chǔ)能電路已獲得確知的能量即恒壓控制的基礎(chǔ)上按工況實(shí)施定量補(bǔ)償，補(bǔ)償作用確定，形成儲(chǔ)能電壓準(zhǔn)確的定量，逐周期按工況提供其對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火能量。雖然工況平衡控制的目的是為了調(diào)節(jié)點(diǎn)火電壓或點(diǎn)火能量，但考慮工程經(jīng)驗(yàn)后，工況平衡控制技術(shù)只需以儲(chǔ)能電壓為控制目標(biāo)。恒壓控制與工況平衡控制都是點(diǎn)火能量的定量控制技術(shù)，后者為點(diǎn)火能量最優(yōu)控制，總稱能量平衡控制，其電路統(tǒng)稱為能量平衡點(diǎn)火電路，所涉方法統(tǒng)稱平衡控制方法。是新一代完全成熟的汽油機(jī)點(diǎn)火電路及控制方法。一種汽油機(jī)恒壓及工況平衡點(diǎn)火電路，包括控制電路，點(diǎn)火電路，儲(chǔ)能電路，驅(qū)動(dòng)電路，升壓電路?？刂齐娐返囊粋€(gè)輸出端連接點(diǎn)火電路的控制端，該點(diǎn)火電路連接儲(chǔ)能電路。控制電路另一個(gè)輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，該驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接升壓電路的控制端，升壓電路的高壓輸出端連所述接儲(chǔ)能電路。還有測量電路，其輸入端連接儲(chǔ)能電路，其模擬信號(hào)輸出端連接控制電路的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸入端或經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的邏輯信號(hào)輸出接控制電路的輸入端。另有輔助檢測電路，其輸出連接所述控制電路。設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電路基本達(dá)標(biāo)電壓，該儲(chǔ)能電壓可滿足具較低能量需求的工況。設(shè)計(jì)測量電路的取樣電阻分壓或比較器基準(zhǔn)等，在儲(chǔ)能電壓升至基本達(dá)標(biāo)電壓后，檢測電路發(fā)出基本達(dá)標(biāo)信號(hào)。而對(duì)于能量需求大的發(fā)動(dòng)機(jī)工況，需在基本達(dá)標(biāo)信號(hào)后，再保持升壓電路一定的運(yùn)行時(shí)值，才使儲(chǔ)能電壓達(dá)到要求。這為多因素能量平衡控制獲得各種影響因素對(duì)點(diǎn)火能量需求適配的空間，使點(diǎn)火能量可以與不同的工況需求平衡。工況因素包括加速度，轉(zhuǎn)速，缸體溫度或冷卻水溫，節(jié)氣門開度或燃?xì)饬髁康取Ｔ黾右恢炼嗦废嚓P(guān)因素檢測電路，統(tǒng)稱輔助檢測電路，各自連接控制電路，傳感信號(hào)可為電壓，電流或數(shù)字信號(hào)及通信信號(hào)?？刂齐娐窚y量工況因素參數(shù)值，修正補(bǔ)償量(或有時(shí)為確定所需儲(chǔ)能電壓)，即修正基本達(dá)標(biāo)信號(hào)后升壓電路運(yùn)行的角度或時(shí)值。修正規(guī)律遵循由工程經(jīng)驗(yàn)獲得的補(bǔ)償曲線或表格等。例如輔助檢測電路檢測出缸體溫度很高時(shí)，點(diǎn)火能量或點(diǎn)火電壓的補(bǔ)償值可以減小，即在基本達(dá)標(biāo)信號(hào)后較早地停止升壓電路的運(yùn)行，使儲(chǔ)能電路電壓在達(dá)標(biāo)信號(hào)后較少上升或不再上升，反之亦然。補(bǔ)償開始前控制電路得到基本達(dá)標(biāo)電壓信號(hào)，標(biāo)示儲(chǔ)能電壓已達(dá)某一定值，隨后又依據(jù)工況參數(shù)和補(bǔ)償模型給出確定的補(bǔ)償 量。其值等于該工況值下所需點(diǎn)火電壓減去達(dá)標(biāo)電壓。各種補(bǔ)償因素可以一定規(guī)律迭加或選擇最高補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)可參照已知的升壓曲線。如以直線作為上升曲線，可以簡單地?fù)?jù)所需補(bǔ)償?shù)碾妷杭八俾?，在基本達(dá)標(biāo)電壓對(duì)應(yīng)的基本達(dá)標(biāo)時(shí)刻之后，延續(xù)升壓電路運(yùn)行時(shí)間，完成補(bǔ)償。升壓電路在周期內(nèi)為儲(chǔ)能電路提供足夠的能量及采用恒壓控制技術(shù)后，轉(zhuǎn)速不成為影響能量提供的因素，但轉(zhuǎn)速仍可作為一種工況因素，轉(zhuǎn)速信號(hào)從點(diǎn)火信號(hào)中獲得。升壓電路的升壓充電速率與電池電壓有關(guān)，這在本案與恒壓控制的效果無關(guān)，但影響工況平衡中補(bǔ)償所需時(shí)間即升壓電路為平衡工況需求在基本達(dá)標(biāo)電壓達(dá)到后所需運(yùn)行時(shí)間。工況平衡可以考慮這一影響因素。儲(chǔ)能電壓從初始上升至基本達(dá)標(biāo)電壓需要的時(shí)間，稱基本達(dá)標(biāo)時(shí)間，在其它因素不變的情況下，該時(shí)間由電池電壓決定。測量該時(shí)間，將該因素加入到前述的補(bǔ)償運(yùn)算中，可提高升壓電路的定量控制技術(shù)即工況平衡控制。周期開始，啟動(dòng)升壓電路，即開始測量本次基本達(dá)標(biāo)時(shí)間，直至基本達(dá)標(biāo)電壓到達(dá)后完成測量。期間用基本達(dá)標(biāo)電壓和上一周期通過檢測得到的基本達(dá)標(biāo)時(shí)間，計(jì)算儲(chǔ)能電壓實(shí)際上升斜率?？蓪姵仉妷涸趦?nèi)各種對(duì)儲(chǔ)能電壓升壓速率的影響消除。在儲(chǔ)能電壓基本達(dá)標(biāo)前，還測量工況參數(shù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓，再根據(jù)所需補(bǔ)償量即基本達(dá)標(biāo)電壓至工況所對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能電壓及升壓斜率，計(jì)算出為工況補(bǔ)償，升壓電路所需繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間即補(bǔ)償所需時(shí)間。也可以再設(shè)置儲(chǔ)能電壓測量電路，即增加另一個(gè)中斷檢測，運(yùn)行中標(biāo)定出補(bǔ)償段的斜率，則補(bǔ)償更準(zhǔn)確。二次中斷間的電壓差除以對(duì)應(yīng)的時(shí)間，得到補(bǔ)償段斜率。在儲(chǔ)能電壓基本達(dá)標(biāo)信號(hào)后開始延續(xù)補(bǔ)償所需時(shí)間，延時(shí)完成后停止升壓電路，補(bǔ)償完成。由此產(chǎn)生一種利用達(dá)標(biāo)電壓測量計(jì)算儲(chǔ)能電壓上升速率的方法，步驟是啟動(dòng)升壓電路，開始計(jì)時(shí)，待儲(chǔ)能電壓達(dá)到達(dá)標(biāo)電壓，得出其經(jīng)歷的時(shí)間，計(jì)算出升壓速率。這種測量計(jì)算不需要每個(gè)周期進(jìn)行。依據(jù)升壓速率，可以如前述方法對(duì)工況因素進(jìn)行補(bǔ)償?；蛑苯涌刂苾?chǔ)能電壓，方法見后述。而最終儲(chǔ)能電壓可以高于或低于達(dá)標(biāo)電壓。采用A/D轉(zhuǎn)換測量儲(chǔ)能電壓，常是可行的。將測量電路的輸出經(jīng)濾波使上升穩(wěn)定。測量電路模擬值輸出接控制電路A/D轉(zhuǎn)換輸入端，采用高速A/D轉(zhuǎn)換。在升壓電路啟動(dòng)后持續(xù)監(jiān)測儲(chǔ)能電壓，即在每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后判斷有否到達(dá)標(biāo)電壓或工況參數(shù)值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火電壓，用中斷或查詢判斷轉(zhuǎn)換是否完成。若未完成，立即重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，到所需電壓后停止升壓電路，可將儲(chǔ)能電壓控制到所需值。工況平衡則將工況所需點(diǎn)火電壓作為儲(chǔ)能電壓控制目標(biāo)值。無需考慮升壓曲線的測量計(jì)算。采用A/D轉(zhuǎn)換測量儲(chǔ)能電壓，有可能受儲(chǔ)能電壓上升的干擾。發(fā)明一種用A/D轉(zhuǎn)換法測量儲(chǔ)能電壓上升速率的方法，不受干擾。周期開始，啟動(dòng)升壓電路，在一定時(shí)間如2ms后停止升壓，記下升壓對(duì)應(yīng)時(shí)間值。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換測量此時(shí)的儲(chǔ)能電壓值?？梢杂?jì)算出儲(chǔ)能電壓上升速率。在獲得升壓速率后，利用升壓速率控制儲(chǔ)能電壓，其過程是啟動(dòng)升壓電路，開始升壓計(jì)時(shí)，同時(shí)測量工況參數(shù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓并利用已知速率計(jì)算儲(chǔ)能電壓上升到工況對(duì)應(yīng)值所需時(shí)間，如為恒壓控制則以恒壓值和速率計(jì)算時(shí)間。在升壓時(shí)間到達(dá)后，停止升壓電路。無論是否采用能量平衡技術(shù)，升壓電路的功率對(duì)點(diǎn)火需求往往是富?；虼蟠蟾辉５?，能量平衡控制會(huì)使升壓電路早早地停止運(yùn)行，減少升壓電路運(yùn)行時(shí)間。這離點(diǎn)火時(shí)刻往往會(huì)達(dá)半個(gè)點(diǎn)火周期的時(shí)間或以上?？梢酝七t點(diǎn)火周期開始后升壓電路運(yùn)行，使升壓結(jié)束時(shí)刻與點(diǎn)火時(shí)刻銜接。這消除儲(chǔ)能電壓經(jīng)測量電路或其他漏電路徑泄漏，保持儲(chǔ)能電壓，也能大大降低儲(chǔ)能電路平均乘受電壓?？刂粕龎弘娐飞龎旱钠鹗紩r(shí)刻，稱最優(yōu)啟動(dòng)時(shí)刻控制。周期開始后升壓電路適當(dāng)延遲或不延時(shí)啟動(dòng)，并持續(xù)檢測達(dá)標(biāo)電壓和監(jiān)視點(diǎn)火時(shí)亥|J。若儲(chǔ)能電壓先達(dá)標(biāo)，則使升壓電路在下一周期延遲一個(gè)時(shí)間單位啟動(dòng)。若點(diǎn)火時(shí)刻先到達(dá)，則在下一周期提前一個(gè)單位啟動(dòng)。本發(fā)明是在現(xiàn)有汽油機(jī)直流點(diǎn)火電路的基礎(chǔ)上，設(shè)置測量電路，測量儲(chǔ)能電壓，控制升壓電路，使儲(chǔ)能電壓與點(diǎn)火需求逐個(gè)周期取得平衡，實(shí)現(xiàn)恒壓點(diǎn)火及逐周期按工況需求點(diǎn)火?，F(xiàn)有技術(shù)各種適用的電路，及一定的改進(jìn)變化，與本案電路特征或方法特征結(jié)合，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。后續(xù)有限的實(shí)例僅為其中幾個(gè)優(yōu)選。有益效果恒壓控制技術(shù)完全解決了汽油機(jī)CDI點(diǎn)火長期存在的點(diǎn)火電壓不均衡的重大技術(shù)難題。在一定電池電壓如8-10V以上，轉(zhuǎn)速每分鐘10，000轉(zhuǎn)以下，保持點(diǎn)火電壓恒為設(shè)計(jì)值，或波動(dòng)小于3%。儲(chǔ)能電壓與轉(zhuǎn)速及電池電壓無關(guān)并消除升壓電路性能的離散性。在運(yùn)行條件偏離較大時(shí)，則大大減小點(diǎn)火電壓波動(dòng)。工況平衡控制在恒壓控制的基礎(chǔ)上跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化，點(diǎn)火能量逐周期按工況需求定量提供，完全解決了汽油機(jī)點(diǎn)火，點(diǎn)火能量不能按工況準(zhǔn)確配置長久的技術(shù)難題。儲(chǔ)能電壓按工況需求，波動(dòng)小于5%，即實(shí)現(xiàn)定量控制。在現(xiàn)有最優(yōu)點(diǎn)火提前角技術(shù)的基礎(chǔ)上，能量平衡實(shí)現(xiàn)了恒壓及最優(yōu)點(diǎn)火能量控制，完善了汽油機(jī)點(diǎn)火電路功能。改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)能效提高5%以上，利于節(jié)能減排，降低污染排放5%以上，使汽油機(jī)排放易于達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)易于在低溫下啟動(dòng)，高溫下降低氣缸溫度，動(dòng)力增強(qiáng)，加速有力，運(yùn)行平穩(wěn)。點(diǎn)火電路能效提高，器件發(fā)熱及承壓降低，可靠性提高。
[0037]圖I方案簡圖。圖2實(shí)例1，占空比信號(hào)控制升壓摩托車恒壓點(diǎn)火電路。圖3實(shí)例2，帶限流驅(qū)動(dòng)占空比信號(hào)控制升壓恒壓點(diǎn)火電路。圖4實(shí)例3，變壓器振蕩升壓摩托車恒壓及缸溫補(bǔ)償點(diǎn)火電路。圖5實(shí)例4，占空比控制升壓摩托車恒壓及多因素補(bǔ)償點(diǎn)火電路。圖6實(shí)例5，汽車或多缸發(fā)動(dòng)機(jī)能量平衡點(diǎn)火電路。圖7實(shí)例6專用單片機(jī)式摩托車能量平衡點(diǎn)火電路。圖8不同平衡狀態(tài)下，改變運(yùn)行時(shí)值作能量平衡控制各參數(shù)或信號(hào)時(shí)序示意圖。 圖9不同平衡狀態(tài)下，改變占空比作能量平衡控制各參數(shù)或信號(hào)時(shí)序示意圖。圖10雙路輸出的脈沖整形電路圖。圖11有無升壓起始時(shí)刻控制的儲(chǔ)能電壓曲線對(duì)比示意圖。圖12溫度因素補(bǔ)償儲(chǔ)能電壓原理圖。圖13儲(chǔ)能電壓恒壓控制程序流程圖。圖14包含控制信號(hào)占空比調(diào)整的儲(chǔ)能電壓恒壓控制程序流程圖。圖15儲(chǔ)能電壓工況平衡控制程序流程圖。圖16升壓電路最優(yōu)啟動(dòng)時(shí)刻控制程序流程圖。圖17 A/D轉(zhuǎn)換測量儲(chǔ)能電壓恒壓及工況平衡控制程序流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)例I:見圖2，占空比信號(hào)控制升壓摩托車恒壓點(diǎn)火電路。包括控制電路，點(diǎn)火電路，儲(chǔ)能電路，驅(qū)動(dòng)電路，升壓電路，測量電路。其中點(diǎn)火電路，儲(chǔ)能電路，控制電路均采用標(biāo)準(zhǔn)或常用電路，相關(guān)電路圖從簡，敘述從簡或從略?？刂齐娐窞閱纹瑱C(jī)或單片機(jī)與其它電路的集合，控制電路也可以在無單片機(jī)的條件下，用數(shù)字電路模仿單片機(jī)實(shí)現(xiàn)相近功能。本例控制電路采用89C52，采用占空比控制式升壓電路。Pl. O連接驅(qū)動(dòng)電路。綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況，統(tǒng)一確定點(diǎn)火所需電壓或能量對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓稱達(dá)標(biāo)電壓及比較器電路參數(shù)?？刂齐娐钒l(fā)出具有一定占空比的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路即電阻，三極管T2到達(dá)升壓電路的控制端，使升壓電路的電子開關(guān)Kl通斷，斷續(xù)地使連接電池的變壓器BI的初級(jí)接通電流。變壓器次級(jí)感應(yīng)出高壓，經(jīng)二極管Dl向儲(chǔ)能電路充電，儲(chǔ)能電壓逐漸升高，直至達(dá)標(biāo)電壓，比較器輸出翻轉(zhuǎn)，控制電路檢測到達(dá)標(biāo)信號(hào)。該升壓電路應(yīng)有足夠大的輸出功率，使儲(chǔ)能電路在點(diǎn)火周期內(nèi)獲得達(dá)標(biāo)電壓。單片機(jī)在接收到達(dá)標(biāo)信號(hào)后，停止升壓電路的升壓轉(zhuǎn)換即停止向儲(chǔ)能電路充電，儲(chǔ)能電壓被控制在設(shè)計(jì)的達(dá)標(biāo)電壓。單片機(jī)優(yōu)選以中斷方式接收達(dá)標(biāo)信號(hào)。測量電路的作用是信號(hào)變換，將儲(chǔ)能電路的高壓變換為控制電路兼容的模擬或邏輯信號(hào)。本例測量電路連接儲(chǔ)能電路和控制電路的中斷輸入口 P3. 3，并自帶模擬比較器。有分壓電路對(duì)儲(chǔ)能電壓采樣后接入模擬比較器的反向端，其同向端設(shè)有基準(zhǔn)電壓。通過設(shè)計(jì)確定達(dá)到點(diǎn)火要求時(shí)的儲(chǔ)能電壓，分壓比及比較器基準(zhǔn)，使得當(dāng)升壓電路開始升壓后，儲(chǔ)能電壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求即達(dá)標(biāo)電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，控制電路產(chǎn)生中斷。如上所述，檢測到中斷發(fā)生后，控制電路經(jīng)驅(qū)動(dòng)停止升壓電路運(yùn)行，儲(chǔ)能電壓停止上升，并直至下一周期才再啟動(dòng)。該調(diào)節(jié)過程使儲(chǔ)能電壓在點(diǎn)火時(shí)刻前上升為恒定的達(dá)標(biāo)值。[0057]點(diǎn)火時(shí)刻的產(chǎn)生及點(diǎn)火的執(zhí)行原理，繼承現(xiàn)有技術(shù)，其工作原理獨(dú)立于能量平衡控制的原理。P3. 2連接TTL電平的點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)，從中獲得發(fā)動(dòng)機(jī)或磁電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，作最佳點(diǎn)火提前角修正后，適時(shí)經(jīng)端口 Pl. 2，控制點(diǎn)火電路點(diǎn)火，并向外接高壓包輸出電流，使其連接的火花塞放電。TTL觸發(fā)信號(hào)來自摩托車點(diǎn)火觸發(fā)器，并經(jīng)脈沖整形電路。整形電路可參考例2的圖3?，F(xiàn)有技術(shù)慣用使脈沖整形電路產(chǎn)生雙路輸出，二路信號(hào)分別取自點(diǎn)火觸發(fā)脈沖的正負(fù)半波。控制電路二個(gè)端口連接觸發(fā)信號(hào)。控制電路的P3. 4可連接這另一路信號(hào)，參考附圖10?？刂齐娐方邮茳c(diǎn)火信號(hào)的方式及通道數(shù)也與本案的平衡控制原理無關(guān)，各種信號(hào)處理及連接技術(shù)均可應(yīng)用于本發(fā)明。升壓電路，除啟停方式外，還可用控制信號(hào)占空比輔助調(diào)整其輸出。單片機(jī)P3.3 口經(jīng)測量電路對(duì)儲(chǔ)能電容電壓作持續(xù)檢測。儲(chǔ)能電壓達(dá)到設(shè)計(jì)確定的達(dá)標(biāo)電壓，經(jīng)分壓取樣，比較器電路，使單片機(jī)產(chǎn)生中斷。單片機(jī)隨即改變輸出控制信號(hào)，停止可控升壓轉(zhuǎn)換即停止本周期該電路的能量輸出，儲(chǔ)能電壓停止上升。若在整個(gè)充電周 期或接近周期末未檢測到儲(chǔ)能電壓達(dá)標(biāo)，說明升壓電路能量輸出可能低于點(diǎn)火需求，可控升壓電路因已滿周期或近滿周期工作，控制電路無以增加該電路的周期內(nèi)運(yùn)行時(shí)值，便可增加升壓轉(zhuǎn)換波形的占空比一個(gè)單位，使升壓電路輸出增加，與點(diǎn)火需求趨于平衡。而如果比較器中斷在充電周期內(nèi)過早發(fā)生，如早至周期的1/4，說明直流升壓電路輸出功率遠(yuǎn)大于點(diǎn)火需求功率較多，單片機(jī)會(huì)降低升壓轉(zhuǎn)換波形的占空比一個(gè)單位，使升壓轉(zhuǎn)換電路輸出功率降低，保持其較高的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)儲(chǔ)能電壓及點(diǎn)火電壓保持恒定。圖8是不同平衡狀態(tài)下，改變運(yùn)行時(shí)值作能量平衡控制即恒壓控制各參數(shù)或信號(hào)時(shí)序示意圖。可調(diào)升壓電路受電池電壓影響，其開路輸出即所示充電脈沖幅度會(huì)有變化，對(duì)儲(chǔ)能電路充電速度也相應(yīng)變化。并列的A，B, C三幅小圖分別表示不同升壓電路狀態(tài)下，恒壓控制或能量平衡過程中，各參數(shù)或信號(hào)的時(shí)序。橫坐標(biāo)為周期或磁電機(jī)旋轉(zhuǎn)角，以r表示，縱坐標(biāo)為電壓。各圖中，儲(chǔ)能電路電壓逐漸升高至200V后，各自對(duì)應(yīng)的取樣電壓也相應(yīng)提高，分別至Ka，Kb, Kc三點(diǎn)，取樣電路的分壓值都到了設(shè)定的模擬比較器翻轉(zhuǎn)閥值電平2. 5V，而對(duì)應(yīng)的磁電機(jī)轉(zhuǎn)角ra, rb, rc,因升壓電路狀態(tài)不同而不同，表不不同的充電速度下，可調(diào)升壓電路的工作時(shí)值不同，但都在儲(chǔ)能電路達(dá)標(biāo)值即本圖例中的200V到達(dá)后即停止運(yùn)行，儲(chǔ)能電壓恒定。向上的箭頭表示，儲(chǔ)能電路電壓到達(dá)標(biāo)值后，經(jīng)一系列的反饋使自身停止上升的過程在儲(chǔ)能電路電壓升高，使取樣電壓至設(shè)定的2. 5V后，單片機(jī)的升壓控制信號(hào)停止，致可調(diào)升壓電路停運(yùn)，充電脈沖消失，儲(chǔ)能電路電壓停止上升。待單片機(jī)發(fā)出點(diǎn)火控制信號(hào)后，儲(chǔ)能電路能量釋放，電壓消失，點(diǎn)火周期完成一周360度，進(jìn)入下一個(gè)點(diǎn)火周期。圖9是不同升壓電路狀態(tài)下，改變占空比輔助恒壓控制各參數(shù)或信號(hào)時(shí)序示意圖。不同升壓電路狀態(tài)下，儲(chǔ)能電路電壓到達(dá)目標(biāo)值即A，B，C各圖中200V位置所需時(shí)間或磁電機(jī)旋轉(zhuǎn)角是不同的，在A，B, C各小圖中分別是ra，rb, rc。小圖B，因充電脈沖電壓高，其脈沖的占空比降低。小圖C，其充電脈沖電壓低，相比于A，提高了占空比。充電脈沖占空比的改變來自控制電路，均使儲(chǔ)能電路電壓可能的偏離得以補(bǔ)償?？梢圆捎蒙龎弘娐纷顑?yōu)啟動(dòng)時(shí)刻的控制。延時(shí)值指控制周期起始至升壓電路啟動(dòng)的時(shí)間間隔。在周期開始經(jīng)一定延時(shí)或不延時(shí)，啟動(dòng)升壓電路，同時(shí)持續(xù)監(jiān)測模擬比較器中斷，等待達(dá)標(biāo)信號(hào)，并同時(shí)等待點(diǎn)火時(shí)刻到來。若在等待期收到達(dá)標(biāo)信號(hào)，則進(jìn)入中斷程序，將延時(shí)值加一個(gè)單位后退出中斷，等待點(diǎn)火時(shí)刻，而下一周期的將使延時(shí)增大，升壓電路運(yùn)行時(shí)值縮短。反之，若直到點(diǎn)火時(shí)刻仍沒有收到模擬比較器中斷，表示儲(chǔ)能電壓沒有在點(diǎn)火前升至達(dá)標(biāo)電壓，應(yīng)將延時(shí)值減一個(gè)單位，下一周期會(huì)縮短延時(shí)。同時(shí)停止升壓電路運(yùn)行，執(zhí)行點(diǎn)火，本點(diǎn)火周期結(jié)束。圖11是有無升壓起始時(shí)刻控制的儲(chǔ)能電壓曲線對(duì)比示意圖。分為上半幅A，無啟動(dòng)時(shí)刻控制的儲(chǔ)能電壓曲線。下半福B，起始時(shí)刻控制下的儲(chǔ)能電壓曲線。A顯示，不同達(dá)標(biāo)電壓下升壓過程分別在M，N時(shí)刻結(jié)束，與點(diǎn)火時(shí)刻有距離。引起儲(chǔ)能電壓在充電完畢后的損耗。圖B則顯示，不同達(dá)標(biāo)電壓下，起始時(shí)刻分別變?yōu)镻，Q，使結(jié)束時(shí)刻均與點(diǎn)火時(shí)刻銜接。升壓電路最優(yōu)啟動(dòng)時(shí)刻的控制使儲(chǔ)能電壓在充電完畢后避免漏電損耗，保持平衡控制成果，提高平衡控制技術(shù)指標(biāo)，可作平衡控制的輔助手段。還提高點(diǎn)火電路效率，大大 降低器件承受的平均電壓。本例其余解釋見后續(xù)各例。實(shí)例2 :參考圖3，帶限流驅(qū)動(dòng)占空比信號(hào)控制升壓恒壓點(diǎn)火電路。包括控制電路，點(diǎn)火電路，儲(chǔ)能電路，驅(qū)動(dòng)電路，升壓電路，測量電路及脈沖整形電路。控制電路采用PIC12F615，采用占空比信號(hào)控制升壓電路。單片機(jī)的INT端連接脈沖整形電路的輸出，GP5連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入，其輸出接升壓電路的升壓控制端TIP122的控制端。驅(qū)動(dòng)電路包含電阻及二極管各一個(gè)，還有升壓變壓器初級(jí)電流限制電路，由Rl對(duì)初級(jí)電流取樣，三極管Tl反饋到驅(qū)動(dòng)側(cè)。測量電路為一對(duì)分壓電阻，其分壓輸出接單片機(jī)的CINO-端，即模擬比較反向輸入端。單片機(jī)內(nèi)的模擬比較器將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬛怠７謮罕燃皟?nèi)部模擬比較器基準(zhǔn)的設(shè)置與設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電壓或稱達(dá)標(biāo)電壓有關(guān)。單片機(jī)可以用中斷方式測量點(diǎn)火脈沖信號(hào)及內(nèi)部模擬比較器輸出，點(diǎn)火周期開始，升壓電路啟動(dòng)，儲(chǔ)能電壓上升。當(dāng)周期內(nèi)儲(chǔ)能電路電壓到達(dá)一次點(diǎn)火所需的達(dá)標(biāo)電壓，模擬比較器輸出邏輯值變化，比較器中斷發(fā)生?？刂齐娐返腉P5端保持輸出低電平，升壓電路停止運(yùn)行，儲(chǔ)能電壓停止上升。待點(diǎn)火時(shí)刻到來后，GP4端輸出高電平，點(diǎn)火開關(guān)電路閉合，儲(chǔ)能電路釋能，高壓包經(jīng)外接的火花塞放電。以點(diǎn)火時(shí)刻為起訖的本點(diǎn)火周期結(jié)束，是為恒壓點(diǎn)火電路。采用其他單片機(jī)電路，只需用相同功能的口線代替PIC12F615的口線。INT端用中斷輸入口代替，GP4, GP5用通用輸出口，CINO-用片內(nèi)模擬比較器輸入端，正反向可居單片機(jī)特性選擇。本圖點(diǎn)火電路接在儲(chǔ)能電路和聞壓包之間，儲(chǔ)能電路即儲(chǔ)能電容的另一端接地。點(diǎn)火時(shí)電流從儲(chǔ)能電路經(jīng)點(diǎn)火電路流向高壓包初級(jí)線圈入地，高壓包次級(jí)高壓經(jīng)火花塞點(diǎn)火，點(diǎn)火原理與例I相同。但圖2常用。將CINO-端口設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換輸入，可在測量電路輸出插入濾波。在升壓電路啟動(dòng)后持續(xù)監(jiān)測儲(chǔ)能電壓。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后判斷有否到達(dá)標(biāo)電壓，若未到，立即重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，到所需電壓后停止升壓電路，可將儲(chǔ)能電壓控制到恒壓值。或按本案方法測出升壓速率，按升壓速率控制儲(chǔ)能電壓到所需值。增設(shè)輔助檢測電路，連接ANO端，測量工況參數(shù)如冷卻水溫，空燃比等，擴(kuò)展為工況平衡點(diǎn)火電路，參見后續(xù)實(shí)例。實(shí)例3 :變壓器振蕩升壓摩托車恒壓及缸溫補(bǔ)償點(diǎn)火電路。參考圖4，控制電路為MC9S08JM60/32系列。電路包含具相應(yīng)功能的之前所述各局部電路及連接原則。選用了一個(gè)中斷輸入口 KBIP7，二個(gè)輸出口 PTB4，PTB5，一個(gè)AD轉(zhuǎn)換輸入端ADP2及一個(gè)模擬比較器輸入端ACMP-。該單片機(jī)口線資源豐富，各端口可據(jù)外設(shè)功能需要調(diào)整。采用其他單片機(jī)電路，用相同功能的口線代替。采用變壓器振蕩式升壓電路，其輸出經(jīng)二極管Dl接儲(chǔ)能電路?！0075]控制電路的PTB5發(fā)出高電平控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路即電阻到達(dá)升壓電路的控制端，使升壓電路發(fā)生振蕩，變壓器次級(jí)感應(yīng)出高壓，經(jīng)二極管Dl向儲(chǔ)能電路充電，儲(chǔ)能電壓逐漸升高，直至達(dá)標(biāo)電壓，經(jīng)測量電路，ACMP-檢測到達(dá)標(biāo)信號(hào)。該升壓電路應(yīng)有足夠大的輸出功率，使儲(chǔ)能電路在點(diǎn)火周期內(nèi)獲得達(dá)標(biāo)電壓。單片機(jī)在接收到達(dá)標(biāo)信號(hào)后，停止升壓電路的升壓轉(zhuǎn)換即停止向儲(chǔ)能電路充電，儲(chǔ)能電壓被控制在設(shè)計(jì)的達(dá)標(biāo)電壓。單片機(jī)以KBIP7連接點(diǎn)火信號(hào)，優(yōu)選從PBIP7端以中斷方式接收兼容的達(dá)標(biāo)信號(hào)。單片機(jī)的KBIP7端連接TTL觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)來自點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)裝置或經(jīng)脈沖整形電路的輸出。PTB5連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出接升壓電路的升壓控制端。PTB5高電平啟動(dòng)升壓電路。電路振蕩使連接變壓器BI的晶體管通斷，該晶體管也可以采用達(dá)林頓管，以增大電流。BI初級(jí)電流在次級(jí)感應(yīng)出電壓并形成振蕩。次級(jí)輸出經(jīng)二極管Dl,向儲(chǔ)能電路即其內(nèi)的儲(chǔ)能電容充電。升壓電路需要有較大的電流輸出，使儲(chǔ)能電路在周期內(nèi)獲得所需電壓。電阻R1，二極管D2提高驅(qū)動(dòng)，使升壓電路輸出增強(qiáng)。一種可選的值是；Rl為200 Ω，R2為5K Ω，需經(jīng)調(diào)整后確定。PTB4連接點(diǎn)火電路。模擬比較輸入端ACMP-接測量電路。其余連接及工作原理參考各例。升壓電路只有啟停二種狀態(tài)，并以此調(diào)節(jié)儲(chǔ)能電壓。升壓電路可以有更多形式，并配以相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。調(diào)整取樣電阻分壓比，測量電路的模擬值輸出也可以直接連接控制電路的邏輯電平輸入口如中斷輸入口，如本例單片機(jī)的KBIP6。利用單片機(jī)的數(shù)字電路特性，以模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)字電路。這種用法，有時(shí)可行，屬簡易應(yīng)用。該邏輯電平輸入口，擔(dān)當(dāng)了模擬比較器輸入端即信號(hào)轉(zhuǎn)換輸入端的功能。本例增加了 ADP2 口連接的輔助檢測電路即來自缸溫的冷卻水溫測溫電路。測溫電阻輸出電壓信號(hào)，代表發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度。控制電路通過測量電壓計(jì)算溫度，據(jù)溫度值修正所需點(diǎn)火電壓，修正規(guī)律遵循由工程經(jīng)驗(yàn)獲得的水溫一儲(chǔ)能電壓曲線或表格等。符合工況所需點(diǎn)火電壓對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓由二部分迭加，即基本達(dá)標(biāo)電壓和補(bǔ)償電壓。在基本達(dá)標(biāo)信號(hào)后，增加升壓電路的運(yùn)行時(shí)值來產(chǎn)生補(bǔ)償電壓。應(yīng)先設(shè)定儲(chǔ)能電路基本達(dá)標(biāo)電壓，其值對(duì)應(yīng)較低的點(diǎn)火能量需求。測量電路取樣分壓比及控制電路內(nèi)部比較器基準(zhǔn)電壓的設(shè)計(jì)，使儲(chǔ)能電路電壓高于基本達(dá)標(biāo)電壓后，比較器輸出變化，發(fā)出基本達(dá)標(biāo)信號(hào)，引起比較器中斷。在基本達(dá)標(biāo)電壓形成后，再產(chǎn)生補(bǔ)償電壓。其值據(jù)工程規(guī)律計(jì)算。當(dāng)溫度檢測電路檢測出冷卻水溫很高時(shí)，點(diǎn)火能量或點(diǎn)火電壓的補(bǔ)償值可以減小，即在基本達(dá)標(biāo)信號(hào)后，較早地停止升壓電路的運(yùn)行，使儲(chǔ)能電壓在基本達(dá)標(biāo)信號(hào)后較少上升或不再上升，反之亦然。因補(bǔ)償開始前控制電路得到基本達(dá)標(biāo)電壓信號(hào)，標(biāo)示儲(chǔ)能電壓已達(dá)某一確定值，隨后又依據(jù)補(bǔ)償參數(shù)和補(bǔ)償模型給出確定的補(bǔ)償量，這種補(bǔ)償具有準(zhǔn)確的定量意義。檢測補(bǔ)償因素的輔助檢測電路可以有多路，各種補(bǔ)償因素可以迭加，檢測方式不限?；具_(dá)標(biāo)電壓大小既定，不必考慮電池電壓和轉(zhuǎn)速，但儲(chǔ)能電壓上升速率與電池電壓有關(guān)，影響補(bǔ)償準(zhǔn)確度。補(bǔ)償也可以考慮這一影響因素。儲(chǔ)能電壓上升至基本達(dá)標(biāo)電壓是需要時(shí)間的，在其它因素不變的情況下，該時(shí)間由電池電壓決定。測量該時(shí)間，就能將電池電壓補(bǔ)償因素加入到前述的補(bǔ)償運(yùn)算中，可提高多因素補(bǔ)償效果。以冷卻水溫補(bǔ)償為例。進(jìn)入點(diǎn)火新一周期，啟動(dòng)升壓電路開始對(duì)儲(chǔ)能電路充電并開始測量本次達(dá)基本達(dá)標(biāo)電壓所需時(shí)間，直至基本達(dá)標(biāo)時(shí)刻到來，基本達(dá)標(biāo)時(shí)間測量完成。期間測量當(dāng)前溫度值，而后進(jìn)入多個(gè)計(jì)算，目的是產(chǎn)生本次補(bǔ)償所需時(shí)間。利用溫度測量值并查表或用公式計(jì)算當(dāng)前溫度下在基本達(dá)標(biāo)電壓基礎(chǔ)上所需補(bǔ)償?shù)膬?chǔ)能電壓值。其值等于由工程經(jīng)驗(yàn)確定的當(dāng)前溫度下所需儲(chǔ)能電壓值減去基本達(dá)標(biāo)電壓值。在多因素補(bǔ)償時(shí)則迭加其它因素影響。利用存儲(chǔ)的最近一次基本達(dá)標(biāo)電壓充電時(shí)間稱基本達(dá)標(biāo)時(shí)間及基本達(dá)標(biāo)電壓計(jì)算儲(chǔ)能電壓上升斜率，并用該斜率及所需補(bǔ)償?shù)膬?chǔ)能電壓值計(jì)算本次補(bǔ)償所需時(shí)間。在基本達(dá)標(biāo)信號(hào)后結(jié)束時(shí)間累計(jì)計(jì)算，產(chǎn)生本次基本達(dá)標(biāo)時(shí)間，為下周期所用，并開始計(jì)減本次補(bǔ)償時(shí)間即延時(shí)本次補(bǔ)償所需時(shí)間。在延時(shí)完成后關(guān)閉升壓電路等待點(diǎn)火時(shí)刻。在點(diǎn)火時(shí)刻到達(dá)后執(zhí)彳丁點(diǎn)火。結(jié)束本點(diǎn)火周期。若考慮在收到點(diǎn)火信號(hào)及作提前角處理后補(bǔ)償延時(shí)仍未完成，則只需在點(diǎn)火時(shí)刻到后，停止升壓電路，執(zhí)行點(diǎn)火。結(jié)束本點(diǎn)火周期。通過測量儲(chǔ)能電壓上升速率控制儲(chǔ)能電壓，適用于儲(chǔ)能電壓需要高于或低于基本達(dá)標(biāo)電壓的工況平衡控制。因?yàn)椴皇敲看吸c(diǎn)火儲(chǔ)能電壓都會(huì)經(jīng)歷基本達(dá)標(biāo)電壓，所以這種控制是由二種方法組成的。I.利用達(dá)標(biāo)電壓測量計(jì)算儲(chǔ)能電壓上升速率(斜率)的方法周期開始后，啟動(dòng)升壓電路，在儲(chǔ)能電壓到達(dá)標(biāo)電壓后，測出其經(jīng)歷的時(shí)間，計(jì)算出升壓速率。2.利用已知升壓速率控制儲(chǔ)能電壓的方法周期開始，累積升壓時(shí)間，測量工況參數(shù)，在新的工況參數(shù)點(diǎn)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓，再據(jù)升壓速率計(jì)算出儲(chǔ)能電壓從零升到工況對(duì)應(yīng)值所需時(shí)間，在時(shí)間到達(dá)后停止升壓。圖12是溫度補(bǔ)償?shù)脑韴D，用簡化和圖示的方法解釋工況因素補(bǔ)償儲(chǔ)能電壓的原理，并進(jìn)一步說明該補(bǔ)償技術(shù)不同于現(xiàn)有技術(shù)，具有準(zhǔn)確的定量意義。橫坐標(biāo)為時(shí)間，二個(gè)縱坐標(biāo)分別表示儲(chǔ)能電壓和冷卻水溫。其中溫度坐標(biāo)上升方向朝下。圖中當(dāng)水溫為100°c時(shí)，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓只需120V。余類推，其中0°C以下對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火電壓為200v或更高。儲(chǔ)能電壓上升曲線，其斜率為K，曲線方程v=kt。圖中所標(biāo)數(shù)值只用于示意，上升曲線也簡化為直線。實(shí)用應(yīng)依實(shí)際曲線作簡化。以儲(chǔ)能電壓120V為基本達(dá)標(biāo)電壓。當(dāng)儲(chǔ)能電壓上升到120v時(shí)，模擬比較器中斷發(fā)生。設(shè)冷卻水溫側(cè)得為50°C，所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火電壓為160v尚需補(bǔ)償40V，將曲線從P點(diǎn)延至Q點(diǎn)。圖中曲線從原點(diǎn)至R點(diǎn)為直線。只需測量原點(diǎn)至P點(diǎn)的斜率，用于計(jì)算儲(chǔ)能電壓從P點(diǎn)補(bǔ)償?shù)絈點(diǎn)所需時(shí)間，本圖該時(shí)間值Τ0=Ν-Μ。其中N，M為儲(chǔ)能電壓升至160v和120v對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。升壓電路繼續(xù)運(yùn)行該時(shí)間值，補(bǔ)償完成，補(bǔ)償具有定量特性。通過測量上升時(shí)間確定斜率K，還消除了器件離散性，時(shí)間環(huán)境等影響因素。比測量電池電壓補(bǔ)償斜率更準(zhǔn)確可靠，使點(diǎn)火能量按工況定量提供更準(zhǔn)確。[0093]恒壓控制和儲(chǔ)能電壓按工況因素定量補(bǔ)償即工況平衡，都屬于點(diǎn)火能量平衡控制。儲(chǔ)能電壓定量補(bǔ)償技術(shù)包含工程經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)用，但不能用所述的控制方法代替需由工程實(shí)際歸納得出的補(bǔ)償模型。當(dāng)儲(chǔ)能電壓為非直線上升時(shí)，據(jù)達(dá)標(biāo)段后儲(chǔ)能電壓上升規(guī)律補(bǔ)償，但仍是以達(dá)標(biāo)電壓為基礎(chǔ)的定量補(bǔ)償。而且仍可參考前段的上升斜率，發(fā)揮能量平衡技術(shù)的優(yōu)勢。也可以再設(shè)計(jì)一個(gè)測量電路，在達(dá)標(biāo)或基本達(dá)標(biāo)電壓之上產(chǎn)生中斷。按前述原理，測量其與基本達(dá)標(biāo)電壓中斷之間的儲(chǔ)能電壓上升參數(shù)，可以使補(bǔ)償定量更為準(zhǔn)確。用測量電池電壓補(bǔ)償電池電壓變化對(duì)補(bǔ)償時(shí)間的影響，仍是可用的方法，方法易于理解，不再說明。將測量電路的輸出接A/D轉(zhuǎn)換輸入端ADP3，采用高速A/D轉(zhuǎn)換，在升壓電路啟動(dòng)后持續(xù)監(jiān)測儲(chǔ)能電壓，在每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后判斷有否到達(dá)標(biāo)電壓或工況參數(shù)值對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓，若未到，立即重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在無工況測量支持的條件下，到達(dá)標(biāo)電壓后停止升壓電路，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。工況平衡則將儲(chǔ)能電壓控制到工況對(duì)應(yīng)的電壓后，停止升壓電路，等待點(diǎn)火信號(hào)及提前角處理后點(diǎn)火時(shí)刻到達(dá)，實(shí)施點(diǎn)火。用A/D轉(zhuǎn)換測量儲(chǔ)能電壓，須有高速采樣和轉(zhuǎn)換，并通過濾波使數(shù)據(jù)平滑。但測量仍可能受儲(chǔ)能電壓上升的干擾。因此可以用以下方法，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換法測量控制儲(chǔ)能電壓。周期開始，啟動(dòng)升壓電路，在一定時(shí)間如2ms后停止升壓，記下升壓對(duì)應(yīng)時(shí)間值。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換測量此時(shí)的儲(chǔ)能電壓值?？梢杂?jì)算出儲(chǔ)能電壓上升速率。在獲得升壓速率后，利用升壓速率控制儲(chǔ)能電壓，其過程是啟動(dòng)升壓電路，開始升壓計(jì)時(shí)，同時(shí)測量工況參數(shù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓并計(jì)算儲(chǔ)能電壓所需上升時(shí)間，如為恒壓控制則以恒壓值和速率計(jì)算時(shí)間。在升壓時(shí)間到達(dá)后，停止升壓電路。實(shí)例4 :占空比控制升壓摩托車恒壓及多因素補(bǔ)償點(diǎn)火電路，參考圖5?？刂齐娐窞镸C9S08JM60/32。本例升壓電路中采用場效應(yīng)管作電子開關(guān)K1，為占空比信號(hào)控制式升壓電路，構(gòu)成和連接參照本圖及前后各例，不再贅述。驅(qū)動(dòng)電路主要為一個(gè)電阻。增加了電池電壓檢測，可選擇測量電池電壓輔助補(bǔ)償。單片機(jī)也可能直接驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管，可看作驅(qū)動(dòng)電路的功能并入了控制電路或開關(guān)電路，電路方案仍未變。采用單通道觸發(fā)脈沖信號(hào)，可用最近二個(gè)脈沖的間隔計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在本周期觸發(fā)脈沖到來后據(jù)轉(zhuǎn)速作提前角處理?，F(xiàn)有技術(shù)為限制儲(chǔ)能電壓最高值，從變壓器次級(jí)抽頭，經(jīng)二極管，電阻，穩(wěn)壓管與電阻分壓，分壓點(diǎn)接控制電路的中斷輸入。當(dāng)儲(chǔ)能電壓上升，穩(wěn)壓管狀態(tài)變化，分壓比變化，引起控制電路中斷，停止升壓電路。設(shè)計(jì)好各參數(shù)，也可以用作恒壓控制的測量電路。該電路原有應(yīng)用作為可靠性措施，用于限制儲(chǔ)能電路最高電壓，而對(duì)正常的儲(chǔ)能電壓無控制作用。而作為恒壓控制，是將每周期的儲(chǔ)能電壓控制在所希望的電壓上。該電路可作為簡易應(yīng)用，非優(yōu)選。實(shí)例5 :參考圖6，汽車或多缸發(fā)動(dòng)機(jī)能量平衡點(diǎn)火電路?？刂齐娐窞镸C9S08JM60/32。升壓電路采用低電壓驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管作電子開關(guān)或用IGBT，占空比信號(hào)控制式升壓。輔助檢測電路包括冷卻水溫，節(jié)氣門開度或位置，圖示簡化。[0105]控制電路的KBIP7和KBIP6或其他中斷輸入口線分別連接二種點(diǎn)火信號(hào)即位置信號(hào)和轉(zhuǎn)角信號(hào)，圖中為霍爾傳感器發(fā)出的TTL電平信號(hào)，用于指示發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)。采用來自電磁器件的非TTL電平信號(hào)如電磁脈沖信號(hào)，則可經(jīng)脈沖整形電路后連接控制電路。光電信號(hào)等可經(jīng)相應(yīng)電路連接控制電路。PTB5，PTB4F分別接點(diǎn)火電路和驅(qū)動(dòng)電路。ACMP-接測量電路的模擬輸出。ADP2，ADP3分別接所需工況參數(shù)測量電路即冷卻水溫和節(jié)氣門開度。轉(zhuǎn)角信號(hào)，位置信號(hào)包 含曲軸轉(zhuǎn)速及曲軸特定位置。二者通稱點(diǎn)火信號(hào)，或可能合為一路。作為恒壓控制，周期開始，PTB4輸出一定的占空比信號(hào)，并在測量電路的輸出指示儲(chǔ)能電壓達(dá)到設(shè)計(jì)的達(dá)標(biāo)電壓后，控制電路停止升壓電路運(yùn)行，等待點(diǎn)火時(shí)刻。作工況平衡控制，測量各路工況參數(shù)冷卻水溫，節(jié)氣門開度，控制儲(chǔ)能電壓到相應(yīng)值，等待點(diǎn)火時(shí)刻。點(diǎn)火提前角由點(diǎn)火信號(hào)及最佳提前角修正確定?？刂齐娐吩诮邮拯c(diǎn)火信號(hào)后，經(jīng)提前角處理，適時(shí)點(diǎn)火。點(diǎn)火動(dòng)作則由PTB5輸出電平信號(hào)，使點(diǎn)火電路導(dǎo)通，釋放儲(chǔ)能電路能量，經(jīng)分電器使所連接的火花塞放電。其余解釋見前后各例。實(shí)例6:參考圖7，專用單片機(jī)式摩托車能量平衡點(diǎn)火電路?？刂齐娐窞閷Ｓ脝纹瑱C(jī)，至少具有通用中斷輸入口 IN1，帶模擬比較器轉(zhuǎn)換功能的模擬量輸入口 IN2，可連接300V或更高的模擬電壓。另有通用輸出口 OUTl，0UT2。INl接點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)，檢測發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，如轉(zhuǎn)速，點(diǎn)火標(biāo)志位等。0UT2接點(diǎn)火電路控制端。OUTl接升壓電路控制端。IN2接儲(chǔ)能電路，測量其電壓。所有口線均可擴(kuò)展數(shù)量。控制電路的內(nèi)部構(gòu)造方案參照本案已有的電路。PIC16F636單片機(jī)為核心結(jié)合能量平衡點(diǎn)火電路的部分電路組成控制電路。單片機(jī)的中斷輸入端RA2 (INT)連接脈沖整形電路的輸出端，脈沖整形電路的輸入端作為INl連接外部觸發(fā)脈沖。輸出端RC2端作為控制電路的0UT2端，RC3連接原驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，原驅(qū)動(dòng)電路輸出端作為控制電路的一個(gè)輸出端0UT1，連接升壓電路的控制端。單片機(jī)模擬比較器反向輸入端C2IN-連接原有測量電路的模擬輸出端，原測量電路的輸入端作為控制電路的模擬輸入IN2連接儲(chǔ)能電路。增加單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換功能和工況檢測電路，擴(kuò)展為工況平衡點(diǎn)火電路。本方案使摩托車能量平衡點(diǎn)火電路硬件構(gòu)造簡化，可靠性進(jìn)一步提高?？刂齐娐房砂瑧?yīng)用程序，使新一代點(diǎn)火技術(shù)易于產(chǎn)業(yè)化。其余解釋見之前各例。本案各例的局部電路可以對(duì)應(yīng)地移植借鑒，對(duì)各例中器件及局部電路的不同選擇或改變。局部電路功能的合并，移出，電路的添加后產(chǎn)生的電路，均屬本發(fā)明范圍內(nèi)的變化。
權(quán)利要求1.一種汽油機(jī)恒壓控制點(diǎn)火電路，包括控制電路(2)，點(diǎn)火電路(3)，儲(chǔ)能電路(5)，驅(qū)動(dòng)電路(7)，升壓電路(8)，所述控制電路的一個(gè)輸出端連接所述點(diǎn)火電路的控制端，該點(diǎn)火電路的一個(gè)功率端連接所述儲(chǔ)能電路，其另一個(gè)功率端接地或連接外部高壓包，所述控制電路另一個(gè)輸出端連接所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，該驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接所述升壓電路的控制端，該升壓電路的高壓輸出端連所述接儲(chǔ)能電路，其特征是還有測量電路(6)，其輸入端連所述接儲(chǔ)能電路，其模擬信號(hào)輸出端接所述控制電路的信號(hào)轉(zhuǎn)換輸入端或經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的輸出接所述控制電路的輸入端。
2.一種汽油機(jī)恒壓及工況平衡點(diǎn)火電路，包括控制電路(2)，點(diǎn)火電路(3)，儲(chǔ)能電路(5)，驅(qū)動(dòng)電路(7)，升壓電路(8)，所述控制電路的一個(gè)輸出端連接所述點(diǎn)火電路的控制端，該點(diǎn)火電路連接所述儲(chǔ)能電路，所述控制電路另一個(gè)輸出端連接所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，該驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接所述升壓電路的控制端，該升壓電路的高壓輸出端連所述接儲(chǔ)能電路，其特征是還有測量電路(6)，其輸入端連所述接儲(chǔ)能電路，其輸出接所述控制電路的輸入端，另有輔助檢測電路(9)，其輸出連接所述控制電路。
3.一種汽油機(jī)簡單恒壓控制點(diǎn)火電路，包括控制電路(2)，點(diǎn)火電路(3)，儲(chǔ)能電路(5)，升壓電路(8)，所述控制電路的一個(gè)輸出端連接所述點(diǎn)火電路的控制端，該點(diǎn)火電路的一個(gè)功率端連接所述儲(chǔ)能電路，其另一個(gè)功率端接地，所述控制電路另一個(gè)輸出端連接升壓電路的控制端，該升壓電路的高壓輸出端連接所述儲(chǔ)能電路，所述控制電路還連接所述儲(chǔ)能電路，測量所述儲(chǔ)能電路電壓。
專利摘要現(xiàn)有汽油機(jī)CDI點(diǎn)火技術(shù)存在點(diǎn)火能量供需不平衡，點(diǎn)火電路輸出能量不能據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)需求準(zhǔn)確提供。恒壓點(diǎn)火電路，包括控制電路，點(diǎn)火電路，儲(chǔ)能電路，驅(qū)動(dòng)電路，升壓電路。還有測量電路，測量儲(chǔ)能電路電壓，并據(jù)以控制升壓電路的運(yùn)行狀態(tài)，使儲(chǔ)能電壓在點(diǎn)火前恒為達(dá)標(biāo)電壓。檢測影響點(diǎn)火能量需求的發(fā)動(dòng)機(jī)工況因素，如轉(zhuǎn)速，缸溫，節(jié)氣門位置等，計(jì)算所需儲(chǔ)能電壓。逐周期對(duì)點(diǎn)火能量作定量補(bǔ)償或定量配置，形成工況平衡點(diǎn)火電路。電路的運(yùn)行技術(shù)，包括一系列控制方法，統(tǒng)稱平衡控制方法。恒壓和工況平衡點(diǎn)火電路統(tǒng)稱為能量平衡點(diǎn)火電路，可使點(diǎn)火能量或電壓對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電壓恒為設(shè)計(jì)值或工況所需值，誤差分別小于3%和5%，是新一代成熟的汽油機(jī)CDI點(diǎn)火電路。
文檔編號(hào)F02P9/00GK202673541SQ2012203234
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者曹楊慶 申請(qǐng)人:曹楊慶