能調節怠速的小型化油器汽油機數字點火控制方法及裝置的製作方法
2023-06-03 04:22:26
專利名稱：能調節怠速的小型化油器汽油機數字點火控制方法及裝置的製作方法
一、所屬領域本發明涉及一種汽油機的點火裝置，特別涉及一種能調節怠速的小型化油器汽油機數字點火控制方法及其裝置，該控制方法及其裝置可以控制發動機在各種運行工況時的點火提前角，特別是通過對怠速運行時的點火提前角進行自適應控制，來調節發動機的怠速轉速，使汽油機怠速運行時的轉速更加穩定，有害氣體的排放量更低。
為了實現上述目的，本發明所採取的技術方案是，一種調節怠速轉速的小型化油器汽油機數字點火方法，其特點是，該方法通過調節怠速點火提前角來調節汽油機怠速轉速，使發動機以目標怠速運行，即根據汽油機的實際運行怠速轉速與目標怠速轉速的差值調節點火提前角，當差值為正值時，相應地減小點火提前角，當差值為負值時，相應地增加點火提前角，當控制過程經過一段時間後，發動機轉速便會圍繞某一平均轉速波動，該平均轉速為目標轉速，此時自適應控制達到穩定狀態，發動機以目標怠速穩定運轉。
上述調節怠速轉速的小型化油器汽油機數字點火方法，其特點是，在發動機處於怠速運行狀態時點火提前角按以下所述自適應控制過程進行1)測量計算當前一轉或者幾轉的平均轉速NE；2)確定目標轉速NE0，目標轉速NE0為設計事先確定；3)計算平均轉速NE與目標轉速NE0的差值ΔNE；ΔNE＝NE-NE04)計算點火提前角的修正值Δθ；Δθ＝KΔNE5)計算輸出點火提前角θi+1＝θi-Δθ，其中i＝0，1，2，3…為點火提前角調整次數或序號，θi和θi+1分別為改變點火提前角前後的值，其中i＝0時的值為點火提前角自適應控制初值，該值通過預先存儲在微處理器存儲器中的用於開環控制的NE-θ表而確定，K為比例係數。
實現能調節怠速的小型化油器汽油機數字點火方法的裝置，包括汽油機7的點火裝置的由曲軸位置信號發生裝置1，曲軸位置傳感器2，點火器3，點火線圈4和火花塞5等部件組成，其特點是所述點火裝置還具有一與汽油機負荷調節閥8連動的怠速開關6和輸入信號處理電路9，所述點火器3根據此開關開合的狀態，而分別進行怠速與非怠速運行點火提前角控制；所述點火器3由輸入信號處理電路9，一微處理器10，和輸出電路11組成，當曲軸位置信號發生裝置1轉動時，在曲軸位置傳感器2中產生的信號和怠速開關6的狀態信號送到與之相連的輸入信號處理電路9，變成為微處理器10能接受的數位訊號，微處理器根據所接受的數位訊號進行處理，產生控制信號，並送到輸出電路11進行功率放大，以推動點火線圈4產生高電壓，由火花塞5實施點火。
本發明的怠速運行的點火提前角控制為自適應控制的方法，即根據汽油機的實際運行怠速轉速與目標怠速轉速的差值調節點火提前角，當差值為正值時，相應的減小點火提前角，當差值為負值時，相應地增加點火提前角，當控制過程經過一些時間後，發動機轉速便會圍繞某一平均轉速波動，該平均轉速為目標轉速，此時自適應控制達到穩定狀態，發動機以目標怠速穩定運轉。本發明製作簡單，成本較低，特別適合小型汽油機，適合改進目前小型汽油機廣泛使用模擬點火器控制點火提前角的工作方式，特別是該點火器具有怠速調節功能，使發動機的怠速更穩定，有害排放更低。
圖3是汽油機中燃料燃燒過程能量轉化效率、發動機轉速與點火提前角的關係原理示意圖；圖4是本發明的數字點火裝置中微處理器工作的流程圖。
圖5是本發明提供的數字點火裝置的構造和工作原理方框圖。
依本發明的技術方案，一種調節怠速轉速的小型化油器汽油機數字點火方法，該方法通過調節怠速點火提前角來調節汽油機怠速轉速，使發動機以目標怠速運行，即根據汽油機的實際運行怠速轉速與目標怠速轉速的差值調節點火提前角，當差值為正值時，相應地減小點火提前角，當差值為負值時，相應地增加點火提前角，當控制過程經過一段時間後，發動機轉速便會圍繞某一平均轉速波動，該平均轉速為目標轉速，此時自適應控制達到穩定狀態，發動機以目標怠速穩定運轉。
上述地調節怠速轉速的小型化油器汽油機數字點火方法，在發動機處於怠速運行狀態時點火提前角按以下所述自適應控制過程進行1)測量計算當前一轉或者幾轉的平均轉速NE；2)確定目標轉速NE0，目標轉速NE0為設計事先確定；3)計算平均轉速NE與目標轉速NE0的差值ΔNE；ΔNE＝NE-NE04)計算點火提前角的修正值Δθ；Δθ＝KΔNE5)計算輸出點火提前角θi+1＝θi-Δθ，其中i＝0，1，2，3…為點火提前角調整次數或序號，θi和θi+1分別為改變點火提前角前後的值，其中i＝0時的值為點火提前角自適應控制初值，該值通過預先存儲在微處理器存儲器中的用於開環控制的NE-θ表而確定，K為比例係數，為設計事先確定；實現本發明的能調節怠速的小型化油器汽油機數字點火裝置參見
圖1所示，汽油機的點火系統由曲軸位置信號發生裝置1，曲軸位置傳感器2，點火器3，點火線圈4和火花塞5等部件組成，點火裝置還設有一與汽油機負荷調節閥8連動的怠速開關6，所述點火器3根據此開關開合的狀態，而分別進行怠速與非怠速運行點火提前角控制。
點火器3由輸入信號處理電路9，微處理器10，和輸出信號處理電路11組成，當曲軸位置信號發生裝置1轉動時，在曲軸位置傳感器2中產生的信號和怠速開關6的狀態信號送到與之相連的輸入信號處理電路9，變成為微處理器10能接受的數位訊號，微處理器10根據所接受的數位訊號進行處理，產生控制信號，並送到輸出電路11進行功率放大，以推動點火線圈4產生高電壓，由火花塞5實施點火。
對於非怠速運行狀態的點火提前角控制方式，本發明無特定限制，例如可以採用點火提前角為發動機轉速的單值函數的開環控制的方式來進行控制。例如圖2所示的發動機點火提前角隨發動機轉速變化的單值函數圖，該圖是一種常見的排量為125毫升四衝程汽油機點火提前角隨發動機轉速變化函數圖。
怠速運行的點火提前角控制方法為自適應控制的方法，即根據汽油機的實際運行怠速轉速與目標怠速轉速的差值調節點火提前角，當差值為正值時，相應的減小點火提前角，當差值為負值時，相應地增加點火提前角。這一工作原理的可行性基於存在於附圖3所示的汽油機中燃料燃燒過程能量轉化效率與點火提前角的關係示意曲線302。如附圖3所示，在點火提前角小於最佳點火提前角時，增加點火提前角使能量轉化效率增加，反之減小點火提前角使能量轉化效率減小。而能量轉化效率會影響到發動機的轉速，在發動機負載和油門開度保持不變的條件下，存在附圖3中所示的發動機轉速隨點火提前角變化的關係曲線301。如附圖3中所示的當點火提前角變化量為Δθ時，引起的轉速變化量為圖中的ΔNE，這樣便可以利用改變點火提前角，來調節發動機的轉速。
圖4是本發明的數字點火裝置中微處理器的工作流程圖，其過程如下首先是初始化，設定點火提前角調整次數或序號i＝0，並測量計算發動機轉速NE，並測試怠速開關狀態，判斷怠速開關是否閉合？若怠速開關閉合，則判斷是否i＝0，即點火提前角的初值是否確定？若i＝0，表示點火提前角的初值未確定，則查表θ＝f(NE)以確定點火提前角初值θ0，並根據θ或θi+1計算定時器的時間常數，即此時根據θ0計算定時器的時間常數產生點火控制信號；若否，表示已確定點火提前角初值，則進行正常的點火提前角自適應控制過程，即確定目標怠速NE0，計算當前轉速與目標怠速的差值ΔNE＝NE-NE0，根據此差值確定點火提前角調整量Δθ＝KΔNE，並確定點火提前角θi+1＝θi+Δθ，然後再根據θ或θi+1(此時為θi+1)計算定時器的時間常數，產生點火控制信號；若怠速開關沒有閉合，表示發動機目前不在怠速狀態，則進行開環控制，即查表θ＝f(NE)以確定開環控制點火提前角θ，並使i＝0，為下一次怠速開關閉合後進行怠速控制時獲得點火提前角初值作準備，最後根據θ或θi+1(此時為θ)計算定時器的時間常數，產生點火控制信號。
實施例為了進一步說明本發明提供數字點火裝置的構造和工作原理，以下結合排量為125cc的單缸摩託車發動機點火系統加以說明，如圖5所示。
發動機磁電機的磁性飛輪501轉動時，在磁電傳感器502中產生脈衝信號，該信號的正、負脈衝A、B經過整形電路504整形後分別成為標準的邏輯信號C和D，分別送到型號為89C51的單片機(微處理器)的外部中斷輸入端INT0和INT1，並由定時器T0計時測量發動機的循環轉速NE，並作為輸出點火提前角的曲軸位置基準。若測得前後兩C信號或兩D信號之間得時間為T，則發動機得轉速可以通過公式NE＝1/T計算得到。點火時刻也可以由單片機以信號C或D為基準，由定時器T1定時輸出。與油門連動有一開關503，在本裝置中稱為怠速開關，在負荷調節手柄(油門)鬆開時，發動機處於怠速運行狀態，此時此開關閉合接通，當油門稍微拉起時，此開關斷開，此開關斷開以後發動機的怠速運行狀態為非怠速運行狀態。此開關一端與地(發動機機體)連接，另一端與與點火器的輸入信號處理電路相連，進行電平轉換或消抖處理，然後送到微處理器89C51的埠P1.7，89C51根據P1.7電平的高低判斷怠速開關的開合。在發動機處於怠速運行狀態時點火提前角按以下所述自適應控制過程進行1 測量計算當前一轉或者幾轉的平均轉速NE；2 確定目標轉速NE0，NE0為設計事先確定，例如NE0＝1300轉/分。
3 計算平均轉速NE與目標轉速NE0的差值ΔNE；ΔNE＝NE-NE04 計算點火提前角的修正值Δθ；Δθ＝KΔNE5 計算輸出點火提前角θi+1＝θi+Δθ，其中i＝0，1，2，3…，θi和θi+1分別為改變點火提前角前後的值，其中i＝0時的值為點火提前角自適應控制初值，該值通過預先存儲在微處理器存儲器中的用於開環控制的NE-θ表而確定，K為比例係數，為設計事先確定，例如設計K為常數，K＝1/10(單位曲軸轉角/轉/分)。
6 根據點火提前角θi+1計算定時器T1的定時時間常數，並在在INT0或INT1的中斷服務程序中使定時器T1開始定時。
當控制過程經過一些時間後，發動機轉速便會圍繞某一平均轉速波動，該平均轉速為目標轉速。
在發動機處於非怠速運行狀態時，點火提前角是發動機轉速的單值函數，即θ＝f(NE)，該函數預先以表格的形式存儲在微處理器存儲器中，即NE-θ表，這是開環控制方式。附圖2所示是發動機點火提前角隨發動機轉速變化的單值函數圖，圖中曲線是一種常見的排量為125毫升四衝程汽油機點火提前角隨發動機轉速變化圖。開環控制過程如下1 測量計算當前1轉或者2轉的平均轉速NE。
2 根據NE查NE-θ表，以得到此轉速下的點火提前角θ。
3 根據θ計算定時器T1的定時時間常數，並在INT0或INT1的中斷服務程序中使定時器T1開始定時。
由微處理器89C51定時器T1定時產生的信號送到點火器的功率放大電路507，該功率放大電路可以推動點火線圈508產生高電壓，由火花塞實施點火。該功率放大電路507可以為電容放電點火方式(CDI)的電容儲能電路，或者電感儲能點火方式的電晶體開關電路。
本發明的點火裝置的應用範圍是單氣缸排量不超過250毫升的1缸和2缸汽油機，對怠速運行時的點火提前角進行自適應控制，其製作簡單，成本較低，特別適合小型汽油機，適合改進目前小型汽油機廣泛使用模擬點火器控制點火提前角的工作方式，由於該點火器具有怠速調節功能，使發動機的怠速更穩定，有害排放更低。
權利要求
1.一種調節怠速轉速的小型化油器汽油機數字點火控制方法，其特徵在於，該方法通過調節怠速點火提前角來調節汽油機怠速轉速，使發動機以目標怠速運行，即根據汽油機的實際運行怠速轉速與目標怠速轉速的差值調節點火提前角，當差值為正值時，相應地減小點火提前角，當差值為負值時，相應地增加點火提前角，當控制過程經過一段時間後，發動機轉速便會圍繞某一平均轉速波動，該平均轉速為目標轉速，此時自適應控制達到穩定狀態，發動機以目標怠速穩定運轉。
2.如權利要求1所述的調節怠速轉速的小型化油器汽油機數字點火控制方法，其特徵在於，在發動機處於怠速運行狀態時點火提前角按以下所述自適應控制過程進行1)測量計算當前一轉或者幾轉的平均轉速NE；2)確定目標轉速NE0，目標轉速NE0為設計事先確定；3)計算平均轉速NE與目標轉速NE0的差值ΔNE；ΔNE＝NE-NE04)計算點火提前角的修正值Δθ；Δθ＝KΔNE5)計算輸出點火提前角θi+1＝θi-Δθ，其中i＝0，1，2，3…為點火提前角調整次數或序號，θi和θi+1分別為改變點火提前角前後的值，其中i＝0時的值為點火提前角自適應控制初值，該值通過預先存儲在微處理器存儲器中的用於開環控制的NE-θ表而確定，K為比例係數。
3.實現權利要求1所述的能調節怠速的小型化油器汽油機數字點火控制方法的裝置，包括汽油機[7]的點火系統的由曲軸位置信號發生裝置[1]，曲軸位置傳感器[2]，點火器[3]，點火線圈[4]和火花塞[5]等部件組成，其特徵在於所述點火裝置還具有一與汽油機負荷調節閥[8]連動的怠速開關[6]和輸入信號處理電路[9]，所述點火器[3]根據此開關開合的狀態，而分別進行怠速與非怠速運行點火提前角控制。
4.如權利要求3所述的能調節怠速的小型化油器汽油機數字點火裝置，所述點火器[3]由輸入信號處理電路[9]，一微處理器[10]，和輸出電路[11]組成，當曲軸位置信號發生裝置[1]轉動時，在曲軸位置傳感器[2]中產生的信號和怠速開關[6]的狀態信號送到與之相連的輸入信號處理電路[9]，轉換為微處理器[10]能接受的數位訊號，微處理器根據所接受的數位訊號進行處理，產生控制信號，並送到輸出電路[11]進行功率放大，以推動點火線圈[4]產生高電壓，由火花塞[5]實施點火。
全文摘要
本發明公開了一種能調節怠速的小型化油器汽油機數字點火控制方法及其裝置,該方法及其裝置可以控制發動機在各種運行工況時的點火提前角,特別能根據汽油機的實際運行怠速轉速與目標怠速轉速的差值自適應調節點火提前角,當差值為正值時,相應的減小點火提前角,當差值為負值時,相應地增加點火提前角,當控制過程經過一段時間後,發動機轉速便會圍繞某一平均轉速波動,該平均轉速為目標轉速,此時自適應控制達到穩定狀態,使發動機以目標怠速穩定運轉。本發明製作簡單,成本較低,特別適用於單氣缸排量不超過250毫升的1缸和2缸具有化油器供油裝置的小型汽油機,適合改進目前小型汽油機廣泛使用模擬點火器控制點火提前角的工作方式,,對怠速運行時的點火提前角進行自適應控制,使汽油機怠速運行時的轉速更加穩定,有害氣體的排放量更低。
文檔編號F02P5/15GK1380494SQ02114580
公開日2002年11月20日 申請日期2002年5月17日 優先權日2002年5月17日
發明者曾科, 劉兵 申請人:西安交通大學