汽油機最優閉合角點火電路及最優控制方法技術

現有技術尚不能準確控制點火閉合角，為確保點火能量，閉合角設置會偏大，使能效及設備可靠性降低。由此引起的耗能還嚴重影響電感點火在摩托車上的應用。本發明專利技術方案包括控制電路，高壓包，驅動電路，開關電路。還設置檢測電路，檢測初級電流達標時刻并與點火時刻比較，獲得閉合角偏差并用來修正閉合角，保持點火電壓恒定在最佳設計值。增加檢測工況參數，參考數學模型，使點火能量逐周期與工況需求準確定量地匹配，統稱汽油機最優閉合角點火電路及最優控制方法。完全解決了汽油機以恒值或按工況配置點火能量的難題。利于點火技術發展，配合發動機新技術，進一步降低點火能耗。摩托車從CDI升級至電感點火可不增大電池和磁電機。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于內燃機點火
，尤其涉及一種汽油機直流電感點火電路。
技術介紹
點火器對汽油機發動機有重要的控制作用，出于對汽油機的動力，效率和排放性 能的追求，摩托車傳統的交流點火器已越來越多地被直流電感點火器所替代。而電感點火 一直是汽車主要的點火方式。電感又稱高壓包，包含初級和次級線圈。已出現多種由傳統電子電路構成或結合有單片機的電感式直流點火器。電感初級 線圈需通過電流獲得能量。作為儲能過程，初級線圈需要通電一段時間達到一定的初級電 流以獲得適當能量，該段時間對應機器旋轉或點火周期內的角度稱閉合角或導通角。閉合 角也可以定義為點火線圈初級電流充電時間所對應的曲軸轉角或在自定義的相關周期內 對應的角度。點火電壓與點火能量對應，為簡化敘述，往往同時互指。因此恒壓控制或恒壓點火 也指恒能量控制和恒能量點火。初級電流與閉合角，初級線圈導通時間對應。點火電壓或 點火能量來自初級電流。通過調節閉合角或其起始時刻或初級線圈導通時間來控制初級電 流。對初級電流的控制就是對點火能量，點火電壓的控制。合理點火能量對應的閉合角主要受電池電壓及轉速影響。而點火能量的需求也可 以是變化的。點火前電感能量需達到一次點火所需，過高或過低都會使發動機運行性能變 差，過高同時浪費能源，降低運行可靠性。因為電感能量來自高壓包初級電流，該電流又與 閉合角有關，閉合角或初級線圈通電時間因此需要控制。越先進的高能點火，初級線圈電流 往往越大，對應的閉合角控制難度提高?，F有閉合角控制技術制約了點火技術的發展。閉合角控制的早期第一代由機械構造執行，第二代電子電路及更后產生的如 L497，MC33191等集成電路組成點火及閉合角控制電路，并取得較好效果，但控制精度均較 低。在第三代，采用計算機技術后，閉合角控制技術又有進展。通過實驗建立轉速，電池電 壓和閉合角的關系，制成補償表格或公式，運行時以相關表格或公式提供當前閉合角數據， 以保證足夠的點火能量。在發動機轉速上升和蓄電池電壓下降時，閉合角控制使閉合角加 大，平衡或延長初級的通電時間，防止電感一次側儲能下降，確保點火能量。在發動機轉速 下降和蓄電池電壓較高時，閉合角控制使閉合角減小，平衡或縮減一次側電路的通電時間， 確保一次線圈的安全。這種利用計算機的修正技術是目前閉合角控制的最好方法，具有較 高的控制精度，一般都利用發動機工況與點火能量需求關系的數學模型。但方法本身具有 的誤差及不易測量的環境，制造及長期的時間因素和設備狀態包括電池內阻，電池電壓的 快速波動，電感線圈的溫升，其引起的閉合角偏差總和仍可達10%以上，對應的能量偏差則 更大，且是現有技術不可補償的。而技術的發展，對點火能量控制的準確度要求逐漸提高。 已經或必將需要對現有先進的點火控制技術再作發展，使其變為一種精確的控制，達到點 火能量準確地適合發動機點火需要，最大限度改善其運行。并發展為點火能量最優化控制。 點火能量最優化控制包括發動機狀態與點火能量需求的最優化數學模型及最優閉合角控制技術。本專利技術可以采用點火能量需求的各種數學模型，但不涉及數學模型的設計技術， 不對其技術改進做出貢獻。所謂最優閉合角是指周期內產生設計或最優點火能量對應的閉合角或對應的初 級電流經歷的角度。所謂最優閉合角控制是使指周期內設計或最優點火能量對應的閉合角終點時刻 或對應的初級電流達到時刻與點火時刻最大限度地重合的控制?，F有技術不能做到最大限度地重合，二者之差稱余裕。因此現有技術是閉合角有 余裕的控制。而最優閉合角控制能使周期內設計或最優點火能量對應的閉合角終點時刻或 對應的初級電流達到時刻與點火時刻最大限度地重合，余裕消除或幾乎消除，是閉合角無 裕控制。在摩托車點火中，閉合角控制技術更未成熟。由于轉速，電池狀態，線圈內阻及器 件制造一致性等因素變化更大，點火器件效能較低，閉合角更需有效控制。直流電感式點火 器目前尚不能在摩托車上獲得大面積推廣，閉合角難以控制致能耗大是很重要原因。而直 流電感式點火器有點火能量大，火花持續時間長及電路構造簡單，使用故障少等優勢，特別 是很適合新型稀薄燃燒發動機的需求。現有技術下，其優勢不能很好發揮，不利于摩托車技 術經濟性能的發展提高。即使在先進的計算機控制點火電路中，方法本身的誤差及不可控因素也可能使點 火能量不足或過量。為防止點火能量不足，在設計中保留一定的閉合角余量或正偏差，多少 會導致在線圈初級電流達標后，初級電流繼續上升或以最大限制電流狀態等待點火時刻到 來。為防止初級電流過大，常設置有最大電流限制電路。而非計算機控制的點火電路，問題 更為突出。等待時耗能處于大功率狀態，增大開關電路，高壓包等器件發熱，電池折損(摩托 車)。最大電流限流狀態下開關器件內阻增大，引起更多發熱和可靠性問題。解決這種產熱 導致的可靠性問題，已成為汽車點火的一大技術。閉合角控制不良，會導致燃燒不充分或排放增加。
技術實現思路
出于節能環保目的及新技術的發展，對汽油機點火能量控制的要求日益提高，現 有點火閉合角的控制技術尚有較大的提高余地。對摩托車，由閉合角偏差引起的耗能還產 生了電感點火的適用性問題，至今⑶I點火仍為其主要方式?？傮w考慮發動機不同工況下對點火能量的需求，為發動機設計一個適當或最優點 火能量，將其對應的初級電流稱達標電流。由于轉速，電池電壓變化，該達標電流對應的閉 合角是變化的。閉合角偏差發生在產生或預期產生達標電流的達標時刻至點火時刻之間， 需控制好閉合角以保持初級線圈在點火時刻經歷達標電流。在現有基本電路基礎上,設置 檢測電路，控制電路通過檢測電路測量初級線圈電流狀態，據初級電流達標狀況控制閉合 角，產生符合設計要求的達標電流。需設計好檢測電路，使其在初級電流達標后，即向控制 電路發出信號，引起控制電路中斷。控制電路獲知其時初級電流已到達標值，同時測得達標 時刻。再通過達標時刻與點火時刻的偏差修正閉合角或閉合角起始時刻，形成閉合角閉環 控制，消除閉合角偏差，從而保持點火電壓恒定，實現點火恒壓控制或點火時刻初級電流恒值控制。其電路為恒壓或恒能量點火電路，是最優閉合角點火電路的形式之一，產生設計或 最優點火能量對應的準確的點火時刻初級電流。恒壓控制只綜合考慮工況，是不考慮工況實時變化的最優閉合角控制。發動機運 行的工況如轉速，缸體(冷卻水)溫度，節氣門位置等變化，會改變對點火能量的需求。設置 一至多路工況參數檢測電路簡稱工況檢測電路。通過測量發動機運行工況，點火電路跟蹤 工況變化，根據工況與適當的或最優點火能量及其對應的初級電流的關系模型，定量準確 地通過閉合角控制調整點火時刻的初級電流，提供發動機實際工況下所需點火能量，及使 點火系統穩定可靠地運行，稱工況因素最優閉合角控制或工況條件下最優閉合角控制。與 前述的恒壓點火形式的最優閉合角控制統稱為最優閉合角控制或最優閉合角點火。其中工 況與點火能量及其對應的初級電流的關系模型，可以是最優的，也可以是非最優的。如數學 模型是最優的或采用了最優化技術，與最優閉合角點火電路結合，形成點火能量最優化控 制。但最優閉合角點火電路不依賴于數學模型的最優化技術存在。最優化控制技術是一類 技術的統稱，很多技術可以納入其中，其控制效果不一定是最優的。最優閉合角點火電路， 其名本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種汽油機恒壓點火電路，包括控制電路（2），高壓包（4），驅動電路（3），開關電路（5），所述控制電路的一個輸出端連接所述驅動電路，該驅動電路的輸出連接所述開關電路的控制端，所述高壓包初級線圈的一端接電池，另一端接所述開關電路的電流輸入端，所述高壓包次級輸出高壓，其特征是：還有檢測電路（6），其取樣元件串接在所述開關電路的電流輸出端接地通路中，其模擬檢測信號輸出端接所述控制電路的數據轉換輸入端或經數據轉換后的輸出端接所述控制電路的輸入口線。

【技術特征摘要】
2011.09.28 CN 201110294319.61.一種汽油機恒壓點火電路，包括控制電路(2)，高壓包(4)，驅動電路(3)，開關電路(5)，所述控制電路的一個輸出端連接所述驅動電路，該驅動電路的輸出連接所述開關電路的控制端，所述高壓包初級線圈的一端接電池，另一端接所述開關電路的電流輸入端，所述高壓包次級輸出高壓，其特征是還有檢測電路(6)，其取樣元件串接在所述開關電路的電流輸出端接地通路中，其模擬檢測信號輸出端接所述控制電路的數據轉換輸入端或經數據轉換后的輸出端接所述控制電路的輸入口線。2.一種汽油機簡易恒壓點火電路，包括控制電路(2)，高壓包(4)，開關電路(5)，所述控制電路的一個輸出端連接所述開關電路的控制端，所述高壓包初級線圈的一端接電池， 另一端接所述開關電路的電流輸入端，所述高壓包次級輸出高壓，其特征是還有檢測電路(6)，其取樣元件串接在所述開關電路的接地通路中，其檢測信號輸出端接所述控制電路的數據輸入端，所述檢測電路或所述取樣元件也可以和所述控制電路集成一體。3.一種汽油機工況條件下最優閉合角點火電路，包括控制電路(2)，高壓包(4)，驅動電路(3)，開關電路(5)，所述控制電路一個輸出端連接所述驅動電路，該驅動電路的輸出連接所述開關電路的控制端，所述高壓包初級線圈的一端接電池，另一端接所述開關電路的電流輸入端，所述高壓包次級輸出高...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹楊慶，
申請(專利權)人：曹楊慶，
類型：發明
國別省市：