[發(fā)明專利]汽油機(jī)最優(yōu)閉合角點(diǎn)火電路及最優(yōu)控制方法

無效

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• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN103032247A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹楊慶
• 申請（專利權(quán)）人: 曹楊慶
• 主分類號: F02P5/145
• 分類號: F02P5/145
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種汽油機(jī)直流電感點(diǎn)火電路。

背景技術(shù)

點(diǎn)火器對汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)有重要的控制作用，出于對汽油機(jī)的動(dòng)力，效率和排放性能的追求，摩托車傳統(tǒng)的交流點(diǎn)火器已越來越多地被直流電感點(diǎn)火器所替代。而電感點(diǎn)火一直是汽車主要的點(diǎn)火方式。電感又稱高壓包，包含初級和次級線圈。

已出現(xiàn)多種由傳統(tǒng)電子電路構(gòu)成或結(jié)合有單片機(jī)的電感式直流點(diǎn)火器。電感初級線圈需通過電流獲得能量。作為儲(chǔ)能過程，初級線圈需要通電一段時(shí)間達(dá)到一定的初級電流以獲得適當(dāng)能量，該段時(shí)間對應(yīng)機(jī)器旋轉(zhuǎn)或點(diǎn)火周期內(nèi)的角度稱閉合角或?qū)ń恰ｉ]合角也可以定義為點(diǎn)火線圈初級電流充電時(shí)間所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角或在自定義的相關(guān)周期內(nèi)對應(yīng)的角度。

點(diǎn)火電壓與點(diǎn)火能量對應(yīng)，為簡化敘述，往往同時(shí)互指。因此恒壓控制或恒壓點(diǎn)火也指恒能量控制和恒能量點(diǎn)火。初級電流與閉合角，初級線圈導(dǎo)通時(shí)間對應(yīng)。點(diǎn)火電壓或點(diǎn)火能量來自初級電流。通過調(diào)節(jié)閉合角或其起始時(shí)刻或初級線圈導(dǎo)通時(shí)間來控制初級電流。對初級電流的控制就是對點(diǎn)火能量，點(diǎn)火電壓的控制。

合理點(diǎn)火能量對應(yīng)的閉合角主要受電池電壓及轉(zhuǎn)速影響。而點(diǎn)火能量的需求也可以是變化的。點(diǎn)火前電感能量需達(dá)到一次點(diǎn)火所需，過高或過低都會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能變差，過高同時(shí)浪費(fèi)能源，降低運(yùn)行可靠性。因?yàn)殡姼心芰縼碜愿邏喊跫夒娏鳎撾娏饔峙c閉合角有關(guān)，閉合角或初級線圈通電時(shí)間因此需要控制。越先進(jìn)的高能點(diǎn)火，初級線圈電流往往越大，對應(yīng)的閉合角控制難度提高。現(xiàn)有閉合角控制技術(shù)制約了點(diǎn)火技術(shù)的發(fā)展。

閉合角控制的早期第一代由機(jī)械構(gòu)造執(zhí)行，第二代電子電路及更后產(chǎn)生的如L497，MC33191等集成電路組成點(diǎn)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(jì)算機(jī)技術(shù)后，閉合角控制技術(shù)又有進(jìn)展。通過實(shí)驗(yàn)建立轉(zhuǎn)速，電池電壓和閉合角的關(guān)系，制成補(bǔ)償表格或公式，運(yùn)行時(shí)以相關(guān)表格或公式提供當(dāng)前閉合角數(shù)據(jù)，以保證足夠的點(diǎn)火能量。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升和蓄電池電壓下降時(shí)，閉合角控制使閉合角加大，平衡或延長初級的通電時(shí)間，防止電感一次側(cè)儲(chǔ)能下降，確保點(diǎn)火能量。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降和蓄電池電壓較高時(shí)，閉合角控制使閉合角減小，平衡或縮減一次側(cè)電路的通電時(shí)間，確保一次線圈的安全。這種利用計(jì)算機(jī)的修正技術(shù)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(fā)動(dòng)機(jī)工況與點(diǎn)火能量需求關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。但方法本身具有的誤差及不易測量的環(huán)境，制造及長期的時(shí)間因素和設(shè)備狀態(tài)包括電池內(nèi)阻，電池電壓的快速波動(dòng)，電感線圈的溫升，其引起的閉合角偏差總和仍可達(dá)10%以上，對應(yīng)的能量偏差則更大，且是現(xiàn)有技術(shù)不可補(bǔ)償?shù)摹６夹g(shù)的發(fā)展，對點(diǎn)火能量控制的準(zhǔn)確度要求逐漸提高。已經(jīng)或必將需要對現(xiàn)有先進(jìn)的點(diǎn)火控制技術(shù)再作發(fā)展，使其變?yōu)橐环N精確的控制，達(dá)到點(diǎn)火能量準(zhǔn)確地適合發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火需要，最大限度改善其運(yùn)行。并發(fā)展為點(diǎn)火能量最優(yōu)化控制。點(diǎn)火能量最優(yōu)化控制包括發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)與點(diǎn)火能量需求的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型及最優(yōu)閉合角控制技術(shù)。

本發(fā)明可以采用點(diǎn)火能量需求的各種數(shù)學(xué)模型，但不涉及數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)技術(shù)，不對其技術(shù)改進(jìn)做出貢獻(xiàn)。

所謂最優(yōu)閉合角是指周期內(nèi)產(chǎn)生設(shè)計(jì)或最優(yōu)點(diǎn)火能量對應(yīng)的閉合角或?qū)?yīng)的初級電流經(jīng)歷的角度。

所謂最優(yōu)閉合角控制是使指周期內(nèi)設(shè)計(jì)或最優(yōu)點(diǎn)火能量對應(yīng)的閉合角終點(diǎn)時(shí)刻或?qū)?yīng)的初級電流達(dá)到時(shí)刻與點(diǎn)火時(shí)刻最大限度地重合的控制。

現(xiàn)有技術(shù)不能做到最大限度地重合，二者之差稱余裕。因此現(xiàn)有技術(shù)是閉合角有余裕的控制。而最優(yōu)閉合角控制能使周期內(nèi)設(shè)計(jì)或最優(yōu)點(diǎn)火能量對應(yīng)的閉合角終點(diǎn)時(shí)刻或?qū)?yīng)的初級電流達(dá)到時(shí)刻與點(diǎn)火時(shí)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(diǎn)火中，閉合角控制技術(shù)更未成熟。由于轉(zhuǎn)速，電池狀態(tài)，線圈內(nèi)阻及器件制造一致性等因素變化更大，點(diǎn)火器件效能較低，閉合角更需有效控制。直流電感式點(diǎn)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(diǎn)火器有點(diǎn)火能量大，火花持續(xù)時(shí)間長及電路構(gòu)造簡單，使用故障少等優(yōu)勢，特別是很適合新型稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。現(xiàn)有技術(shù)下，其優(yōu)勢不能很好發(fā)揮，不利于摩托車技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的發(fā)展提高。