專利名稱：摩托車點火器能量平衡式充電點火電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方案屬于內(nèi)燃機點火技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及摩托車直流點火電路。
背景技術(shù)：
點火器對摩托車發(fā)動機有重要的控制作用，出于對摩托車的動力，效率和排放性能的追求，傳統(tǒng)的交流點火器已越來越多地被直流點火器所替代。目前已出現(xiàn)多種由傳統(tǒng)電子電路構(gòu)成或結(jié)合有單片機的直流點火器。直流點火器需通過直流升壓電路將電池的直流低電壓升高為直流高電壓，并給儲能電路提供能量。 點火能量的大小反映在儲能電路的電壓上，需在點火前使其達到一次點火所需的值。過高或過低都會影響點火性能，使整車性能變差，同時浪費能源，折損電池。發(fā)動機轉(zhuǎn)速或設(shè)備 (電池)的狀態(tài)影響對點火能量的需求和提供能力，能量提供者直流升壓電路的輸出功率或每周期輸出能量應(yīng)據(jù)需求加以調(diào)節(jié)。本方案稱之為能量平衡技術(shù)或稱能量平衡，即每周期充電能量與點火所需目標(biāo)能量相平衡。但迄今為止，已公開或?qū)嵱玫闹绷鼽c火器，無論是否結(jié)合有單片機，點火器直流升壓電路，其輸出功率或每周期輸出能量均不據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速或設(shè)備(電池)狀態(tài)變化引起的點火能量不平衡作出調(diào)節(jié)。如文獻CN200620109862.9，C N200820081415. 6，實用器見各摩托車企產(chǎn)品。這使現(xiàn)有的直流點火器的每周期產(chǎn)生的點火能量與實際點火所需能量常處不平衡并普遍導(dǎo)致能量浪費，同時點火電壓有高達60V以上的波動。發(fā)明內(nèi)容對特定的制作件，直流點火電路單次生產(chǎn)的點火能量是由轉(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)動機轉(zhuǎn)速高時，點火密度加大，需要直流升壓電路提高輸出功率以保證每次提供儲能電路的電能達到點火要求。而電池電壓下降時，若不加調(diào)節(jié)，升壓電路每周期輸出即給每次點火提供的能量就會下降。一般直流點火器都標(biāo)稱在電池電壓 9-16v和800-8,000轉(zhuǎn)/分時或更大變化范圍能正常點火。因此，為保證不利條件下仍能提供足夠的點火能量，直流升壓電路的輸出功率必被設(shè)計得較大，以滿足低電壓高轉(zhuǎn)速不利條件下的點火能量要求。而當(dāng)摩托車電池處于12V (常態(tài))或以上，轉(zhuǎn)速處于4，000轉(zhuǎn)/ 分(常態(tài))或更低時，直流升壓電路輸出能量就必然大幅偏高合理的點火能量需要。由此可見，如不能對升壓電路的工作參數(shù)依據(jù)整車設(shè)備及運行狀態(tài)作在線調(diào)節(jié)，在非極端困難條件下，其輸出功率偏大，輸出的能量會明顯多于點火需要，虛耗電池能量，常致虧電，這是現(xiàn)有技術(shù)不可避免的。同時，能量的供需不能在變工況下匹配，使點火電壓均衡性這一重要指標(biāo)下降，也影響了直流點火器性能。這種技術(shù)現(xiàn)狀嚴重制約了直流點火器的應(yīng)用，也不利于摩托車整體技術(shù)的提高。本方案主要解決現(xiàn)有摩托車點火能量不匹配使直流點火器耗能大，可能導(dǎo)致摩托車電瓶虧電及點火電壓不均衡二個較重大技術(shù)問題，降低多余能耗并保持點火電壓恒定。 如前所述，本方案屬于內(nèi)燃機點火技術(shù)領(lǐng)域，僅以摩托車為背景作介紹，只是為了敘述方便，并無意限制其所涉范圍.[0007]以磁電機旋轉(zhuǎn)周期即點火周期為周期，逐次對點火能量的提供和需求作平衡控制，稱能量平衡。電路組成方案見圖1，包括脈沖輸入電路，點火電路，儲能電路，取樣電路， 控制電路，驅(qū)動電路，可調(diào)升壓電路等功能電路，其中控制電路從脈沖輸入電路獲得發(fā)動機和磁電機的運動狀態(tài)信息，控制點火電路使儲能電路放電，向高壓包接點輸出電流，實施點火。點火能量由控制電路通過取樣電路測量儲能電路電壓并據(jù)以輸出具有占空比的升壓控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路控制可調(diào)升壓電路的運行狀態(tài)，向儲能電路輸出。儲能電路電壓可有效地檢測并用于控制，這基于1.儲能電路電壓在周期內(nèi)可達到的最高值不但在總體上而且在每一個充電周期內(nèi)，均準確地反映了直流升壓電路能量輸出與點火能量需求匹配狀態(tài)。 如該電壓值低于要求，就表明直流升壓電路能量輸出低于點火能量需求，反之亦然。2.儲能電路電壓高速變化，但可以在經(jīng)分壓后由計算機足夠準確而可靠地檢測。這二點在本案形成過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，驗證，并成為部分特征的基礎(chǔ)。如前所述，直流點火器的點火能量是由直流升壓電路有控制地提供的，為實現(xiàn)直流升壓電路能量輸出與點火能量需求匹配，配有一種啟停及每一個轉(zhuǎn)換波形的參數(shù)均受控制的直流升壓電路，即所稱可調(diào)升壓電路。另外配置取樣電路，由二個電阻對儲能電路電壓構(gòu)成分壓采樣，經(jīng)模擬比較器轉(zhuǎn)換為開關(guān)量后向單片機輸出?？烧{(diào)升壓電路能量輸出與點火能量需求平衡匹配的流程為單片機在每個充電周期的起始持續(xù)通過取樣電路檢測儲能電路電壓，一但取樣值達到設(shè)定的門限值或設(shè)定的邏輯電平，單片計算機即從口線輸出控制信號，停止直流升壓轉(zhuǎn)換即停止本周期該電路的能量輸出。而若在整個充電周期或接近充電周期結(jié)束未出現(xiàn)取樣值達設(shè)定的門限或設(shè)定的邏輯電平，說明直流升壓電路本次能量輸出可能低于點火需求。直流升壓電路因已滿周期或接近滿周期工作，控制電路無以增加該電路周期內(nèi)運行時值，便增加升壓轉(zhuǎn)換波形的占空比一個單位，使直流升壓電路周期能量輸出增加，與點火需求趨于平衡。而如果設(shè)定的門限值或設(shè)定的邏輯電平在充電周期內(nèi)過早達到，如早至周期的1/4 (與設(shè)計制作有關(guān))，說明直流升壓電路周期能量可提供的輸出大于點火需求較多，單片機會降低升壓轉(zhuǎn)換波形的占空比一個單位，目的是盡量使升壓轉(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，這個過程除了保持能量平衡，達到節(jié)能目的，也實現(xiàn)了另一個重要目標(biāo)即點火電壓均衡。為簡化分析，每次點火所需能量可認為一定，全部來自儲能電路。若能使二者匹配，便是節(jié)能，恒壓的平衡狀態(tài)。決定直流升壓電路周期能量輸出除不便控制的因素外，主要是占空比及輸出時值。本方案通過檢測和控制平衡輸出和消耗，達到了預(yù)期效果。對制作良好的直流點火器采用能量平衡技術(shù)，在電池電壓9-16v，轉(zhuǎn)速800-8，000轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)點火電壓保持設(shè)定值，偏差+/-15V以內(nèi)，對12V，4，000轉(zhuǎn)/分的常態(tài)，直流升壓電路能量輸出在儲能電路電壓達標(biāo)時提前40%的周期截止。轉(zhuǎn)速下降則截止時刻提前，轉(zhuǎn)速提高則截止時刻延后。總體上使點火電壓穩(wěn)定在30v的波動范圍，最大節(jié)電40%，改變了現(xiàn)有直流點火器能耗較大特別是點火電壓不均衡的重大缺點，使摩托車點火技術(shù)有重要的實質(zhì)性的進步。本方案為點火器更復(fù)雜的調(diào)節(jié)準備了關(guān)鍵手段，如多因素調(diào)節(jié)所需的點火電壓調(diào)節(jié)技術(shù)。不同設(shè)計制作水平的直流點火器，上述指標(biāo)會有差異。
圖1是方案簡圖圖2是實例1的電路圖[0012]圖3是實例2的電路圖圖4是實例3的電路圖圖5是脈沖輸入電路圖圖6是不同平衡狀態(tài)下，改變運行時值作能量平衡控制各參數(shù)或信號時序示意圖圖7是不同平衡狀態(tài)下，改變占空比作能量平衡控制各參數(shù)或信號時序示意圖。
具體實施方式
實例1:見圖2，脈沖輸入電路(2)接受外接端的觸發(fā)脈沖，該信號來自磁電機，單片機作為控制電路(6)接受脈沖輸入電路(2)輸出的經(jīng)整形處理的觸發(fā)脈沖信號，作提前角處理后，適時控制點火電路(3)使儲能電路(4)放電，并向外接高壓包輸出電流，實施點火。單片機對反映儲能電路(4)電壓的取樣電路(5)作測量并據(jù)測值經(jīng)驅(qū)動電路(7)控制可調(diào)升壓電路(8)的升壓轉(zhuǎn)換并向儲能電路充電，形成儲能電壓閉環(huán)控制。其中脈沖輸入電路(2)，點火電路(3)，儲能電路(4)，控制電路(6)即單片機均采用標(biāo)準或常用電路，相關(guān)電路圖從簡，敘述從簡或從略。儲能電路主要是一個電容，所述的儲能電路電壓或儲能電壓也應(yīng)理解為該電容的電壓。單片機采用PIC12F615。GP4驅(qū)動點火電路。GP5控制升壓轉(zhuǎn)換， 可用其通用I/O 口功能輸出控制波形，使可調(diào)升壓點路產(chǎn)生充電電能。取樣電路需要一個模擬比較器，很多常用單片機都在內(nèi)部設(shè)置了模擬比較器，并帶有內(nèi)部可編程參考電壓，本例PIC12F615就是這種類型。將取樣電路的前級分壓電路的分壓值輸出到模擬比較器負端即GP1，對該比較器適當(dāng)編程后即可實現(xiàn)比較器功能，單片機內(nèi)有比較器參考電壓可用。圖 2中，取樣電路的框線將單片機GPl 口即其內(nèi)模擬比較器劃入，該模擬比較器集成于控制電路(6)即PIC12F615，但按本案邏輯，又屬于取樣電路(5)，擔(dān)當(dāng)模擬比較器電路(52)。圖5 是脈沖輸入電路的構(gòu)造，適用于各例，圖中標(biāo)出了配接各圖的圖號及相應(yīng)單片機口線號。本例電路將磁電機點火脈沖的正負半波經(jīng)整形后傳遞給單片機的一對輸入口線GP0，GP2。另夕卜，取樣電路的前級分壓電路的分壓值也可輸出到模擬比較器正端GP0，即將圖2的GPO和 GPl交換，實際上，比較器的輸出邏輯是可編程的。脈沖輸入電路原理簡單，可有多樣形式，單片機可用中斷或查詢或混合方式接受其信號。在本方案中該電路起傳遞摩托車發(fā)動機及磁電機運動狀態(tài)信息的作用，而對信息的分析判斷由單片機完成，因此本技術(shù)方案兼容脈沖輸入電路的變化發(fā)展甚或連接口線可能的增減。設(shè)置有5V電源電路給各所需要的電路供電(省略)。單片機發(fā)出的升壓控制信號經(jīng)驅(qū)動電路即電阻R2到達電子開關(guān)TIP122的控制端或基極，使TIP122將電池電流斷續(xù)接通變壓器Bl的初級，電流由TIP122的功率輸入端或稱集電極流入，從其功率輸出端或稱發(fā)射極流向變壓器Bl的初級。變壓器Bl的次級感應(yīng)出高壓電經(jīng)二極管Dl輸出到儲能電路，在其上建立點火電壓。單片機經(jīng)取樣電路對儲能電容電壓的檢測需在每個充電周期取樣值達到設(shè)定門限或設(shè)定邏輯電平前持續(xù)進行，并據(jù)取樣值即時調(diào)控直流升壓電路輸出。因此，本例采用比較器中斷方式監(jiān)測，也可采用查詢方式，但需一定編程技巧，以使響應(yīng)及時。單片機宜選擇執(zhí)行速度快的單片機。如采用單片機的AD轉(zhuǎn)換口檢測取樣電壓，AD轉(zhuǎn)換的速率應(yīng)足夠高， 使調(diào)整及時，對取樣電路采用模擬量檢測時，取樣電路的模擬比較器可選(實例4)。一但取樣值達到設(shè)計確定的所需電平閥值，單片計算機即從連接驅(qū)動電路的口線改變輸出控制信號，停止可控升壓轉(zhuǎn)換即停止本周期該電路的能量輸出。而若在整個充電周期或接近周期末未出現(xiàn)取樣值高電平或設(shè)定的門限值，說明可控升壓電路本次能量輸出可能低于點火需求，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)運行時值，便增加升壓轉(zhuǎn)換波形的占空比一個最小單位，使可控升壓電路周期能量輸出增加，與點火需求趨于平衡。而如果取樣值高電平或設(shè)定的門限值在充電周期內(nèi)過早達到，如早至周期的1/4 (與設(shè)計制作有關(guān))，說明直流升壓電路周期能量可提供的輸出大于點火需求升較多，單片機會降低升壓轉(zhuǎn)換波形的占空比一個最小單位，目的是盡量使升壓轉(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，這個過程除了保持能量平衡， 達到節(jié)能目的，也實現(xiàn)了點火電壓均衡。圖6是不同平衡狀態(tài)下，改變運行時值作能量平衡控制各參數(shù)或信號時序示意圖?？烧{(diào)升壓電路的工況受轉(zhuǎn)速或電池影響，其開路輸出即所示充電脈沖幅度會有變化，對儲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能量平衡狀態(tài)下，能量平衡過程中，各參數(shù)或信號的時序。橫坐標(biāo)為磁電機旋轉(zhuǎn)角，以r表示，縱坐標(biāo)為電壓。各圖中，儲能電路電壓逐漸升高至200V后，各自對應(yīng)的取樣電壓也相應(yīng)提高，分別至Ka，Kb, Kc三點，取樣電路的分壓值都到了設(shè)定閥值電平2. 5V，而對應(yīng)的磁電機轉(zhuǎn)角rii，rb，rC，因平衡狀態(tài)不同而不同，表示不同的充電速度下，可調(diào)升壓電路的工作時值不同，且都在儲能電路目標(biāo)電壓值即本圖例中的200V到達后即停止運行， 實現(xiàn)節(jié)能和點火電壓恒定。向上的箭頭表示，儲能電路電壓到設(shè)定值后，經(jīng)一系列的反饋使自身停止上升的過程在儲能電路電壓升高，使取樣電壓至設(shè)定的閥值即圖中所標(biāo)的2. 5V 后，單片機的升壓控制信號變零，致可調(diào)升壓電路停運，充電脈沖消失，儲能電路電壓停止上升。待單片機發(fā)出點火控制信號后，儲能電路能量釋放，電壓消失，進入下一個點火周期。 圖7是不同平衡狀態(tài)下，改變占空比作能量平衡控制各參數(shù)或信號時序示意圖。不同平衡狀態(tài)下，儲能電路電壓到達目標(biāo)值即A，B，C各圖中200V位置所需時間或磁電機旋轉(zhuǎn)角是不同的，在A，B，C各小圖中分別是ra，rb，rc。小圖B，C相比于A，降低或提高了占空比，使儲能電路電壓可能的偏離得以補償。其余解釋類同圖6。圖6，圖7所標(biāo)數(shù)值僅用來示意，并非定量。實例2 參考圖3，與實例1相比，單片機EM78P458內(nèi)置比較器電路原理有所不同。本例在P55即CIN-配置比較器參考電壓2. 5V，P56即CIN+輸入取樣電路對儲能電路的分壓。當(dāng)取樣值大于參考電壓，可導(dǎo)致單片機內(nèi)部的比較器中斷。以后執(zhí)行與例1相同的控制，其他原理照搬實例1。取樣電路的框線將單片機P55，P56 口即其內(nèi)模擬比較器劃入，該模擬比較器同時分屬控制電路(6)和取樣電路(5)，物理上該比較器位于單片機EM78P458 內(nèi)，邏輯上又屬取樣電路。P67控制點火，P52控制驅(qū)動電路及可調(diào)升壓電路。脈沖輸入由 P50，P51接收，參見圖5。實例3 見圖4，與實例1相比，驅(qū)動電路增加了電阻Rl，NPN三極管T1，對變壓器 Bl的初級電流采樣并反饋到驅(qū)動，使變壓器初級的最大電流受到限制。AT89C2051內(nèi)部也集成一個模擬比較器，但本例作為外置模擬比較器的應(yīng)用實例， 另置模擬比較器接受取樣電路內(nèi)對儲能電路電壓的分壓輸出，與參考端2. 5V比較，其輸出邏輯值的變化導(dǎo)致單片機內(nèi)部中斷。引起的控制過程與在前實例相同。圖5為其脈沖輸入電路。圖中二路輸出指向圖4 (P3.2)，(P3.3)。實例4 本節(jié)介紹二個特殊的取樣電路及監(jiān)測利用單片機的AD轉(zhuǎn)換功能檢測取樣電路和在單片機既無模擬比較器又無AD轉(zhuǎn)換功能的情況下的電路。 某些單片機可能僅有AD轉(zhuǎn)換功能而沒有模擬比較器。借用圖2，將PIC12F615的 GPl置為AD轉(zhuǎn)換口，取樣電路內(nèi)對儲能電路電壓的分壓輸出直接該口線，在AD轉(zhuǎn)換中斷發(fā)生時，讀取，從能量平衡檢測的角度，屬查詢方式，需在周期內(nèi)儲能電壓達到要求前不斷重復(fù)，直至達到設(shè)定值，調(diào)整GP5的輸出，實施閉環(huán)控制。
權(quán)利要求1.一種摩托車點火器能量平衡式充電點火電路，包括脈沖輸入電路(2)，點火電路 (3)，儲能電路(4)，控制電路(6)，所述控制電路接受所述脈沖輸入電路的信號并適時啟動所述點火電路使所述儲能電路放電，其特征是還有取樣電路(5)，驅(qū)動電路(7)，可調(diào)升壓電路(8 )，所述儲能電路的電壓信息經(jīng)所述取樣電路到達所述控制電路，該控制電路參考所述取樣電路的電壓，將控制信號經(jīng)所述驅(qū)動電路傳送到所述可調(diào)升壓電路，該可調(diào)升壓電路輸出電能到所述儲能電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩托車點火器能量平衡式充電點火電路，其特征在于，所述取樣電路(5)，包括用于采樣的分壓電路(51)和用于輸出轉(zhuǎn)換的模擬比較器電路(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩托車點火器能量平衡式充電點火電路，其特征在于，所述取樣電路(5 )，其所述分壓電路(51)采用電阻分壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩托車點火器能量平衡式充電點火電路，其特征在于，所述取樣電路(5 )，其所述模擬比較器電路(52 )，包含一個單電源運算放大器。
專利摘要一種摩托車點火器能量平衡式充電點火電路，包括脈沖輸入電路(2)，點火電路(3)，儲能電路(4)，控制電路(6)，所述控制電路接受所述脈沖輸入電路的信號并適時啟動所述點火電路使所述儲能電路放電，其特征是還有取樣電路(5)，驅(qū)動電路(7),可調(diào)升壓電路(8)，所述儲能電路的電壓信息經(jīng)所述取樣電路到達所述控制電路，該控制電路參考所述取樣電路的電壓，將控制信號經(jīng)所述驅(qū)動電路傳送到所述可調(diào)升壓電路，該可調(diào)升壓電路輸出電能到所述儲能電路。通過檢測和控制平衡點火能量的提供和消耗，對制作良好的直流點火器采用能量平衡技術(shù)，總體上使點火電壓穩(wěn)定在30v的波動范圍，最大節(jié)電40%。
文檔編號F02P3/00GK202250550SQ20112023818
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者曹楊慶 申請人:曹楊慶