專利名稱：內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火提前變化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火提前變化控制系統(tǒng)涉及內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火技術(shù)，特別是適用于汽車類發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前變化系統(tǒng)。
目前廣泛應(yīng)用在汽車上的點(diǎn)火系統(tǒng)，俗稱“分電器”。其電火花的產(chǎn)生依靠觸點(diǎn)(俗稱“白金”)的開閉，切斷電流而感應(yīng)高壓，它的點(diǎn)火提前角的調(diào)整是由機(jī)械重塊離心和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種方式共同作用完成的。最大點(diǎn)火提前角度小，不能滿足需要。另外這種系統(tǒng)還存在調(diào)整困難、觸點(diǎn)燒蝕、油污等問題。
自七十年代以來出現(xiàn)了許多采用電子控制模塊的無觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)，如美國(guó)的臺(tái)爾柯系統(tǒng)、克萊斯勒系統(tǒng)、福特系統(tǒng)等。上述系統(tǒng)共同之處是取消了白金觸點(diǎn)，采用傳感器和電子部件來驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火線圈，但是它們也都保留了機(jī)械重塊離心和氣動(dòng)相結(jié)合的機(jī)械提前角調(diào)整方式，點(diǎn)火提前角仍較小，不能滿足要求。
近年來有完全采用電路部件完成上述兩項(xiàng)功能的系統(tǒng)，它們被稱為“完整型”。電火花發(fā)生和提前角調(diào)整均由電子控制模塊完成。意大利發(fā)明專利申請(qǐng)85106245號(hào)公開的就是這樣一種系統(tǒng)。它采用由CPU、存貯器和計(jì)數(shù)器組成的微處理器來實(shí)現(xiàn)上述功能。存貯器內(nèi)含有CPU運(yùn)算程序和提前角數(shù)據(jù)，根據(jù)傳感器送來的最大提前角信號(hào)和最小提前角信號(hào)經(jīng)運(yùn)算后向發(fā)動(dòng)機(jī)提供合適的點(diǎn)火提前信號(hào)。雖然它能夠?qū)μ崆敖亲兓龀鐾耆憫?yīng)，但在實(shí)際上仍有許多問題。如系統(tǒng)的構(gòu)成龐大復(fù)雜，造價(jià)較高，元器件數(shù)量較多，使系統(tǒng)工作的可靠性得不到保證。
本發(fā)明的目的就是根據(jù)上述技術(shù)上的不足而提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可控制燃燒時(shí)間的完整型的點(diǎn)火時(shí)間提前變化控制系統(tǒng)。
本發(fā)明設(shè)置了兩個(gè)傳感器位置信號(hào)，一個(gè)是最大提前信號(hào)φm。φm的設(shè)置是為了能預(yù)先得到一個(gè)提前量，使后級(jí)電路能對(duì)它處理后得到點(diǎn)火時(shí)刻。由于φm必須滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的最大點(diǎn)火提前量的要求，因此φm在時(shí)域上比發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際需要的最大提前信號(hào)更為提前一些。另一個(gè)傳感信號(hào)是“上死點(diǎn)”信號(hào)，它與活塞運(yùn)行到“上死點(diǎn)”的時(shí)刻在時(shí)域上是一致的，“上死點(diǎn)”信號(hào)的設(shè)置使的本發(fā)明控制燃燒時(shí)間Ts有了時(shí)間基準(zhǔn)，本發(fā)明的點(diǎn)火時(shí)刻發(fā)生在“上死點(diǎn)”信號(hào)前T時(shí)刻，例如當(dāng)某一發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)間Ts為3ms，則本發(fā)明輸出一個(gè)以“上死點(diǎn)”信號(hào)為后沿，寬度為3ms的點(diǎn)火脈沖，脈沖前沿即為點(diǎn)火時(shí)刻，因此與點(diǎn)火提前角調(diào)整系統(tǒng)不同，本發(fā)明控制的是燃燒時(shí)間而不是點(diǎn)火提前角。顯然這比提前角控制方式更符合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒機(jī)理。
如前所述本發(fā)明設(shè)置了兩個(gè)活塞運(yùn)行位置傳感信號(hào)，本發(fā)明采用將最大提前信號(hào)φm直接延遲得到點(diǎn)火時(shí)刻的方式，使電路變的簡(jiǎn)單。
在時(shí)域上，最大提前信號(hào)φm運(yùn)行到“上死點(diǎn)”的時(shí)間為Tm＝f(n)是速度的函數(shù)，若我們要求在“上死點(diǎn)”前Ts時(shí)刻點(diǎn)燃混合氣，則只需對(duì)Tm施以定量延遲即可得到Ts時(shí)刻，延遲量t＝Tm-Ts，仍為速度的單值函數(shù)，本發(fā)明采用由時(shí)基電路構(gòu)成的延遲器實(shí)施延遲，而延遲量t的控制則采用速度電壓轉(zhuǎn)換電路得到，使經(jīng)t時(shí)間延遲的Tm信號(hào)距“上死點(diǎn)”時(shí)刻保持在Ts時(shí)間，很明顯“上死點(diǎn)”前Ts時(shí)刻即為點(diǎn)火時(shí)刻。
如前所述，本發(fā)明控制的是燃燒時(shí)間Ts，但在實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒時(shí)間Ts是變化的，系統(tǒng)實(shí)際輸出的燃燒時(shí)間T也會(huì)由于元器件參數(shù)的變化而和Ts不一致，為此本發(fā)明設(shè)置了模擬燃燒時(shí)間Ts變化的電路，以反映發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)間的變化，設(shè)置了閉環(huán)反饋校正電路以使實(shí)際輸出T與模擬信號(hào)TD相一致。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載狀況、節(jié)流閥開度大小發(fā)生變化時(shí)模擬電路的傳感裝置均能將這些變化反映在信號(hào)脈寬上來，即增大或減小模擬燃燒時(shí)間信號(hào)TD，使系統(tǒng)按照預(yù)定的變化曲線向系統(tǒng)提供模擬基準(zhǔn)燃燒時(shí)間信號(hào)TD，改變模擬網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)即可適應(yīng)不同型式的發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，當(dāng)模擬燃燒時(shí)間信號(hào)TD發(fā)生變化或系統(tǒng)輸出T由于參數(shù)變化而偏離正常值時(shí)，本發(fā)明的反饋校正電路會(huì)自動(dòng)的將輸出T鉗制在TD的值上，具體的做法是將模擬燃燒時(shí)間信號(hào)TD和系統(tǒng)實(shí)際輸出信號(hào)T進(jìn)行比較，誤差δ＝T-TD為一極性和脈寬均可變的脈沖序列，再將其轉(zhuǎn)換成誤差電壓函數(shù)，即可用于校正系統(tǒng)的延遲控制量，從而降低系統(tǒng)的控制誤差和實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬燃燒時(shí)間信號(hào)TD的跟隨。
下面將結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
附圖一是本發(fā)明的電路框圖。
附圖二是附圖一裝置中各點(diǎn)的電壓波形圖。
附圖三是本發(fā)明實(shí)施例電原理圖。
圖中，1、2是傳感器，3是裝置傳感器的園盤，4是延遲器，5是模擬燃燒時(shí)間信號(hào)發(fā)生器，6是觸發(fā)器，7是單穩(wěn)態(tài)電路，8是點(diǎn)火輸出電路，9是點(diǎn)火線圈，10是脈寬比較器，11是積分器，12是積分器，13是延遲控制器。
本發(fā)明的工作原理及連接關(guān)系如下傳感器1、2與裝在傳感器園盤3上的轉(zhuǎn)動(dòng)部分相配合，檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的活塞運(yùn)行位置，輸出負(fù)極性脈沖，傳感器1、2分別提供兩個(gè)傳感信號(hào)A與B。傳感器1輸出的是最大提前信號(hào)φm。(見附圖二波形A)。傳感器2輸出同一活塞的“上死點(diǎn)”信號(hào)，見波形B，內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火時(shí)刻即在0～Tm之間。A經(jīng)延遲器4延遲后得到信號(hào)C，見附圖二波形C，C的下降沿即為點(diǎn)火發(fā)生時(shí)刻。高電平持續(xù)時(shí)間是延遲量t的脈寬。
信號(hào)C分為兩路，一路送到觸發(fā)器6，觸發(fā)觸發(fā)器6使其翻轉(zhuǎn)輸出高電平，形成實(shí)際燃燒時(shí)間信號(hào)T的前沿。傳感器2輸出的傳感信號(hào)B送到觸發(fā)器6的R端使其復(fù)位，輸出低電平，形成了實(shí)際燃燒時(shí)間脈沖T的后沿，至此整個(gè)燃燒時(shí)間T脈沖形成，見附圖二波形D，D的上升沿是點(diǎn)火時(shí)刻，它驅(qū)動(dòng)單穩(wěn)電路7輸出脈寬恒定的點(diǎn)火脈沖E，見附圖二波形E，E驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火輸出電路8點(diǎn)火線圈9形成電火花，完成點(diǎn)火。
由圖二波形D可以看出，D的前沿是點(diǎn)火時(shí)刻，后沿是“上死點(diǎn)”，寬度為T，因此點(diǎn)火發(fā)生在“上死點(diǎn)”前T時(shí)刻。
信號(hào)C的另一路送到模擬燃燒時(shí)間TD發(fā)生器5。C的下降沿觸發(fā)5使其輸出一個(gè)前沿與點(diǎn)火時(shí)刻一致，寬度為模擬燃燒時(shí)間TD的正脈沖。波形見圖二波形F。TD的寬度是該型發(fā)動(dòng)機(jī)在當(dāng)時(shí)工況下的理想燃燒時(shí)間Ts的模擬信號(hào)，它和實(shí)際燃燒時(shí)間T都是由同一下降沿C觸發(fā)的，因此兩者的前沿是對(duì)齊的，后沿的差別即是控制誤差δ＝T-TD。
模擬燃燒時(shí)間TD信號(hào)也分為兩路，一路送到脈寬比較器10，于此同時(shí)，實(shí)際燃燒時(shí)間信號(hào)T也送到脈寬比較器10，兩者在比較器10中比較脈沖寬度，輸出誤差電壓Vδ＝K(T-TD)，波形見圖二G，Vδ再被送到積分器11中，經(jīng)積分后輸出平均誤差電壓Vδ，波形見圖二H，Vδ再送到延遲控制器中，對(duì)系統(tǒng)控制量進(jìn)行校正。直到T的脈寬接近TD，使系統(tǒng)輸出的誤差壓縮在一個(gè)較小的范圍內(nèi)為止。
模擬燃燒時(shí)間信號(hào)TD的另一路送到積分器13，用來形成系統(tǒng)的延遲控制量，積分電路13將TD的脈沖序列積分轉(zhuǎn)換成為速度電壓函數(shù)值VD＝K·Vcc·n·TD，由式中可以看出，電壓函數(shù)值反映了速度n和TD的變化，可直接用做延遲量的控制，波形見圖二I，VD直接送到延遲控制器12的同相輸入端，轉(zhuǎn)換成延遲器4所需要的電流函數(shù)值ID＝gm·VD，波形見圖二J，ID反映了速度n和模擬燃燒時(shí)間TD的變化，用它作為延遲器的控制量，即能使系統(tǒng)輸出非常接近理想燃燒時(shí)間Ts的實(shí)際燃燒時(shí)間信號(hào)T。
延遲器4由Ic1、D1、R1、R2、R3、R4、C1組成。
最大點(diǎn)火提前傳感器1與Ic1的S端相連，R3、R4的作用是將S端的置位電平鉗制在一個(gè)合適的數(shù)值，使Ic1能被傳感器1送來的下降沿脈沖可靠觸發(fā)置位，Ic1為時(shí)基電路555，C1、R1組成了Ic1的定時(shí)網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間常數(shù)τ1＝C1·R1，D1是放電二極管，用來加快C1的放電過程，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)壓縮沖程開始，活塞運(yùn)行到最大點(diǎn)火提前量φm位置時(shí)，傳感器1送來的負(fù)極性脈沖的前沿使Ic1置位，輸出Q端變?yōu)楦唠娖剑琑端是高阻，由延遲控制器12送來的控制電流ID開始對(duì)C1充電，當(dāng)C1上端的電位Uc1上升到2/3Vcc時(shí)，Ic1翻轉(zhuǎn)，輸出Q端變?yōu)榈碗娖?，下降沿即是點(diǎn)火時(shí)刻，是系統(tǒng)實(shí)際輸出的燃燒時(shí)間T的前沿。
當(dāng)Ic1的Q端變?yōu)榈碗娖胶?，電容C1上貯存的電荷經(jīng)Ic1的放電端Q′、放電二極管D1釋放，在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)放電完畢。Q端低電平期間，控制電流ID被短路，延遲器4處于準(zhǔn)備狀態(tài)等待下一次觸發(fā)脈沖到來。
由延遲器4的工作過程可以看出，整個(gè)電路延遲量t的大小僅取決于充電電流ID的大小，ID越大，t越小，反之則反，控制ID的大小即可控制延遲量t，使實(shí)際燃燒時(shí)間T的脈寬發(fā)生變化。
Ic1的Q端分別與模擬燃燒時(shí)間TD信號(hào)發(fā)生電路5的S端以及觸發(fā)器6的S端相連。
當(dāng)Ic1的Q端輸出脈沖下降沿時(shí)，觸發(fā)器6被置位，Q端變?yōu)楦唠娖剑纬蓪?shí)際燃燒時(shí)間T的前沿，這個(gè)上升沿再觸發(fā)單穩(wěn)電路7，點(diǎn)火輸出電路8及點(diǎn)火線圈9形成電火花。
觸發(fā)器6的R端與“上死點(diǎn)”傳感器2的輸出端相連，當(dāng)活塞運(yùn)行到上死點(diǎn)位置，傳感器2輸出的負(fù)極性脈沖的下降沿使觸發(fā)器6復(fù)位，Q端變?yōu)榈碗娖剑链嗽谟|發(fā)器6的Q端上形成了一個(gè)完整的以點(diǎn)火時(shí)刻為前沿，以上死點(diǎn)為后沿的實(shí)際燃燒時(shí)間信號(hào)T，見波形D。
模擬燃燒時(shí)間TD信號(hào)發(fā)生器5，由時(shí)基電路Ic2、電容C2、C3電阻R5、R6、R7、R8、R9、R10組成。R5、R6、C3形成脈沖微分電路，將延遲器4輸出來脈沖C微分成負(fù)極性尖脈沖，利用其下降沿來觸發(fā)Ic2，Ic1的Q端經(jīng)微分電容C3接至Ic2的S端，當(dāng)點(diǎn)火時(shí)刻到來，經(jīng)微分后的負(fù)極性尖脈沖使Ic2置位，Q端變?yōu)楦唠娖剑纬蒚D脈沖的前沿，定時(shí)回路開始工作。
R7、R8、R9、C2組成了Ic2的定時(shí)回路，時(shí)間常數(shù)為τ2。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)負(fù)載狀態(tài)發(fā)生變化，傳感裝置作用于R7上，使其阻值發(fā)生變化，由R7、R8、R9組成的網(wǎng)絡(luò)的等效阻值發(fā)生變化，從而改變了TD的脈沖寬度TD＝1.1τ2。
當(dāng)Ic2置位后，電源Vcc經(jīng)R7、R8、R9對(duì)定時(shí)電容C2充電，C2上的電壓Uc2逐漸上升，當(dāng)電壓充至Uc2≥2/3Vcc時(shí)，Ic2翻轉(zhuǎn)，Ic2輸出Q端變?yōu)榈碗娖剑纬闪四M燃燒時(shí)間TD脈沖的后沿。
Ic2Q端輸出的TD脈沖分兩路分別接至積分器13的輸入端，脈沖比較器10的反相輸入端。
積分器13將寬度為TD、周期Tw為一個(gè)工作循環(huán)的脈沖序列，積分變換成平均直流電壓VD，VD＝Vcc·TD/Tw＝Vcc·n·TD，為速度負(fù)載函數(shù)，VD作為延遲控制器12的主控制量送到延遲控制器12的同相輸入端。
Ic2的輸出Q端還與脈沖比較器10的反相輸入端相連，將TD脈沖與送到脈沖比較器同相輸入端的T脈沖相比較。
脈沖比較器10由運(yùn)算放大器Ic3反饋電阻R17同相輸入電阻R18反相輸入電阻R19組成。
當(dāng)TD和T兩個(gè)脈沖都輸入到脈沖比較器10后，在兩脈沖共同持續(xù)期間，Ic3為共模輸入，無輸出，當(dāng)兩脈沖中其中一個(gè)結(jié)束，而另一個(gè)尚未結(jié)束時(shí)，出現(xiàn)兩種情況;若T脈沖結(jié)束，TD脈沖尚未結(jié)束，則輸出一個(gè)負(fù)脈沖δ，寬度為兩脈沖寬度差;當(dāng)TD脈沖結(jié)束，而T脈沖尚未結(jié)束，則Ic3輸出一個(gè)正極性脈沖δ，脈寬也等于兩脈沖寬度差。
Ic3的輸出端接到積分器11的輸入端，Ic3輸出的控制誤差脈沖δ，經(jīng)積分器11積分變換后，成為平均直流誤差電壓Vδ＝Vcc·δ/Tw，積分器11輸出端接至延遲控制器13的反相輸入端，使誤差電壓參加對(duì)系統(tǒng)的校正。
延遲控制器13是由運(yùn)放Ic4，三極管BG1，二極管D2、電阻R11、R12、R13、R14、R15、R16組成。穩(wěn)壓二極管D2和電阻R12一起組成一個(gè)基準(zhǔn)電壓源，將恒流三極管BG1的基極鉗位在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值上，適當(dāng)?shù)倪x取BG1的射極電阻R11，即可確定電路輸出電流ID的最大值，BG1的發(fā)射極還接有分流電阻R13，它由BG1的射極上分出了電流Ic，延遲控制器13的輸出電流ID＝Ie-Ic。
運(yùn)放Ic4和R14、R15、R16一起構(gòu)成了一個(gè)控制放大器，當(dāng)同相輸入電壓VD增加時(shí)，即發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加時(shí)，VD增加，Ic4的輸出Vo也增加，分流電流Ic減小，(Ic＝(Ve-Vo)/R13)，輸出電流ID增大，從而造成延遲量t減小，保證燃燒時(shí)間T不隨轉(zhuǎn)速上升而減小。
當(dāng)系統(tǒng)輸出的實(shí)際燃燒時(shí)間脈沖T小于或大于模擬燃燒時(shí)間脈沖TD時(shí)，在延遲控制器的反相輸入端得到一個(gè)誤差電壓Vδ從而使ID發(fā)生變化，使t發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)輸出的實(shí)際燃燒時(shí)間脈沖T接近理想值TD。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火提前變化控制系統(tǒng)，包括有傳感器、觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路、點(diǎn)火輸出電路及點(diǎn)火線圈，其特征是所說的傳感器有兩個(gè)，一個(gè)傳感器輸出的是最大提前信號(hào)，另一個(gè)傳感器輸出的是同一活塞的“上死點(diǎn)”信號(hào)，最大提前信號(hào)經(jīng)一延遲器延遲，延遲后的信號(hào)分兩路、一路是送到觸發(fā)器，形成實(shí)際燃燒時(shí)間脈沖信號(hào)的前沿，另一路送到一模擬燃燒時(shí)間信號(hào)發(fā)生器，使其輸出一個(gè)前沿與實(shí)際點(diǎn)火時(shí)刻一致，脈寬為模擬燃燒時(shí)間的脈沖信號(hào)，“上死點(diǎn)”信號(hào)送至觸發(fā)器使其復(fù)位，形成實(shí)際燃燒時(shí)間脈沖信號(hào)的后沿，模擬燃燒時(shí)間的脈沖信號(hào)也分兩路一路送至一脈寬比較器，與觸發(fā)器送來的實(shí)際燃燒時(shí)間信號(hào)進(jìn)行比較，兩者在比較器中比較脈沖寬度，輸出誤差電壓進(jìn)入一積分器，積分變換成為平均直流誤差電壓，模擬燃燒時(shí)間的脈沖信號(hào)另一路送到另一積分器中積分變換成為平均直流電壓，兩積分后的電壓信號(hào)送入一延遲控制器，轉(zhuǎn)換成延遲器所需的電流，作為延遲器的控制量，校正延遲時(shí)間。
2.按照權(quán)力要求1所說的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火提前變化控制系統(tǒng)，其特征是所說的延遲器可由IC1、D1、R1、R2、R3、R4及C1構(gòu)成，IC1為時(shí)基電路555，其S端與傳感器1相連，C1與R1組成IC1的定時(shí)網(wǎng)絡(luò)，IC1的輸出端Q與觸發(fā)器的S相連，所說的模擬燃燒時(shí)間信號(hào)發(fā)生器可由集成電路IC2、電容C2、C3、電阻R5、R6、R7、R8、R9、R10組成，IC2為時(shí)基路555，R5、R6及C3組成脈沖微分電路，C3的一端接IC1的Q端，另一端接IC2的S端，R7、R8、R9、C2為IC2的定時(shí)回路，所說的脈沖信號(hào)比較器可由運(yùn)算放大器IC3、電阻R17、R18、R19組成，IC2的輸出Q端與脈沖比較器的反相輸入端相連，觸發(fā)器的輸出Q端與同相輸入端相連，脈沖比較器的輸出端G與積分器相連接，所說的延遲控制器可由運(yùn)放IC4、三極管BG1、穩(wěn)壓二極管D2電阻R11、R12、R13、R14、R15、R16組成，穩(wěn)壓二管D2和電阻R12搭成一個(gè)基準(zhǔn)電壓源，將恒流三極管BG1的基極鉗位在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值上，適當(dāng)選取BG1的射極電阻R11，即可確定充電電流的最大值。
全文摘要
內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火提前變化控制系統(tǒng)包括兩個(gè)傳感器，一個(gè)用來產(chǎn)生最大提前位置信號(hào)，另一個(gè)產(chǎn)生“上死點(diǎn)”位置信號(hào)，最大提前位置信號(hào)經(jīng)過一延遲器延遲后觸發(fā)觸發(fā)器工作，形成點(diǎn)火時(shí)刻，同時(shí)觸發(fā)模擬燃燒時(shí)間信號(hào)發(fā)生器，使其輸出一個(gè)前沿與實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間一致，脈寬為模擬燃燒時(shí)間的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)和實(shí)際燃燒時(shí)間脈沖信號(hào)相比較，將誤差量送給一延遲控制器，變換充電電流的大小，控制延遲時(shí)間，使其達(dá)到最佳點(diǎn)火時(shí)間。
文檔編號(hào)F02P5/15GK1043369SQ8810971
公開日1990年6月27日 申請(qǐng)日期1988年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月5日
發(fā)明者褚慶懷 申請(qǐng)人:褚慶懷