專利名稱：火花點火調(diào)試儀的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種汽油機的點火調(diào)試儀，用于控制和調(diào)節(jié)的小汽油機點火提前角并對點火提前角進行優(yōu)化。
背景技術(shù)：
隨著摩托車，通用汽油機等單缸的小汽油機的不斷發(fā)展，已經(jīng)占了很大的市場份額，這些小汽油機消耗的能源越來越多，如何減小其油耗，已經(jīng)成為當前發(fā)動機行業(yè)研究的一個熱門。發(fā)動機的點火提前角是影響發(fā)動機油耗的一個至關(guān)重要的參數(shù)，如何控制發(fā)動機的點火提前角，怎樣讓發(fā)動機工作在最佳點火提前角狀態(tài)，是摩托車和通用汽油機行業(yè)一個重要的課題。目前的市場上，通用汽油機一般采用固定提前角的點火器，所謂固定提前角指的是，發(fā)動機在不同功況工作時采用同一個固定的的點火提前角度；摩托車一般采用具有自動進角控制的點火器，所謂自動進角控制指的是，在不同的轉(zhuǎn)速區(qū)間用不同的點火提前角，即在一個特定的較低的轉(zhuǎn)速及以下，采用一個較小的固定的點火提前角；在一個特定的較高的轉(zhuǎn)速及以上，用一個較大的固定的點火提前角；在這兩個較低和較高的特定轉(zhuǎn)速之間，采用的是一個直線型遞增的點火提前角。這兩種點火器的設計都不能在發(fā)動機任意轉(zhuǎn)速下任意設定發(fā)動機的點火提前角，也不能夠找出發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速對應的最佳點火提前角，也不能讓發(fā)動機在特定目標值功況時都工作在最佳點火提前角下。特定目標值可以是油耗、功率或扭矩。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種火花點火調(diào)試儀，它能夠任意設定不同轉(zhuǎn)速下發(fā)動機點火提前角，能夠找出發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下不同特定目標值的最佳點火提前角，能夠讓發(fā)動機在特定目標值功況時工作在最佳點火提前角。
為解決上述所要解決的技術(shù)問題，本實用新型的火花點火調(diào)試儀，包括單片機。所述單片機用于識別和處理發(fā)動機狀態(tài)信號和發(fā)出點火信號，單片機的外部中斷接口連接有磁電機觸發(fā)信號采集模塊和磁電機照明信號采集模塊，電機觸發(fā)信號采集模塊的輸入端和磁電機照明信號采集模塊的輸入端分別與被調(diào)試發(fā)動機的磁電機信號輸出端連接；所述單片機的通訊接口連接有發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊和點火驅(qū)動模塊，發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊的輸入端與被調(diào)試發(fā)動機的高壓包的輸出端連接；所述點火驅(qū)動模塊連接有直流CDI(CDI為電容放電式點火)裝置，直流CDI裝置的輸出端與被調(diào)試發(fā)動機的高壓包相連；所述單片機輸出的數(shù)字脈沖信號經(jīng)所述點火驅(qū)動模塊放大后控制直流CDI裝置點火。
所述磁電機觸發(fā)信號采集模塊設置有觸發(fā)線圈、光耦和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，觸發(fā)線圈的一端連接有一個電阻，電阻的另一端與光耦的正輸入端連接；所述觸發(fā)線圈的另一端連接有另一個電阻，該電阻的另一端連接所述光耦的地輸入端；觸發(fā)線圈的另一端接一個由電容和可調(diào)電阻并聯(lián)的RC電路，電路的另一端接光耦的地輸入端；所述光耦的輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述單片機的外部中斷接口連接。
所述磁電機照明信號采集模塊由全波整流橋、電阻、光耦和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，磁電機照明信號采集模塊的輸入端與被調(diào)試發(fā)動機的磁電機照明線圈連接；所述磁電機的照明線圈發(fā)出的正弦波，經(jīng)全波整流橋、電阻分壓、光耦隔離、模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成了對應著照明型號每周8個零點的8個方波數(shù)字信號，輸出至所述單片機，作為發(fā)出數(shù)字點火脈沖的時間基準。
所述發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊由依次連接的線圈、二極管整流電路、光耦隔離和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述單片機的通訊接口連接；所述線圈繞在所述發(fā)動機高壓包的輸入端地線上，線圈的兩端與所述二極管整流電路的交流輸入端連接。
所述單片機連接有用于顯示發(fā)動機狀態(tài)和點火狀態(tài)的液晶顯示器。
所述單片機連接有上位機。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果(一)以一種新的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的模塊來測量上止點的位置，無需外加的曲軸位置傳感器，而且信號準確，位置精度高；(二)以一種新的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的模塊來測量發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速，無需外加的轉(zhuǎn)速傳感器，而且測出的數(shù)據(jù)更為真實的反映了發(fā)動機的實際運行狀況；(三)用單片機直接發(fā)出脈沖控制CDI裝置，使發(fā)動機點火，控制更加容易和精確；(四)采取實時顯示系統(tǒng)，可以更直觀的了解發(fā)動機的工作狀況和實驗進行狀況；(五)與上位機通訊，可以實現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)存儲和更多的數(shù)據(jù)分析功能；(六)自動尋優(yōu)的測量過程不僅使發(fā)動機實驗更加自動化，而且排除了人為因素的干擾，達到了調(diào)試結(jié)果客觀性、一致性和精確性；(七)本實用新型采用上述方波數(shù)字信號作為單片機發(fā)出數(shù)字點火脈沖信號的時間基準，是對傳統(tǒng)的以磁電機觸發(fā)模擬信號為時間基準的重大改進；方波數(shù)字信號在發(fā)動機每轉(zhuǎn)一周內(nèi)可以產(chǎn)生8個連續(xù)的單脈沖，單片機可以選擇這8個中的任意一個作為時間基準發(fā)出數(shù)字點火脈沖，大大擴展了點火提前角的可調(diào)范圍，而且由于時間基準和點火脈沖均為數(shù)字信號，控制也更加精確。


圖1是本實用新型火花點火調(diào)試儀的結(jié)構(gòu)框圖；圖2磁電機的觸發(fā)信號波形；圖3單片接收到的8個分段脈沖信號；圖4單片機發(fā)出的點火脈沖方波信號；圖5控制程序流程框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作詳細說明。
如圖1所示，本實用新型的火花點火調(diào)試儀，包括磁電機觸發(fā)信號采集模塊1，磁電機照明信號采集模塊2，發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊3，點火反饋線圈，用于識別和處理發(fā)動機狀態(tài)信號和發(fā)出點火信號的單片機，用于顯示發(fā)動機狀態(tài)和點火狀態(tài)的液晶顯示器，點火信號的放大模塊4以及直流CDI裝置5。把反映發(fā)動機狀態(tài)的磁電機信號輸出端接在觸發(fā)信號采集模塊1和照明信號采集模塊2的輸入端，觸發(fā)信號采集模塊1的輸出端和照明信號采集模塊2的輸出端與單片機的兩個外部中斷口相連；發(fā)動機高壓包輸入端的地線與發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊3的輸入端相連，發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊3的輸出端與單片機的P1口相連；單片機的P1口與點火驅(qū)動模塊4的輸入端相連，點火驅(qū)動模塊的輸出端與直流CDI裝置5的輸入端相連，直流CDI裝置5的輸出端與發(fā)動機的高壓包相連。
本實用新型的工作原理如下單片機根據(jù)采集到的發(fā)動機的照明信號和觸發(fā)信號，計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速和發(fā)動機的上止點位置，單片機根據(jù)計算所得的轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速和上止點位置向CDI裝置發(fā)出點火脈沖信號，使發(fā)動機點火。該點火脈沖的發(fā)送時間是由單片機控制程序任意設定的，從而發(fā)動機點火角度也是任意設定的，也就是在同一個轉(zhuǎn)速下，發(fā)動機可以在任意設定的點火提前角度下點火。發(fā)動機的點火提前角度不再受發(fā)動機的直接作用，而是單片機根據(jù)發(fā)動機的功況發(fā)送點火脈沖直接控制。單片機直接控制了發(fā)動機的點火提前角，再根據(jù)發(fā)動機的功率、油耗、扭矩參數(shù)，就可以確定發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下的最佳點火提前角。
本實用新型的核心功能是測量發(fā)動機上止點位置；測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速；任意設定發(fā)動機點火提前角；測量發(fā)動機的實際點火提前角；測量不同轉(zhuǎn)速下的不同特定目標值的最佳點火提前角；顯示包含上述參數(shù)的發(fā)動機狀態(tài)參數(shù)。為了使發(fā)動機的點火角度比較精確，必需準確的確定發(fā)動機上止點的位置、轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速和準確的發(fā)出點火脈沖。
本實用新型采用的是一種新型的上止點位置測量模塊。發(fā)動機的觸發(fā)線圈發(fā)出的觸發(fā)信號波形如圖2，它是由旋轉(zhuǎn)著的飛輪上的凸塊通過觸發(fā)線圈時產(chǎn)生的信號。凸塊是在制造飛輪時為了提供觸發(fā)信號特別制作的，是當前通用汽油機和摩托車發(fā)動機的普遍設計，凸塊的位置與發(fā)動機上止點有確定的機械角度位置關(guān)系。因此，確定凸塊的位置再加上述機械角度就確定了發(fā)動機上止點的位置。磁電機觸發(fā)信號采集模塊1的結(jié)構(gòu)是觸發(fā)線圈的一端接一個電阻，電阻的另一端接在光耦的正輸入端；觸發(fā)線圈的另一端接一個由電容和可調(diào)電阻并聯(lián)的RC電路，電路的另一端接光耦的地輸入端。光耦的輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述單片機的外部中斷接口連接。
磁電機觸發(fā)信號采集模塊1的工作過程是當磁電機產(chǎn)生如圖2所示的脈沖時，圖中正脈沖的上升沿達到光耦的導通電壓時，光耦導通開始工作，光耦的輸出端輸出一個狀態(tài)量，這時光耦的地輸入端電壓為零，隨著正脈沖的一直上升，光耦的輸出端輸出端保持那個狀態(tài)量，光耦的地輸入端由于光耦的導通為上述RC電路充電，光耦的地輸入端的電壓也不斷上升，電壓值為光耦正輸入端電壓減去光耦的導通壓降。當這個正脈沖過了最高點，下降沿到來時，光耦的正輸入端和光耦的地輸入端電壓均要降低。加在光耦的正輸入端的如圖2所示的正脈沖的下降沿是很快的，所以光耦的正輸入端電壓下降也就很快，而光耦的地輸入端的電壓是按照前述RC電路的特性放電，電壓下降很慢。正脈沖的下降沿到來時，光耦正輸入端和光耦地輸入端的壓降很快就降到不足以使光耦導通的電壓，光耦不導通，光耦的輸出端輸出另一個狀態(tài)量。光耦輸出端狀態(tài)信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路消除干擾到達單片機的中斷口。單片機根據(jù)中斷信號，經(jīng)過計算就得到了觸發(fā)信號正脈沖最高點的位置，也就是得到了發(fā)動機飛輪上凸塊的位置，從而得到比較準確的上止點位置了。
本實用新型采用的是一種新型的轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速測量方法。磁電機的照明線圈發(fā)出的照明型號波形是正弦波，一般每周有4個完整的正弦波的信號。磁電機照明線圈與磁電機照明信號采集模塊2的輸入端相連，磁電機發(fā)出的照明信號經(jīng)全波整流橋，再通過兩個電阻分壓，穩(wěn)壓管削波。得到的波形信號再通過三極管的放大、光耦的隔離、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，形成了對應著照明型號每周8個零點的8個方波數(shù)字信號，如圖3。單片根據(jù)接收到的信號計算出發(fā)動機當前的平均轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速，作為發(fā)出準確點火信號的依據(jù)之一。本調(diào)試儀采用上述方波數(shù)字信號作為單片機發(fā)出數(shù)字點火脈沖信號的時間基準，是對傳統(tǒng)的以磁電機觸發(fā)模擬信號為時間基準的重大改進。上述方波數(shù)字信號在發(fā)動機每轉(zhuǎn)一周內(nèi)可以產(chǎn)生8個連續(xù)的單脈沖，單片機可以選擇這8個中的任意一個作為時間基準發(fā)出數(shù)字點火脈沖，大大擴展了點火提前角的可調(diào)范圍，而且由于時間基準和點火脈沖均為數(shù)字信號，控制也更加精確。磁電機的照明信號每周正弦波的個數(shù)根據(jù)發(fā)動機型號的不同而不同，但對于每種型號的發(fā)動機來說，正弦波的個數(shù)是一定的，只要知道某種發(fā)動機的型號，再對控制程序作簡單的修改，就可適用于該種型號的發(fā)動機。因此，本火花點火調(diào)試儀是通用的。
本實用新型采用的發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊3的輸入端是一個線圈，這個線圈繞在發(fā)動機高壓包的輸入端地線上，當發(fā)動機點火時，發(fā)動機的高壓包的輸入端地線會產(chǎn)生一個放電電流，這個放電電流通過繞在繞在發(fā)動機高壓包的輸入端地線上的線圈時，線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電勢信號，這個感應信號通過二極管整流、光耦隔離、模數(shù)轉(zhuǎn)換，到達單片機的P1口。
本實用新型采用的是單片機直接發(fā)脈沖控制CDI裝置點火。傳統(tǒng)的CDI裝置是利用磁電機發(fā)出的觸發(fā)信號，來控制CDI裝置點火的。其控制信號是模擬信號，而且信號對應的點火提前角的范圍是不可調(diào)整或調(diào)整有限的。而本火花點火調(diào)試儀采用的是單片機直接發(fā)脈沖控制CDI裝置點火，其發(fā)出的電火脈沖是數(shù)字信號，如圖4，不僅消除了很多模擬信號無法避免的干擾，而且信號所對應的點火提前角度是任意可調(diào)的，只受程序的控制。這就是本火花點火調(diào)試儀，可以實現(xiàn)任意調(diào)節(jié)點火提前角度，在較大的點火提前角范圍內(nèi)，實現(xiàn)點火提前角尋優(yōu)的可靠保證之一。本實用新型的點火驅(qū)動模塊和直流CDI裝置為公知的現(xiàn)有技術(shù)。
本實用新型中，液晶顯示可采用DMB32240A-01N/W；單片機可采用ANTEL89C52；上位機或采用普通計算機。
本實用新型的控制程序是用單片機的c語言編寫的，其框圖如圖5。程序工作過程如下1、程序初始化單片機系統(tǒng)初始化，設定單片機定時器的工作模式，存儲器復位，開外部中斷0、1。設定調(diào)試的目標值(功率、油耗、扭矩)。
2、設定一定開度的節(jié)氣門位置；
3、設定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速；4、單片機從P1口和外部中斷口讀取發(fā)動機的狀態(tài)參數(shù)，計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速及上止點位置；5、顯示發(fā)動機當前的轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速、點火角度的設定值，點火角度的實際值；6、根據(jù)4中的參數(shù)以一定提前角度，發(fā)出點火脈沖，記錄存儲目標值；7、判斷是否進行下一個提前角度的測量，是則進入步驟6，否則進入步驟8；8、通過比較測得的目標值，計算出當前轉(zhuǎn)速的最佳點火提前角；9、存儲并顯示當前轉(zhuǎn)速與最佳點火提前角；10、判斷是否測量下一個轉(zhuǎn)速的功況，是則進入步驟3，否則進入步驟11；11、判斷是否測量下一個節(jié)氣門開度，是則進入步驟2，否則進入步驟12；12、判斷是否與上位機通訊，是則進入步驟14，否則進入步驟13；13、存儲數(shù)據(jù)；14、與上位機進行數(shù)據(jù)通訊；本實用新型火花點火調(diào)試儀的自動尋優(yōu)調(diào)試過程如下，對于某廠的摩托車發(fā)動機，它的轉(zhuǎn)速范圍是1000轉(zhuǎn)/分到12000轉(zhuǎn)/分。發(fā)動機和測功機、油耗儀等實驗設備連接調(diào)試。以油耗為目標尋找發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速和不同節(jié)氣門位置的最佳點火提前角。設定發(fā)動機初始節(jié)氣門開度為10％，設定初始轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，設定初始點火提前角度為5度。
(1)在節(jié)氣門和轉(zhuǎn)速不變的情況下，測量和顯示發(fā)動機當前的運行狀態(tài)參數(shù)，包括發(fā)動機的實時轉(zhuǎn)速、瞬時轉(zhuǎn)速及當前點火提前角等，并記錄當前點火提前角下的發(fā)動機油耗。
(2)以1度為步長，逐漸增大發(fā)動機的大火提前角，上限為65度。重復步驟(1)；比較油耗，找到最低油耗值，對應的點火提前角度就是該節(jié)氣門下，該轉(zhuǎn)速的最佳點火提前角。
(3)節(jié)氣門位置不變，以200轉(zhuǎn)/分為步長，重復步驟(1)和(2)，得到該節(jié)氣門位置下，對應不同轉(zhuǎn)速的最佳點火提前角。
(4)以10％節(jié)氣門開度為步長，重復步驟(3)，得到在對應不同節(jié)氣門位置、不同轉(zhuǎn)速的最佳點火提前角。
上述尋優(yōu)過程的轉(zhuǎn)速步長、節(jié)氣門開度步長、點火提前角度步長可根據(jù)具體調(diào)試要求具體設定。
經(jīng)過尋優(yōu)過程的調(diào)試，發(fā)動機在任意節(jié)氣門位置和任意轉(zhuǎn)速點上，得到了油耗和點火提前角的關(guān)系，進而得到最優(yōu)油耗對應的最佳點火提前角。
整個調(diào)試過程可以設定扭矩或功率最為尋優(yōu)目標值，從而得到扭矩或功率最優(yōu)對應的最佳點火提前角。
至此，整個尋優(yōu)調(diào)試過程就結(jié)束了。
權(quán)利要求1.一種火花點火調(diào)試儀，包括單片機，其特征是，所述單片機用于識別和處理發(fā)動機狀態(tài)信號和發(fā)出點火信號，單片機的外部中斷接口連接有磁電機觸發(fā)信號采集模塊和磁電機照明信號采集模塊，磁電機觸發(fā)信號采集模塊的輸入端和磁電機照明信號采集模塊的輸入端分別與被調(diào)試發(fā)動機的磁電機信號輸出端連接；所述單片機的通訊接口連接有發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊和點火驅(qū)動模塊，發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊的輸入端與被調(diào)試發(fā)動機的高壓包的輸出端連接；所述點火驅(qū)動模塊連接有直流CDI裝置，直流CDI裝置的輸出端與被調(diào)試發(fā)動機的高壓包相連；所述單片機輸出的數(shù)字脈沖信號經(jīng)所述點火驅(qū)動模塊放大后控制直流CDI裝置點火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火花點火調(diào)試儀，其特征是，所述磁電機觸發(fā)信號采集模塊設置有觸發(fā)線圈、光耦和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，觸發(fā)線圈的一端連接有一個電阻，電阻的另一端與光耦的正輸入端連接；所述觸發(fā)線圈的另一端連接有另一個電阻，該電阻的另一端連接所述光耦的地輸入端；觸發(fā)線圈的另一端接一個由電容和可調(diào)電阻并聯(lián)的RC電路，電路的另一端接光耦的地輸入端；所述光耦的輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述單片機的外部中斷接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火花點火調(diào)試儀，其特征是，所述磁電機照明信號采集模塊由全波整流橋、電阻、光耦和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，磁電機照明信號采集模塊的輸入端與被調(diào)試發(fā)動機的磁電機照明線圈連接；所述磁電機的照明線圈發(fā)出的正弦波，經(jīng)全波整流橋、電阻分壓、光耦隔離、模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成了對應著照明型號每周8個零點的8個方波數(shù)字信號，輸出至所述單片機，作為發(fā)出數(shù)字點火脈沖的時間基準。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火花點火調(diào)試儀，其特征是，所述發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊由依次連接的線圈、二極管整流電路、光耦隔離和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述單片機的通訊接口連接；所述線圈繞在所述發(fā)動機高壓包的輸入端地線上，線圈的兩端與所述二極管整流電路的交流輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火花點火調(diào)試儀，其特征是，所述單片機連接有用于顯示發(fā)動機狀態(tài)和點火狀態(tài)的液晶顯示器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火花點火調(diào)試儀，其特征是，所述單片機連接有上位機。
專利摘要本實用新型公開了一種火花點火調(diào)試儀，包括單片機，單片機用于識別和處理發(fā)動機狀態(tài)信號和發(fā)出點火信號，單片機的外部中斷接口連接有磁電機觸發(fā)信號采集模塊和磁電機照明信號采集模塊，電機觸發(fā)信號采集模塊的輸入端和磁電機照明信號采集模塊的輸入端分別與被調(diào)試發(fā)動機的磁電機信號輸出端連接。單片機的通訊接口連接有發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊和點火驅(qū)動模塊，發(fā)動機實際點火角度信號采集模塊的輸入端與被調(diào)試發(fā)動機的高壓包的輸出端連接。點火驅(qū)動模塊連接有直流CDI裝置，直流CDI裝置的輸出端與被調(diào)試發(fā)動機的高壓包相連。本實用新型能夠任意設定不同轉(zhuǎn)速下發(fā)動機點火提前角，找出發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下不同特定目標值的最佳點火提前角，能夠讓發(fā)動機在特定目標值功況時工作在最佳點火提前角。
文檔編號F02P17/00GK2797670SQ200520026098
公開日2006年7月19日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者陸開玲 申請人:天津恒新源科技有限公司