李江

摘要：本文對抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)方法進(jìn)行深入研究，研究出一種在小型汽油機(jī)啟動(dòng)過程中抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的方法，并在研究過程中設(shè)計(jì)了一種可以在小型汽油機(jī)啟動(dòng)過程中抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的點(diǎn)火控制裝置，該點(diǎn)火控制裝置還能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻送出點(diǎn)火信號以控制火花塞產(chǎn)生電火花，從而為小型汽油機(jī)進(jìn)行點(diǎn)火。

關(guān)鍵詞：抑制 發(fā)動(dòng)機(jī) 反轉(zhuǎn) 方法 點(diǎn)火控制裝置 研究 設(shè)計(jì)

中圖分類號： S219 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2015）01（c）0000-00

1背景

汽油機(jī)都需要點(diǎn)火器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候送出點(diǎn)火信號，空氣混合物燃燒后提供動(dòng)力保證其持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。對于小型汽油機(jī)，很少用到燃油噴射技術(shù)，而只是單獨(dú)控制了發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角來實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制功能。活塞在氣缸內(nèi)壓縮空氣混合物到其體積最小時(shí)刻，稱之為“上止點(diǎn)”（TDC）。原則上，需要控制空氣混合物在“上止點(diǎn)”處高剛好充分燃燒，這樣產(chǎn)生的能量能最大程度的推動(dòng)活塞運(yùn)行，使汽油機(jī)產(chǎn)生最大的動(dòng)力。但是，從點(diǎn)火器送出點(diǎn)火信號到空氣混合物被點(diǎn)燃并在氣缸內(nèi)充分燃燒是需要一定時(shí)間的。如果點(diǎn)火器一直在“上止點(diǎn)”時(shí)刻發(fā)出點(diǎn)火信號，隨著汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，空氣混合物在氣缸中充分燃燒時(shí)刻就會離“上止點(diǎn)”越來越遠(yuǎn)，那么汽油機(jī)的工作效率也就會越來越低。

另外，小型汽油機(jī)一般都被設(shè)計(jì)成單一轉(zhuǎn)向，即只能允許其正向轉(zhuǎn)動(dòng)。汽油機(jī)的啟動(dòng)盤和旋轉(zhuǎn)軸為單方向密合。也就是說，如果汽油機(jī)正轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)軸可以脫離啟動(dòng)盤正常運(yùn)轉(zhuǎn)；如果汽油機(jī)反轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)軸就會拖帶著啟動(dòng)盤一起反轉(zhuǎn)。而啟動(dòng)盤上纏繞著一定長度的啟動(dòng)繩，拉動(dòng)啟動(dòng)繩可迫使發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸和飛輪獲得一定的正向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，再配合點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火功能，可使發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)起來。而在發(fā)動(dòng)機(jī)處于啟動(dòng)過程時(shí)，因?yàn)樾D(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速非常不穩(wěn)定，可能會導(dǎo)致點(diǎn)火系統(tǒng)（特別是數(shù)字式點(diǎn)火系統(tǒng)）“計(jì)算”出的點(diǎn)火角度偏離真實(shí)需求的角度，嚴(yán)重時(shí)可能會使發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸瞬間反轉(zhuǎn)。如果啟動(dòng)盤反轉(zhuǎn)就會使啟動(dòng)繩在其上面越纏越緊，一旦力量過大，就會繃斷啟動(dòng)繩，損壞啟動(dòng)系統(tǒng)。所以汽車行業(yè)中很多科技人員都在致力研究用于小型汽油機(jī)上抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的方法。

2用于小型汽油機(jī)上抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)方法的研究

在科技人員的不斷努力專研下，最近研發(fā)出了一種用于小型汽油機(jī)啟動(dòng)過程中抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的方法，該方法包括：a.分別對第二交流信號中的正信號和負(fù)信號進(jìn)行整形處理，以生成第一位置信號和第二位置信號，其中，第二交流信號由觸發(fā)線圈在飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)感應(yīng)出，整形處理包括整流處理，分壓處理和穩(wěn)壓處理；b.根據(jù)第一位置信號和第二位置信號，確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否反轉(zhuǎn)，具體實(shí)施方式就是分別對第一位置信號和第二位置信號進(jìn)行檢測，如果第一位置信號為低電平，第二位置信號為高電平，確定發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，如果第一位置信號為高電平，第二位置信號為低電平，確定發(fā)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；c.發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，就控制火花塞停止點(diǎn)火。

通過上述方法的實(shí)施，可有效地識別發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而控制火花塞停止點(diǎn)火，使得發(fā)動(dòng)機(jī)失去反轉(zhuǎn)動(dòng)力而停機(jī)，可有效地避免其他部件受到損壞。而此種方法的實(shí)施，需要有其對應(yīng)的設(shè)備，于是科技人員又開始對其設(shè)備進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，經(jīng)過努力設(shè)計(jì)出一種可以在小型汽油機(jī)啟動(dòng)過程中抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的點(diǎn)火控制裝置。

3用于小型汽油機(jī)上的點(diǎn)火控制裝置的設(shè)計(jì)方案

1）點(diǎn)火控制裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該用于小型汽油機(jī)的點(diǎn)火控制裝置控制火花塞產(chǎn)生點(diǎn)火花為小型汽油機(jī)點(diǎn)火，其結(jié)構(gòu)包括充電線圈、變壓器、電火花生成控制電路、觸發(fā)線圈、位置信號傳感電路、微控制器和熄火控制電路。

充電線圈，用于飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)感應(yīng)出第一交流信號，飛輪表面包括磁鋼；

變壓器，包括點(diǎn)火初級線圈和點(diǎn)火次級線圈，點(diǎn)火次級線圈與火花塞相連；

電火花生成控制電路，用于接收經(jīng)整流后的第一交流信號并響應(yīng)于點(diǎn)火信號對點(diǎn)火初級線圈施加第一信號，點(diǎn)火次級線圈感應(yīng)出第二信號控制火花塞產(chǎn)生電火花；其結(jié)構(gòu)包括電子開關(guān)單元和儲能單元。儲能單元包括點(diǎn)火電容，點(diǎn)火電容為高壓電容，用于存儲經(jīng)整流后的第一交流信號；電子開關(guān)單元包括可控硅和第一組電阻，可控硅的陽極和陰極跨接于充電線圈的兩端，可控硅的控制極通過第一組電阻與微控制器輸出點(diǎn)火信號的點(diǎn)火控制端連接，并且通過導(dǎo)線與微控制器的輔助點(diǎn)火控制端連接。

觸發(fā)線圈，用于飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)感應(yīng)出第二交流信號；

位置信號傳感電路，包括第一整流單元，第一分壓單元，第一穩(wěn)壓單元，第二整流單元，第二分壓單元和第二穩(wěn)壓電源，還包括第一濾波單元和第二濾波單元，其中，第一整流單元，第一分壓單元和第一穩(wěn)壓單元對第二交流信號的正信號進(jìn)行整形處理后作為第一位置信號提供給微控制器，第二整流單元，第二分壓單元和第二穩(wěn)壓單元對第二交流信號的負(fù)信號進(jìn)行整形處理后作為第二位置信號提供給微控制器，整形處理包括整流處理，分壓處理和穩(wěn)壓處理，第一濾波單元對第一位置信號進(jìn)行濾波后提供給微控制器，第二濾波單元對第二信號進(jìn)行濾波后提供給微控制器。此電路用于分別對第二交流信號的正信號和負(fù)信號進(jìn)行整形處理后生成第一位置信號和第二位置信號，并將第一位置信號和第二位置信號提供給微控制器；

微控制器，用于根據(jù)第一位置信號確定點(diǎn)火時(shí)間將點(diǎn)火信號提供給火花生成控制電路，并且還用于根據(jù)第一位置信號和第二位置信號控制火花塞停止點(diǎn)火；還用于分別對第一位置信號和第二位置信號進(jìn)行采樣，如果第二位置信號為高電平，第一位置信號為低電平，控制火花塞停止點(diǎn)火；

熄火控制電路，包括熄火開關(guān)和第一穩(wěn)壓管，熄火開關(guān)的第一端接地，第二端與微控制器連接，當(dāng)用戶按合熄火開關(guān)，微控制器控制火花塞停止點(diǎn)火，第一穩(wěn)壓管與熄火開關(guān)的第二端連接。

2）點(diǎn)火控制裝置的應(yīng)用

此點(diǎn)火控制裝置結(jié)合抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)方法進(jìn)行應(yīng)用，微控制器根據(jù)第一信號計(jì)算出當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速確定點(diǎn)火時(shí)間將點(diǎn)火信號提供給火花生成控制電路，從而控制火花塞產(chǎn)生電火花為小型汽油機(jī)點(diǎn)火。由于微控制器輸出點(diǎn)火信號的時(shí)刻是基于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而確定的，因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時(shí)，微控制器在接近“上止點(diǎn)”處輸出點(diǎn)火信號控制火花塞點(diǎn)火，而在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，微控制器在“上止點(diǎn)”前一定時(shí)間輸出點(diǎn)火信號控制火花塞點(diǎn)火，從而可以有效的保證氣缸內(nèi)燃料—空氣混合物在“上止點(diǎn)”處高剛好充分燃燒，由此產(chǎn)生的能量能夠最大程度的推動(dòng)活塞運(yùn)行，使得汽油機(jī)產(chǎn)生最大的動(dòng)力。

可控硅的控制極通過第一組電阻與微控制器輸出點(diǎn)火信號的點(diǎn)火控制端連接的同時(shí)，還通過導(dǎo)線與微控制器的輔助點(diǎn)火控制端連接。但需要點(diǎn)火時(shí)，由于微控制器將輔助點(diǎn)火控制端設(shè)置為高阻態(tài)，因此，可視為可控硅的控制極未與輔助點(diǎn)火控制端連接，微控制器控制點(diǎn)火控制端輸出高電平，即輸出點(diǎn)火信號后，可控硅處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而使得儲能單元放電對初級點(diǎn)火線圈施加第一信號，點(diǎn)火次級線圈感應(yīng)出第二信號控制火花塞產(chǎn)生電火花。當(dāng)不需要點(diǎn)火時(shí)，微控制器控制點(diǎn)火控制端和輔助點(diǎn)火控制端輸出低電平，由于輔助點(diǎn)火控制端輸出低電平，直接將可控硅的控制極電平拉低，從而有效地控制可控硅處于關(guān)斷狀態(tài)，避免了在可控硅溫度較高的情形下，點(diǎn)火系統(tǒng)中的電磁干擾誤觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。

4結(jié)束語

本文研發(fā)的小型汽油機(jī)啟動(dòng)過程中抑制發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的方法以及應(yīng)用此方法的點(diǎn)火控制裝置不僅能夠有效地識別發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而控制火花塞停止點(diǎn)火，使得發(fā)動(dòng)機(jī)失去反轉(zhuǎn)動(dòng)力而停機(jī)，有效地避免其他部件受到損壞，且能夠使得汽油機(jī)產(chǎn)生最大的動(dòng)力，提高汽油機(jī)的工作效率，在未來會有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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