[发明专利]汽油机最优闭合角点火电路及最优控制方法

说明书

技术领域

本发明属于内燃机点火技术领域，尤其涉及一种汽油机直流电感点火电路。

背景技术

点火器对汽油机发动机有重要的控制作用，出于对汽油机的动力，效率和排放性能的追求，摩托车传统的交流点火器已越来越多地被直流电感点火器所替代。而电感点火一直是汽车主要的点火方式。电感又称高压包，包含初级和次级线圈。

已出现多种由传统电子电路构成或结合有单片机的电感式直流点火器。电感初级线圈需通过电流获得能量。作为储能过程，初级线圈需要通电一段时间达到一定的初级电流以获得适当能量，该段时间对应机器旋转或点火周期内的角度称闭合角或导通角。闭合角也可以定义为点火线圈初级电流充电时间所对应的曲轴转角或在自定义的相关周期内对应的角度。

点火电压与点火能量对应，为简化叙述，往往同时互指。因此恒压控制或恒压点火也指恒能量控制和恒能量点火。初级电流与闭合角，初级线圈导通时间对应。点火电压或点火能量来自初级电流。通过调节闭合角或其起始时刻或初级线圈导通时间来控制初级电流。对初级电流的控制就是对点火能量，点火电压的控制。

合理点火能量对应的闭合角主要受电池电压及转速影响。而点火能量的需求也可以是变化的。点火前电感能量需达到一次点火所需，过高或过低都会使发动机运行性能变差，过高同时浪费能源，降低运行可靠性。因为电感能量来自高压包初级电流，该电流又与闭合角有关，闭合角或初级线圈通电时间因此需要控制。越先进的高能点火，初级线圈电流往往越大，对应的闭合角控制难度提高。现有闭合角控制技术制约了点火技术的发展。

闭合角控制的早期第一代由机械构造执行，第二代电子电路及更后产生的如L497，MC33191等集成电路组成点火及闭合角控制电路，并取得较好效果，但控制精度均较低。在第三代，采用计算机技术后，闭合角控制技术又有进展。通过实验建立转速，电池电压和闭合角的关系，制成补偿表格或公式，运行时以相关表格或公式提供当前闭合角数据，以保证足够的点火能量。在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，闭合角控制使闭合角加大，平衡或延长初级的通电时间，防止电感一次侧储能下降，确保点火能量。在发动机转速下降和蓄电池电压较高时，闭合角控制使闭合角减小，平衡或缩减一次侧电路的通电时间，确保一次线圈的安全。这种利用计算机的修正技术是目前闭合角控制的最好方法，具有较高的控制精度，一般都利用发动机工况与点火能量需求关系的数学模型。但方法本身具有的误差及不易测量的环境，制造及长期的时间因素和设备状态包括电池内阻，电池电压的快速波动，电感线圈的温升，其引起的闭合角偏差总和仍可达10%以上，对应的能量偏差则更大，且是现有技术不可补偿的。而技术的发展，对点火能量控制的准确度要求逐渐提高。已经或必将需要对现有先进的点火控制技术再作发展，使其变为一种精确的控制，达到点火能量准确地适合发动机点火需要，最大限度改善其运行。并发展为点火能量最优化控制。点火能量最优化控制包括发动机状态与点火能量需求的最优化数学模型及最优闭合角控制技术。

本发明可以采用点火能量需求的各种数学模型，但不涉及数学模型的设计技术，不对其技术改进做出贡献。

所谓最优闭合角是指周期内产生设计或最优点火能量对应的闭合角或对应的初级电流经历的角度。

所谓最优闭合角控制是使指周期内设计或最优点火能量对应的闭合角终点时刻或对应的初级电流达到时刻与点火时刻最大限度地重合的控制。

现有技术不能做到最大限度地重合，二者之差称余裕。因此现有技术是闭合角有余裕的控制。而最优闭合角控制能使周期内设计或最优点火能量对应的闭合角终点时刻或对应的初级电流达到时刻与点火时刻最大限度地重合，余裕消除或几乎消除，是闭合角无裕控制。

在摩托车点火中，闭合角控制技术更未成熟。由于转速，电池状态，线圈内阻及器件制造一致性等因素变化更大，点火器件效能较低，闭合角更需有效控制。直流电感式点火器目前尚不能在摩托车上获得大面积推广，闭合角难以控制致能耗大是很重要原因。而直流电感式点火器有点火能量大，火花持续时间长及电路构造简单，使用故障少等优势，特别是很适合新型稀薄燃烧发动机的需求。现有技术下，其优势不能很好发挥，不利于摩托车技术经济性能的发展提高。