抑制發動機反轉方法的研究及對應點火控制裝置的設計

李江

摘要：本文對抑制發動機反轉方法進行深入研究，研究出一種在小型汽油機啟動過程中抑制發動機反轉的方法，并在研究過程中設計了一種可以在小型汽油機啟動過程中抑制發動機反轉的點火控制裝置，該點火控制裝置還能夠根據發動機的轉速在適當的時刻送出點火信號以控制火花塞產生電火花，從而為小型汽油機進行點火。

關鍵詞：抑制 發動機 反轉 方法 點火控制裝置 研究 設計

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

1背景

汽油機都需要點火器在適當的時候送出點火信號，空氣混合物燃燒后提供動力保證其持續運轉。對于小型汽油機，很少用到燃油噴射技術，而只是單獨控制了發動機的點火提前角來實現相關控制功能。活塞在氣缸內壓縮空氣混合物到其體積最小時刻，稱之為“上止點”（TDC）。原則上，需要控制空氣混合物在“上止點”處高剛好充分燃燒，這樣產生的能量能最大程度的推動活塞運行，使汽油機產生最大的動力。但是，從點火器送出點火信號到空氣混合物被點燃并在氣缸內充分燃燒是需要一定時間的。如果點火器一直在“上止點”時刻發出點火信號，隨著汽油機轉速的升高，空氣混合物在氣缸中充分燃燒時刻就會離“上止點”越來越遠，那么汽油機的工作效率也就會越來越低。

另外，小型汽油機一般都被設計成單一轉向，即只能允許其正向轉動。汽油機的啟動盤和旋轉軸為單方向密合。也就是說，如果汽油機正轉，其旋轉軸可以脫離啟動盤正常運轉；如果汽油機反轉，其旋轉軸就會拖帶著啟動盤一起反轉。而啟動盤上纏繞著一定長度的啟動繩，拉動啟動繩可迫使發動機的旋轉軸和飛輪獲得一定的正向旋轉動力，再配合點火系統的點火功能，可使發動機正常啟動起來。而在發動機處于啟動過程時，因為旋轉軸的轉速非常不穩定，可能會導致點火系統（特別是數字式點火系統）“計算”出的點火角度偏離真實需求的角度，嚴重時可能會使發動機旋轉軸瞬間反轉。如果啟動盤反轉就會使啟動繩在其上面越纏越緊，一旦力量過大，就會繃斷啟動繩，損壞啟動系統。所以汽車行業中很多科技人員都在致力研究用于小型汽油機上抑制發動機反轉的方法。

2用于小型汽油機上抑制發動機反轉方法的研究

在科技人員的不斷努力專研下，最近研發出了一種用于小型汽油機啟動過程中抑制發動機反轉的方法，該方法包括：a.分別對第二交流信號中的正信號和負信號進行整形處理，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線圈在飛輪旋轉時感應出，整形處理包括整流處理，分壓處理和穩壓處理；b.根據第一位置信號和第二位置信號，確定發動機是否反轉，具體實施方式就是分別對第一位置信號和第二位置信號進行檢測，如果第一位置信號為低電平，第二位置信號為高電平，確定發動機反轉，如果第一位置信號為高電平，第二位置信號為低電平，確定發動機正轉；c.發動機反轉，就控制火花塞停止點火。

通過上述方法的實施，可有效地識別發動機是否處于反轉狀態，從而控制火花塞停止點火，使得發動機失去反轉動力而停機，可有效地避免其他部件受到損壞。而此種方法的實施，需要有其對應的設備，于是科技人員又開始對其設備進行研究設計，經過努力設計出一種可以在小型汽油機啟動過程中抑制發動機反轉的點火控制裝置。

3用于小型汽油機上的點火控制裝置的設計方案

1）點火控制裝置的結構設計

該用于小型汽油機的點火控制裝置控制火花塞產生點火花為小型汽油機點火，其結構包括充電線圈、變壓器、電火花生成控制電路、觸發線圈、位置信號傳感電路、微控制器和熄火控制電路。

充電線圈，用于飛輪旋轉時感應出第一交流信號，飛輪表面包括磁鋼；

變壓器，包括點火初級線圈和點火次級線圈，點火次級線圈與火花塞相連；

電火花生成控制電路，用于接收經整流后的第一交流信號并響應于點火信號對點火初級線圈施加第一信號，點火次級線圈感應出第二信號控制火花塞產生電火花；其結構包括電子開關單元和儲能單元。儲能單元包括點火電容，點火電容為高壓電容，用于存儲經整流后的第一交流信號；電子開關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火信號的點火控制端連接，并且通過導線與微控制器的輔助點火控制端連接。

觸發線圈，用于飛輪旋轉時感應出第二交流信號；

位置信號傳感電路，包括第一整流單元，第一分壓單元，第一穩壓單元，第二整流單元，第二分壓單元和第二穩壓電源，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壓單元對第二交流信號的正信號進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壓單元對第二交流信號的負信號進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，分壓處理和穩壓處理，第一濾波單元對第一位置信號進行濾波后提供給微控制器，第二濾波單元對第二信號進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信號進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，用于根據第一位置信號確定點火時間將點火信號提供給火花生成控制電路，并且還用于根據第一位置信號和第二位置信號控制火花塞停止點火；還用于分別對第一位置信號和第二位置信號進行采樣，如果第二位置信號為高電平，第一位置信號為低電平，控制火花塞停止點火；

熄火控制電路，包括熄火開關和第一穩壓管，熄火開關的第一端接地，第二端與微控制器連接，當用戶按合熄火開關，微控制器控制火花塞停止點火，第一穩壓管與熄火開關的第二端連接。

2）點火控制裝置的應用

此點火控制裝置結合抑制發動機反轉方法進行應用，微控制器根據第一信號計算出當前發動機的轉速，并根據當前發動機的轉速確定點火時間將點火信號提供給火花生成控制電路，從而控制火花塞產生電火花為小型汽油機點火。由于微控制器輸出點火信號的時刻是基于當前發動機的轉速而確定的，因此，在發動機的轉速較低時，微控制器在接近“上止點”處輸出點火信號控制火花塞點火，而在發動機的轉速較高時，微控制器在“上止點”前一定時間輸出點火信號控制火花塞點火，從而可以有效的保證氣缸內燃料—空氣混合物在“上止點”處高剛好充分燃燒，由此產生的能量能夠最大程度的推動活塞運行，使得汽油機產生最大的動力。

可控硅的控制極通過第一組電阻與微控制器輸出點火信號的點火控制端連接的同時，還通過導線與微控制器的輔助點火控制端連接。但需要點火時，由于微控制器將輔助點火控制端設置為高阻態，因此，可視為可控硅的控制極未與輔助點火控制端連接，微控制器控制點火控制端輸出高電平，即輸出點火信號后，可控硅處于導通狀態，從而使得儲能單元放電對初級點火線圈施加第一信號，點火次級線圈感應出第二信號控制火花塞產生電火花。當不需要點火時，微控制器控制點火控制端和輔助點火控制端輸出低電平，由于輔助點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斷狀態，避免了在可控硅溫度較高的情形下，點火系統中的電磁干擾誤觸發可控硅導通。

4結束語

本文研發的小型汽油機啟動過程中抑制發動機反轉的方法以及應用此方法的點火控制裝置不僅能夠有效地識別發動機是否處于反轉狀態，從而控制火花塞停止點火，使得發動機失去反轉動力而停機，有效地避免其他部件受到損壞，且能夠使得汽油機產生最大的動力，提高汽油機的工作效率，在未來會有很好的社會效益和經濟效益。

五、參考文獻

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