抑制发动机反转方法的研究及对应点火控制装置的设计

摘要：本文对抑制发动机反转方法进行深入研究，研究出一种在小型汽油机启动过程中抑制发动机反转的方法，并在研究过程中设计了一种可以在小型汽油机启动过程中抑制发动机反转的点火控制装置，该点火控制装置还能够根据发动机的转速在适当的时刻送出点火信号以控制火花塞产生电火花，从而为小型汽油机进行点火。

关键词：抑制 发动机 反转 方法 点火控制装置 研究 设计

中图分类号： S219 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2015）01（c）0000-00

1背景

汽油机都需要点火器在适当的时候送出点火信号，空气混合物燃烧后提供动力保证其持续运转。对于小型汽油机，很少用到燃油喷射技术，而只是单独控制了发动机的点火提前角来实现相关控制功能。活塞在气缸内压缩空气混合物到其体积最小时刻，称之为“上止点”（TDC）。原则上，需要控制空气混合物在“上止点”处高刚好充分燃烧，这样产生的能量能最大程度的推动活塞运行，使汽油机产生最大的动力。但是，从点火器送出点火信号到空气混合物被点燃并在气缸内充分燃烧是需要一定时间的。如果点火器一直在“上止点”时刻发出点火信号，随着汽油机转速的升高，空气混合物在气缸中充分燃烧时刻就会离“上止点”越来越远，那么汽油机的工作效率也就会越来越低。

另外，小型汽油机一般都被设计成单一转向，即只能允许其正向转动。汽油机的启动盘和旋转轴为单方向密合。也就是说，如果汽油机正转，其旋转轴可以脱离启动盘正常运转；如果汽油机反转，其旋转轴就会拖带着启动盘一起反转。而启动盘上缠绕着一定长度的启动绳，拉动启动绳可迫使发动机的旋转轴和飞轮获得一定的正向旋转动力，再配合点火系统的点火功能，可使发动机正常启动起来。而在发动机处于启动过程时，因为旋转轴的转速非常不稳定，可能会导致点火系统（特别是数字式点火系统）“计算”出的点火角度偏离真实需求的角度，严重时可能会使发动机旋转轴瞬间反转。如果启动盘反转就会使启动绳在其上面越缠越紧，一旦力量过大，就会绷断启动绳，损坏启动系统。所以汽车行业中很多科技人员都在致力研究用于小型汽油机上抑制发动机反转的方法。

2用于小型汽油机上抑制发动机反转方法的研究

在科技人员的不断努力专研下，最近研发出了一种用于小型汽油机启动过程中抑制发动机反转的方法，该方法包括：a.分别对第二交流信号中的正信号和负信号进行整形处理，以生成第一位置信号和第二位置信号，其中，第二交流信号由触发线圈在飞轮旋转时感应出，整形处理包括整流处理，分压处理和稳压处理；b.根据第一位置信号和第二位置信号，确定发动机是否反转，具体实施方式就是分别对第一位置信号和第二位置信号进行检测，如果第一位置信号为低电平，第二位置信号为高电平，确定发动机反转，如果第一位置信号为高电平，第二位置信号为低电平，确定发动机正转；c.发动机反转，就控制火花塞停止点火。

通过上述方法的实施，可有效地识别发动机是否处于反转状态，从而控制火花塞停止点火，使得发动机失去反转动力而停机，可有效地避免其他部件受到损坏。而此种方法的实施，需要有其对应的设备，于是科技人员又开始对其设备进行研究设计，经过努力设计出一种可以在小型汽油机启动过程中抑制发动机反转的点火控制装置。

3用于小型汽油机上的点火控制装置的设计方案

1）点火控制装置的结构设计

该用于小型汽油机的点火控制装置控制火花塞产生点火花为小型汽油机点火，其结构包括充电线圈、变压器、电火花生成控制电路、触发线圈、位置信号传感电路、微控制器和熄火控制电路。

充电线圈，用于飞轮旋转时感应出第一交流信号，飞轮表面包括磁钢；

变压器，包括点火初级线圈和点火次级线圈，点火次级线圈与火花塞相连；

电火花生成控制电路，用于接收经整流后的第一交流信号并响应于点火信号对点火初级线圈施加第一信号，点火次级线圈感应出第二信号控制火花塞产生电火花；其结构包括电子开关单元和储能单元。储能单元包括点火电容，点火电容为高压电容，用于存储经整流后的第一交流信号；电子开关单元包括可控硅和第一组电阻，可控硅的阳极和阴极跨接于充电线圈的两端，可控硅的控制极通过第一组电阻与微控制器输出点火信号的点火控制端连接，并且通过导线与微控制器的辅助点火控制端连接。

触发线圈，用于飞轮旋转时感应出第二交流信号；

位置信号传感电路，包括第一整流单元，第一分压单元，第一稳压单元，第二整流单元，第二分压单元和第二稳压电源，还包括第一滤波单元和第二滤波单元，其中，第一整流单元，第一分压单元和第一稳压单元对第二交流信号的正信号进行整形处理后作为第一位置信号提供给微控制器，第二整流单元，第二分压单元和第二稳压单元对第二交流信号的负信号进行整形处理后作为第二位置信号提供给微控制器，整形处理包括整流处理，分压处理和稳压处理，第一滤波单元对第一位置信号进行滤波后提供给微控制器，第二滤波单元对第二信号进行滤波后提供给微控制器。此电路用于分别对第二交流信号的正信号和负信号进行整形处理后生成第一位置信号和第二位置信号，并将第一位置信号和第二位置信号提供给微控制器；

微控制器，用于根据第一位置信号确定点火时间将点火信号提供给火花生成控制电路，并且还用于根据第一位置信号和第二位置信号控制火花塞停止点火；还用于分别对第一位置信号和第二位置信号进行采样，如果第二位置信号为高电平，第一位置信号为低电平，控制火花塞停止点火；

熄火控制电路，包括熄火开关和第一稳压管，熄火开关的第一端接地，第二端与微控制器连接，当用户按合熄火开关，微控制器控制火花塞停止点火，第一稳压管与熄火开关的第二端连接。

2）点火控制装置的应用

此点火控制装置结合抑制发动机反转方法进行应用，微控制器根据第一信号计算出当前发动机的转速，并根据当前发动机的转速确定点火时间将点火信号提供给火花生成控制电路，从而控制火花塞产生电火花为小型汽油机点火。由于微控制器输出点火信号的时刻是基于当前发动机的转速而确定的，因此，在发动机的转速较低时，微控制器在接近“上止点”处输出点火信号控制火花塞点火，而在发动机的转速较高时，微控制器在“上止点”前一定时间输出点火信号控制火花塞点火，从而可以有效的保证气缸内燃料—空气混合物在“上止点”处高刚好充分燃烧，由此产生的能量能够最大程度的推动活塞运行，使得汽油机产生最大的动力。

可控硅的控制极通过第一组电阻与微控制器输出点火信号的点火控制端连接的同时，还通过导线与微控制器的辅助点火控制端连接。但需要点火时，由于微控制器将辅助点火控制端设置为高阻态，因此，可视为可控硅的控制极未与辅助点火控制端连接，微控制器控制点火控制端输出高电平，即输出点火信号后，可控硅处于导通状态，从而使得储能单元放电对初级点火线圈施加第一信号，点火次级线圈感应出第二信号控制火花塞产生电火花。当不需要点火时，微控制器控制点火控制端和辅助点火控制端输出低电平，由于辅助点火控制端输出低电平，直接将可控硅的控制极电平拉低，从而有效地控制可控硅处于关断状态，避免了在可控硅温度较高的情形下，点火系统中的电磁干扰误触发可控硅导通。

4结束语

本文研发的小型汽油机启动过程中抑制发动机反转的方法以及应用此方法的点火控制装置不仅能够有效地识别发动机是否处于反转状态，从而控制火花塞停止点火，使得发动机失去反转动力而停机，有效地避免其他部件受到损坏，且能够使得汽油机产生最大的动力，提高汽油机的工作效率，在未来会有很好的社会效益和经济效益。

五、参考文献

[1] 赵德安，李金伴.磁电机点火装置性能智能测试方法研究[J].农业工程学报.1999（03）

[2] 王怀志.汽车电子点火系统的原理与维修（上）[J].电子世界.2003（01）

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[4] 胡步发，林建航，董炳武.汽车点火系统发展研究[J].福州大学学报（自然科学版）. 1999（04）

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