专利名称：摩托车点火器能量平衡式充电点火电路的制作方法点火器对摩托车发动机有重要的控制作用，出于对摩托车的动力，效率和排放性能的追求，传统的交流点火器已越来越多地被直流点火器所替代。目前已出现多种由传统电子电路构成或结合有单片机的直流点火器。直流点火器需通过直流升压电路将电池的直流低电压升高为直流高电压，并给储能电路提供能量。 点火能量的大小反映在储能电路的电压上，需在点火前使其达到一次点火所需的值。过高或过低都会影响点火性能，使整车性能变差，同时浪费能源，折损电池。发动机转速或设备 (电池)的状态影响对点火能量的需求和提供能力，能量提供者直流升压电路的输出功率或每周期输出能量应据需求加以调节。本方案称之为能量平衡技术或称能量平衡，即每周期充电能量与点火所需目标能量相平衡。但迄今为止，已公开或实用的直流点火器，无论是否结合有单片机，点火器直流升压电路，其输出功率或每周期输出能量均不据发动机转速或设备(电池)状态变化引起的点火能量不平衡作出调节。如文献CN200620109862.9，C N200820081415. 6，实用器见各摩托车企产品。这使现有的直流点火器的每周期产生的点火能量与实际点火所需能量常处不平衡并普遍导致能量浪费，同时点火电压有高达60V以上的波动。发明内容对特定的制作件，直流点火电路单次生产的点火能量是由转速，直流升压电路的工作状态和电池状态决定的。当发动机转速高时，点火密度加大，需要直流升压电路提高输出功率以保证每次提供储能电路的电能达到点火要求。而电池电压下降时，若不加调节，升压电路每周期输出即给每次点火提供的能量就会下降。一般直流点火器都标称在电池电压 9-16v和800-8,000转/分时或更大变化范围能正常点火。因此，为保证不利条件下仍能提供足够的点火能量，直流升压电路的输出功率必被设计得较大，以满足低电压高转速不利条件下的点火能量要求。而当摩托车电池处于12V (常态)或以上，转速处于4，000转/ 分(常态)或更低时，直流升压电路输出能量就必然大幅偏高合理的点火能量需要。由此可见，如不能对升压电路的工作参数依据整车设备及运行状态作在线调节，在非极端困难条件下，其输出功率偏大，输出的能量会明显多于点火需要，虚耗电池能量，常致亏电，这是现有技术不可避免的。同时，能量的供需不能在变工况下匹配，使点火电压均衡性这一重要指标下降，也影响了直流点火器性能。这种技术现状严重制约了直流点火器的应用，也不利于摩托车整体技术的提高。本方案主要解决现有摩托车点火能量不匹配使直流点火器耗能大，可能导致摩托车电瓶亏电及点火电压不均衡二个较重大技术问题，降低多余能耗并保持点火电压恒定。 如前所述，本方案属于内燃机点火技术领域，仅以摩托车为背景作介绍，只是为了叙述方便，并无意限制其所涉范围.[0007]以磁电机旋转周期即点火周期为周期，逐次对点火能量的提供和需求作平衡控制，称能量平衡。电路组成方案见图1，包括脉冲输入电路，点火电路，储能电路，取样电路， 控制电路，驱动电路，可调升压电路等功能电路，其中控制电路从脉冲输入电路获得发动机和磁电机的运动状态信息，控制点火电路使储能电路放电，向高压包接点输出电流，实施点火。点火能量由控制电路通过取样电路测量储能电路电压并据以输出具有占空比的升压控制信号，经驱动电路控制可调升压电路的运行状态，向储能电路输出。储能电路电压可有效地检测并用于控制，这基于1.储能电路电压在周期内可达到的最高值不但在总体上而且在每一个充电周期内，均准确地反映了直流升压电路能量输出与点火能量需求匹配状态。 如该电压值低于要求，就表明直流升压电路能量输出低于点火能量需求，反之亦然。2.储能电路电压高速变化，但可以在经分压后由计算机足够准确而可靠地检测。这二点在本案形成过程中已经发现，验证，并成为部分特征的基础。如前所述，直流点火器的点火能量是由直流升压电路有控制地提供的，为实现直流升压电路能量输出与点火能量需求匹配，配有一种启停及每一个转换波形的参数均受控制的直流升压电路，即所称可调升压电路。另外配置取样电路，由二个电阻对储能电路电压构成分压采样，经模拟比较器转换为开关量后向单片机输出。可调升压电路能量输出与点火能量需求平衡匹配的流程为单片机在每个充电周期的起始持续通过取样电路检测储能电路电压，一但取样值达到设定的门限值或设定的逻辑电平，单片计算机即从口线输出控制信号，停止直流升压转换即停止本周期该电路的能量输出。而若在整个充电周期或接近充电周期结束未出现取样值达设定的门限或设定的逻辑电平，说明直流升压电路本次能量输出可能低于点火需求。直流升压电路因已满周期或接近满周期工作，控制电路无以增加该电路周期内运行时值，便增加升压转换波形的占空比一个单位，使直流升压电路周期能量输出增加，与点火需求趋于平衡。而如果设定的门限值或设定的逻辑电平在充电周期内过早达到，如早至周期的1/4 (与设计制作有关)，说明直流升压电路周期能量可提供的输出大于点火需求较多，单片机会降低升压转换波形的占空比一个单位，目的是尽量使升压转换电路工作在额定功率的中心，保持其较高的转换效率，这个过程除了保持能量平衡，达到节能目的，也实现了另一个重要目标即点火电压均衡。为简化分析，每次点火所需能量可认为一定，全部来自储能电路。若能使二者匹配，便是节能，恒压的平衡状态。决定直流升压电路周期能量输出除不便控制的因素外，主要是占空比及输出时值。本方案通过检测和控制平衡输出和消耗，达到了预期效果。对制作良好的直流点火器采用能量平衡技术，在电池电压9-16v，转速800-8，000转/分范围内点火电压保持设定值，偏差+/-15V以内，对12V，4，000转/分的常态，直流升压电路能量输出在储能电路电压达标时提前40%的周期截止。转速下降则截止时刻提前，转速提高则截止时刻延后。总体上使点火电压稳定在30v的波动范围，最大节电40%，改变了现有直流点火器能耗较大特别是点火电压不均衡的重大缺点，使摩托车点火技术有重要的实质性的进步。本方案为点火器更复杂的调节准备了关键手段，如多因素调节所需的点火电压调节技术。不同设计制作水平的直流点火器，上述指标会有差异。图1是方案简图图2是实例1的电路图[0012]图3是实例2的电路图图4是实例3的电路图图5是脉冲输入电路图图6是不同平衡状态下，改变运行时值作能量平衡控制各参数或信号时序示意图图7是不同平衡状态下，改变占空比作能量平衡控制各参数或信号时序示意图。实例1:见图2，脉冲输入电路(2)接受外接端的触发脉冲，该信号来自磁电机，单片机作为控制电路(6)接受脉冲输入电路(2)输出的经整形处理的触发脉冲信号，作提前角处理后，适时控制点火电路(3)使储能电路(4)放电，并向外接高压包输出电流，实施点火。单片机对反映储能电路(4)电压的取样电路(5)作测量并据测值经驱动电路(7)控制可调升压电路(8)的升压转换并向储能电路充电，形成储能电压闭环控制。其中脉冲输入电路(2)，点火电路(3)，储能电路(4)，控制电路(6)即单片机均采用标准或常用电路，相关电路图从简，叙述从简或从略。储能电路主要是一个电容，所述的储能电路电压或储能电压也应理解为该电容的电压。单片机采用PIC12F615。GP4驱动点火电路。GP5控制升压转换， 可用其通用I/O 口功能输出控制波形，使可调升压点路产生充电电能。取样电路需要一个模拟比较器，很多常用单片机都在内部设置了模拟比较器，并带有内部可编程参考电压，本例PIC12F615就是这种类型。将取样电路的前级分压电路的分压值输出到模拟比较器负端即GP1，对该比较器适当编程后即可实现比较器功能，单片机内有比较器参考电压可用。图 2中，取样电路的框线将单片机GPl 口即其内模拟比较器划入，该模拟比较器集成于控制电路(6)即PIC12F615，但按本案逻辑，又属于取样电路(5)，担当模拟比较器电路(52)。图5 是脉冲输入电路的构造，适用于各例，图中标出了配接各图的图号及相应单片机口线号。本例电路将磁电机点火脉冲的正负半波经整形后传递给单片机的一对输入口线GP0，GP2。另夕卜，取样电路的前级分压电路的分压值也可输出到模拟比较器正端GP0，即将图2的GPO和 GPl交换，实际上，比较器的输出逻辑是可编程的。脉冲输入电路原理简单，可有多样形式，单片机可用中断或查询或混合方式接受其信号。在本方案中该电路起传递摩托车发动机及磁电机运动状态信息的作用，而对信息的分析判断由单片机完成，因此本技术方案兼容脉冲输入电路的变化发展甚或连接口线可能的增减。设置有5V电源电路给各所需要的电路供电(省略)。单片机发出的升压控制信号经驱动电路即电阻R2到达电子开关TIP122的控制端或基极，使TIP122将电池电流断续接通变压器Bl的初级，电流由TIP122的功率输入端或称集电极流入，从其功率输出端或称发射极流向变压器Bl的初级。变压器Bl的次级感应出高压电经二极管Dl输出到储能电路，在其上建立点火电压。单片机经取样电路对储能电容电压的检测需在每个充电周期取样值达到设定门限或设定逻辑电平前持续进行，并据取样值即时调控直流升压电路输出。因此，本例采用比较器中断方式监测，也可采用查询方式，但需一定编程技巧，以使响应及时。单片机宜选择执行速度快的单片机。如采用单片机的AD转换口检测取样电压，AD转换的速率应足够高， 使调整及时，对取样电路采用模拟量检测时，取样电路的模拟比较器可选(实例4)。一但取样值达到设计确定的所需电平阀值，单片计算机即从连接驱动电路的口线改变输出控制信号，停止可控升压转换即停止本周期该电路的能量输出。而若在整个充电周期或接近周期末未出现取样值高电平或设定的门限值，说明可控升压电路本次能量输出可能低于点火需求，可控升压电路因已满周期或近满周期工作，控制电路无以增加该电路的周期内运行时值，便增加升压转换波形的占空比一个最小单位，使可控升压电路周期能量输出增加，与点火需求趋于平衡。而如果取样值高电平或设定的门限值在充电周期内过早达到，如早至周期的1/4 (与设计制作有关)，说明直流升压电路周期能量可提供的输出大于点火需求升较多，单片机会降低升压转换波形的占空比一个最小单位，目的是尽量使升压转换电路工作在额定功率的中心，保持其较高的转换效率，这个过程除了保持能量平衡， 达到节能目的，也实现了点火电压均衡。图6是不同平衡状态下，改变运行时值作能量平衡控制各参数或信号时序示意图。可调升压电路的工况受转速或电池影响，其开路输出即所示充电脉冲幅度会有变化，对储能电路充电速度也相应变化。并列的A，B，C三幅小图分别表示不同能量平衡状态下，能量平衡过程中，各参数或信号的时序。横坐标为磁电机旋转角，以r表示，纵坐标为电压。各图中，储能电路电压逐渐升高至200V后，各自对应的取样电压也相应提高，分别至Ka，Kb, Kc三点，取样电路的分压值都到了设定阀值电平2. 5V，而对应的磁电机转角rii，rb，rC，因平衡状态不同而不同，表示不同的充电速度下，可调升压电路的工作时值不同，且都在储能电路目标电压值即本图例中的200V到达后即停止运行， 实现节能和点火电压恒定。向上的箭头表示，储能电路电压到设定值后，经一系列的反馈使自身停止上升的过程在储能电路电压升高，使取样电压至设定的阀值即图中所标的2. 5V 后，单片机的升压控制信号变零，致可调升压电路停运，充电脉冲消失，储能电路电压停止上升。待单片机发出点火控制信号后，储能电路能量释放，电压消失，进入下一个点火周期。 图7是不同平衡状态下，改变占空比作能量平衡控制各参数或信号时序示意图。不同平衡状态下，储能电路电压到达目标值即A，B，C各图中200V位置所需时间或磁电机旋转角是不同的，在A，B，C各小图中分别是ra，rb，rc。小图B，C相比于A，降低或提高了占空比，使储能电路电压可能的偏离得以补偿。其余解释类同图6。图6，图7所标数值仅用来示意，并非定量。实例2 参考图3，与实例1相比，单片机EM78P458内置比较器电路原理有所不同。本例在P55即CIN-配置比较器参考电压2. 5V，P56即CIN+输入取样电路对储能电路的分压。当取样值大于参考电压，可导致单片机内部的比较器中断。以后执行与例1相同的控制，其他原理照搬实例1。取样电路的框线将单片机P55，P56 口即其内模拟比较器划入，该模拟比较器同时分属控制电路(6)和取样电路(5)，物理上该比较器位于单片机EM78P458 内，逻辑上又属取样电路。P67控制点火，P52控制驱动电路及可调升压电路。脉冲输入由 P50，P51接收，参见图5。实例3 见图4，与实例1相比，驱动电路增加了电阻Rl，NPN三极管T1，对变压器 Bl的初级电流采样并反馈到驱动，使变压器初级的最大电流受到限制。AT89C2051内部也集成一个模拟比较器，但本例作为外置模拟比较器的应用实例， 另置模拟比较器接受取样电路内对储能电路电压的分压输出，与参考端2. 5V比较，其输出逻辑值的变化导致单片机内部中断。引起的控制过程与在前实例相同。图5为其脉冲输入电路。图中二路输出指向图4 (P3.2)，(P3.3)。实例4 本节介绍二个特殊的取样电路及监测利用单片机的AD转换功能检测取样电路和在单片机既无模拟比较器又无AD转换功能的情况下的电路。 某些单片机可能仅有AD转换功能而没有模拟比较器。借用图2，将PIC12F615的 GPl置为AD转换口，取样电路内对储能电路电压的分压输出直接该口线，在AD转换中断发生时，读取，从能量平衡检测的角度，属查询方式，需在周期内储能电压达到要求前不断重复，直至达到设定值，调整GP5的输出，实施闭环控制。