专利名称：一种发动机转速控制方法及其控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对发动机转数进行调整控制的方法及其控制器。
背景技术：
现有发动机使用机械弹簧调节油门开度，需要使用多个机械部件安装在发动机上，在装配时还需要每台机器单独调整，有多个转速要求时，靠拨动定位块调整弹簧的拉伸程度来控制转速位置，转速随负载变化会发生较大变化，通常情况下负载越重转速越低，在有多个目标转速时精度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以精确调整发动机的转数到指定值的发动机转速控制方法及其控制器。为了实现上述第一目的，采用以下技术方案:一种发动机转数控制方法，其特征在于:所述方法包括下列步骤:
采集发动机现有的转数，微控制器将其与指定的转数进行对比，驱动油门步进电机进行调整化油器开度，从而使发动机稳定在指定的转数。所述采集发动机的转数信息是通过采集发动机一体化点火器初级线圈中的电压信号得到的。从发动机一体化点火器的初级线圈感应到的电压未用的半波为微控制器供电。
为了实现上述第二目的，采用以下技术方案:
一种发动机转数控制器，其特征在于:所述控制器包括下列模块:
发动机转数采集模块:采集发动机现有的转数；
微控制器模块:微控制器将采集的发动机现有转数与指定的转数进行对比，驱动油门步进电机进行调整化油器开度，从而使发动机稳定在指定的转数。所述发动机转数采集模块包括了一个采集发动机一体化点火器初级线圈中的电压信号的脉冲整形电路。发动机点火器的初级线圈上通过一个二级管与稳压器的输入端相连，稳压器为微控制器模块供电。本发明可以简单借用原发动机的一体化点火器，在完全不影响点火器工作的前提下，不需要另外使用电源线圈供电和触发器来采集转速，直接利用点火器初级线圈感应到的电压未使用的半波来为控制器供电，并采集转速通过计算来调整发动机转速，同时直接从一体化点火器取用电源，这使得这个方法简单易行，可以直接在原有发动机上只增加控制器和在化油器上加装步进电机即可，这解决了很多发动机没有单独的电源线圈或者电池(电瓶)的问题，极大的简化了设计和降低了成本。
图1为本发明中控制器的原理 图2为本发明中控制器的具体电路图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。如图1和图2所示，一体化点火器内含的点火线圈Tl的初级端一端接地，一端连接熄火线，熄火线与控制器的输入端即二极管Dl相连，点火器的初级端和控制器的接地线相连后与发动机的接地线相连。控制器的输出端连接到化油器上的油门步进电机BI。控制器还根据需要连接有转速选择开关SI，开关S2等。当转速选择开关SI闭合或断开时，表明此时发动机的转数指定为某值，这里假定为A。控制器与点火器连接后获得点火器初级线圈的电能，并通过三级管Ql检测出转速脉冲，检测到的脉冲与目标转速A对比后，经过PID计算输出信号到脉冲驱动电路U2，经过电流放大后输出到油门步进电机，使步进电机转动一定角度，让发动机转速发生变化，最终使发动机转速稳定在目标转速附近。控制器分为4大部分，分别是电源部分，转速采集部分，MCU部分，脉冲驱动部分。电源部分:包含元件:二极管D1，有极电容Cl，有极电容C2，三端稳压器VR1。一般一体化点火器都是采用负脉冲点火，使用正脉冲获得电流对点火器没有影响，控制器电源采用二极管Dl进行正半波整流，有极电容Cl滤波的方式获得直流电源，并使用三端稳压器VRl产生MCU (微控制器)用的电源。有极电容C2为MCU电源滤波。在特殊情况下，一体化点火器也有可能使用正脉冲点火，在匹配这种点火器时，系统电源将改为负半波整流。这种正负半波的转换是一般技术人员均能应用的，在转速采集电路中也有同样的变化，以下不再解释。转速采集电路:包含元件电阻R1，电阻R2，三极管Q1。将点火线圈感应的电压转换为转速脉冲输出到MCU的输入端VIN，供MCU采集转速之用，其中电阻Rl又可以内置于MCU中。 MCU电路:MCU是一个单片微处理器，可能包含一个到数个转速预置开关SI，S2等。MCU负责将感应到的转速脉冲转换成转速并与预置转速比较再进行PID计算，最后输出步进电机驱动脉冲。预置转速的个数与预置开关的数量有关，至少是比开关数量多I个，也可以进行组合得到更多的预置转速，当外部有一个预置开关时可以获得至少2个预置转速。特殊情况下也可以没有预置开关，将只有一个预置转速。脉冲驱动电路:MCU输出的脉冲驱动能力受MCU限制，故需要进行电流放大来驱动步进电机。脉冲驱动电路可以是单个的多路电流放大1C，也可以是分离的三极管组成的电流放大电路。一般情况下，使用的步进电机需要与脉冲路数匹配。在电路图中仅以两相步进电机为例，采用四线驱动。其它形式的步进电机需要改变驱动信号的路数，在此不再赘述。对于通用汽油发动机上经常使用的一体化点火器，其内部不仅有点火控制电路，还包含有点火线圈的初级和次级线圈。本实施例图2中的点火线圈Tl即是该一体化点火器的初级线圈和次级线圈。在发动机飞轮转动时，安装在飞轮上的磁钢也随之转动，初级线圈切割磁力线而产生感应电压，该电压的负半波和一体化点火器的电路共同工作产生点火脉冲。(对于使用正半波的点火器，只需要将初级线圈的连接线交换即可)
如图2所示，点火线圈Tl的初级一端接地，一端连接熄火线，当熄火线接地时相当于初级短路，点火器停止点火。本发明中的控制器就和熄火线与地相连，可以获得初级线圈上的感应电压。初级线圈产生的感应电压正半波通过二级管Dl整流，有极电容Cl滤波得到不稳定的电压源，再通过三端稳压器VRl得到稳定的电源电压，有极电容C2用于滤出电源干扰杂波。有极电容Cl，有极电容C2的作用还在于初级线圈没有感应电压时为电路工作提供电流。初级线圈的感应电压还通过电阻R1，电阻R2，三极管Q1，在MCU的VIN端得到转速脉冲。在初级线圈感应电压未到来时，三极管Ql不导通，VIN通过电阻Rl偏置得到高电平；当初级线圈感应电压到来时，电阻Rl和电阻R2的取值使得三极管Ql饱和导通，VIN变成低电平。当初级线圈感应电压过后，VIN重新恢复为高电平，如此得到转速脉冲。需要特别说明的是，按图2的连接方法，由于一般一体化点火器的初级线圈会在飞轮转动一周感应出两个正波，VIN将在每一周得到两个脉冲。也可以将三级Ql的基极连接另一个电阻到电源端，配置该电阻和电阻R1，电阻R2的值，使三极管Ql在初级线圈没有电压时饱和导通，这样VIN平时是低电平，在初级线圈感应电压为负时，负电压使三级管Ql退出饱和导通状态进入截止，VIN变成高电平。由于一般一体化点火器的负半波用于点火且只有一个负波，所以这种模式发动机转动一周得到一个转速脉冲。MCU通过检测VIN端的脉冲间隔时间来计算出转速，在图2模式中，由于每周期有两个正脉冲，所以需要以两个脉冲为一组测试间隔时间来得到周期，再以周期计算出转速。(也可以使用负半波检测电路，这样可以以一个脉冲为一组来测试脉冲周期)。MCU还检测开关SI，开关S2等的位置，来确定预置转速A。通常情况下只使用开关SI，开关SI断开和接通为两种状态，分别得到两个预置转速。一个预置转速为发动机的怠速转速，另一个转速为工作转速。这样发动机可以方便地从怠速切换到工作转速。当有多个工作转速的要求时可以添加更多的转速预置开关，可以简单切换开关位置得到不同工作转速来应对不同的工作要求。MCU计算出实际的转速并和预置转速A相比较，得到转速的差值，由于发动机转速在油门调整后有滞后时间，所以需要进行PID计算，在适当的时间输出适当的步进电机驱动脉冲。驱动脉冲的间隔是针对发动机油门的滞后效应而优化的，输出的驱动脉冲序列决定步进电机转动的角度大小，图2所示为两相步进电机，驱动该步进电机需要4路脉冲。MCU输出的脉冲经过脉冲驱动电路U2进行电流放大连接到步进电机。脉冲驱动电路U2的电源根据步进电机的需要，连接到二极管Dl和有极电容Cl的公共端，可以得到更高电压和电流，以便更容易的驱动步进电机。如果步进电机对电源电压的要求较高，还需要为脉冲驱动电路U2增加电源稳压电路。步进电机转动带动油门开度发生变化，化油器的进气浓度和进气量都会发生变化，这个变化会使得发动机转速发生变化，而发动机的转速变化在后续转动周期被MCU检知，MCU根据计算确定下一次步进电机转动的时间和角度，如此往复循环，最终使发动机转速稳定在预置转速附近。通过改变MCU的算法可以优化发动机的工况，使发动机的燃烧更彻底，从而节省燃料和改善排放。本发明不仅简化设计和降低成本，还具有改善发动机排放的作用。
权利要求
1.一种发动机转数控制方法，其特征在于:所述方法包括下列步骤: 采集发动机现有的转数，微控制器将其与指定的转数进行对比，驱动油门步进电机进行调整化油器开度，从而使发动机稳定在指定的转数。
2.如权利要求1所述的发动机转数控制方法，其特征在于:所述采集发动机的转数信息是通过采集发动机一体化点火器初级线圈中的电压信号得到的。
3.如权利要求1所述的发动机转数控制方法，其特征在于:从发动机一体化点火器的初级线圈感应到的电压未用的半波为微控制器供电。
4.一种发动机转数控制器，其特征在于:所述控制器包括下列模块: 发动机转数采集模块:采集发动机现有的转数； 微控制器模块:微控制器将采集的发动机现有转数与指定的转数进行对比，驱动油门步进电机进行调整化油器开度，从而使发动机稳定在指定的转数。
5.如权利要求4所述的发动机转数控制器，其特征在于:所述发动机转数采集模块包括了一个采集发动机一体化点火器初级线圈中的电压信号的脉冲整形电路。
6.如权利要求4或5所述的发动机转数控制器，其特征在于:发动机点火器的初级线圈上通过一个二级管与稳压器的输入端相连，稳压器为微控制器模块供电。
全文摘要
本发明公开了一种发动机转速控制方法及其控制器，其中方法包括下列步骤采集发动机现有的转数，微控制器将其与指定的转数进行对比，驱动油门步进电机进行调整化油器开度，从而使发动机稳定在指定的转数。控制器包括下列模块发动机转数采集模块采集发动机现有的转数；微控制器模块微控制器将采集的发动机现有转数与指定的转数进行对比，驱动油门步进电机进行调整化油器开度，从而使发动机稳定在指定的转数。本发明可以简单借用原发动机的一体化点火器，在完全不影响点火器工作的前提下，不需要另外使用电源线圈供电和触发器来采集转速，直接利用点火器初级线圈感应到的电压未使用的半波来为控制器供电，极大的简化了设计和降低了成本。
文档编号F02D41/02GK103104362SQ20131003790
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者王庆军 申请人:陈德宇, 王庆军