用于小型汽油机的点火控制装置和抑制发动机反转的方法 技术领域 本发明涉及小型汽油机， 尤其涉及用于小型汽油机的点火控制装置以及在小型汽 油机的启动过程中抑制发动机反转的方法。
背景技术
汽油机都需要点火器在适当的时候送出点火信号， 控制汽缸内燃料 - 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 (EFI) 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。活塞在汽缸内压缩燃料 - 空气混合 物到其体积最小时刻， 称之为 “上止点” (TDC)。原则上， 需要控制燃料 - 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燃料 - 空气混合物被点燃并在汽缸内充分燃烧是 需要一定时间的。 如果点火器一直在 “上止点” 时刻送出点火信号， 随着汽油机转速的升高，燃料 - 空气混合物在汽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。 发明内容
针对背景技术中的上述问题， 本发明提出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为所述小型汽油机点火， 以及一种在小型汽油机启动 过程中抑制发动机反转的方法。
根据本发明的一个实施例， 提供了一种用于小型汽油机的点火控制装置， 该点火 控制装置控制火花塞产生电火花为所述小型汽油机点火， 其中， 所述点火控制装置包括 ： 充 电线圈， 用于飞轮旋转时感应出第一交流信号， 所述飞轮表面包括磁钢 ； 变压器， 包括点火 初级线圈和点火次级线圈， 所述点火次级线圈与所述火花塞相连 ； 电火花生成控制电路， 用 于接收经整流后的所述第一交流信号并响应于点火信号对所述点火初级线圈施加第一信 号， 所述点火次级线圈感应出第二信号控制所述火花塞产生电火花 ； 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， 用于分别对所述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， 并将所述第一位置信号和第二位置信号提供给微控制器 ； 微控制器， 用于根据所述第一位置信号确定点火时间将所述点 火信号提供给所述火花生成控制电路， 并且还用于根据所述第一位置信号和第二位置信号 控制所述火花塞停止点火。
可选的， 所述微控制器还用于 ： 分别对所述第一位置信号和所述第二位置信号进 行采样 ； 如果所述第二位置信号为高电平， 所述第一位置信号为低电平， 控制所述火花塞停 止点火。
可选的， 所述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单元， 其中， 所述第一整流单元， 第一分压单元 和第一稳压单元对所述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 所述微控制器 ； 所述第二整流单元， 第二分压单元和第二稳压单元对所述第二交流信号的 负信号进行整形处理后作为第二位置信号提供给所述微控制器 ； 所述整形处理包括整流处 理， 分压处理和稳压处理。
可选的， 所述位置信号传感电路还包括第一滤波单元和第二滤波单元， 所述第一 滤波单元对所述第一位置信号进行滤波后提供给所述微控制器 ； 所述第二滤波单元对所述 第二位置信号进行滤波后提供给所述微控制器。
在本发明的一个实施例的点火控制装置中， 位置信号传感电路分别对第二交流信 号的正信号和负信号进行整形后生成第一位置信号和第二位置信号， 并将其提供给微控制 器。 微控制器根据该第一位置信号和第二位置信号， 判断发动机是否处于反转状态， 如果发 动机处于反转状态， 微控制器停止输出点火信号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， 从而有效地避免了其他部件受到损坏。
另外， 在本发明的一个实施例的点火控制装置中， 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所述小型汽油机点火。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， 从而可以有效地保证气缸内燃料 - 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。
可选的， 所述电火花生成控制电路包括电子开关单元和储能单元， 所述储能单元 用于存储经整流后的所述第一交流信号， 所述电子开关单元响应于所述微控制器的点火信 号并导通， 以使得所述储能单元放电对所述初级点火线圈施加第一信号。
可选的， 所述电子开关单元包括可控硅和第一组电阻， 所述可控硅的阳极和阴极 跨接于所述充电线圈的两端， 所述可控硅的控制极通过第一组电阻与所述微控制器输出所 述点火信号的点火控制端连接， 并且通过导线与所述微控制器的辅助点火控制端连接， 当 需要点火时， 所述微控制器控制所述点火控制端输出高电平并且将所述辅助点火控制端设 置为高阻态 ； 当不需要点火时， 所述微控制器控制所述点火控制端和所述辅助点火控制端 输出低电平。
在本发明的一个实施例的点火控制装置中， 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， 还通过导线与所述微控制器的辅助点火控制端连接。当需要点火时， 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。
根据本发明的一个实施例， 提供了一种用于在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， 所述第二交流信号由触发线圈在飞轮旋转时感 应出， 所述整形处理包括整流处理， 分压处理和稳压处理 ； b. 根据所述第一位置信号和所 述第二位置信号， 确定所述发动机是否反转 ； c. 如果所述发动机反转， 控制火花塞停止点 火。
可选的， 所述步骤 b 还包括 ： i. 分别对所述第一位置信号和所述第二位置信号进 行检测 ； ii. 如果所述第一位置信号为低电平， 所述第二位置信号为高电平， 确定所述发动 机反转 ； iii. 如果所述第一位置信号为高电平， 所述第二位置信号为低电平， 确定所述发 动机正转。 通过使用上述实施例中的方法， 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。
附图说明 通过阅读以下结合附图对非限定性实施例的描述， 本发明的其它目的、 特征和优 点将变得更为明显和突出。
图 1 示出了根据本发明的一个实施例的用于小型汽油机的点火总成的结构示意 图；
图 2 示出了根据本发明的一个实施例的用于小型汽油机的点火控制装置的电路 模块示意图 ；
图 3 示出了根据本发明的点火控制装置的一个实施例的位置信号传感电路的电 路模块示意图 ；
图 4 示出了发动机正转时经由位置信号传感电路分别提供给微控制器的第一位 置信号和第二位置信号波形示意图 ；
图 5 示出了发动机反转时经由位置信号传感电路分别提供给微控制器的第一位 置信号和第二位位置信号波形示意图 ；
图 6 示出了根据本发明的点火控制装置的一个实施例的电火花生成控制装置的 电路模块示意图 ；
图 7 示出了根据本发明的一个实施例的点火控制装置的电路原理图 ；
图 8 示出了根据本发明的一个实施例的发动机转速和点火角度的映射关系图 ；
图 9a 和 9b 示出了根据本发明的一个实施例的点火控制主流程 ；
图 10 示出了根据本发明的一个实施例的启动控制子流程 ；
图 11 示出了根据本发明的一个实施例的传感位置信号子流程 ；
图 12 示出了根据本发明的一个实施例的用于在小型汽油机启动过程中抑制发动 机反转的方法流程图。
其中， 相同或相似的附图标记表示相同或相似的步骤特征 / 装置 ( 模块 )。 具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
图 1 示出了根据本发明的一个实施例的用于小型汽油机的点火总成的结构示意 图。不失一般性地， 图 1 所述的点火总成包括飞轮 11 和点火器 12。
飞轮 11 安装在发动机的轴 ( 图 1 中未示出 ) 上， 随着发动机的轴的旋转而转动。 飞轮 11 的表面镶有磁钢 111， 磁钢 111 的磁极 S 和 N 位于飞轮 11 的表面。
点火器 12 包括线圈 121， 铁芯 122， 高压线 123， 高压帽 124 和熄火片 125。线圈 121 是缠绕在铁芯 122 上的线圈组， 其包括充电线圈， 触发线圈， 点火初级线圈， 点火次级线 圈 ( 图 1 中未区分示出 )。
当飞轮 11 随着发动机的轴旋转起来后， 其表面的磁钢 111 的 S 极和 N 极就会周期 性的交替划过点火器 12 所在的区域， 从而使得缠绕在铁芯 122 上的充电线圈感应出第一交 流信号， 触发线圈感应出第二交流信号。由于触发线圈的匝数远小于充电线圈的匝数， 因 此， 第二交流信号远小于第一交流信号。其中， 第一交流信号提供控制火花塞 ( 图中未示 出 ) 点火所需的电能， 第二交流信号提供微控制器 ( 图中未示出 ) 正常工作所需的电能。 高压帽 124 套在发动机的火花塞上， 并通过高压线 123 内的金属线 ( 图中未示出 ) 与点火器 12 内部的点火次级线圈相连。当微控制器输出点火信号后， 点火初级线圈上被施 加一脉冲电压， 在点火次级线圈上感应出的上万伏特的高压通过高压线 123 传输到火花塞 上， 以控制火花塞产生电火花为小型汽油机点火。
在本发明的一个实施例中， 微控制器输出点火信号的时间是根据当前发动机的转 速来确定的。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。
熄火片 125 位于铁芯 122 附近， 可选的， 在熄火片 125 和铁芯 122 之间串联一开关。 只要用户控制开关吸合， 熄火片 125 和铁芯 122 短路在一起， 微控制器就能识别出来， 从而 停止输出点火信号， 以控制火花塞停止点火。
需要说明的是， 图 1 中仅示出了用于小型汽油机的点火总成中的主要部件， 本领 域技术人员可以理解， 在具体应用中， 图 1 所示的点火总成中还可以包括其他部件。
图 2 示出了根据本发明的一个实施例的用于小型汽油机的点火控制装置的电路 模块示意图。图中， 虚线框所示的是点火控制装置 21， 其包括充电线圈 211， 电火花生成控 制电路 212， 变压器 213， 触发线圈 214， 位置信号传感电路 215， 微控制器 216， 熄火控制电路 217。
图 2 中示出的点火控制装置 21 即为图 1 中示出的点火器 12。其中， 点火控制装置 21 用于控制火花塞 22 产生电火花为小型汽油机点火。
需要说明的是， 图 2 所示的点火控制装置 21 中一并示出了许多优选实施例中的电 路模块， 本领域普通技术人员应能理解， 其中， 熄火控制电路 217 是可选的电路模块。
当飞轮 ( 图 2 中未示出 ) 随着发动机的轴旋转起来后， 充电线圈 211 上感应出第 一交流信号， 触发线圈 214 上感应出第二交流信号。由于触发线圈 214 的匝数远小于充电 线圈 211 的匝数， 因此， 第二交流信号远小于第一交流信号。
需要说明的是， 尽管图 2 中所示出的充电线圈 211 和触发线圈 214 是两个独立的 线圈， 但是， 在具体应用中， 充电线圈 211 和触发线圈 214 也可以是同一个线圈。
变压器 213 包括点火初级线圈和点火次级线圈 ( 图 2 中未示出 )， 其中， 点火次级 线圈与火花塞 22 连接。
电火花生成控制电路 212 位于充电线圈 211 和变压器 213 之间， 用于接收来自充 电线圈 211 的经整流后第一交流信号并响应于点火信号对变压器 213 中的点火初级线圈施 加第一信号， 点火次级线圈感应出第二信号控制火花塞 22 产生电火花。
需要说明的是， 充电线圈 211 和电火花生成控制电路 212 之间还包括一整流电路 ( 图 2 中未示出 )， 用于对由充电线圈 211 感应出的第一交流信号进行整流处理后提供给电 火花生成控制电路 212。 位置信号传感电路 215 与触发线圈 214 连接， 用于分别对来自触发线圈 214 的第 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 216。
微控制器 216 用于根据由位置信号传感电路 215 提供的第一位置信号生成点火信 号并提供给电火花生成控制电路 212， 并且还用于根据由位置信号传感电路 215 提供的第 一位置信号和第二位置信号控制火花塞 22 停止点火。
具体的， 微控制器 216 根据第一位置信号和第二位置信号， 确定发动机是否处于 反转状态， 如果发动机处于反转状态， 那么， 微控制器 216 停止输出点火信号从而控制火花 塞 22 停止点火。
可选的， 微控制器 216 在接收到来自位置信号传感电路 215 的第一位置信号和第 二位置信号后， 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， 那么， 微控制器 216 确定发动机处于反转状态， 停止输出点火 信号。
需要说明的是， 以上仅是以第二位置信号为高电平， 第一位置信号为低电平代表 发动机处于反转状态为例进行举例说明， 在具体应用中， 也可以是第一位置信号为高电平， 第二位置信号为低电平代表发动机处于反转状态。这是本领域普通技术人员可以理解的， 在此不作赘述。
如果微控制器 216 确定发动机处于正转状态， 那么， 微控制器 216 根据第一位置信 号， 计算出当前发动机的转速， 然后根据当前发动机的转速确定点火时间将点火信号提供 给电火花生成控制电路 212， 从而控制火花塞 22 产生电火花为小型汽油机点火。
可选的， 微控制器 216 的存储器中存储有发动机转速和点火角度的映射关系表， 当微控制器 216 根据第一位置信号计算出当前发动机的转速后， 从发动机转速和点火角度 的映射关系表中查找出当前发动机的转速所对应的点火角度， 然后根据点火角度确定点火 时间将点火信号提供给电火花生成控制电路 212。
需要说明的是， 发动机转速和点火角度的映射关系取决于特定的发动机， 根据不 同的发动机， 可相应的调整发动机转速和点火角度的映射关系。另外， 对于特定的发动机， 发动机转速和点火角度的映射关系可不断地修正， 直到该发动机在各个转速下都能达到最 佳的性能为止。
点火角度是指点火时间距离 “上止点” 的角度， 在实际应用中， 其可能是在 “上止 点” 之前， 也可能是在 “上止点” 之后。
下文中， 为了便于描述， 假设所有点火角度均大于 0， 即在 “上止点” 之前点火。
例如， 当微控制器 216 根据查表获得的点火角度为 25 度， 那么， 微控制器 216 应该 在 “上止点” 之前 25 度输出点火信号。
需要说明的是， 微控制器 216 根据第一位置信号可获得 “上止点” 的位置。
熄火控制电路 217 用于响应用户的操作并提供熄火信号给微控制器 216， 微控制 器 216 还用于根据由熄火控制电路 217 提供的熄火信号， 停止输出点火信号从而控制火花 塞 22 停止点火。
以下将结合图 3 至图 8 对图 2 中所示出的点火控制装置 21 中的各功能模块的电 路结构进行详细描述。
图 3 示出了根据本发明的点火控制装置 21 的一个实施例的位置信号传感电路 215 的电路模块示意图。图中， 虚线框所示出的是位置信号传感电路 215， 其包括第一稳压 单元 2151， 第一整流单元 2153， 第一分压单元 2155， 第一滤波单元 2157， 以及第二稳压单元 2152， 第二整流单元 2154， 第二分压单元 2156， 第二滤波单元 2158。
第一稳压单元 2151， 第一整流单元 2153， 第一分压单元 2155 以及第一滤波单元 2157 对由触发线圈 214 提供的第二交流信号中的正信号进行稳压， 整流， 分压以及滤波处 理后作为第一位置信号提供给微控制器 216。
第二稳压单元 2152， 第二整流单元 2154， 第二分压单元 2156 以及第二滤波单元 2158 对由触发线圈 214 提供的第二交流信号中的正信号进行稳压， 整流， 分压以及滤波处 理后作为第二位置信号提供给微控制器 216。
需要说明的是， 图 3 所示的位置信号传感电路 215 中一并示出了许多优选实施例 中的电路模块， 本领域普通技术人员应能理解， 其中， 第一滤波单元 2157 和第二滤波单元 2158 是可选的电路模块。 该第一滤波单元 2157 和第二滤波单元 2158 用于滤除电路中的高 频杂波以使得提供给微控制器 216 的第一位置信号和第二位置信号的波形更加平滑。
另一需要说明的是， 第一稳压单元 2151 和第二稳压单元 2152 的功能可由同一个 电路模块来实现。
图 4 示出了发动机正转时经由位置信号传感电路 215 分别提供给微控制器 216 的 第一位置信号和第二位置信号波形示意图。
图 5 示出了发动机反转时经由位置信号传感电路 215 分别提供给微控制器 216 的 第一位置信号和第二位位置信号波形示意图。
需要说明的是， 在本实施例中， 仅是以图 4 所示的第一位置信号和第二位置信号 的波形代表发动机正转为例进行说明， 本领域普通技术人员可以理解， 在具体应用中， 也可 以设定图 5 所示的第一位置信号和第二位置信号的波形代表发动机正转， 为简明起见， 在 此不作赘述。另一需要说明的是， 图 4 和图 5 中示出的第一位置信号和第二位置信号的波形仅 是一个波形示意， 在实际应用中， 第一位置信号和第二位置信号的上升沿和下降沿具有一 定的坡度。
微控制器 216 接收到来自位置信号传感电路 215 的第一位置信号和第二位置信号 后， 分别对第一位置信号和第二位置信号进行采样， 如果第一位置信号先于第二位置信号 从低电平变化为高电平， 如图 4 所示， 那么， 微控制器 216 确定发动机处于正转状态 ； 如果第 二位置信号先于第一位置信号从低电平变化为高电平， 如图 5 所示， 那么， 微控制器 216 确 定发动机处于反转状态， 则微控制器 216 停止输出点火信号从而控制火花塞 22 停止点火。
如果微控制器 216 确定发动机处于正转状态， 即微控制器 216 接收到的第一位置 信号和第二位置信号如图 4 所示， 那么， 微控制器 216 根据第一位置信号， 确定旋转周期 T， 其中， 旋转周期 T 代表如图 4 所示的两个间隔的上升沿之间的时间间隔。然后， 微控制器 216 根据旋转周期 T 计算当前发动机的转速， 例如， 旋转周期 T 为 10ms， 则发动机的转速为 6000 转 / 分。微控制器 216 计算出当前发动机的转速后， 根据当前发动机的转速确定点火 时间将点火信号提供给电火花生成控制电路 212， 从而控制火花塞 22 产生电火花为小型汽 油机点火。 可选的， 微控制器 216 的存储器中存储有发动机转速和点火角度的映射关系表， 当微控制器 216 计算出当前发动机的转速后， 从发动机转速和点火角度的映射关系表中查 找出当前发动机的转速所对应的点火角度， 然后根据点火角度确定点火时间将点火信号提 供给电火花生成控制电路 212。
例如， 微控制器 216 可根据以下公式确定点火时间 ：
Ti ＝ A*T/360
其中， T 表示旋转周期， A 表示点火角度， Ti 表示点火时间， 即微控制器 216 在距离 “上止点” 之前 Ti 的时间输出点火信号。
图 6 示出了根据本发明的点火控制装置 21 的一个实施例的电火花生成控制装置 212 的电路模块示意图。图中， 虚线框所示出的是电火花生成控制装置 212， 其包括电子开 关单元 2121 和储能单元 2122。
储能单元 2122 用于存储经整流后的第一交流信号。
电子开关单元 2121 用于响应于微控制器 216 的点火信号并处于导通状态， 以使得 储能单元 2122 放电对变压器 213 中的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 22 产生电火花。
以下将根据图 7 所示的根据本发明的一个实施例的点火控制装置的电路原理图 对本发明进行详细描述。
需要说明的是， 图 7 所示的电路原理图仅是一个示例， 其并不对本发明的保护范 围造成任何限制。
图 7 所示的微控制器 216 为一个 8 位的 MCU， 采用 8 脚的封装类型。当然， 为了获 得更高的精度， 微处理器 216 可采用更高位数的 MCU。另外， 微控制器 216 的封装类型也并 不限于图 7 所示的 8 脚， 在能够实现本发明的点火控制功能的情形下， 微控制器 216 的封装 类型可以是 6 脚， 14 脚或者其他的封装类型。
需要说明的是， 一般而言， MCU 内部都自带了振荡器， 因此， 无需连接外部的晶体振
荡电路， 从而使得设计更加简化。
当飞轮 ( 图 7 中未示出 ) 随着发动机的轴旋转起来后， 充电线圈 211 上感应出第 一交流信号， 触发线圈 214 上感应出第二交流信号。
其中， 第一交流信号提供控制火花塞 22 点火所需的电能 ； 第二交流信号提供微控 制器 216 正常工作所需的电能， 以及为微控制器 216 提供位置信号。
需要说明的是， 尽管图 7 中所示出的充电线圈 211 和触发线圈 214 是两个独立的 线圈， 但是， 在具体应用中， 充电线圈 211 和触发线圈 214 也可以是一个线圈。
当触发线圈 214 和充电线圈 211 采用两个独立的线圈时， 可选择触发线圈 214 的 匝数远小于充电线圈 211， 从而使得第二交流信号远小于第一交流信号。
通常， MCU 需要外接 3 ～ 5V 的供电电源。通过选取触发线圈 214 的匝数， 使得第 二交流信号的大小为十几伏， 这样就不需要使用太多的功率元件进行降压， 既可以简化电 路的设计， 又可以有效地控制元器件的发热量。
如图 7 所示， 充电线圈 211 感应出的第一交流信号经过二极管 2181 整流后对点火 电容 21221 进行充电。其中， 点火电容 21221 为高压电容。
可控硅 21211 的阳极和阴极跨接在充电线圈 211 的两端， 可控硅 21211 的控制极 通过第一组电阻 21212 与微控制器 216 的输出点火信号的点火控制端连接， 即微控制器 216 的3脚 ； 并且可控硅 21211 的控制极还通过导线与微控制器 216 的辅助点火控制端连接， 即 微控制器 216 的 2 脚。其中， 第一组电阻 21212 可由一个或多个电阻组成。 当需要点火时， 微控制器 216 控制 3 脚输出高电平并且将 2 脚设置为高阻态。由 于微控制器 216 将 2 脚设置为高阻态， 因此， 可视为可控硅 21211 的控制极未与 2 脚连接。 微控制器控制 3 脚输出高电平， 即输出点火信号后， 可控硅 21211 处于导通状态， 从而使得 点火电容 21221 放电对变压器 213 中的初级点火线圈施加第一信号， 变压器 213 中的点火 次级线圈感应出第二信号控制火花塞 22 产生电火花。
当不需要点火时， 微控制器 216 控制 3 脚和 2 脚同时输出低电平。由于微控制器 216 控制 2 脚输出低电平， 直接将可控硅 21211 的控制极电平拉低， 从而有效地控制可控硅 21211 处于关断状态， 避免了在可控硅 21211 温度较高的情形下， 点火系统中的电磁干扰误 触发可控硅 21211 导通。
在本实施例中， 点火电容 21221 组成图 6 所示的储能单元 2122， 可控硅 21211 和第 一组电阻 21212 组成图 6 所示的电子开关单元。
需要说明的是， 以上仅是图 6 所涉及的电火花生成控制装置 212 中各电路模块的 一种实现方式， 本领域技术人员应能理解， 在具体应用中， 图 6 所涉及的电火花生成控制装 置 212 中的各电路模块并不限于上述的实现方式。
如图 7 所示， 触发线圈 214 感应出的第二交流信号经由由二极管 D1， D2， D3 和 D4 组成的全桥整流电路整流后变成直流电压。
该直流电压经由稳压管 21511 一级稳压后对电解电容 2191 进行充电。随后， 电解 电容 2191 经由电阻 2192 和 2194 进行放电为微控制器 216 的 1 脚和 8 脚提供供电电压。
稳压管 2193 用于对提供给微控制器 216 的供电电压进行二级稳压， 以防止其过高 而损坏微控制器 216。
滤波电容 2195 用于对提供给微控制器 216 的供电电压进行滤波， 以滤除电路中的
高频杂波。
可选的， 稳压管 21511 的稳定电压为 15V， 稳压管 2193 的稳定电压为 4V。
另外， 触发线圈 214 感应出的第二交流信号中的正信号经由二极管 D2 和稳压管 21511 稳压后， 经由二极管 D3 进行整流， 而后经过电阻 21551 和电阻 21552 进行分压， 以及 经过滤波电容 21571 进行滤波后作为第一位置信号提供给微控制器 216 的 6 脚。
同样的， 触发线圈 214 感应出的第二交流信号中的负信号经由二极管 D1 和稳压管 21511 稳压后， 经由二极管 D4 进行整流， 而后经过电阻 21561 和电阻 21562 进行分压， 以及 经过滤波电容 21581 进行滤波后作为第二位置信号提供给微控制器 216 的 7 脚。
微控制器 216 的 6 脚和 7 脚的波形可参见图 4 和图 5。
在本实施例中， 二极管 D2 和稳压管 21511 组成图 3 所示的第一稳压单元 2151， 二 极管 D3 组成图 3 所示的第一整流单元 2153， 电阻 21551 和电阻 21552 组成图 3 所示的第一 分压单元 2155， 滤波电容 21571 组成图 3 所示的第一滤波单元 2157。二极管 D1 和稳压管 21511 组成图 3 所示的第二稳压单元 2152， 二极管 D4 组成图 3 所示的第二整流单元 2154， 电阻 21561 和电阻 21562 组成图 3 所示的第二分压单元 2156， 滤波电容 21581 组成图 3 所 示的第一滤波单元 2158。 需要说明的是， 以上仅是图 3 所涉及的位置信号传感电路 215 中的各电路模块的 一种实现方式， 本领域技术人员应能理解， 在具体应用中， 图 3 所涉及的位置信号传感电路 215 中的各电路模块并不限于上述的实现方式。
微控制器 216 通过采样 6 脚和 7 脚的第一位置信号和第二位置信号， 确定发动机 是否处于反转状态。如果第一位置信号先于第二位置信号从低电平变化为高电平， 如图 4 所示， 那么， 微控制器 216 确定发动机处于正转状态 ； 如果第二位置信号先于第一位置信号 从低电平变化为高电平， 如图 5 所示， 那么， 微控制器 216 确定发动机处于反转状态。
如果微控制器 216 确定发动机处于反转状态， 那么， 微控制器 216 控制 3 脚和 2 脚 为低电平， 使得可控硅 21211 处于关断状态， 从而控制火花塞 22 停止点火。
如果微控制器 216 确定发动机处于正转状态， 那么， 微控制器 216 根据第一位置信 号， 确定旋转周期 T， 其中， 旋转周期 T 代表如图 4 所示的两个间隔的上升沿之间的时间间 隔。然后， 微控制器 216 根据旋转周期 T 计算当前发动机的转速， 例如， 旋转周期 T 为 10ms， 则发动机的转速为 6000 转 / 分。微控制器 216 计算出当前发动机的转速后， 根据当前发动 机的转速确定点火时间控制 3 脚为高电平并且将 2 脚设置为高阻态， 使得可控硅 21211 处 于导通状态， 从而控制火花塞 22 产生电火花为小型汽油机点火。
可选的， 微控制器 216 的存储器中存储有发动机转速和点火角度的映射关系表， 当微控制器 216 计算出当前发动机的转速后， 从发动机转速和点火角度的映射关系表中查 找出当前发动机的转速所对应的点火角度， 然后根据点火角度确定点火时间控制 3 脚为高 电平并且将 2 脚设置为高阻态 2。
图 8 所示的为根据本发明的一个实施例的发动机转速和点火角度的映射关系图。 图中， 横坐标代表发动机转速， 纵坐标代表点火角度。
图中， 虚线表示的发动机启动过程中转速和点火角度的映射关系， 实线表示的是 发动机正常工作过程中转速和点火角度的映射关系。
需要说明的是， 为了便于描述， 图 8 中所有的点火角度均设置为大于 0， 即在 “上止
点” 之前点火。
本领域普通技术人员可以理解， 在实际应用中， 点火角度可正可负， 当点火角度为 正， 则表示在 “上止点” 之前点火 ； 当点火角度为负， 则表示在 “上止点” 之后点火。
另一需要说明的是， 图 8 所示的发动机转速和点火角度的映射关系仅是一个示 例， 对于不同的发动机， 其映射关系可相应的进行调整。
可选的， 当微控制器 216 计算出当前发动机的转速后， 进一步地， 判断当前发动机 的转速是否大于第一阈值， 如果当前发动机的转速大于第一阈值， 则微控制器 216 暂时停 止输出点火信号， 直至发动机的转速小于第一阈值， 则微控制器 216 再继续进行点火信号 的输出。
如图 7 所示， 熄火开关 2171 的第一端接地， 熄火开关 2171 的第二端与微控制器 216 的 5 脚连接。第一稳压管 2172 与熄火开关 2171 的第二端连接， 用于确保送入微控制器 216 的 5 脚的电压不会过高而使其损坏。
在微控制器 216 的内部， 5 脚通过一个电阻与 1 脚连接。当然， 5 脚和 1 脚也可以 通过一个外部电阻连接。
当熄火开关 2171 处于无效状态， 即用户未按合熄火开关 2171， 微控制器 216 的 5 脚为高电平。 当用户按合熄火开关 2171， 由于熄火开关 2171 的第一端接地， 因此， 微控制器 216 的 5 脚被强行拉为低电平。微控制器 216 识别出 5 脚为低电平后， 停止输出点火信号， 直至发送机熄火停机。
需要说明的是， 第一稳压管 2172 是一个可选的元件。
在本实施例中， 熄火开关 2171 和第一稳压管 2172 组成图 2 所示的熄火控制电路 217。
需要说明的是， 以上仅是图 2 所涉及的熄火控制电路 217 的一种实现方式， 本领域 技术人员应能理解， 在具体应用中， 图 2 所涉及的熄火控制电路 217 并不限于上述的实现方 式。
以下将参照图 9 至图 11 并结合图 8 对根据本发明的一个实施例的微控制器 216 所实现的点火控制流程进行描述。上文中对图 8 的描述在此一并作为参考。
图 9a 和 9b 示出了根据本发明的一个实施例的点火控制主流程。
首先， 执行步骤 S900， 对系统进行初始化， 并将反转标志设为 0。其中， 反转标志为 0 表示发动机处于正转状态， 反转标志为 1 表示发动机处于反转状态。
其次， 进入步骤 S901， 实现启动控制。
启动控制子流程如图 10 所示。参照图 10， 首先， 执行步骤 S1001， 将启动计数器清 0。
其次， 进入步骤 S1002， 传感位置信号。 此处的传感位置信号子流程和图 9a 中的步 骤 S902 是同一子流程， 关于传感位置信号子流程的详细描述见下文。
然后， 进入步骤 S1003， 判断反转标志是否为 “1” 。
如果反转标志为 “1” ， 表示此时发动机处于反转状态， 则直接结束所有点火控制流 程， 等待发动机停机。
如果反转标志为 “0” ， 则进入 S1004， 判断启动计数器的值是否大于 2。
如果启动计数器的值大于 2， 则执行步骤 S1009， 根据点火时间输出点火信号。如果启动计数器小于或等于 2， 则执行步骤 S1005， 将启动计数器自加 1。
上述步骤 S1004， S1005 和 S1009 是实现了发动机启动前 2 转不点火的功能。
接着， 进入步骤 S1006， 判断发动机转速是否大于 2000 转 / 分。
需要说明的是， 上述 2000 转 / 分仅是一个示例， 是为了配合图 8 中虚线部分所涉 及的发动机启动过程中的映射关系。
如果判断出发送机的转速值小于 2000 转 / 分， 则进入步骤 S1007， 将点火角度设置 为 6 度。
接着执行步骤 S1008， 根据点火角度， 计算下一次所需的点火时间， 完成后返回到 步骤 S1002， 继续循环。
如果判断出发送机的转速值大于或等于 2000 转 / 分， 那么进入步骤 S1010， 将点火 角度设置成 20 度。
接着， 执行步骤 S1011， 根据点火角度计算下一次所需的点火时间。
最后， 启动控制子流程执行完成， 返回主流程。
步骤 S1006， S1007， S1008， S1010 和 S1011 是实现启动控制子流程何时完成的功 能。参考图 8， 发动机在进入启动控制子流程后， 如果转速低于 2000 转 / 分， 将一直执行启 动控制子流程。一旦发动机转速超过 2000 转 / 分， 启动控制子流程将被结束。
启动控制子流程执行完成后， 进入主流程中的步骤 S902， 传感位置信号。
传感位置信号子流程如图 11 所示。 参照图 11， 首先执行步骤 S1101， 判断 6 脚 ( 即 MCU_6) 和 7 脚 ( 即 MCU_7) 是否都为低电平。
如果不是低电平， 将不断的进行循环判断， 直到 MCU_6 和 MCU_7 均变低电平才进入 步骤 S1102。
在步骤 S1102 中， 将内部位置标志清 0。需要说明的是， 此处所涉及的内部位置标 志仅是为了将功能描述的更清楚， 实际流程设计时可以不用到它。
随后进入步骤 S1103， 判断 MCU_7 是否变为高电平。
如果是， 则执行步骤 S1107， 将反转标志置 “1” ， 随后结束传感位置信号子流程， 返 回主流程。
如果否， 则进入步骤 S1104， 判断 MCU_6 是否变为高电平。
如果 MCU_6 也不为高电平， 则返回步骤 S1103 处， 继续判断 MCU_7 是否变为高电 平。
如果 MCU_6 为高电平， 则进入步骤 S1105， 记录旋转周期 T， 并将内部位置标志为设 置 “1” 。
最后执行步骤 S1106， 将微控制器的内部定时器清 0。至此， 传感位置信号子流程 结束， 返回主流程。
通过执行步骤 S902， 即执行传感位置信号子流程， 可确定反转标志的状态， 用以指 示发动机的旋转方向， 以及确定旋转周期 T， 用以表示发动机的转速。
当传感位置信号子流程执行完成后， 则进入主流程中的步骤 S903， 判断反转标志 是否为 “1” 。
如果反转标志为 “1” ， 表示发动机此时处于反转状态， 则直接结束所有点火控制流 程， 等待发动机停机。如果反转标志为 “0” ， 则进入步骤 S904， 判断断火标志是否为 “1” 。
如果断火标志为 “1” ， 表示本转内发动机点火将暂时被抑制， 直接跳转到步骤 S906， 将断火标志设置为 “0” 。
如果断火标志为 “0” ， 则进入步骤 S905， 根据点火时间输出点火信号， 然后进入步 骤 S906， 将断火标志设置为 “0” 。
设置断火标志的目的在于当发动机转速超高时， 暂时停止输出点火信号， 以便将 其转速拉回到可接受的转速范围。
步骤 S906 是强行将断火标志清 0， 相当于对断火标志进行初始化。
随后， 进入步骤 S907， 判断当前转速是否小于 3000 转 / 分。
如果是， 则进入步骤 S908， 将点火角度设置为 20 度。
如果否， 则进入步骤 S909， 继续判断转速是否小于 4000 转 / 分。
如果步骤 S909 中的判断结果为是， 则进入步骤 S915， 计算点火角度。
参见图 8 所描述的发动机转速和点火角度的映射关系， 转速在 3000 转 / 分～ 4000 转 / 分之间时， 点火角度为 20 度～ 32 度。 可选的， 在步骤 S915 中， 可采用差值算法， 将 3000 转 / 分～ 4000 转 / 分之间的点火角度 “拉” 成了直线， 使得此转速区间的点火角度均匀地 分布于 20 度～ 32 度。
如果步骤 S909 中的判断结果为否， 则进入步骤 S910， 判断转速是否小于 8500 转 / 如果步骤 S910 中的判断结果为是， 则进入步骤 S916， 将点火角度设置为 32 度。 如果步骤 S910 中的判断结果为否， 则进入步骤 S911， 判断转速是否小于 9000 转 / 如果步骤 S911 中的判断结果为是， 则进入步骤 S917， 将点火角度设置为 11 度。 如果步骤 S911 中的判断结果为否， 则进入步骤 S912， 判断转速是否小于 10000 转分。
分。
/ 分。 如果步骤 S912 中的判断结果为是， 则进入步骤 S918， 将点火角度设置为 6 度。
如果步骤 S912 中的判断结果为否， 则进入步骤 S913， 将断火标志设置为 “1” 。
随后进入步骤 S914， 扫描熄火开关的状态。
扫描完成后， 进入步骤 S920， 判断熄火开关是否有效。
如果熄火开关有效， 则直接结束所有点火控制流程， 等待发动机停机。
如果熄火开关无效， 则进入步骤 S902， 继续循环执行。
上述步骤 S915， S916， S917， S918 执行完成后都会进入步骤 S919， 根据点火角度计 算所需的点火时间， 然后进入步骤 S914 并继续执行以下步骤。
需要说明的是， 上述点火控制流程中的点火角度是基于图 8 所示的发动机转速和 点火角度的映射关系确定的， 其仅是一个示例， 不应理解为对本发明保护范围的限制。 本领 域普通技术人员应能理解， 对于不同的发动机， 发动机转速和点火角度的映射关系也会不 同。
图 12 示出了根据本发明的一个实施例的用于在小型汽油机启动过程中抑制发动 机反转的方法流程图。
首先， 在步骤 S1201 中， 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 214 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。可选的， 整形处理还包括滤波处 理。
其次， 在步骤 S1202 中， 根据第一位置信号和第二位置信号， 确定发动机是否反 转。
具体的， 首先， 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， 则确定发动机反转。
如果第一位置信号为高电平， 第二位置信号为低电平， 则确定发动机正转。
如果确定发动机处于反转状态， 则在步骤 S1203 中， 控制火花塞 22 停止点火。
以上对本发明的具体实施方式进行了描述。需要说明的是， 本发明并不局限于上 述特定实施方式， 本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变型或修改。