小型汽油机数字式点火系统的设计及转速控制的研究

摘要

小型汽油机在应用方面的特殊性决定了其需要加装限制最高转速的转速控.制装置,现有的节气门控制式转速控制装置不能完全满足需要。而通过改变点火特性来实现汽油机限速是一种简单实用,成本较低的方法,因此,有必要对点火限速原理进行深入研究。其次,点火限速是建立在点火提前角的精确控制基础之上的,而目前小型汽油机的点火系统普遍没有实现电控,且经济性和排放性能指标有待进一步改善。
　　 本文从点火系统的角度出发,首先,在小型汽油机磁电机电容放电式(CDI)点火系统的基础上,设计了数字式CDI点火系统,包括硬件电路板的设计、软件编程和系统抗干扰设计等,建立了汽油机双区燃烧模型和湍流火焰传播模型,结合进气管中和节气门前的空气流量守衡原理得到进气管压力和节气门位置的关系,并运用在国产125ml摩托车发动机上,获得了数字式点火系统的点火时刻MAP图;其次对现有磁电机CDI点火电路深入分析,在已建立的数字式点火系统基础上,进一步设计了一种既能够延长火花放电时间,又能提高点火能量的能量叠加点火电路,运用MATLAB/Powersystem模块对其进行了仿真研究,结果证明该点火电路可以有效延长火花放电时间和提升点火能量;最后,运用MATLAB/Simulink仿真模块建立了汽油机的平均值模型(MVEM),在汽油机均值模型的基础上,对点火限速原理进行了深入研究,验证了通过点火系统实现转速控制的可行性,且进一步分析点火提前角变化率在转速控制中的影响,拟合出了限速时间tl随点火提前角递减率七的变化关系,建立了汽油机的点火提前角限速模型。
　　 最后,在搭建的磁电机点火试验台上,对所建立的数字式CDI点火系统进行了验证,试验结果表明:所设计的数字式点火系统硬件、软件及抗干扰设计均满足点火要求,控制器能够按照存储在单片机Flash存储器(ROM)中的最佳点火提前角MAP点火,实现点火提前角的精确控制,不仅能够改善点火性能,也为汽油机点火限速方案的实现提供了前提条件。