苏ICP备112451047180号-6
基于微机的摩托车智能发动机点火控制系统
摘要
为了增加发动机功率，经济性和改善污染排放，一个新型智能点火系统被提出。 通过可编程和可控点火技术提高直流电容放电的点火效率点火（CDI）系统。8位单芯片实现了微型计算机读取曲轴速度信号和凸轮轴基线信号。点火发动机的角度可以通过预加载的方式进行控制发动机功率特性曲线和智能由微机决定。从全面的车辆测试结果来看原型系统，提出的点火系统展示比传统在发动机功率曲线上，人机友好界面和易用性上性能更好。
1 说明
为了延长点火系统的使用寿命，摩托车发动机更换了断路器控制点火具有免维护和免调节非接触点火，也称为电容放电点火（CDI）。电容排放系统可以分为两种类型：磁点火和电池点火，也是命名为交流点火（AC-CDI）和直流点（DC-CDI）系统。
近年来，大多数摩托车发动机都有开始使用DC-CDI。所谓的DC-CDI简单具有AC-CDI的交流发电机充电信号系统更换为电池电压。因为以上，分销商可以降低制造成本通过消除一组高压绕线并减少由磁阻引起的负载引擎也是。也可以改善点火不稳定由于发动机转速的变化。但是，它将隐含的增加电子设计的复杂性CDI， DC-CDI点火保持较高点火电压高于传统电压;特别是在高速旋转时，DC-CDI有一个更高的放电能量。
虽然CDI电子点火系统具有很多优点，还有很大的提升空间。例如，使用数字方法来控制点火脉冲，即控制点火时间间隔和点火正时或组合微电脑技术，考虑车速，发动机转速，排气量等因素，表现更好的点火控制。
因此，提出了一种新的智能点火系统通过技术提高点火效率可控点火角度。 它主要实现直流型容性放电点火（CDI），带8位单片机，控制发动机点火角度通过读出转速凸轮轴曲柄和基线信号通过预定义引擎功率曲线和微机智能诊断。
硬件和电气控制部分
系统基本上可分为：（1）单芯片微电脑控制系统由单机组成芯片微机和主控电路。微机诊断并计算输入信号数据并通过编程发出点火信号点火角度。（2）信号输入部分包括曲柄速度信号和凸轮轴基线信号。（3）输出部分用微型计算机触发点火模块输出信号。（4）直流/直流电源转换器部分将低直流电压转换成高电压足够的电力来触发点火模块。（5）PC端实时监测点火曲线调整，其中包括用于监控的软件调整PC端和通讯线。软件部分处理曲柄的数值计算速度信号和凸轮轴基线信号等输出点火控制信号。它也可以通过通信线路与PC软件进行通信并达到监测和控制的目标以及实时曲线修改。
2 工作原理
在汽油发动机的气缸中，火花塞需要一段时间才能点燃气溶胶汽油。 为了实现更好的发动机性能，点火应在一段触发更早的时间而不是紧随其后压缩结束，即点火应该被触发优化时间。 点火时间由点火提前角是曲柄的角度计数在从启动的持续时间放电火花塞电极之间的时间活塞移动到上止点。点火提前角直接影响时间气缸内的燃烧压力达到最大值; 如图1所示，会影响发动机在点火时刻大大提高了功率和效率。如果最高燃烧压力点到达太早，即点火提前角太大，混合燃油和空气一定会早点点燃。之后燃烧延迟时间，压力上升线会在活塞顶部死点之前下降，当时压缩过程正在缸内进行同一时间。随着音量将被压缩压力会在缸内升高，价值的最高压力也会更高。如图所示图1中的B线，将导致增加负压在压缩过程中，装载在发动机的动力传动部件上混合空气的温度和压力圆筒;最后，燃油混合气的点燃引起发动机撞击（B线的之字形部分）。相反，如果燃烧压力最高点到达太晚，点燃的膨胀率气体会降低，排气温度会上升。传热面积相对较高的温度燃烧期间会同时增加，这将导致更高的热损失，如D行所示图1。
图1 .气缸压力与燃点
所谓的最佳点火提前角通常出现在燃油混合气在气缸点燃时，燃烧压力达到最高（它也表明发动机的最大输出功率）沿曲轴旋转角度上升10度在上死点，权力和权力发动机效率达到最佳值。 如图1所示的线C，最佳燃烧压力（即完成的最大工作量，曲线表示完成的工作量）可能是如果在这个时候被点燃就没有敲门。但是，最佳点火提前角不是总是一样。
3 系统设计
3.1工作原理和硬件系统构架
在这项研究中，所谓的直流点火系统是主要目标。直流电源+ 12V时进料和升压高于直流200V直流/直流升压技术。然后能量会存储在用于提供的高压电容器中所需的能量来触发点火模块。主控制器是高性能，高度的抗噪音8位单片机制造日本东芝半导体。它读了曲轴转速信号和凸轮轴基线信号确定点火角度的最佳延时控制，这是通过预加载的发动机功率获得的特征曲线和微电脑智能程序。 最后，将点火信号送入点火模块由微电脑和能量储存在高压电容器中的是释放火花塞完成点火。全电路系统和架构如图2所示。
3.1.1 单片机控制单元。
一切计算由单个芯片处理系统中的微机; 因此，选择单片机非常重要。考虑到功能和要求点火系统，I / O端口，处理速度，寄存器，定时器和外设功能等，TLCS-870 / C系列日本单片机生产选择东芝半导体。该微机系列的主要特点包括高抗噪声，实时性能，流水线处理技术可以高速执行命令。除了，要求低电压和低功耗消费也通过CMOS制作实现技术以及足够的备用模式。
而且这一系列的单片机配有大量内部I / O端口和一个完整的一套满足要求的功能点火系统。
3.1.2。 DC / DC高压增压器
点火电压应低于200V驱动点火线圈。因此，方法将电池电压+ 12V提升到200V以上而有效的方式通常包括以下内容电路：（1）升压电路，（2）电荷泵电路，（3）开关电路和（4）谐振逆变器电路。上述电路（1），（2）和（4）是更复杂，所以成本会更高。因此，（3）选择开关电路。开关电路可以分为两种类型;推挽电路具有双晶体管和电路单一晶体管。在这项研究中，我们实施了单一的晶体管型开关电路，其中单一晶体管将DC 12V转换成脉冲电压波形通过其高速切换。这个低电压然后将脉动波形提升到几个数百个交流电压由高频逆变器。这个电压然后通过D2二极管进行半波整流并对C6电容充电以存储点火能量。电路的这一部分如图3所示。
图2 CDI电子点火的结构系统
产生脉宽调制（PWM）在电路中通过用NE555定时IC实现U2与VR1和C5组件连接形成一个不稳定的多重振动器。然后是正弦信号振荡频率约为15kHz，但具有高斜率与下坡的比例高从U2 NE555的引脚2和引脚6提取定时。后来这个固定的正弦信号与VR2分压器一端的反馈电压高压储能电容器C6如图所示在图4中。 U3比较器比较两个信号和可变占空比和具有固定的方波频率可以得到。这个平均电压方波与输入成反比反馈电压。如果输入反馈电压变化，输出方波的宽度也将为不同。因此，脉动波的宽度可用于控制开启和关闭时间Q1单晶体管等充电电压为C6可以通过改变存储的磁场来控制T1高频电压提升的能量提升逆变器。该闭环的电压控制方法电路可以获得稳定的直流高压电源帮助实现功率曲线点火技术的发展。
图3中的U4A是AND逻辑门，用于关闭Q1晶体管以停止高压充电效果。 因为电压在高压电容C6端将短路接地由于点火模块的启动，负载作用于晶体管Q1和T1高频电压升压变频器会增加，这可能导致过高的电流和温度会进一步上升损坏组件和电路。二极管将获得电压波形等几种优点。
3.1.3。 CDI点火模块单元。
点火模块单位如图4所示。SCR用于释放高电平点火线圈的电压。触发信号Q4 SCR源自两个来源; 一个是控制来自单片机的信号（CPU Ctrl），以及另一个（HW Ctrl）直接来自信号发动机感应线圈的处理电路。后者是为主力准备的情况不足以保持单片机在发动机启动期间正常工作。它是用点火直接点火的备用电路线圈由发动机感应线圈释放的信号。当单片机开始工作时通常，信号CPU EN将被释放以关闭备用点火电路，它将接管点火任务。
图4 CDI点火电路
因为SCR将不会进行充电，T1高频的电压（T1 Vin）升压变频器将形成闭环充电C6到D2，D3，如图5所示。 放电路径如图6所示，其中高压充电关闭，SCR供电门正脉冲和导通，C6，SCR将形成闭环释放C6的高压能量从Hi-V和GND到点火线圈。 图7,8高压电容端的波形，SCR触发波形和点火放电波形。
图5高压充电路径
图6高压放电路径
图7 SCR触发和点火的波形放电
图 8高电压放电的波形端和高压电端。
3.1.4。三轴基线信号读出单元。
来自发动机曲轴的位置传感器的信号是一个非常重要的信号资源。它的正确性会直接影响点火角度的计算。通常最常见的是曲轴传感器工作在电磁感应的方式。
传感器位于分配器的顶部如图9所示。旋转时有铁块分销商的磁盘。 铁体的长度是不同的取决于发动机的设计，哪个通常在20至60度之间的范围内。当铁体接近感应线圈时，感应线圈将产生正脉冲电压;感应线圈的输出电压将变为当铁批量完全进入时为零。什么时候铁体离开感应线圈，感应线圈将产生负脉动电压; 感应线圈的输出电压将变为零以及当铁体完全离开它们时。从感应线圈输出脉动电压信号将随发动机的变化而定期变化速度，即从感应释放的输出信号线圈包含包括引擎在内的信息速度和曲轴的位置。脉动电压信号在图10中。
因为输出的幅度脉动电压信号范围从几个电压到几个几十个电压，输出电流在微安范围内，信号必须被放大，整流，滤波和抗噪声处理，确保CDI电路工作正常。显示电路在图12中。D4和D5收集阳性和阴性脉动电压信号。多余的信号中的噪声将通过R1滤除，R4，C7和C8。小信号脉动信号是转换成可以处理的数字信号单片机通过Q2和Q3。 Q5将反相放大信号的相位一次保持处理的正和负脉动电压信号同相。
图9曲轴位置传感器
图10输出的脉动电压信号感应线圈
图11 CDI的信号调理电路发动机感圈
3.2控制的架构和设计电子点火系统软件
该软件内置单片机是控制系统的核心。通过过程控制，算法和数据诊断，输入输出接口串行连接以满足设计系统要求。用于电子点火系统，一个完整和健壮的控制软件设计是确保系统性能的基础。目前软件工程的进展提供软件设计与开发的有效设计方法和设计指南，工程概念，原理和技术实现到开发软件。
这个系统选择了建筑设计具有高可靠性，高性能可读性高，执行效率高，易于使用保养等优点。还包括模块化设计确定的有助于维护和修改代码。另外，监控也包括控制模式修改参数如点火角度和最大发动机转速等的限制可以直接在人机界面上执行的软件通过通讯接口PC端。
3.2.1。 主程序设计。
流程图程序如图12所示。主要代码处理系统的启动和功能调用速度计算程序，角度计算程序和在线监测控制程序。启动期间执行的任务包括堆栈位置设置，I / O输入和输出设置和中断呼叫规划，并上传从存储设备到存储器的点火曲线表。完成启动后，代码将开始直接处理循环，计算速度，点火角度并执行命令监控软件。
图12 CDI的主要软件体系结构电子点火系统
3.2.2。 系统的中断服务程序。
那里是中断服务程序的三个主要来源系统：
（1）曲轴信号中断：曲轴时信号出现，该中断将被触发。中断程序将存储时间间隔当前和最后一个曲轴信号中断在[信号周期时间]寄存器中计算速度和点火角度。后来点火角延迟时间的最后计算值将存储在点火计时器中并启动计时点火计时器。
（2）点火定时器中断：点火角度延迟时间达到由曲轴信号中断服务程序存储的计算值中断将被触发，其唯一的任务是执行点火信号。
（3）通讯接口中断：此中断将单片机触发
微机接收命令或数据从PC到UART。这个中断服例程将执行预定义的动作根据命令执行相关任务收到的资料。
3.3软件架构与设计监控调整
PC端软件智能微电脑DC-CDI监控和控制调整软件是一个应用程序用图形界面开发出来Windows 98 / NT / 2000 / XP环境。它支持多种语言并具有主要功能分为两大类型; 系统监控和性能调整。在系统监控中功能可以进一步分类为诊断CDI健康状况，监控当前发动机转速，监控当前发动机点火角度和监控目前发动机整体点火曲线图;绩效调整可以进一步分类为发动机点火曲线调整，限制最大发动机转速，怠速模式范围，固定角度模式等。
3.3.1。 主窗口的监控系统。
在主窗口（图13）中信息包括当前的发动机转速，电流点火角度，当前点火角曲线存储在CDI，系统处理信息，状态细节和操作面板等。
下拉菜单（图14）包括选择存储点火曲线图，上传点火曲线图，打印曲线图和选择系统语言。 直观实现了软件窗口的图形设计所以大部分的重要信息都会显示出来同一个窗口。它还收集了信息相同类型，通过分类和快速查看彩色文本，以帮助读者找到所需的数据很快。重要信息也在a中示图形化动态呈现方式，由此而定操作员将很容易监控信息即使远离显示器。
图13监控系统的主窗口
图14显示器系统的下拉菜单
3.3.3。 曲线参数修改窗口。
在里面点火曲线参数修改模式将会自动隐藏当前引擎的信息速度和电流点火角度（图15）。然后放大点火角曲线图2/3显示并进入曲线编辑模式。在这种模式下，可以存储和上传点火曲线图并且可以调节发动机转速的上限以防止发动机转速过大造成的损坏超出设计限制。曲线调整使用拖动鼠标指针进行修改。调整曲线时，限制范围为修改后可以通过将其拖出框来选择，可以通过拖动来轻松地进行修改鼠标指针在限制范围内。在线更新的曲线可以在完成后立即完成通过选择[上传点火表到CDI]。
图15点火修改窗口曲线
4.系统测试
4.1 模拟发动机点火信号系统
测试不稳定的CDI设备是非常危险的在真正的车辆上，所以模拟点火系统是成熟的。该系统可以包含典型的CDI目前可用的电路或正在开发的电路验证性能，稳定性和耐久性CDI。只要对这个模拟系统进行测试结果正确，成品将进行测试真正的车。
因此，模拟测试和实验系统设计用于开发和测试这个CDI如图16所示。转换器驱动三相感应电动机产生通过启动发动机分配器上的外盖的操作来产生磁感应信号。它可以还通过调整旋转模拟发动机转速分配器盖的速度。测试者也是配备一套高压线圈和火花插头，可用于检查是否高压放电的内部设计CDI好好工作。通过数字存储的帮助示波器和高压探头，实际点火电压和放电时间的值可以测量，放电波形为如图8所示。对设计的测试进行CDI系统与这个模拟测试仪和初始测试记录也成功收集。
图16模拟测试和实验系统
图17我们提出的CDI的原型产品
4.2真实车辆测试
测功机（DYNOJET）用于实际车辆测试。为了消除测试变量由典型的摩托车CVT系统产生，发现有手动变速箱的摩托车执行固定档位的电源测试。CDI点火的平滑度可以从中了解到通过测功机测量功率曲线改变小角度生成功率的差异。
图18实测摩托车测功机系统
图19测功机的执行窗口系统
图20从两个不同的功率曲线测量 点火曲线运行相同的摩托车（无班次齿轮）
图21从两个不同的功率曲线测量点火曲线运行相同的摩托车（班次齿轮）
5结论
在这项研究中，摩托车电子点火技术得到发展。下一个关键的里程碑将是完成“微电脑点火系统”技术是一个更加一体化的产品应用范围更广。这样的技术是预计将在几个方面带来技术突破。
首先是集成式DC / AC点火系统。目前，世界各地的摩托车点火系统都可以分为两大类型; 直流点火系统和交流点火系统，它们不是相互的可替换。建立适用于DC / AC的综合点火系统将是值得的商机看起来很有前途。
二是点火系统的整合由不同的摩托车制造商制造。一个摩托车点火系统，由于差异摩托车发动机，会有不同的表现即使使用相同的直流点火系统，并且配备的点火系统不能相互连接可互换。点火正时角度现有（传统）系统是一个固定的角度。对于例如，一个二冲程50CC的提前角度为17度，二冲100CC有其进步角度14度; 然而，唯一的区别两者之间的飞轮是角度内槽 摩托车上的表演表明，从1800rpm（怠速转速）到9000rpm，他们在17度（二冲程50CC）/ 14相同度（二冲程100CC）。因此，如果进步微机技术可编程调整并控制其点火提前角，将会是适用于各种车辆。
最后，通过应用电子电路设计和传感器感应来收集高电压信号分配器信号，微机可编程代码可以自动智能判断并发送优化点火指令信号驱动后端高压点火电路并触发发动机点火。具有准确的发动机点火角度和测功机（DYNOJET）测量，可以定位最佳点火正时角度来增加汽油燃油效率在发动机和提高摩托车动力性能。在里面同时，产生像CO和NOx这样的污染物可以减少 空气污染的严重程度对生态环境造成的损害可以是最小化，这将是今后我们最迫切的关注。
参考文献
[1] Taketoshi Kawabe, “Initial condition adaptive robust control for a high speed magnetic”[M],2003.
[2] Actuator. Eisevier. [M],2003(11):pp.675-685.
[3] Wootaik Lee, Seungbum Park, Myoungho Sunwoo,“Towards a seamless development process for automatic engine-control system”，Eisevier.[M],2004（12）：pp.977-986.
[4] Alain Chevalier, Christian Winge Vigild, Elbert Hendricks,“Predicting the Port Air Mass Flow of SI Engines in Air/FuelRatio Control Applications”, 2000, SAE paper[M]
NO.2000-01-02.
[5] Bastian etc, “Modeling fuel injection control maps using fuzzy logic”, IEEE International conference on Fuzzy Systemsv[M]2, 1994.
[6] Paul M. Gartner, “Development of a Low-Cost FuelInjection System for use on Small Engines”, SAE paper NO.[M]1999 -01-3.
[7] Fujiwara, “Calculation of Ignition Noise Level Caused by Plug Gap Break down”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility,[J] 1982, 24(2).
[8] ABS/TCS Lee, Jae-Cheon, “Hardware-in-the-loop simulator”, IEEE Conference on Control Application, [M]1999(1)
摘要
为了增加发动机功率，经济性和改善污染排放，一个新型智能点火系统被提出。 通过可编程和可控点火技术提高直流电容放电的点火效率点火（CDI）系统。8位单芯片实现了微型计算机读取曲轴速度信号和凸轮轴基线信号。点火发动机的角度可以通过预加载的方式进行控制发动机功率特性曲线和智能由微机决定。从全面的车辆测试结果来看原型系统，提出的点火系统展示比传统在发动机功率曲线上，人机友好界面和易用性上性能更好。
目录
摘要 1
1 说明 2
2 工作原理 2
3 系统设计 3
3.1工作原理和硬件系统构架 3
3.1.1 单片机控制单元。 4
3.1.2。 DC / DC高压增压器 4
3.1.3。 CDI点火模块单元。 5
3.1.4。三轴基线信号读出单元。 7
3.2控制的架构和设计电子点火系统软件 8
3.2.1。 主程序设计。 8
3.2.2。 系统的中断服务程序。 8
3.3软件架构与设计监控调整 9
3.3.1。 主窗口的监控系统。 9
3.3.3。 曲线参数修改窗口。 9
4. 系统测试 10
4.1 模拟发动机点火信号系统 10
4.2真实车辆测试 11
5结论 12
6参考文献 12
为了延长点火系统的使用寿命，摩托车发动机更换了断路器控制点火具有免维护和免调节非接触点火，也称为电容放电点火（CDI）。电容排放系统可以分为两种类型：磁点火和电池点火，也是命名为交流点火（AC-CDI）和直流点（DC-CDI）系统。
近年来，大多数摩托车发动机都有开始使用DC-CDI。所谓的DC-CDI简单具有AC-CDI的交流发电机充电信号系统更换为电池电压。因为以上，分销商可以降低制造成本通过消除一组高压绕线并减少由磁阻引起的负载引擎也是。也可以改善点火不稳定由于发动机转速的变化。但是，它将隐含的增加电子设计的复杂性CDI， DC-CDI点火保持较高点火电压高于传统电压;特别是在高速旋转时，DC-CDI有一个更高的放电能量。
虽然CDI电子点火系统具有很多优点，还有很大的提升空间。例如，使用数字方法来控制点火脉冲，即控制点火时间间隔和点火正时或组合微电脑技术，考虑车速，发动机转速，排气量等因素，表现更好的点火控制。
因此，提出了一种新的智能点火系统通过技术提高点火效率可控点火角度。 它主要实现直流型容性放电点火（CDI），带8位单片机，控制发动机点火角度通过读出转速凸轮轴曲柄和基线信号通过预定义引擎功率曲线和微机智能诊断。
硬件和电气控制部分
系统基本上可分为：（1）单芯片微电脑控制系统由单机组成芯片微机和主控电路。微机诊断并计算输入信号数据并通过编程发出点火信号点火角度。（2）信号输入部分包括曲柄速度信号和凸轮轴基线信号。（3）输出部分用微型计算机触发点火模块输出信号。（4）直流/直流电源转换器部分将低直流电压转换成高电压足够的电力来触发点火模块。（5）PC端实时监测点火曲线调整，其中包括用于监控的软件调整PC端和通讯线。软件部分处理曲柄的数值计算速度信号和凸轮轴基线信号等输出点火控制信号。它也可以通过通信线路与PC软件进行通信并达到监测和控制的目标以及实时曲线修改。
2 工作原理
在汽油发动机的气缸中，火花塞需要一段时间才能点燃气溶胶汽油。 为了实现更好的发动机性能，点火应在一段触发更早的时间而不是紧随其后压缩结束，即点火应该被触发优化时间。 点火时间由点火提前角是曲柄的角度计数在从启动的持续时间放电火花塞电极之间的时间活塞移动到上止点。点火提前角直接影响时间气缸内的燃烧压力达到最大值; 如图1所示，会影响发动机在点火时刻大大提高了功率和效率。如果最高燃烧压力点到达太早，即点火提前角太大，混合燃油和空气一定会早点点燃。之后燃烧延迟时间，压力上升线会在活塞顶部死点之前下降，当时压缩过程正在缸内进行同一时间。随着音量将被压缩压力会在缸内升高，价值的最高压力也会更高。如图所示图1中的B线，将导致增加负压在压缩过程中，装载在发动机的动力传动部件上混合空气的温度和压力圆筒;最后，燃油混合气的点燃引起发动机撞击（B线的之字形部分）。相反，如果燃烧压力最高点到达太晚，点燃的膨胀率气体会降低，排气温度会上升。传热面积相对较高的温度燃烧期间会同时增加，这将导致更高的热损失，如D行所示图1。
图1 .气缸压力与燃点
所谓的最佳点火提前角通常出现在燃油混合气在气缸点燃时，燃烧压力达到最高（它也表明发动机的最大输出功率）沿曲轴旋转角度上升10度在上死点，权力和权力发动机效率达到最佳值。 如图1所示的线C，最佳燃烧压力（即完成的最大工作量，曲线表示完成的工作量）可能是如果在这个时候被点燃就没有敲门。但是，最佳点火提前角不是总是一样。
3 系统设计
3.1工作原理和硬件系统构架
在这项研究中，所谓的直流点火系统是主要目标。直流电源+ 12V时进料和升压高于直流200V直流/直流升压技术。然后能量会存储在用于提供的高压电容器中所需的能量来触发点火模块。主控制器是高性能，高度的抗噪音8位单片机制造日本东芝半导体。它读了曲轴转速信号和凸轮轴基线信号确定点火角度的最佳延时控制，这是通过预加载的发动机功率获得的特征曲线和微电脑智能程序。 最后，将点火信号送入点火模块由微电脑和能量储存在高压电容器中的是释放火花塞完成点火。全电路系统和架构如图2所示。
3.1.1 单片机控制单元。
一切计算由单个芯片处理系统中的微机; 因此，选择单片机非常重要。考虑到功能和要求点火系统，I / O端口，处理速度，寄存器，定时器和外设功能等，TLCS-870 / C系列日本单片机生产选择东芝半导体。该微机系列的主要特点包括高抗噪声，实时性能，流水线处理技术可以高速执行命令。除了，要求低电压和低功耗消费也通过CMOS制作实现技术以及足够的备用模式。
而且这一系列的单片机配有大量内部I / O端口和一个完整的一套满足要求的功能点火系统。
3.1.2。 DC / DC高压增压器
点火电压应低于200V驱动点火线圈。因此，方法将电池电压+ 12V提升到200V以上而有效的方式通常包括以下内容电路：（1）升压电路，（2）电荷泵电路，（3）开关电路和（4）谐振逆变器电路。上述电路（1），（2）和（4）是更复杂，所以成本会更高。因此，（3）选择开关电路。开关电路可以分为两种类型;推挽电路具有双晶体管和电路单一晶体管。在这项研究中，我们实施了单一的晶体管型开关电路，其中单一晶体管将DC 12V转换成脉冲电压波形通过其高速切换。这个低电压然后将脉动波形提升到几个数百个交流电压由高频逆变器。这个电压然后通过D2二极管进行半波整流并对C6电容充电以存储点火能量。电路的这一部分如图3所示。
图2 CDI电子点火的结构系统
产生脉宽调制（PWM）在电路中通过用NE555定时IC实现U2与VR1和C5组件连接形成一个不稳定的多重振动器。然后是正弦信号振荡频率约为15kHz，但具有高斜率与下坡的比例高从U2 NE555的引脚2和引脚6提取定时。后来这个固定的正弦信号与VR2分压器一端的反馈电压高压储能电容器C6如图所示在图4中。 U3比较器比较两个信号和可变占空比和具有固定的方波频率可以得到。这个平均电压方波与输入成反比反馈电压。如果输入反馈电压变化，输出方波的宽度也将为不同。因此，脉动波的宽度可用于控制开启和关闭时间Q1单晶体管等充电电压为C6可以通过改变存储的磁场来控制T1高频电压提升的能量提升逆变器。该闭环的电压控制方法电路可以获得稳定的直流高压电源帮助实现功率曲线点火技术的发展。
图3中的U4A是AND逻辑门，用于关闭Q1晶体管以停止高压充电效果。 因为电压在高压电容C6端将短路接地由于点火模块的启动，负载作用于晶体管Q1和T1高频电压升压变频器会增加，这可能导致过高的电流和温度会进一步上升损坏组件和电路。二极管将获得电压波形等几种优点。
3.1.3。 CDI点火模块单元。
点火模块单位如图4所示。SCR用于释放高电平点火线圈的电压。触发信号Q4 SCR源自两个来源; 一个是控制来自单片机的信号（CPU Ctrl），以及另一个（HW Ctrl）直接来自信号发动机感应线圈的处理电路。后者是为主力准备的情况不足以保持单片机在发动机启动期间正常工作。它是用点火直接点火的备用电路线圈由发动机感应线圈释放的信号。当单片机开始工作时通常，信号CPU EN将被释放以关闭备用点火电路，它将接管点火任务。
图4 CDI点火电路
因为SCR将不会进行充电，T1高频的电压（T1 Vin）升压变频器将形成闭环充电C6到D2，D3，如图5所示。 放电路径如图6所示，其中高压充电关闭，SCR供电门正脉冲和导通，C6，SCR将形成闭环释放C6的高压能量从Hi-V和GND到点火线圈。 图7,8高压电容端的波形，SCR触发波形和点火放电波形。
图5高压充电路径
图6高压放电路径
图7 SCR触发和点火的波形放电
图 8高电压放电的波形端和高压电端。
3.1.4。三轴基线信号读出单元。
来自发动机曲轴的位置传感器的信号是一个非常重要的信号资源。它的正确性会直接影响点火角度的计算。通常最常见的是曲轴传感器工作在电磁感应的方式。
传感器位于分配器的顶部如图9所示。旋转时有铁块分销商的磁盘。 铁体的长度是不同的取决于发动机的设计，哪个通常在20至60度之间的范围内。当铁体接近感应线圈时，感应线圈将产生正脉冲电压;感应线圈的输出电压将变为当铁批量完全进入时为零。什么时候铁体离开感应线圈，感应线圈将产生负脉动电压; 感应线圈的输出电压将变为零以及当铁体完全离开它们时。从感应线圈输出脉动电压信号将随发动机的变化而定期变化速度，即从感应释放的输出信号线圈包含包括引擎在内的信息速度和曲轴的位置。脉动电压信号在图10中。
因为输出的幅度脉动电压信号范围从几个电压到几个几十个电压，输出电流在微安范围内，信号必须被放大，整流，滤波和抗噪声处理，确保CDI电路工作正常。显示电路在图12中。D4和D5收集阳性和阴性脉动电压信号。多余的信号中的噪声将通过R1滤除，R4，C7和C8。小信号脉动信号是转换成可以处理的数字信号单片机通过Q2和Q3。 Q5将反相放大信号的相位一次保持处理的正和负脉动电压信号同相。
图9曲轴位置传感器
图10输出的脉动电压信号感应线圈
图11 CDI的信号调理电路发动机感圈
3.2控制的架构和设计电子点火系统软件
该软件内置单片机是控制系统的核心。通过过程控制，算法和数据诊断，输入输出接口串行连接以满足设计系统要求。用于电子点火系统，一个完整和健壮的控制软件设计是确保系统性能的基础。目前软件工程的进展提供软件设计与开发的有效设计方法和设计指南，工程概念，原理和技术实现到开发软件。
这个系统选择了建筑设计具有高可靠性，高性能可读性高，执行效率高，易于使用保养等优点。还包括模块化设计确定的有助于维护和修改代码。另外，监控也包括控制模式修改参数如点火角度和最大发动机转速等的限制可以直接在人机界面上执行的软件通过通讯接口PC端。
3.2.1。 主程序设计。
流程图程序如图12所示。主要代码处理系统的启动和功能调用速度计算程序，角度计算程序和在线监测控制程序。启动期间执行的任务包括堆栈位置设置，I / O输入和输出设置和中断呼叫规划，并上传从存储设备到存储器的点火曲线表。完成启动后，代码将开始直接处理循环，计算速度，点火角度并执行命令监控软件。
图12 CDI的主要软件体系结构电子点火系统
3.2.2。 系统的中断服务程序。
那里是中断服务程序的三个主要来源系统：
（1）曲轴信号中断：曲轴时信号出现，该中断将被触发。中断程序将存储时间间隔当前和最后一个曲轴信号中断在[信号周期时间]寄存器中计算速度和点火角度。后来点火角延迟时间的最后计算值将存储在点火计时器中并启动计时点火计时器。
（2）点火定时器中断：点火角度延迟时间达到由曲轴信号中断服务程序存储的计算值中断将被触发，其唯一的任务是执行点火信号。
（3）通讯接口中断：此中断将单片机触发
微机接收命令或数据从PC到UART。这个中断服例程将执行预定义的动作根据命令执行相关任务收到的资料。
3.3软件架构与设计监控调整
PC端软件智能微电脑DC-CDI监控和控制调整软件是一个应用程序用图形界面开发出来Windows 98 / NT / 2000 / XP环境。它支持多种语言并具有主要功能分为两大类型; 系统监控和性能调整。在系统监控中功能可以进一步分类为诊断CDI健康状况，监控当前发动机转速，监控当前发动机点火角度和监控目前发动机整体点火曲线图;绩效调整可以进一步分类为发动机点火曲线调整，限制最大发动机转速，怠速模式范围，固定角度模式等。
3.3.1。 主窗口的监控系统。
在主窗口（图13）中信息包括当前的发动机转速，电流点火角度，当前点火角曲线存储在CDI，系统处理信息，状态细节和操作面板等。
下拉菜单（图14）包括选择存储点火曲线图，上传点火曲线图，打印曲线图和选择系统语言。 直观实现了软件窗口的图形设计所以大部分的重要信息都会显示出来同一个窗口。它还收集了信息相同类型，通过分类和快速查看彩色文本，以帮助读者找到所需的数据很快。重要信息也在a中示图形化动态呈现方式，由此而定操作员将很容易监控信息即使远离显示器。
图13监控系统的主窗口
图14显示器系统的下拉菜单
3.3.3。 曲线参数修改窗口。
在里面点火曲线参数修改模式将会自动隐藏当前引擎的信息速度和电流点火角度（图15）。然后放大点火角曲线图2/3显示并进入曲线编辑模式。在这种模式下，可以存储和上传点火曲线图并且可以调节发动机转速的上限以防止发动机转速过大造成的损坏超出设计限制。曲线调整使用拖动鼠标指针进行修改。调整曲线时，限制范围为修改后可以通过将其拖出框来选择，可以通过拖动来轻松地进行修改鼠标指针在限制范围内。在线更新的曲线可以在完成后立即完成通过选择[上传点火表到CDI]。
图15点火修改窗口曲线
4.系统测试
4.1 模拟发动机点火信号系统
测试不稳定的CDI设备是非常危险的在真正的车辆上，所以模拟点火系统是成熟的。该系统可以包含典型的CDI目前可用的电路或正在开发的电路验证性能，稳定性和耐久性CDI。只要对这个模拟系统进行测试结果正确，成品将进行测试真正的车。
因此，模拟测试和实验系统设计用于开发和测试这个CDI如图16所示。转换器驱动三相感应电动机产生通过启动发动机分配器上的外盖的操作来产生磁感应信号。它可以还通过调整旋转模拟发动机转速分配器盖的速度。测试者也是配备一套高压线圈和火花插头，可用于检查是否高压放电的内部设计CDI好好工作。通过数字存储的帮助示波器和高压探头，实际点火电压和放电时间的值可以测量，放电波形为如图8所示。对设计的测试进行CDI系统与这个模拟测试仪和初始测试记录也成功收集。
图16模拟测试和实验系统
图17我们提出的CDI的原型产品
4.2真实车辆测试
测功机（DYNOJET）用于实际车辆测试。为了消除测试变量由典型的摩托车CVT系统产生，发现有手动变速箱的摩托车执行固定档位的电源测试。CDI点火的平滑度可以从中了解到通过测功机测量功率曲线改变小角度生成功率的差异。
图18实测摩托车测功机系统
图19测功机的执行窗口系统
图20从两个不同的功率曲线测量 点火曲线运行相同的摩托车（无班次齿轮）
图21从两个不同的功率曲线测量点火曲线运行相同的摩托车（班次齿轮）
5结论
在这项研究中，摩托车电子点火技术得到发展。下一个关键的里程碑将是完成“微电脑点火系统”技术是一个更加一体化的产品应用范围更广。这样的技术是预计将在几个方面带来技术突破。
首先是集成式DC / AC点火系统。目前，世界各地的摩托车点火系统都可以分为两大类型; 直流点火系统和交流点火系统，它们不是相互的可替换。建立适用于DC / AC的综合点火系统将是值得的商机看起来很有前途。
二是点火系统的整合由不同的摩托车制造商制造。一个摩托车点火系统，由于差异摩托车发动机，会有不同的表现即使使用相同的直流点火系统，并且配备的点火系统不能相互连接可互换。点火正时角度现有（传统）系统是一个固定的角度。对于例如，一个二冲程50CC的提前角度为17度，二冲100CC有其进步角度14度; 然而，唯一的区别两者之间的飞轮是角度内槽 摩托车上的表演表明，从1800rpm（怠速转速）到9000rpm，他们在17度（二冲程50CC）/ 14相同度（二冲程100CC）。因此，如果进步微机技术可编程调整并控制其点火提前角，将会是适用于各种车辆。
最后，通过应用电子电路设计和传感器感应来收集高电压信号分配器信号，微机可编程代码可以自动智能判断并发送优化点火指令信号驱动后端高压点火电路并触发发动机点火。具有准确的发动机点火角度和测功机（DYNOJET）测量，可以定位最佳点火正时角度来增加汽油燃油效率在发动机和提高摩托车动力性能。在里面同时，产生像CO和NOx这样的污染物可以减少 空气污染的严重程度对生态环境造成的损害可以是最小化，这将是今后我们最迫切的关注。
参考文献
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