基于MC9S12微控制器的發(fā)動(dòng)機(jī)高能直接點(diǎn)火控制

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)高能直接點(diǎn)火系統(tǒng)需按點(diǎn)火順序、點(diǎn)火時(shí)刻和點(diǎn)火能量的要求實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)火線圈的獨(dú)立控制。介紹了以MC9S12DP256微控制器為核心的電子控制單元的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用MCU的增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器，該將輸入捕捉與輸出較功能相配合，滿足了6個(gè)點(diǎn)火線圈初級(jí)電路通斷電的復(fù)雜時(shí)序控制要求。該系統(tǒng)在某稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)中進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明：在各種工況下，都能獲得可靠的點(diǎn)火。

    關(guān)鍵詞：微控制器 增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器 點(diǎn)火系統(tǒng)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的提高，微機(jī)控制的電子點(diǎn)火系統(tǒng)逐漸取代了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了更為精確的點(diǎn)火時(shí)刻和點(diǎn)火能量的控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中，采用的每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸各帶一個(gè)點(diǎn)火線圈，對(duì)各缸點(diǎn)火線圈進(jìn)行獨(dú)立控制的點(diǎn)火系統(tǒng)，稱為無分電器各缸獨(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)，也叫高能直接點(diǎn)火系統(tǒng)。采用高能直接點(diǎn)火可有效地增加點(diǎn)火線圈初級(jí)回路的儲(chǔ)能，減少點(diǎn)火能量的傳導(dǎo)損失，從而提高點(diǎn)火能量，滿足車用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)稀薄燃燒、增壓和使用代用燃料（如天然氣、酒精）等新技術(shù)的發(fā)展要求。對(duì)于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，這種高能直接點(diǎn)火系統(tǒng)由于控制事件多，要求的控制電路和控制軟件復(fù)雜，因而對(duì)微控制器的性能和控制軟件均有較高的要求[1]。

MC9S12系列是MOTOROLA公司開發(fā)的一種高性能16們微控制器（MCU），具有豐富的輸入輸出接口功能、較強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算能力，特別還具有較強(qiáng)的定時(shí)控制功能，使其適用于復(fù)雜時(shí)序控制技術(shù)的應(yīng)用中[2]。本文針對(duì)六缸車用發(fā)動(dòng)機(jī)高能直接點(diǎn)火控制系統(tǒng)的開發(fā)，進(jìn)行了以MC9S12DP256微控制器為核心的電子控制單元的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 高能直接點(diǎn)火系統(tǒng)及控制要求

圖1所示為六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的高能直接點(diǎn)火系統(tǒng)電路原理圖。系統(tǒng)由輸入信號(hào)傳感器、電子控制單元（ECU）及點(diǎn)火執(zhí)行器三部分組成。其中，點(diǎn)火執(zhí)行器包括每缸獨(dú)立的共六組點(diǎn)火線圈和火花塞。點(diǎn)火線圈作為儲(chǔ)能元件，由匝數(shù)比很高的次級(jí)繞組和初級(jí)繞組構(gòu)成，其作用相當(dāng)于變壓器。當(dāng)初級(jí)繞組電路（初級(jí)電路）導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)繞組電感線圈中的電流按照指數(shù)規(guī)律增加，從蓄電池獲得的能力以磁場(chǎng)以能的形式儲(chǔ)存在初級(jí)線圈中；當(dāng)初級(jí)電路斷電時(shí)，次級(jí)繞組感應(yīng)出高壓電，使火花塞電極間產(chǎn)生電火花，將汽缸內(nèi)的混合氣點(diǎn)燃。在圖1所示的系統(tǒng)中，由微控制器發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)過點(diǎn)火器中的功率三極管的驅(qū)動(dòng)放大，實(shí)現(xiàn)了對(duì)初級(jí)電路的通斷電控制。與傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)只使用一個(gè)點(diǎn)火線圈相比，這種直接點(diǎn)火控制方式可利用更長(zhǎng)的時(shí)間積蓄點(diǎn)火能量，并可將點(diǎn)火線圈與火花塞安裝在一起，減少高壓電流的傳遞損失，從而獲得較高的點(diǎn)火能量。

    點(diǎn)火控制包括點(diǎn)火順序控制、點(diǎn)火定時(shí)控制和點(diǎn)火能量控制。點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)按發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序進(jìn)行點(diǎn)火，即點(diǎn)火順序應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序一致，否則不能適時(shí)點(diǎn)著混合氣，發(fā)動(dòng)機(jī)就不能正常工作。點(diǎn)火定時(shí)控制的目的是使發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出大、油耗低、爆震小和排放低，點(diǎn)火系統(tǒng)必須在最有利的時(shí)刻點(diǎn)火，并需在上述目標(biāo)之間進(jìn)行折衷。點(diǎn)火時(shí)刻用點(diǎn)火提前角來表示，從火花塞開始跳火到活塞運(yùn)行至壓縮行程上止點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度被稱為點(diǎn)火提前角。發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的最佳點(diǎn)火提前角是不同的。在微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等傳感器的信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，計(jì)算出最佳的點(diǎn)火時(shí)刻，并由微控制器輸出控制信號(hào)，使功率三極管截止、初級(jí)電路斷電，從而實(shí)現(xiàn)控制。

點(diǎn)火能量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的著火情況。對(duì)于使用增壓、稀燃及替代燃料等新技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，只有點(diǎn)火能量足夠高，才能可靠燃燒，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)

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