周可君

摘要：隨著車輛電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以及排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷提高。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)來說，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)取消了傳統(tǒng)分電器裝置，采用電子控制順序點(diǎn)火方式為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。文章采用MC9S12DP512單片機(jī)作為核心芯片，對(duì)四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)序及點(diǎn)火提前角進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化控制，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能，有效降低排放污染物。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；點(diǎn)火時(shí)序；點(diǎn)火提前角

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）13-0197-02

1概述

點(diǎn)火時(shí)序和點(diǎn)火提前角是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中重要的兩個(gè)參數(shù)，對(duì)這兩個(gè)參數(shù)的合理控制，關(guān)系著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能，也關(guān)系著發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)越來越多的應(yīng)用于車輛當(dāng)中，本文采用微機(jī)控制的電子點(diǎn)火系統(tǒng)，合理規(guī)劃點(diǎn)火時(shí)序，快速計(jì)算不同工況下合理的點(diǎn)火提前角度，最終使用高能點(diǎn)火的方式，在合適的時(shí)間為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸點(diǎn)火。該點(diǎn)火系統(tǒng)能夠更為精確地計(jì)算點(diǎn)火時(shí)刻，控制點(diǎn)火能量，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的能量損失，是發(fā)動(dòng)機(jī)在同等排量下，提高動(dòng)力性能，降低有害氣體的排放。

2電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由三部分組成：傳感器、電控系統(tǒng)、執(zhí)行器。

傳感器主要用于檢測(cè)系統(tǒng)所需信號(hào)，用以判斷點(diǎn)火時(shí)序及點(diǎn)火提前角度。主要用到的傳感器有發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器及節(jié)氣門位置傳感器等。

電控系統(tǒng)采用MC9S12DP512單片機(jī)作為主體控制芯片，該芯片由HCSl2CPU作為主體，擁有512KBFLASH、12KBRAM、4KBEEPROM。MC9S12DP512芯片還擁有豐富的接口，包括2個(gè)ADC、2個(gè)SCI接口、3個(gè)SPI接口、J1850通信口。MC9S12DP512單片機(jī)能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的控制需要。

在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制系統(tǒng)中，最終的執(zhí)行器為高能點(diǎn)火花塞。當(dāng)系統(tǒng)確定點(diǎn)火時(shí)序及點(diǎn)火提前角后，向相應(yīng)氣缸發(fā)出點(diǎn)火指令，點(diǎn)火花塞通過點(diǎn)火線圈得電點(diǎn)火，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在合適的時(shí)間點(diǎn)火，提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能。電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖1。

3電子點(diǎn)火控制方法

本文設(shè)計(jì)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火微機(jī)控制系統(tǒng)，包括了對(duì)點(diǎn)火時(shí)序及點(diǎn)火提前角度的控制兩方面。

3.1點(diǎn)火時(shí)序

本設(shè)計(jì)針對(duì)四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，以其曲軸位置傳感器測(cè)得的曲軸位置信號(hào)為依據(jù)，確定四個(gè)氣缸的點(diǎn)火時(shí)序。曲軸位置傳感器安裝在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上，用以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸活塞位置。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周為360。，每6。一個(gè)脈沖信號(hào)，共56個(gè)脈沖信號(hào)。曲軸傳感器檢測(cè)這些脈沖信號(hào)，曲軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周將產(chǎn)生5個(gè)脈沖信號(hào)，其中4個(gè)為四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的點(diǎn)火基準(zhǔn)信號(hào)。根據(jù)四缸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及原理，其點(diǎn)火順序缸號(hào)為1、3、2、4，四個(gè)氣缸按此順序點(diǎn)火。每個(gè)脈沖信號(hào)的產(chǎn)生對(duì)應(yīng)每個(gè)氣缸的壓縮行程末期，相鄰點(diǎn)火氣缸脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)角間隔180°，使得各個(gè)氣缸在相應(yīng)的壓縮行程末期的電點(diǎn)火。為更加準(zhǔn)確的控制點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火，系統(tǒng)還對(duì)每一個(gè)氣缸設(shè)置了點(diǎn)火計(jì)數(shù)，方便記錄點(diǎn)火情況，反饋信息以便數(shù)據(jù)修正。當(dāng)l號(hào)氣缸活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)時(shí)，1號(hào)氣缸點(diǎn)火并計(jì)數(shù)為0；曲軸繼續(xù)運(yùn)行180°，3號(hào)氣缸點(diǎn)火并計(jì)數(shù)為1；曲軸運(yùn)行到360°，2號(hào)氣缸點(diǎn)火并計(jì)數(shù)為2；曲軸運(yùn)行到540°，4號(hào)氣缸點(diǎn)火并計(jì)數(shù)為3；曲軸繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)入下一循環(huán)，回到0°，重新計(jì)數(shù)為0，1號(hào)氣缸點(diǎn)火。使用這樣的方法，系統(tǒng)可通過計(jì)數(shù)控制，控制各氣缸的點(diǎn)火基準(zhǔn)信號(hào)。

3.2點(diǎn)火提前角

發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角度，是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中的一個(gè)重要參數(shù)，關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。點(diǎn)火提前角度是在點(diǎn)火時(shí)序的基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行修正，通常把使發(fā)動(dòng)機(jī)在最低油耗時(shí)獲得最大輸出功率的點(diǎn)火提點(diǎn)角度稱為最佳點(diǎn)火提前角度。合理規(guī)劃最佳的點(diǎn)火提前角度，是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制的控制關(guān)鍵點(diǎn)之一。最佳點(diǎn)火提前角度主要由基本點(diǎn)火提前角度與修正量組成，其公式表示為：

最佳點(diǎn)火提前角度=基本點(diǎn)火提前角度+修正量

其中，基本點(diǎn)火提前角度，有發(fā)動(dòng)機(jī)本身的溫度、轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，通過相應(yīng)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定數(shù)據(jù)得到，是最佳點(diǎn)火提前角度的基礎(chǔ)。而修正量需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)際情況，實(shí)時(shí)的對(duì)基本點(diǎn)火提前角度進(jìn)行修正，是發(fā)動(dòng)機(jī)能夠利用更少的燃油，獲得高的燃燒效率。修正量需要考慮的因素有以下幾方面：

1）暖機(jī)狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)暖機(jī)時(shí)，冷卻液溫度低，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火燃燒，因此應(yīng)在原有基本點(diǎn)火提前角度的基礎(chǔ)上，增大修正量。

2）怠速狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下，其負(fù)荷不穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷狀況，對(duì)點(diǎn)火修真量進(jìn)行調(diào)整。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大修正量。

4）發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃。發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象，是一種提前的非正常燃燒，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此因適當(dāng)減小修正量，迅速消除爆燃對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。

4點(diǎn)火控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電子點(diǎn)火系統(tǒng)主程序根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)，各傳感器信號(hào)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)序及最佳點(diǎn)火提前角度，將信號(hào)發(fā)送給執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)氣缸的點(diǎn)火。具體軟件流程如圖2所示。

圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火系統(tǒng)主流程圖，系統(tǒng)上電后，主程序先對(duì)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行初始化，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)初始數(shù)據(jù)。然后對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各寄存器進(jìn)行初始化，數(shù)據(jù)清零。各部分初始化完成后，系統(tǒng)通過對(duì)曲軸傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器等器件的信號(hào)檢測(cè)，獲得系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換。故障檢測(cè)裝置檢測(cè)系統(tǒng)有無故障。如故障，控制芯片將各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯計(jì)算，根據(jù)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)工況，規(guī)劃合理的點(diǎn)火時(shí)序及點(diǎn)火提前角度。如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，則進(jìn)行故障處理。最終，通過執(zhí)行器即電火花塞，在電子系統(tǒng)控制下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸依次點(diǎn)火。

5總結(jié)

本文結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的具體工作狀況，研究其參數(shù)及運(yùn)行原理，提出了對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)序及點(diǎn)火提前角度的控制方案。文章運(yùn)用電子控制的方式，使用MC9S12DP512單片機(jī)作為主芯片，設(shè)計(jì)了控制電路，并利用軟件計(jì)算點(diǎn)火提前角度，確定了點(diǎn)火時(shí)序，優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角度。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)展，還有很多值得研究和提高的空間，需要進(jìn)一步努力與探索。