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隨著汽車工業的不斷發展，能源危機以及汽車尾氣對大氣環境造成的污染日趨嚴重。而發動機點火時刻的精確控制在提高汽車整體性能的同時，有效地緩解了這一狀況。與傳統的機械調節式點火時刻控制系統相比，基于微控制器的電子式控制系統具有及時性好、精確度高、控制靈活等優點。為此，從發動機點火控制系統的控制策略出發，設計了一種能提高發動機點火控制精度的新型電子點火控制裝置。 1 系統工作原理 發動機點火時刻是通過控制點火提前角(即點火時活塞位置到上止點曲軸轉過的角度)來實現的。影響火花塞點火時刻的因素主要有發動機轉速、負荷大小、發動機冷卻水溫度以及發動機缸體爆震等。 整個點火系統硬件電路主要由傳感器及信號調理電路、A／D轉換器、電控單元、點火電路、電源及火花塞等部分組成。系統原理框圖如圖1所示。 各傳感器的輸出信號經相應調理電路調理、A／D轉換器轉換后，送入單片機。單片機依據一定的控制策略、算法對輸入信號運算處理，依據運算結果，在合適時刻給出控制信號。控制信號經驅動電路后，控制點火控制電路工作，通過火花塞最終實現發動機點火。 2 系統硬件設計 2.1 傳感器及其調理電路 主要包括轉速傳感器、水溫傳感器、爆震傳感器和節氣門開度傳感器及其相應調理電路。 2.1.1 轉速傳感器及其調理電路 采用光電式轉速傳感器，其作用是測量發動機轉速和曲軸轉角位置。傳感器輸出信號經調理電路整形、放大后號送入單片機外部計數器T0(P3.4)引腳上，由單片機在一定時間內對其計數便可測量其轉速和曲軸位置。 2.1.2 水溫傳感器及其調理電路 采用集成溫度傳感器MAX6611測量發動機冷卻水溫度。單片機依據水溫信號對點火提前角作相應調整：當水溫低時增大點火提前角，而水溫高時減小點火提前角。傳感器輸出信號經二極管雙向限幅和RC濾波電路調理后接到ADC0809的信道0上。 2.1.3 爆震傳感器及其調理電路 采用安裝在發動機缸體上的壓電加速度傳感器來測量發動機爆震信號，并依據是否發生爆震而對點火提前角作相應調整。傳感器輸出信號經兩級濾波電路調理后接到ADC0809的信道1上。 2.1.4 節氣門開度傳感器調理電路 發動機的負荷的測量是通過線性輸出型模擬式節氣門傳感器(TPS)來實現的。傳感器輸出信號經雙向限幅濾波調理電路后接到ADC0809的信道2上。 2.2 電控單元及A／D轉化電路設計 本系統以AT89C2051單片機作為控制器。A／D轉化器采用ADC0809對前端輸入信號進行模／數轉換。系統中需要進行A／D轉換的信號有水溫信號、節氣門開度信號和爆震信號。單片機與A／D轉換器的接口電路如圖2所示。 由ADDA，ADDB和ADDC選擇轉化信道，信道0輸入溫度信號、信道1輸入爆震信號、信道2輸入節氣門開度信號，轉化后的信號通過P1口輸入到單片機內部。其中AT89C2051的P3.4(T0)對曲軸轉速信號計數，確定轉速和曲軸位置。通過P3.5輸出點火控制信號。 2.3 點火控制電路設計 點火電路的作用是產生火花塞點火所需的高壓。其輸入是來自單片機P3.5引腳的點火控制信號，輸出端接到火花塞上。電路如圖3所示。 單片機的P3.5輸出高電平時，T1和T2都截止，12 V電壓通過R4和L1對C7充電。當單片機P3.5輸出低電平時(發出點火控制信號)，T1，T2導通，則C7兩端的電壓立即變位低電平(即C7迅速放電)，從而使流過L1的電流突變，L2兩端產生點火高壓。其中D1起保護T2的作用。 2.4 電源電路設計 在汽車系統中一般只提供12 V的直流電壓，而芯片大都需要5 V的電壓。本系統采用集成芯片W78L05設計了12 V到5 V的DC-DC轉換電路。 3 系統軟件設計 系統軟件主要由主程序及延時子程序、計算基本點火提前角子程序、計數T0中斷服務子程序、A／D轉化子程序、點火提前角修正子程序和點火子程序組成。本系統采用匯編語言編寫了源程序。 3.1 主程序 系統上電后，首先進行系統初始化(包括單片機的初始化，ADC0809的初始化，計數器T0的初始化)，接著獲取轉速信號確定基本點火提前角，再進行A／D轉化采集水溫、爆震和節氣門開度信號，對采集的信號進行運算處理，最后等待點火時刻的到來并發出點火控制信號實現系統點火。 3.2 計算基本點火提前角子程序 本系統的基本點火提前角由轉速信號確定，采用查表法確定基本點火提前角。首先建立兩個數據表，一為轉速表v(v[0]，v[1]，v[2]，…，v[ i]，v[ i+1]，…)和基本點火提前角表。兩表中的元素個數相等，且都以升序排序。Vi對應的基本點火提前為基本點火提前角表中的第i個元素。為了減少查找的次數，設計時采用了二分法對轉速表進行檢索。 3.3 水溫對點火提前角修正子程序 水溫對點火提前角進行雙重修正，即暖機修正和過熱修正。當水箱溫度過低，應加大點火提前角，即進行暖機修正。當發動機水箱溫度過高，應減小點火提前角，即進行過熱修正。 本設計中水溫對點火提前角修正也采用查表法，建立2個修正表：過熱修正表(升序表)和暖機修正表(降序表)。根據經驗水溫對點火提前角最大修正5°，采用直接查找法。首先確定對點火提前角零修正的水溫T，測得的水溫t大于T則查找過熱修正表進行過熱修正，否則查找暖機修正表進行暖機修正。 3.4 爆震信號對點火提前角修正子程序 系統對點火提前角修正是為了使發動機始終接近爆震臨界狀態，即處于一種“臨界控制”方式，使發動機既接近爆震區又不進入爆震區，此時缸內燃燒的熱效率最高。測到有爆震信號點火提前角增加2°，測得無爆震信號時點火提前角減小2°。設臨界狀態對應的爆震信號為F，當測得的爆震信號f大于F時點火提前角減2°，否則點火提前角加2°。 另外，節氣門開度對點火提前角修正子程序采用直接查表法。 4 結 語 本點火裝置具有及時性高、控制精度高等優點，實現了對點火提前角的優化控制。該系統已調試成功。 |
