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基于MC9S12微控制器的發(fā)動機高能直接點火控制
摘要：發(fā)動機高能直接點火系統(tǒng)需按點火順序、點火時刻和點火能量的要求實現(xiàn)各點火線圈的獨立控制。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。利用MCU的增強型捕捉定時器，該將輸入捕捉與輸出較功能相配合，滿足了6個點火線圈初級電路通斷電的復(fù)雜時序控制要求。該系統(tǒng)在某稀燃天然氣發(fā)動機的開發(fā)中進行了應(yīng)用，結(jié)果表明：在各種工況下，都能獲得可靠的點火。關(guān)鍵詞：微控制器 增強型捕捉定時器 點火系統(tǒng)
隨著電子技術(shù)的發(fā)展及對發(fā)動機性能要求的提高，微機控制的電子點火系統(tǒng)逐漸取代了傳統(tǒng)的發(fā)動機點火系統(tǒng)，實現(xiàn)了更為精確的點火時刻和點火能量的控制。在發(fā)動機點火系統(tǒng)中，采用的每個發(fā)動機汽缸各帶一個點火線圈，對各缸點火線圈進行獨立控制的點火系統(tǒng)，稱為無分電器各缸獨立點火系統(tǒng)，也叫高能直接點火系統(tǒng)。采用高能直接點火可有效地增加點火線圈初級回路的儲能，減少點火能量的傳導(dǎo)損失，從而提高點火能量，滿足車用發(fā)動機機稀薄燃燒、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。對于多缸發(fā)動機，這種高能直接點火系統(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、較強的數(shù)值運算和邏輯運算能力，特別還具有較強的定時控制功能，使其適用于復(fù)雜時序控制技術(shù)的應(yīng)用中[2]。本文針對六缸車用發(fā)動機高能直接點火控制系統(tǒng)的開發(fā)，進行了以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。
1 高能直接點火系統(tǒng)及控制要求
圖1所示為六缸發(fā)動機的高能直接點火系統(tǒng)電路原理圖。系統(tǒng)由輸入信號傳感器、電子控制單元（ECU）及點火執(zhí)行器三部分組成。其中，點火執(zhí)行器包括每缸獨立的共六組點火線圈和火花塞。點火線圈作為儲能元件，由匝數(shù)比很高的次級繞組和初級繞組構(gòu)成，其作用相當于變壓器。當初級繞組電路（初級電路）導(dǎo)通時，初級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以能的形式儲存在初級線圈中；當初級電路斷電時，次級繞組感應(yīng)出高壓電，使火花塞電極間產(chǎn)生電火花，將汽缸內(nèi)的混合氣點燃。在圖1所示的系統(tǒng)中，由微控制器發(fā)出的控制信號經(jīng)過點火器中的功率三極管的驅(qū)動放大，實現(xiàn)了對初級電路的通斷電控制。與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)只使用一個點火線圈相比，這種直接點火控制方式可利用更長的時間積蓄點火能量，并可將點火線圈與火花塞安裝在一起，減少高壓電流的傳遞損失，從而獲得較高的點火能量。
點火控制包括點火順序控制、點火定時控制和點火能量控制。點火系統(tǒng)應(yīng)按發(fā)動機的工作順序進行點火，即點火順序應(yīng)與發(fā)動機的工作順序一致，否則不能適時點著混合氣，發(fā)動機就不能正常工作。點火定時控制的目的是使發(fā)動機功率輸出大、油耗低、爆震小和排放低，點火系統(tǒng)必須在最有利的時刻點火，并需在上述目標之間進行折衷。點火時刻用點火提前角來表示，從火花塞開始跳火到活塞運行至壓縮行程上止點的時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度被稱為點火提前角。發(fā)動機在不同工況下的最佳點火提前角是不同的。在微機控制的點火系統(tǒng)中，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷等傳感器的信號確定發(fā)動機運行工況，計算出最佳的點火時刻，并由微控制器輸出控制信號，使功率三極管截止、初級電路斷電，從而實現(xiàn)控制。
點火能量直接影響發(fā)動機的著火情況。對于使用增壓、稀燃及替代燃料等新技術(shù)的發(fā)動機，只有點火能量足夠高，才能可靠燃燒，達到提高經(jīng)濟
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