基于汽油发动机的点火微机控制系统的研究

周可君

摘要：随着车辆电子技术的不断发展，以及排放标准日趋严格，汽车发动机技术不断提高。对于汽车发动机点火系统来说，现代发动机取消了传统分电器装置，采用电子控制顺序点火方式为发动机点火。文章采用MC9S12DP512单片机作为核心芯片，对四缸汽油发动机的点火时序及点火提前角进行了进一步的优化控制，提高了发动机点火的动力性能和经济性能，有效降低排放污染物。

关键词：发动机；点火时序；点火提前角

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）13-0197-02

1概述

点火时序和点火提前角是汽油发动机中重要的两个参数，对这两个参数的合理控制，关系着发动机的动力性能和经济性能，也关系着发动机系统的稳定性。随着电子技术越来越多的应用于车辆当中，本文采用微机控制的电子点火系统，合理规划点火时序，快速计算不同工况下合理的点火提前角度，最终使用高能点火的方式，在合适的时间为发动机气缸点火。该点火系统能够更为精确地计算点火时刻，控制点火能量，减少发动机的能量损失，是发动机在同等排量下，提高动力性能，降低有害气体的排放。

2电子点火控制系统组成

本系统主要由三部分组成：传感器、电控系统、执行器。

传感器主要用于检测系统所需信号，用以判断点火时序及点火提前角度。主要用到的传感器有发动机曲轴位置传感器、发动机凸轮轴传感器、发动机冷却液温度传感器及节气门位置传感器等。

电控系统采用MC9S12DP512单片机作为主体控制芯片，该芯片由HCSl2CPU作为主体，拥有512KBFLASH、12KBRAM、4KBEEPROM。MC9S12DP512芯片还拥有丰富的接口，包括2个ADC、2个SCI接口、3个SPI接口、J1850通信口。MC9S12DP512单片机能满足发动机点火系统的控制需要。

在发动机点火控制系统中，最终的执行器为高能点火花塞。当系统确定点火时序及点火提前角后，向相应气缸发出点火指令，点火花塞通过点火线圈得电点火，使得发动机在合适的时间点火，提高发动机动力性能和经济性能。电子点火控制系统具体结构如图1。

3电子点火控制方法

本文设计的汽油发动机点火微机控制系统，包括了对点火时序及点火提前角度的控制两方面。

3.1点火时序

本设计针对四缸汽油发动机，以其曲轴位置传感器测得的曲轴位置信号为依据，确定四个气缸的点火时序。曲轴位置传感器安装在汽车发动机曲轴上，用以检测发动机气缸活塞位置。曲轴转动一周为360。，每6。一个脉冲信号，共56个脉冲信号。曲轴传感器检测这些脉冲信号，曲轴每转动一周将产生5个脉冲信号，其中4个为四个发动机气缸的点火基准信号。根据四缸发动机结构及原理，其点火顺序缸号为1、3、2、4，四个气缸按此顺序点火。每个脉冲信号的产生对应每个气缸的压缩行程末期，相邻点火气缸脉冲信号转角间隔180°，使得各个气缸在相应的压缩行程末期的电点火。为更加准确的控制点火系统点火，系统还对每一个气缸设置了点火计数，方便记录点火情况，反馈信息以便数据修正。当l号气缸活塞运行到上止点时，1号气缸点火并计数为0；曲轴继续运行180°，3号气缸点火并计数为1；曲轴运行到360°，2号气缸点火并计数为2；曲轴运行到540°，4号气缸点火并计数为3；曲轴继续运行，进入下一循环，回到0°，重新计数为0，1号气缸点火。使用这样的方法，系统可通过计数控制，控制各气缸的点火基准信号。

3.2点火提前角

发动机点火提前角度，是发动机点火系统中的一个重要参数，关系发动机的燃油经济性和动力性。点火提前角度是在点火时序的基础上对发动机的点火时间进行修正，通常把使发动机在最低油耗时获得最大输出功率的点火提点角度称为最佳点火提前角度。合理规划最佳的点火提前角度，是发动机点火控制的控制关键点之一。最佳点火提前角度主要由基本点火提前角度与修正量组成，其公式表示为：

最佳点火提前角度=基本点火提前角度+修正量

其中，基本点火提前角度，有发动机本身的温度、转速决定，通过相应型号发动机标定数据得到，是最佳点火提前角度的基础。而修正量需考虑发动机运行的实际情况，实时的对基本点火提前角度进行修正，是发动机能够利用更少的燃油，获得高的燃烧效率。修正量需要考虑的因素有以下几方面：

1）暖机状态。发动机冷启动暖机时，冷却液温度低，不利于发动机的点火燃烧，因此应在原有基本点火提前角度的基础上，增大修正量。

2）怠速状态。发动机怠速状态下，其负荷不稳定，应根据实际的负荷状况，对点火修真量进行调整。

3）发动机过热。当发动机长时间高速运转的时候，容易出现过热现象，此时应适当增大修正量。

4）发动机爆燃。发动机出现爆燃现象，是一种提前的非正常燃烧，不利于发动机的正常运转，因此因适当减小修正量，迅速消除爆燃对发动机的影响。

4点火控制系统软件设计

电子点火系统主程序根据汽车发动机实际工作状态，各传感器信号，进行逻辑运算，获得发动机点火时序及最佳点火提前角度，将信号发送给执行器，实现相应气缸的点火。具体软件流程如图2所示。

图2为发动机电子点火系统主流程图，系统上电后，主程序先对系统各个参数进行初始化，恢复发动机初始数据。然后对系统内各寄存器进行初始化，数据清零。各部分初始化完成后，系统通过对曲轴传感器、冷却液温度传感器、车速传感器等器件的信号检测，获得系统所需数据，对这些数据进行整理、放大、模数转换。故障检测装置检测系统有无故障。如故障，控制芯片将各传感器数据进行逻辑计算，根据当前发动机工况，规划合理的点火时序及点火提前角度。如发现系统故障，则进行故障处理。最终，通过执行器即电火花塞，在电子系统控制下，对发动机各气缸依次点火。

5总结

本文结合发动机的具体工作状况，研究其参数及运行原理，提出了对于发动机点火时序及点火提前角度的控制方案。文章运用电子控制的方式，使用MC9S12DP512单片機作为主芯片，设计了控制电路，并利用软件计算点火提前角度，确定了点火时序，优化了发动机点火提前角度。对于发动机点火系统发展，还有很多值得研究和提高的空间，需要进一步努力与探索。