摘要：針對發(fā)動機電子點火系統(tǒng)的性能要求，以MC9S12DP256微控制器為核心，通過分析點火時序控制方法，設計點火控制程序，結合外圍硬件設備，設計了六缸發(fā)動機高能直接點火系統(tǒng)。結果表明，利用MC9S12DP256微控制器的邏輯運算能力和定時控制功能，六缸發(fā)動機高能直接點火系統(tǒng)獲得了精確、可靠的點火時序控制性能，使發(fā)動機電子點火系統(tǒng)獲得了新發(fā)展。

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關鍵詞：電子點火; 時序控制; 發(fā)動機; 控制技術

中圖分類號：

TN71034; TK421.2

文獻標識碼：A

文章編號：1004373X(2012)13

0152

03

收稿日期：20120312

0引言

電子技術的發(fā)展對發(fā)動機性能提出更高要求，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)，使點火時刻和點火能量的控制更為精確。在發(fā)動機點火系統(tǒng)中，采用無分電器各缸獨立點火系統(tǒng)，即高能直接點火系統(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損失，從而提高點火能量，滿足車用發(fā)動機稀薄燃燒、增壓和使用代用燃料(如天然氣、酒精)等新技術的發(fā)展要求。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)設計［1］。

1六缸發(fā)動機高能直接點火系統(tǒng) 

六缸發(fā)動機的高能直接點火系統(tǒng)電路設計原理圖如圖1所示。

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點火線圈和火花塞，共六組。點火線圈通過初次級繞組線圈之間進行電磁感應，將蓄電池的電壓升壓后用于激勵火花塞電極間產(chǎn)生電火花，使汽缸內的混合氣點燃。由電子控制單元發(fā)出的控制信號經(jīng)過點火器中的功率三極管的放大為驅動信號，用于對初級電路進行通斷電控制［2］。

1-各種傳感器；2-電子控制單元；3-點火器(功率三極管，6個)；

4-點火開關；5-蓄電池；6-點火線圈(6個)；

7-火花塞(6個)；8-初級繞組；9-次級繞組。

為保證發(fā)動機的性能要求，六缸發(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控制要求［34］，實現(xiàn)六個獨立點火線圈初級電路的適時通、斷電，即電子控制單元要完成多通道的復雜時序控制。

2ECU的硬件結構設計

適用于六缸發(fā)動機高能直接點火系統(tǒng)的電子控制單元(ECU)結構如圖2所示。

ECU以MC9S12DP256微控制器為核心，結合電源、輸入信號整形處理、輸出驅動放大電路、通信接口電路等功能模塊構成［5］。

結構設計中，兩個定時通道設置為輸入捕捉功能，對經(jīng)過整形處理后的曲軸位置信號和發(fā)動機轉速信號進行采集處理；另六個定時通道設置為輸出比較功能，用于六個汽缸的點火線圈初級電路的通斷電控制。

3ECU的控制軟件設計

3.1點火時序的控制方法

六缸發(fā)動機高能直接點火系統(tǒng)的電子控制單元(ECU)在進行點火時序控制的時候，以安裝于凸輪軸上的霍爾傳感器測量得到的發(fā)動機曲軸位置信號為依據(jù)。

曲軸位置信號與點火控制時序的關系如圖3所示，凸輪軸每轉一周，產(chǎn)生七個脈沖信號，其中六個為發(fā)動機各缸的點火基準信號，按1，5，3，6，2，4的缸號順序均勻排列，各基準脈沖信號的上升沿設置在對應各缸壓縮行程上止點前40°，相鄰基準信號間相差120°的曲軸轉角。另有一個附加脈沖信號在1號缸的基準脈沖信號后，其上升沿對應于1號缸的上止點，用于判定1號缸的位置，使點火系統(tǒng)與發(fā)動機的工作同步［6］。

MCU利用定時器輸入捕捉與輸出比較功能的配合，采用延時計數(shù)法進行點火線圈初級電路通斷電時序控制。

3.2點火控制程序設計

為了實現(xiàn)上述點火時序控制功能，本文設計的點火控制程序由主程序和中斷服務子程序等多個模塊組成。主程序的主要功能是根據(jù)發(fā)動機運行工況，通過邏輯運算確定最優(yōu)的點火提前角及初級電路導通時間；中斷服務子程序負責系統(tǒng)輸入信號的采集與處理，而其中輸入捕捉和輸出比較中斷程序是實現(xiàn)點火時序控制的關鍵。點火控制主程序流程圖如圖4所示［7］。

ECU上電后，主程序首先執(zhí)行MCU的初始化操作，設置定時器計數(shù)周期、各輸入輸出功能和各中斷。初始化完成后，主程序進入循環(huán)運行狀態(tài)，等待各中斷服務程序發(fā)生，檢測各輸入?yún)?shù)，進行故障查詢和處理。如系統(tǒng)狀態(tài)正常，則根據(jù)發(fā)動機運行工況確定最優(yōu)的點火提前角及初級電路導通時間［8］。

輸入捕捉和輸出比較的中斷服務程序流程圖分別如圖5和圖6所示。

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利用定時器輸入捕捉與輸出比較功能的配合，采用延時計數(shù)法實現(xiàn)點火線圈初級電路通斷電時序控制。在進入曲軸位置信號上升沿觸發(fā)的輸入捕捉中斷后，首先完成判缸信號拾取、工作缸號確定及控制周期計數(shù)值計算等工作。然后進行點火線圈的通斷電延時控制。當發(fā)動機轉速較高時，設置本缸的斷電延時和相應的輸出比較通道，以及下一缸的通電延時和相應的輸出比較通道；當發(fā)動機轉速較低時，設置本缸的通電延時和相應的輸出比較通道，并且輸出比較中斷。當進入輸出比較中斷時，再以此中斷為基準，設置本缸的斷電延時和相應的輸出比較通道［9］。

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4結論

以MC9S12DP256微控制器為核心的發(fā)動機高能直接點火系統(tǒng)，可實現(xiàn)點火時刻按發(fā)動機工況進行最優(yōu)調節(jié)，并且利用MCU的增強型捕捉定時器實現(xiàn)了六缸發(fā)動機點火的獨立通道控制。輸入捕捉與輸出比較功能相互配合，滿足了六個點火線圈初級電路通斷電的復雜時序控制要求。試驗結果表明，在其工作范圍內的各種轉速工況下，發(fā)動機均能獲得可靠點火，無失火現(xiàn)象。與只有一個點火線圈的傳統(tǒng)點火系統(tǒng)相比，獲得較高點火能量。

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作者簡介：

李周平男，1962年出生，陜西鳳翔人，副教授，高級工程師。主要從事電工、電子、機械工程等教學、研究。