在微机控制的点 火系统中,根据发动机转速、负荷等传感器的信号确定发动机运行工况,计算出最佳的点火时刻,并由微控制 器输出控制信号,使功率三极管截止、初级电路断电,从而实现控制。 点火能量直接影响发动机的着火情况。对于使用增压、稀燃及替代燃料等新技术的发动机,只有点火能 量足够高,才能可靠燃烧,达到提高经济性和改善排放的目的。高能直接点火的关键是保证在任何工况下都能 够提供足够的点火能量。电感储能式点火系统控制点火能量的实质是控制点火线圈在断电时刻的初级电流, 这是靠控制初级电路的通电时间来实现的。点火时刻初级电流所能达到的值,即初级断开电流, 与初级电路 导通的时间长短有关,必须保证初级电路的通电时间来使初级电流达到点火能量的要求。但如果通电时间过 长,点火线圈又会发热并使电能消耗增大。因此,控制一个最佳的初级电路通电时间需兼顾上述两方面的要 综上所述,对于六缸发动机的高能直接点火系统,为保证发动机的性能要求,需按点火顺序、点火时刻和点火能量的要求实现六个独立点火线圈初级电路的适时通、断电,即微控制器要完成多通道的复杂时序控 ECU的硬件结构设计 如图2 所示,适用于六缸发动机的高能直接点火电子控制单元以MC9S12DP256 微控制器为核心,并由电 源、输入信号整形处理、驱动放大电路和通讯电路等功能模块构成。 MC9S12DP256 微控制器采用了高性能的16 位处理器HCS12,可提供丰富的指令系统,具有较强的数值 运算和逻辑运算能力;其内256K字节的 FLASH存储器具有在线编程能力,4K字节的EEPROM和12K字节 的RAM可存储各种控制参数。MC9S12DP256 的低功耗晶振、复位控制、看门狗及实时中断等配置和功能 更有助于系统的可靠运行 MC9S12DP256丰富的接口资源为ECU 输入输出功能的实现提供了方便。负荷信号(节气门位置和进气 压力)、水温信号、蓄电池电压信号等系统模拟输入信号由放大滤波电路处理后,利用MCU 转换模块进行采集。通过MCU 增强型串行通讯模块SCI 可实现与PC 机之间的通讯功能, 进行点火系统运行状态监 控和控制参数的匹配标定。由一个16 位主定时器和8 个可编程输入捕捉/输出比较定时通道构成的增强型 捕捉定时器提供了较强的定时控制功能,可充分满足高能直接点火的复杂时序控制要求。在本系统中, 两个 定时通道设置为输入捕捉功能,对经过整形处理后的曲轴位置信号和发动机转速信号进行采集处理;另六个 定时通道设置为输出比较功能,用于六个汽缸的点火线圈初级电路的通断电控制。 ECU的控制软件设计 3.1 点火时序的控制方法 点火时序的控制以发动机曲轴位置信号为依据。曲轴位置信号通过安装于凸轮轴上的霍尔传感器测量。 如图3 所示,凸轮轴每转一周,产生七个脉冲信号,其中六个为各缸的点火基准信号,根据发动机的点火顺序,按 的缸号顺序均匀排列,各基准脉冲信号的上升沿设置在对应各缸压缩行程上止点前40,相邻基准信号间相差120的曲轴转角。另一个附加的脉冲信号在一缸基准脉冲信号后,其上升沿对应于1 缸的上止点,用于控制系统判定1号缸的位置,使点火系统与发动机的工作同步,称为判缸同步信号。 MCU 利用定时器输入捕捉与输出比较功能的配合,采用延时计数法进行点火线圈初级电路通断电时序 控制。如图3 所示,每缸基准信号的上升沿通过MCU 输入捕捉定时器通道触发中断,并以此中断信号作为一 个控制周期的开始和点火时序控制的基准。将每相邻两基准信号间的时间作为一个控制周期(对应曲轴120 转角), 控制周期时间等于主计数器的时钟周期与两基准间计数值差的乘积,前者是由MCU预设的常数,记作 。若此时的点火提前角为θ,那么当基准信号出现时,只要再过(40-θ)就该进行本缸点火,这一角度被称为点火延迟角,对应的时间被称为点火延时,对应的计数器计数值N 。值计算如下:将主计数器的值加上延时计数值Nd 后送到本缸点火线圈控制的输出比较通道寄存器中,启动该通道的 输出比较功能,并预先规定该通道引脚为低电平。当计数时间到时,该引脚就自动翻转为低电平,点火线圈初 级电路断电,从而实现了本缸点火。MCU 的输出比较功能可得到非常精确的时间间隔,并且对用户程序没有 额外的负担。 同理,在每个控制周期内,为了给即将工作的汽缸进行点火能量的蓄积,还进行了点火线圈初级电路通电 的延时计数法控制。如图3 中所示,初级电路的通电时间要求为t ,则从本缸基准信号出现到下一缸初级电路通电延时所对应的计数值N 的计算如下:当发动机转速较低,下一缸通电延迟时间大于控制周期时间(即 则需在下一控制周期开始时首先进行该缸通电延时控制,通电延时计数值为N t1 ,并设置该通道输出比较中断,以此中断为基准进行点火延时控制。其点火延时计数值为: 3.2 点火控制程序设计 点火控制程序由主程序和中断服务子程序等多个模块组成。主程序的主要功能是根据发动机运行工况, 通过逻辑运算确定最优的点火提前角及初级电路导通时间;中断服务子程序负责系统输入信号的采集与处 理,而其中输入捕捉和输出比较中断程序是实现点火时序控制的关键。 为点火控制主程序流程图。ECU上电后,主程序首先执行MCU的初始化操作,设置定时器计数周期、各输入输出功能和各中断。初始化完成后,主程序进入循环运行状态,等待各中断服务程序发生,检测各输入 参数,进行故障查询和处理。如系统状态正常,则根据发动机运行工况确定最优的点火提前角及初级电路导通 时间。由于各缸点火时刻是通过程序控制进行调节的,因此利用CPU 内部的存储器存储点火控制数据表(点 火脉谱)。这样,点火提前角就能按发动机负荷及转速信号通过查数据表得到, 并可按不同工况进行修正。如 此便可使发动机在任何工况下均能提供最佳点火时刻。 输入捕捉和输出比较的中断服务程序流程图分别如图5 所示。利用定时器输入捕捉与输出比较功能的配合,采用延时计数法实现点火线圈初级电路通断电时序控制。在进入曲轴位置信号上升沿触发的输 入捕捉中断后,首先完成判缸信号拾取、工作缸号确定及控制周期计数值计算等工作。然后进行点火线圈的 通断电延时控制。当发动机转速较高时,设置本缸的断电延时和相应的输出比较通道,以及下一缸的通电延时 和相应的输出比较通道;当发动机转速较低时,设置本缸的通电延时和相应的输出比较通道,并开输出比较中 断。当进入输出比较中断时,再以此中断为基准,设置本缸的断电延时和相应的输出比较通道。 以MC9S12DP256 微控制器为核心的发动机高能直接点火系统一方面可实现点火时刻按发动机工况进 行最优调节,另一方面利用MCU的增强型捕捉定时器,可实现六缸发动机点火的独立通道控制。而且,将输入 捕捉与输出比较功能相配合,满足了六个点火线圈初级电路通断电的复杂时序控制要求。