MC68HC9S12单片机的发动机电喷控制系统的设计应用

1、【Word版本下载可任意编辑】 MC68HC9S12单片机的发动机电喷控制系统的设计应用 1 概述 电控喷射技术是汽车发动机节能环保的重要技术措施，目前汽车行业已经普遍实现电喷化，摩托车行业也已出产了多款电喷车。国内外开展了对摩托车用汽油机电喷的研究。新大洲本田摩托公司的“XDZ50DQT电喷摩托车项目”曾在2000年被有关方面确定为国家技术创新项目。20*年春兰集团对原有电喷系统做了改良，成功运用到出产欧洲的125踏板车上，通过CDI无触点电子点火装置智能控制点火角度，使发动机在任何工况下都能到达状态。*内燃机研究所开展了大量根底理论研究，已有较多的研究成果。*摩托车技术中心研制成功了适用于

2、四冲程进气道和二冲程缸内直喷的FAI燃油电喷系统。20*年*理工大学颜伏伍等人开发了LH150摩托车电喷系统，并成功投入生产使用。 本文针对摩托车单缸发动机开展了电喷技术研究，设计了发动机电喷控制系统，实现了空燃比的控制，提高了燃烧效率。 2 系统设计 电喷控制系统构造如图1所示。本系统基于125 cc单缸四冲程汽油发动机设计。整个系统包括传感器、ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)，以及喷油器和喷油泵等。其中，传感器包括曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气门位置传感器、发动机温度传感器和空气温度传感器。ECU包括Freescale公司的MC68HC9S12

3、XS128，以及信号调理电路、喷油驱动电路、油泵驱动电路和点火驱动电路。 图1 电喷控制系统构造 2.1 传感器的选择与安装 为了得到曲轴和凸轮轴的位置信号，曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器使用霍尔开关量传感器，在启动离合器和小链盘的特定位置分别固定一个小磁铁，通过磁铁经过传感器时产生的方波信号来判断曲轴和凸轮轴的位置。由于传感器体积小、不易安装，设计了传感器电路板，使得传感器的信号稳定，不受油污、灰尘等不良环境的影响。传感器在发动机上的安装如图2所示。 图2 传感器在发动机上的安装 节气门位置传感器是一个线性电位计，实物图如图3所示。其电阻值与节气门的开度成正比，通过给电位计供电，采用AD采

4、集得到节气门开度。 图3 节气门位置传感器 发动机温度传感器和空气温度传感器选用热敏电阻式传感器。其电阻值会随温度的变化而呈线性变化，从而测量发动机缸温和空气温度。 2.2 执行器的选择 执行器包括用于点火的高压包，给燃油系统提供油压的燃油喷射泵(喷油泵)和用于喷射燃油的燃油喷射器(喷油器)。 高压包又称点火线圈，由线圈、二次线圈和铁芯组成。使用时先给线圈充电，在线圈中自感应出200300 V的电压；然后与二次线圈互感而产生出1820 kV的高压电，产生的电压大小取决于两线圈的匝数比；将高压电输送到火花塞点火。 喷油泵输出油压300 kPa，恒压输出，采用脉冲信号驱动柱塞运动、压缩燃油获得压力

5、。喷油器自带高压进油嘴，喷射量，流量与喷射脉宽如图4所示，雾化效果较好。三条线对应的驱动电压由上至下依次为14.2 V、13.2 V、12.2 V。 图4 三种驱动电压14.2 V、13.2 V、12.2 V下不同驱动脉完对应用的流量 3 控制系统硬件设计 采用Freescale公司MC68HC9S12XS128单片机作为控制芯片，使用IGBT v2040s芯片控制点火，使用Power MOSFET IRF3205控制喷油泵和喷射器，通过控制门极电压来实现开关的功能，对执行器开展低端控制。执行器控制电路如图5所示。MC74HC125AD为同相器。 由于整车的电气环境比较恶劣，因此硬件电路的抗干

6、扰性能就显得很重要。首先，通过Protel DXP软件设计、绘制PCB电路板，既减小了电路板的体积，又增强了抗干扰能力。其次，输入信号都要经过相应的信号调理电路处理后再进入单片机，处理后的信号干扰大大减小。对于曲轴和凸轮轴的信号，采用阈值比较器LM339设计了阈值比较电路，如图6所示。这个电路不但把发动机原装的励磁信号转化成方波信号，而且可以对改装以后的传感器信号开展处理。另外，单片机有内部AD模块，对于模拟量需要使用一个低通滤波器电路开展滤。M74HC04M1R为反相器。 4 控制系统软件设计 本控制系统的程序是在Codewarrior IDE上完成编写和调试的。控制程序结合节能车的工况来设

7、计，节能车发动机在比赛时主要有启动、怠速和加速3个过程。控制程序流程如图7所示。 图7 控制程序流程 点火时刻确实定：通过两次曲轴信号来计算出转速，进而查得设定的点火提前角，然后在相应时刻点火。 喷油时刻确实定：依据凸轮轴信号判断出压缩冲程，与压缩冲程的曲轴信号同步喷射。 喷油量确实定：先设定基本喷油量，再根据节气门开度、缸温、空气温度对喷油量开展修正。 喷射持续时间的计算方法： TI=TPFC+FV 式中，TI为汽油喷射的持续时间(ms)；TP为基本喷射时间(ms)；FC为基本喷射时间的修正系数；TV为喷射器无效喷射时间(ms)。 其中，FC由下式计算得出： FC=g(FAT，FTP，FCT) 式中，FAT为空气温度修正系数；FCT为缸温修正系数；FTP为节气门开度修正系数。 5 实际测试结果 本系统首先在发动机上完成验证试验，然后利用节能车来做路跑试验。结果说明该系统可稳定工作，节油效果明显。进一步采用化油器、市售电喷系统和自研电喷系统开展比照试验。试验场地为操场塑胶跑道，试验人员体重配重到达50 kg。试验方式为在跑道上行驶5圈，点火加速10次，每圈时间在57 s以内，记录耗油量。以至少3次数据作为分析依据，超时成绩作废。尽量选择晴朗无风(或