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两用燃料汽车高能点火控制器的研究与设计

—— Research and Design on High-energy Ignition Controller of Dual-fuel Vehicle
作者:宋晓梅 李岸东 毛欢 西安工程大学 电子信息学院时间:2009-10-13来源:电子产品世界收藏

  引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/98859.htm

  凭借储量丰富、排气污染少、经济性好等特点, 天然气逐渐成为良好的汽车代用燃料。在进行双燃料汽车改装时,为了兼顾使用汽油时的性能一般对原发动机结构不做改动[1],由于气体燃料与汽油燃烧特性不同,原系统不能充分发挥气体燃料的效能,动力明显下降。文献[2]针对气体燃料辛烷值高,气体燃料火焰传播速度慢的特点设计了提前角控制器,取得了较好的效果。但是不同型号的发动机,提前角的MAP图是不同的,而且MAP图的获得需要经过大量的实验,开发周期长,成本高,限制了此类点火控制器的广泛应用。本文设计的点火控制器对进行综合控制,不需要获得点火MAP图,缩短了开发周期和成本,通用性强,而且能明显提升汽车的动力,降低排放。

  点火参数控制方案设计

  点火系统的性能主要体现在点火时刻和点火火花强度两个方面[3]。由于气体燃料燃烧传播速度慢,着火延迟期长,着火温度高,汽车在燃用天然气时需要比汽油更大的。本文对的控制,是通过在控制器上设置调整开关,根据所用燃料的不同选择不同的点火调整角度,点火角度调整范围从0o~20o,对天然气、液化石油气、汽油等燃料都适用。

  对于六缸发动机,分电器上霍尔传感器给出的点火信号一个周期对应曲轴转过120o(四缸为180o),如果测得分电器输出点火信号周期所对应时间为T,则曲轴转1o所对应时间为T/120,若点火提前需要提前ao,则时域上相位移动Dt=(ao/120o)*T,式中T是可以测得的量,ao为通过拨码开关设定的提前角度,调整范围为0-20o。当ao=20o时,Dt/T=1/6;当ao=10o时,Dt/T=1/12;当ao=0o时,Dt/T=0;只要确定好Dt与T的比例关系,就可以使点火提前角随着点火频率的变化为一定值,为了使角度调整更加精确,通过拨码开关设置了16个档位来选择提前角度,即提前角度,式中x为拨码开关所对应编码值,将的值带入Dt=(ao/120o)*T, 得,即1个单位x对应点火提前角约0.67o。

  大小与点火线圈初级电流大小有关,初级电流大小受初级回路导通时间控制,因此要控制一个最佳导通时间。传统点火系统初级电路的导通时间受凸轮形状或传感器信号的限制,由于占空比不变,导致发动机在低速运行时,初级电路导通时间长,初级电流大,点火线圈容易发热;高速时,初级电路导通时间短,初级电流小,次级电压低,点火不可靠[4]。本文是利用单片机控制点火导通时间,占空比的设置可以随着频率的变化而变化。点火线圈的充电时间一般为10ms达到饱和,所以当点火信号频率低时,保证充电时间为10ms;当点火信号频率增加,点火周期不足10ms时,保留2ms的放电时间,其余时间全部导通,充分利用了点火信号的占空比,保证发动机高速和低速运转时具有最佳导通时间。

  点火控制器硬件设计

  以单片机为核心的点火控制器的硬件组成框图如图1所示。

  整形电路对分电器输出的信号进行整形,使之成为能被单片机处理的脉冲信号,该信号经过光电隔离电路加到PIC单片机的I/O口。单片机采用Microchip公司的PIC16F73单片机,该型号单片机具有运行速度高、功耗低、驱动能力强、外围模块丰富等优点[5],本系统主要应用了单片机的定时器模块、外中断模块、输出比较模块。单片机对输入信号进行处理,再经过光电隔离控制功率驱动电路中大功率管的导通与截止,实现对点火提前时间和点火闭合时间的控制。在驱动电路中,输出信号首先经过三级管进行放大,然后再控制大功率场效应管的导通与截止,输出峰值电流可达8-9A(原车为6-7A)。

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