汽車同步點(diǎn)火自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文）任務(wù)書學(xué)院電氣與電子項(xiàng)目學(xué)院指導(dǎo)教師劉建平職稱副教授學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)題目汽車同步點(diǎn)火自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 目 標(biāo) 和 要 求畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)：本設(shè)計(jì)包括確定控制任務(wù)、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)和軟件方面的設(shè) 計(jì)等，使學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)與理解基于單片機(jī)點(diǎn)火控制系統(tǒng)的原理，鞏固與綜合 專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)專業(yè)課程知識(shí)，提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的實(shí) 踐技能。畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求：本課題在分析國內(nèi)外汽油機(jī)點(diǎn)火參數(shù)的測量方法和研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，討論 了汽車電子點(diǎn)火參數(shù)測量的理論和方法，對(duì)汽車點(diǎn)火測試系統(tǒng)進(jìn)行了探索和研 究，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制存在的諸多因子，將智能傳感器監(jiān)測和單片機(jī)

2、控制相 結(jié)合，提出了基于單片機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)進(jìn)度：1. 根據(jù)題目要求的指標(biāo)，通過查閱有關(guān)資料，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)其硬 件電路圖；2. 畫出電路原理圖，分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關(guān)系；3. 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師簽名： 年月日基層教案 單位審核學(xué)院 審核此表由指導(dǎo)教師填寫學(xué)院審核畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文）學(xué)生開題報(bào)告課題名稱課題來源學(xué)校課題類型AY指導(dǎo)教師學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)本課題的研究現(xiàn)狀汽車點(diǎn)火系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分之一，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、起動(dòng)性能和排放等均有一定的影響。因此 ，點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)步是與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展密切相關(guān) ，也是世 界各國汽

3、車界投入較早、研究較深、發(fā)展較快的一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。在汽車100年多年的發(fā)展歷程中，點(diǎn)火系也經(jīng)歷不斷改進(jìn)、不斷完善的過程，概括起來，汽油機(jī)點(diǎn)火系主要經(jīng)歷了磁電機(jī)點(diǎn)火系、機(jī)械控制式點(diǎn)火系、電子點(diǎn)火系和微機(jī)控制點(diǎn)火系4個(gè)主要階段。每一種點(diǎn)火系都是在當(dāng)時(shí)的制造工藝、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同要求以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展的支持下，克服上一代產(chǎn)品 的缺陷產(chǎn)生的。其中微機(jī)控制點(diǎn)火系是目前最為先進(jìn)的點(diǎn)火系。二、設(shè)計(jì)目的及研究意義首先，精確的汽車點(diǎn)火控制系統(tǒng)能夠讓發(fā)動(dòng)機(jī)更好的運(yùn)轉(zhuǎn)，點(diǎn)火過早，不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率降低，還有可能出現(xiàn)燃?xì)獗己瓦\(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)現(xiàn)象，還會(huì)造成運(yùn)動(dòng)部件損壞；點(diǎn)火過遲導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，功率下降。其次，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)

4、展，能源危機(jī)以及汽車尾氣對(duì)大氣環(huán)境造成的污染日趨嚴(yán)重。而發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)刻的精確控制在提高汽車整體性能的同時(shí)，有效的緩解了這一狀況。與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)節(jié)式點(diǎn)火時(shí)刻控制系統(tǒng)相比，基于微控制器的電子式控制系統(tǒng)具有良好的及時(shí) 性、精確度高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。為此，從發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制系統(tǒng)的控制策略出發(fā)，設(shè)計(jì)了提高發(fā)動(dòng)機(jī)火控制精度的同步時(shí)間點(diǎn)火控制系統(tǒng)。三、本課題的研究內(nèi)容因?yàn)榛旌蠚庠跉飧變?nèi)燃燒占用一定的時(shí)間，所以混合氣不應(yīng)在壓縮行程上止點(diǎn)處點(diǎn)火，而應(yīng)適當(dāng)提前，使活塞達(dá)到上止點(diǎn)時(shí)，混合氣已得到充分燃燒，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得較大功率。點(diǎn)火時(shí)刻一般用點(diǎn)火提前角來表示，即從發(fā)出電火花開始到活塞到達(dá)上止點(diǎn)為止 的一段時(shí)間內(nèi)曲軸

5、轉(zhuǎn)過的角度。如果點(diǎn)火過遲，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)才點(diǎn)火，則混合氣的燃燒主要在活塞下行過程中完成，即燃燒過程在容積增大的情況下進(jìn)行，使熾熱的氣體與氣缸壁接觸的面積增大，因 而轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒崃肯鄬?duì)減少，氣缸內(nèi)最高燃燒壓力降低，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，功率下降。如果點(diǎn)火過早，因?yàn)榛旌蠚獾娜紵耆趬嚎s過程進(jìn)行，氣缸內(nèi)的燃燒壓力急劇升 高，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前即達(dá)最大，使活塞受到反沖，發(fā)動(dòng)機(jī)作負(fù)功，不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)的 功率降低，并有可能引起爆燃和運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)現(xiàn)象，加速運(yùn)動(dòng)部件和軸承的損壞。因此本課題主要研究內(nèi)容：通過壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等傳感器對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行 自動(dòng)控制。當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)時(shí)能根據(jù)氣缸里的溫度、壓力狀況進(jìn)

6、行合理的噴油點(diǎn)火；當(dāng)汽車運(yùn)行 時(shí)能根據(jù)運(yùn)行速度進(jìn)行合理的加油，以使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳的工作狀態(tài)，并使汽油在發(fā)動(dòng) 機(jī)內(nèi)得到完全的燃燒，減少污染。四、本課題研究的實(shí)現(xiàn)方法1、 研究發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理：發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)刻是通過控制點(diǎn)火提前角即點(diǎn)火時(shí)活塞位置到上 止點(diǎn)曲軸轉(zhuǎn)過的角度）來實(shí)現(xiàn)的。影響火花塞點(diǎn)活塞點(diǎn)火時(shí)刻的因素主要有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷大小、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度以及發(fā)動(dòng)機(jī)缸體爆震等。2、 研究點(diǎn)火系統(tǒng)所需硬件，整個(gè)點(diǎn)火系統(tǒng)硬件電路主要由傳感器及信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換 器、電控單元、點(diǎn)火電路、電源及火花塞等部分組成。3、 設(shè)計(jì)電路。各傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的調(diào)理電路調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，送入單片 機(jī)

7、。單片機(jī)根據(jù)一定的控制策略、算法對(duì)輸入信號(hào)運(yùn)算處理，依據(jù)運(yùn)算結(jié)果。在合適時(shí)刻給出控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后，控制點(diǎn)火控制電路工作，通過火花塞最終對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí) 現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。4、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：1傳感器及其調(diào)理電路，主要包括轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、爆震傳感器和節(jié)氣門開度傳感器及相應(yīng)調(diào)理電路。2電控單元及 A/D轉(zhuǎn)化電路設(shè)計(jì)。3點(diǎn)火控制電路設(shè)計(jì)，4電源電路設(shè)計(jì)。5、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：主要由主程序、起動(dòng)子程序、怠速子程序等組成。五、課題來源本課題課題來源于我校電氣與電子項(xiàng)目學(xué)院劉建平副教授。六、進(jìn)度安排1、在2018年1月一2018年2月，查找閱讀實(shí)現(xiàn)方法步驟中的相關(guān)資料及參考文獻(xiàn)，提交 開題報(bào)告。2

8、、在2018年2月一2018年3月中旬，完成論文的課題研究的關(guān)鍵出發(fā)點(diǎn)和方向的論文 大框架，與導(dǎo)師交流解決問題。3、在2018年3月中旬一2018年4月，完成論文的初稿，請(qǐng)導(dǎo)師審閱指導(dǎo)并根據(jù)提出指 導(dǎo)意見，就相關(guān)問題深入探討，做出解決方法。4、在2018年5月一2018年5月20日，完成論文的定稿，請(qǐng)指導(dǎo)老師審閱指導(dǎo)，再次修 正論文定稿并且正式提交畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。5、在2018年6月3好完成畢業(yè)論文答辯。七、已查閱的主要參考文獻(xiàn)<美）B.霍爾貝克，汽車燃油和排放控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、診斷與維修，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.9<美）D威德爾，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與診斷維修，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.8

9、王遂雙等，汽車電子控制系統(tǒng)的原理與維修，北京理工大學(xué)出版社，2006.8吳繼安，汽車電子控制技術(shù)自學(xué)讀本，金盾出版社，2003.八、指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名：年 月 日課題類型：<1）A項(xiàng)目實(shí)踐型；B理論研究型；C科研裝置研制型；D計(jì)算機(jī)軟件型;E綜合應(yīng)用型<2）X真實(shí)課題；Y模擬課題；<1）、<2）均要填，如 AY BX等。畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文）學(xué)生申請(qǐng)答辯表課題名稱汽車同步點(diǎn)火自動(dòng)控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師 < 職稱）劉建平 < 副教授）申請(qǐng)理由學(xué)分修滿，申請(qǐng)答辯學(xué)生所在學(xué)院電氣與電子項(xiàng)目專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生簽名：日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文）指導(dǎo)教師評(píng)審表序號(hào)評(píng)分項(xiàng)目 理工科、管

10、理類）評(píng)分項(xiàng)目（文科滿分評(píng)分1工作量外文翻譯152文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述103技術(shù)水平與實(shí)際能力創(chuàng)新能力與學(xué)術(shù)水平254研究成果基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)論證能力255文字表達(dá)文字表達(dá)106學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求15是否冋意參加答辯：總分評(píng) 語指導(dǎo)教師簽名：另附畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文）指導(dǎo)記錄冊年 月曰畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文）評(píng)閱人評(píng)審表學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)設(shè)計(jì) 論文）題目汽車同步點(diǎn)火自動(dòng)控制系統(tǒng)評(píng)閱人評(píng)閱人職稱序號(hào) 評(píng)分項(xiàng)目 理工科、管理類）評(píng)分項(xiàng)目（文科滿分評(píng)分1工作量外文翻譯152文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述103技術(shù)水平與實(shí)際能力創(chuàng)新能力與學(xué)術(shù)水平254研究成果基礎(chǔ)理論與專

11、業(yè)知識(shí)論證能力255文字表達(dá)文字表達(dá)106學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求15總分評(píng) 語評(píng)閱人簽名：年 月曰畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文）答辯表學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)設(shè)計(jì) 論文）題目汽車同步點(diǎn)火自動(dòng)控制系統(tǒng)序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指標(biāo)滿分評(píng)分1報(bào)告內(nèi)容思路清新；語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正 確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用 價(jià)值。402報(bào)告過程準(zhǔn)備工作充分，時(shí)間符合要求。103倉U新對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。104答辯回答問題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問題 回答準(zhǔn)確，深入。40總分答辯 組評(píng)語答辯組組長 < 簽字）：年 月曰答辯委員 會(huì)意見答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人v簽字）：年 月曰畢業(yè)設(shè)計(jì)V

12、論文）成績評(píng)定總表學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文）題目：汽車同步點(diǎn)火自動(dòng)控制系統(tǒng)成績類別成績評(píng)定I指導(dǎo)教師評(píng)定成績U評(píng)閱人評(píng)定成績川答辯組評(píng)定成績總評(píng)成績ix 40%-mx 20%+nx 40%評(píng)定等級(jí)注：成績評(píng)定由指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師和答辯組分別給分（以百分記 >，最后按“優(yōu)（90-100>”、“良（80-89> ”、“中（70-79> ”、“及格（60-69> ”、“不及格（60 以下 >” 評(píng)定等級(jí)。其中，指導(dǎo)教師評(píng)定成績占40%評(píng)閱人評(píng)定成績占 20%答辯組評(píng)定成績占40%。摘要 隨著世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)及各國對(duì)汽車尾氣排放要求的不斷提高，汽車電子

13、控制 化已經(jīng)成為一種必然的趨勢。傳統(tǒng)的燃油供給方式和點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)不能滿足汽車發(fā) 動(dòng)機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性等方面的要求而被淘汰，取而代之的是電子控制發(fā)動(dòng) 機(jī)。本系統(tǒng)針對(duì)當(dāng)前我國汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)電控化和降低排放污染物的首要任務(wù)， 通過對(duì)國內(nèi)外汽油機(jī)電控系統(tǒng)研究發(fā)展的相關(guān)資料進(jìn)行分析，結(jié)合我們的實(shí)際狀況，選 擇汽油機(jī)電子控制作為主攻方向，設(shè)計(jì)開發(fā)一套性價(jià)比較好的電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽油機(jī) 燃油噴射及點(diǎn)火系統(tǒng)的控制。通過分析研究國內(nèi)外相關(guān)資料，確定所要使用的單片機(jī)型號(hào)，本課題采用 Intel 公司 生產(chǎn)的16位80C196K芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)出一套電控汽油機(jī)燃油噴射及點(diǎn)火控制系 統(tǒng)。硬件

14、電路設(shè)計(jì)主要包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路、輸入信號(hào)處理電路、 燃油噴射和點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路等，因?yàn)榭刂菩盘?hào)的輸出是通過 80C196K單片機(jī)的高速輸出 (HSO系統(tǒng)來完成的，無需CP干預(yù)，具有響應(yīng)快速的特點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)包括各工況噴油程 序設(shè)計(jì)、點(diǎn)火程序以及信號(hào)采集、處理程序等。通過本課題的設(shè)計(jì)研究，基本實(shí)現(xiàn)了電控汽油機(jī)燃油噴射和點(diǎn)火系統(tǒng)的同步控制。關(guān)鍵詞：點(diǎn) 火 系 統(tǒng) ， 電 控 單 元 ， 傳 感 器 ， 燃 油 噴 射ABSTRACTIt has become a trend for the automobile to adopt electronic control technolog

15、y as theemissions regulation is getting increasingly strict and the energy source is getting increasingly deficient in the worldElectronicallycontrolled engines have replacedconventional fuel supply and ignition system engines ，which can 't meet power,fuel economy and exhaust emissions ofengine.

16、According to the present situation of automotive engine in our country and chief taskofreducing exhaust pollutions by analysing data about electronically controlled system for gasoline engine in domestic and abroad and combining with our practical situation，The dissertation develops a setof electric

17、 systems，which realizes control for fuel injection and ignitionsystem of gasoline engine.According to characteristics under different operation conditions of engine ，thedissertation analyzes control demands of air fuel mixture and control essential factors ofignition system， and establishes fuel inj

18、ectionand ignition control strategies correspondingdifferent operation conditions including start，warmup，idle speed ， part load ，full loadacceleration ，deceleration ，stop injection ，etc Through the research on electronic control technologies，the dissertationrealizesoptimum control of fuel injection

19、and ignition system for electronically controlledgasoline engine KEY WORDS：Ignition System ， ECU ， SensorFuel Injection目錄第1章緒論71. 1汽車同步點(diǎn)火自動(dòng)控制系統(tǒng)的選題意義71. 2課題研究背景及現(xiàn)狀71. 2. 1汽車電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)發(fā)展簡述71.2 . 2國內(nèi)點(diǎn)火系發(fā)展簡況71.3 課題研究的內(nèi)容7第2章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制理論72.1 噴油量控制理論72.1 .1決定噴油量的物理因素72.1 .2決定噴油時(shí)間的因素82.1 .3基本噴油時(shí)間的計(jì)算82.1 .4與發(fā)動(dòng)機(jī)溫度

20、有關(guān)的修正系數(shù)Fet92.1 .5加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的修正系數(shù)Fad92. 1. 6大負(fù)荷高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的修正系數(shù) Fmo2.1 . 7理論空燃比反饋修正系數(shù)F0102.1 . 8燃油停供112.2點(diǎn)火提前角控制122.2 . 1決定最佳點(diǎn)火時(shí)刻的因素132.2 . 2基本點(diǎn)火提前角132.2 . 3修正點(diǎn)火提前角及噴油正時(shí)14 第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)143. 1控制單元的設(shè)計(jì)153. 1. 2主電路設(shè)計(jì)16存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)193. 2輸入信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)21曲軸轉(zhuǎn)速及位置傳感器信號(hào)處理電路 22起動(dòng)信號(hào)檢測電路25進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力（MAP傳感器26節(jié)氣門位置傳感器及測量電路26冷卻液溫度及進(jìn)氣溫度傳感器

21、27氧傳感器處理電路27電源電壓測量電路293.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)303. 3.1噴油器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)30點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)31電動(dòng)汽油泵控制電路31第4章電控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)324.1主程序設(shè)計(jì)324. 2起動(dòng)模塊程序設(shè)計(jì)334.3怠速模塊344. 4點(diǎn)火子程序設(shè)計(jì)354. 5中斷程序37結(jié)論37致謝錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)38附錄391.1汽車同步點(diǎn)火自動(dòng)控制系統(tǒng)的選題意義汽車工業(yè)的資金密集、技術(shù)密集、綜合性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益高等特性，使得世界各個(gè)工 業(yè)發(fā)達(dá)國家?guī)缀鯚o一例外的把汽車工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。雖然我國汽車電子行 業(yè)近年來迅速發(fā)展，但因?yàn)榛A(chǔ)薄弱、起步較晚，還存在著很多有待解決的問題

22、，尤其 是電子產(chǎn)品的檢測方法和設(shè)備比較落后，己成為阻礙汽車電子產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用的根本原 因。特別是點(diǎn)火系統(tǒng)，其性能直接影響整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化性，要保證點(diǎn) 火系統(tǒng)各個(gè)部件的高質(zhì)量和高性能，除了要有先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和材料保證外，還必須有 功能全、精度高、可靠性好的各種檢測設(shè)備。據(jù)調(diào)查，我國汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的國產(chǎn)在線測 試設(shè)備多以老式設(shè)備為主，智能檢測設(shè)備較少，而進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，且其智能化程度 不高，測量精度也有限，嚴(yán)重的制約了我國汽車工業(yè)的發(fā)展。汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的基本參數(shù)有點(diǎn)火電壓、點(diǎn)火電流、點(diǎn)火能量、上升時(shí)間、火花持 續(xù)時(shí)間、點(diǎn)火提前角等。已有的研究成果表明，汽油機(jī)的這些點(diǎn)火參數(shù)對(duì)汽油機(jī)的性

23、能 有很大的影響。點(diǎn)火電壓、電流的波形對(duì)燃燒過程有一定的影響，進(jìn)而影響廢氣排放。 汽油機(jī)的著火延遲期是影響循環(huán)變動(dòng)的直接因素，當(dāng)然也影響汽油機(jī)的性能指標(biāo)和排 放，而著火延遲期的長短與燃燒期火焰核的位置和增長速率直接相關(guān)，顯然后者與點(diǎn)火 電壓波形有關(guān)。隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)交換技術(shù)正在迅速覆 蓋著工業(yè)控制的各個(gè)層次，引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，組成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng) 為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。如何把信息技術(shù)應(yīng)用到點(diǎn)火系統(tǒng)的檢測、診斷等汽車工業(yè)急待 解決的領(lǐng)域，是一個(gè)非常值得深入研究的課題?；趩纹瑱C(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角控制、閉合角控制和爆震控制的功 能，極大的提高測

24、試系統(tǒng)的開放性和穩(wěn)定性，而且采用“集中管理、分布控制”的結(jié)構(gòu) 能有效的分散測試系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)測試系統(tǒng)的綜合性能。1. 2課題研究背景及現(xiàn)狀1. 2. 1汽車電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)發(fā)展簡述發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系自1910年首次在汽車上裝用以來，根據(jù)點(diǎn)火系的發(fā)展經(jīng)歷，點(diǎn)火系可 分為傳統(tǒng)點(diǎn)火系和電子點(diǎn)火系，電子點(diǎn)火系又可分為有觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系、無觸點(diǎn)普通電 子點(diǎn)火系和微機(jī)控制電子點(diǎn)火系。1 傳統(tǒng)點(diǎn)火系最早應(yīng)用于汽車的是傳統(tǒng)點(diǎn)火系，采用機(jī)械觸點(diǎn)控制初級(jí)電流，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、更 換方便。缺點(diǎn)是初級(jí)電流受機(jī)械觸點(diǎn)允許電流限制不能過大，點(diǎn)火能量低；閉合角不能 調(diào)整；次級(jí)電壓上升速率較慢，在火花塞積炭時(shí)形成漏電流，次級(jí)電壓

25、下降；機(jī)械觸點(diǎn) 易燒蝕，凸輪易磨損，工作不可靠；機(jī)械調(diào)整裝置調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角，反應(yīng)速度慢，控制 精度低。目前，傳統(tǒng)的點(diǎn)火系已經(jīng)淘汰。2有觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系有觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系是最早機(jī)電相結(jié)合的產(chǎn)品之一，有觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系是最早機(jī)電相 結(jié)合的產(chǎn)品之一，其優(yōu)點(diǎn)是：減小了機(jī)械觸點(diǎn)的電流，消除了觸點(diǎn)燒蝕現(xiàn)象 , 并取消了和 觸點(diǎn)并聯(lián)的電容器，降低了故障率。缺點(diǎn)是：因?yàn)闄C(jī)械觸點(diǎn)的存在，繼承了傳統(tǒng)點(diǎn)火系 的缺點(diǎn)，仍然采用機(jī)械調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角，無閉合角調(diào)節(jié)功能，這些限制了點(diǎn)火 性能的提高。3無觸點(diǎn)普通電子點(diǎn)火系無觸點(diǎn)普通電子點(diǎn)火系取消了機(jī)械觸點(diǎn)，曲軸位置傳感器產(chǎn)生控制點(diǎn)火的信號(hào)，點(diǎn) 火器中的大功率三極管控制初級(jí)電

26、路的通斷。點(diǎn)火器主要由脈沖信號(hào)處理、初級(jí)線圈電 流控制、穩(wěn)壓電路、開關(guān)晶體管輸出驅(qū)動(dòng)電路和過壓、反接、停車斷電等保護(hù)電路組 成。其優(yōu)點(diǎn)是：取消了機(jī)械觸點(diǎn)，提高了工作的可靠性；匹配了高能點(diǎn)火線圈，初級(jí)電 流大，提高了擊穿電壓和點(diǎn)火能量，能夠?qū)崿F(xiàn)閉合角控制，避免了高速失火和低速點(diǎn)火 線圈過熱現(xiàn)象。其缺點(diǎn)是仍采用機(jī)械調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角，調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確。 4微機(jī)控制電子點(diǎn)火系上述點(diǎn)火系統(tǒng)均采用機(jī)械調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角，一方面，機(jī)械裝置反應(yīng)慢，實(shí) 時(shí)性差，控制精度低；另一方面，點(diǎn)火提前角不僅與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載有關(guān)，而且與其 它因素有關(guān)，如汽油的抗爆性能、混合氣的空燃比、發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度和進(jìn)氣終了的壓力

27、等，因而越來越不能滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的需要。隨著微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在 70 年代中 期，汽車上開始應(yīng)用微處理機(jī)控制點(diǎn)火。微機(jī)控制電子點(diǎn)火系的組它主要由電源、傳感 器、電控單元ECU、點(diǎn)火控制器、分電器、高壓線、火花塞等組成。根據(jù)各種傳感器 檢測發(fā)動(dòng)機(jī)工況信息，由控制單元對(duì)點(diǎn)火提前角和閉合角進(jìn)行精確的控制，點(diǎn)火時(shí)機(jī)更 準(zhǔn)確、合理，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能更加優(yōu)越。1.2 2國內(nèi)點(diǎn)火系發(fā)展簡況 當(dāng)前我國發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)展很快，傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)已基本淘汰，電子點(diǎn)火系統(tǒng)已在 微型車及普通型轎車中普及，中、高檔轎車已開始采用計(jì)算機(jī)控制。在電子點(diǎn)火系統(tǒng) 中，又以磁感應(yīng)式和霍爾式為主。目前國內(nèi)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的生產(chǎn)基本都是按主機(jī)

28、廠要求 采用相應(yīng)的國外標(biāo)準(zhǔn)，主要來自德國 VOLKSWAGE法國PEVGEO及美車GM公司。80年 代中期，上海大眾公司開始生產(chǎn)桑塔納轎車，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制點(diǎn)火系的實(shí)驗(yàn)研究、 長沙汽車電器廠引進(jìn)德國BOSCH公司的霍爾無觸點(diǎn)分電器技術(shù)，為該車配套、并率先實(shí) 現(xiàn)了國產(chǎn)化，促使國內(nèi)電子點(diǎn)火系統(tǒng)真正進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。從 90 年代后期開始，國 內(nèi)轎車開始采用電控燃油噴射系統(tǒng)(EFI，點(diǎn)火控制系統(tǒng)也開始采用計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火裝 置，如桑塔納 2000型、捷達(dá)王、廣州本田、富康 988等轎車及重慶長安之星等微型車已開 始采用計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)。我國對(duì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的研究始于 80 年 代中期

29、，一些研究單位對(duì)汽油噴射系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、氧傳感器反饋系統(tǒng)等電控項(xiàng)目的研 究與開發(fā)，取得了一些進(jìn)展，在一些轎車如國產(chǎn) CA720小紅旗等轎車裝用了這些系統(tǒng)。 但因?yàn)槲覈嚬I(yè)基礎(chǔ)還較薄弱，在電子化程度上與國外先進(jìn)水平相比，還存在較大 的差距。國內(nèi)主機(jī)廠需求的計(jì)算機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)，大多來自于進(jìn)口或德國博世公司及 美國德爾福公司等在華辦的合資企業(yè)。汽車工業(yè)的水平，是衡量一個(gè)國家工業(yè)化水平高 低的一個(gè)重要標(biāo)志。世界汽車工業(yè)正在進(jìn)行一場新的技術(shù)革命，圍繞環(huán)保節(jié)能、安全、 可靠及舒適等性能，各國都制定了長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。我國“十五”規(guī)劃經(jīng)濟(jì)工作重點(diǎn)之一 就是大力發(fā)展汽車工業(yè)，根據(jù)世界汽車工業(yè)新的發(fā)展動(dòng)向，隨

30、著國家加入WTO后國際市場的挑戰(zhàn)，迫切要求國內(nèi)企業(yè)快速提高點(diǎn)火系統(tǒng)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力。1.3 課題研究的內(nèi)容 (1結(jié)合器發(fā)動(dòng)機(jī)控制理論，分析了汽車點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理，為軟硬件的設(shè)計(jì)開發(fā)提供基 礎(chǔ)。(2 通過分析國內(nèi)外相關(guān)資料，確定本課題所要使用的單片機(jī)型號(hào)。通過分析，本課 題采用In tel公司生產(chǎn)的16位80C196K芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)出一套基于單片機(jī)控制的 點(diǎn)火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了信號(hào)輸入處理電路及執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路以及系統(tǒng)軟件方面。第2章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制理論2.1噴油量控制理論汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制燃油噴射點(diǎn)火系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，不僅包含有先進(jìn)的 硬件技術(shù)和軟件技術(shù)，而且應(yīng)用了一些先進(jìn)的理論。如

31、電子控制燃油噴射和點(diǎn)火理論及 故障診斷學(xué)理論等，作為分析該控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)首先要對(duì)這些基本理論有一定的理解。 因?yàn)橹挥猩钊肓私夂闷囯娍氐倪^程，才能在對(duì)汽車電控系統(tǒng)的分析過程中把握正確的 方向?？刂评碚撌蔷幹茟?yīng)用和優(yōu)化控制軟件的理論基礎(chǔ)。是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技 術(shù)學(xué)科，是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，需要大量投資，采集大量實(shí)用數(shù)據(jù)利用 經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論而建立的開環(huán)、閉環(huán)、最優(yōu)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，在優(yōu)化控制中。采用 建立汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)控制的數(shù)字模型，然后利用相應(yīng)的控制方法進(jìn)行優(yōu)化控制。但是發(fā) 動(dòng)機(jī)噴油點(diǎn)火系統(tǒng)比較復(fù)雜，影響因素多。理論推導(dǎo)優(yōu)化狀態(tài)下的數(shù)字模型有時(shí)比較困 難，因此還是要采用實(shí)驗(yàn)的方

32、法。在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)中，用計(jì)算機(jī)不斷檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速、負(fù)荷、溫度、進(jìn)氣量、油耗等一系列實(shí)車參數(shù)，然后用查表的方法。查出該工況的 數(shù)據(jù)，進(jìn)行修正后再輸出控制參數(shù)，由驅(qū)動(dòng)電路去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這是目前應(yīng)用較多的 優(yōu)化控制方法。燃油供給裝置向進(jìn)氣管提供一定比例的燃油與空氣相混合，形成混合 氣。混合氣燃燒時(shí)按下式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：CaHb+xO?-* aCO b/2H2O< 21)空氣和燃油的混合比，即空氣質(zhì)量 Ga和燃油質(zhì)量Gf之比，稱為空燃比，公式如下：A/ F =Ga/G f < 2 2)汽油完全燃燒并且只生成 CO2和H2O和時(shí)的空燃比稱為理論空燃比，約為14.7左右 但是空燃比除了對(duì)排

33、放有影響外，還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和油耗有影響，達(dá)到零污染并不是 空燃比控制的唯一目的。因此，對(duì)空燃比的控制要綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的排放、動(dòng)力性和燃 油經(jīng)濟(jì)性。2.1 . 1決定噴油量的物理因素電子控制燃油噴射系統(tǒng)使用電磁噴油器(嘴直接向進(jìn)氣管噴射油，并通過激勵(lì)信號(hào) 的通斷控制油嘴的開閉，單次噴射量的計(jì)算公為 ：Gf 十皿 gdjPf 一只0< 2.3)公式中：.一噴油嘴的流量系數(shù)；Fn噴油嘴的面積；g 重力加速度；Pf燃油壓 力；Pb-進(jìn)氣壓力；dt 開閥持續(xù)時(shí)間。對(duì)特定型號(hào)的噴油嘴來說，其流量系數(shù)和噴嘴面積都是定值。而因?yàn)槿加蛪毫φ{(diào)節(jié)器的 作用，使噴油嘴的噴油壓力與進(jìn)氣歧管的壓力差 (Pf Pb

34、>#持恒定，所以噴油嘴的每次 噴油量僅與開閥持續(xù)時(shí)間成正比，因此每次燃燒需要的燃油量，可以通過控制噴油時(shí)間 來確定，即Gf =K T<2.4 )式中：K常數(shù)(對(duì)于特定的噴油嘴來說>；T噴油時(shí)間。2.1 . 2決定噴油時(shí)間的因素對(duì)于已知特定的噴油器來說，噴油量是由噴油時(shí)間來決定的。所以對(duì)噴油量的控制 問題已經(jīng)轉(zhuǎn)化為對(duì)噴油時(shí)間的控制問題。實(shí)際噴油時(shí)間T由下式?jīng)Q定：T = TpH + Tn(2.5>式中：T實(shí)際噴射時(shí)間；Tp基本噴射時(shí)間；Tn噴油器無效噴油時(shí)間，當(dāng)ECU輸出信 號(hào)驅(qū)動(dòng)噴油器工作時(shí)，因?yàn)閲娪推鲃?dòng)作的滯后，開閥時(shí)間T0比關(guān)閥時(shí)間Tc長，我們把(T0-Tc>的

35、時(shí)間，即噴油器不噴油時(shí)間稱為無效噴射時(shí)間；Fc基本噴射時(shí)間修正系數(shù)。它是考慮空燃比變化時(shí)的修正系數(shù)，它與下列中的各項(xiàng)有關(guān)：Fc =g(Fet，F(xiàn)ad, F0，F(xiàn)1，F(xiàn)m>(2.6>Fet 與發(fā)動(dòng)機(jī)溫度有關(guān)的修正系數(shù)；Fad加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的修正系數(shù)；F0-理論空燃比 反饋修正系數(shù)；Fl 學(xué)習(xí)控制產(chǎn)生的修正系數(shù)；Fn大負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的修正系 數(shù)。2.1 . 3基本噴油時(shí)間的計(jì)算根據(jù)式(2.2>，如已知每缸進(jìn)氣質(zhì)量(Ga>與目標(biāo)空燃比(A/F>就可以確定每次燃燒需 要的燃油質(zhì)量，即Gf=Ga/ (A / F>(2.7>又根據(jù)式(2.4>，噴油時(shí)間由下

36、列決定；T=Ga/K (A/F>(2.8>如果空燃比A/F設(shè)為理想值14.7，那么這個(gè)噴油時(shí)間就定義為基本噴油時(shí)間 Tp,對(duì)于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，K和Ga是不同的，它們由各自發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的物理機(jī)構(gòu)所決定2.1 4與發(fā)動(dòng)機(jī)溫度有關(guān)的修正系數(shù) Fet1起動(dòng)后燃油增量的修正系數(shù)冷機(jī)起動(dòng)后的數(shù)十秒內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行燃油修正，發(fā)動(dòng)機(jī)越冷，燃油增量越大，需修正的 時(shí)間越長，這是因?yàn)樵诘蜏仄饎?dòng)后的一段時(shí)間內(nèi)，進(jìn)氣門及氣道壁處的汽油汽化不良， 造成燃油供應(yīng)不足，此時(shí)把符合空燃比 14.7 的汽油量供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠涣?，?著在進(jìn)氣門及氣道壁處的汽油不與空氣混合，仍會(huì)使實(shí)際參與燃燒的混合氣變稀，如果 不進(jìn)

37、行燃油增量修正，就會(huì)發(fā)生怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)、振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)熄火等現(xiàn)象；因此，發(fā)動(dòng) 機(jī)冷起動(dòng)后的增量修正，是對(duì)此時(shí)造成的燃油供給不足的一種補(bǔ)償措施。 2暖機(jī)時(shí)燃油增量的修正系數(shù)冷車起動(dòng)后，接著就進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)期，暖機(jī)時(shí)燃油增量的修正，也是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 冷態(tài)運(yùn)行時(shí)燃油供給不足的一種補(bǔ)充措施，在進(jìn)行起動(dòng)后燃油增量修正的同時(shí)，進(jìn)行暖 機(jī)修正時(shí)間較長，應(yīng)在冷卻水溫度達(dá)到規(guī)定值前一直持續(xù)進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)完成起動(dòng)后不 久，進(jìn)氣門和氣道內(nèi)壁的溫度隨著燃燒過程的進(jìn)行會(huì)很快上升，與此同時(shí)冷卻水溫度也 不斷上升，發(fā)動(dòng)機(jī)逐步達(dá)到暖機(jī)狀態(tài)，可以說，暖機(jī)時(shí)燃油增量的修正，是與冷卻水溫 度的整個(gè)上升過程伴隨而行的，而且它隨冷卻水溫度的上

38、升而逐漸衰減。 3高溫時(shí)燃油增量的修正系數(shù)高溫時(shí)燃油增量的修正，是在發(fā)動(dòng)機(jī)高溫起動(dòng)工況下進(jìn)行的。例如，汽車高速行駛 后發(fā)動(dòng)機(jī)熄火10- 30mi n,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高溫下的再起動(dòng)，就應(yīng)進(jìn)行高溫燃油增量修 正。一般汽車在高速行駛時(shí)，因?yàn)樾旭傊械娘L(fēng)力冷卻作用，汽油溫度不會(huì)太高，充其量 也就是50C左右，如果此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，發(fā)動(dòng)機(jī)就成為熱源，會(huì)使汽油溫度上升至 80 100C。一旦達(dá)到這樣的溫度，噴油器中的汽油會(huì)出現(xiàn)沸騰，產(chǎn)生汽油蒸汽，在噴油器噴 射的汽油中，因含有蒸汽而使汽油噴射量減少造成混合氣變稀，為了解決因汽油蒸汽引 起的混合氣變稀的問題，應(yīng)采用高溫起動(dòng)時(shí)燃油增量修正的措施，一般是當(dāng)冷卻水溫度

39、 上升到設(shè)定值（如100C以上時(shí)，進(jìn)行高溫燃油增量修正。2.1 5加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的修正系數(shù) Fad在汽車進(jìn)行加減速時(shí)，僅使用燃油基本噴射量，則混合氣的空燃比相對(duì)于目標(biāo)值會(huì)產(chǎn)生一定偏移。一般情況下，偏移趨向是，加速時(shí)混合氣變稀，減速時(shí)混合氣變濃。因 此，要分別進(jìn)行燃油增量和減量的修正，如果不進(jìn)行加速減速時(shí)的燃油量修正，發(fā)動(dòng)機(jī) 就會(huì)產(chǎn)生“喘振”車輛產(chǎn)生前后方向的振動(dòng)現(xiàn)象，排氣中的有害成分也會(huì)增加。當(dāng)噴油 器將汽油噴入進(jìn)氣管后，有一部分將附著在進(jìn)氣門及其附近，加速時(shí)，節(jié)氣門突然大 開，使附著在這些部位的燃油增加，因?yàn)楦街钠推枰欢螘r(shí)間，因此加速時(shí)實(shí) 際供應(yīng)的燃油相對(duì)不足致使此時(shí)的混合氣比目標(biāo)空

40、燃比時(shí)變稀。進(jìn)氣管壓力的高低和附 著部位溫度的高低，對(duì)附著燃油的汽化速度具有十分強(qiáng)烈的影響。進(jìn)氣管的壓力越高 ( 意 味著大負(fù)荷 >，附著燃油的汽化速度降低，則附著燃油汽化速度越慢，在加速工況時(shí)，進(jìn) 氣管內(nèi)壓力升高，附著燃油的汽化速度降低，因而附著的燃油數(shù)量增加?？紤]兩種因素 的影響，加速時(shí)燃油修正系數(shù) Fad 由兩部分組成，即F ad= Fd11 + F th 11(2.9>式中： Fdl1 滿足負(fù)荷變化量的修正系數(shù)，它反映加速時(shí)進(jìn)氣管內(nèi)壓力突然增高，是表 征發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變大時(shí)的修正系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷一般用每一進(jìn)氣行程中吸入的空氣量或者 節(jié)氣門的開度等來表示，負(fù)荷變化量越大，意味著進(jìn)

41、氣管壓力變化率大，修正量也就越 大。 Fth1 滿足冷卻水溫度不同時(shí)的修正系數(shù)，它反映加速時(shí)汽油附著部位的溫度不 同，引起燃油汽化變化速度的修正系數(shù)，在負(fù)荷變化量相同的加速工況下，冷卻水溫度 越低，加速修正系數(shù)越大。減速時(shí)節(jié)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣管壓力降低，促使附著在進(jìn)氣門附 近的汽油加速汽化，因此與加速工況相反，這時(shí)混合氣變濃。減速與加速時(shí)一樣，要考 慮兩種因素的影響。21 6 大負(fù)荷高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的修正系數(shù) Fm 空燃比的調(diào)整是在考慮一定排放性能的前提下，盡量提供經(jīng)濟(jì)混合氣，以獲得最低 油耗。相對(duì)于部分負(fù)荷，當(dāng)汽車在節(jié)氣門全開的大負(fù)荷下行駛時(shí)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)輸出更大 扭矩，節(jié)氣門開關(guān)是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀態(tài)的

42、傳感器，通過節(jié)氣門位置可把全負(fù)荷信號(hào)輸 入ECU實(shí)現(xiàn)大負(fù)荷控制為開環(huán)控制，氧傳感器的反饋控制停止作用。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速 運(yùn)行，即汽車高速行駛時(shí)，同大負(fù)荷行駛時(shí)基本一樣。另外，如果空燃比變小，則燃燒 溫度下降，排氣溫度也下降。為此，當(dāng)排氣系統(tǒng)部件 ( 排氣管，氧傳感器，催化反應(yīng)器 > 的溫度超過許用溫度時(shí)，也有將空燃比設(shè)置在較小的情況 。2.1 7理論空燃比反饋修正系數(shù) F0為了適應(yīng)排放法規(guī)提出的排放要求，許多汽車上都裝有三元催化反應(yīng)器，三元催化 作用時(shí)必須是混合氣在理論空燃比附近，才能使 CO，HC 的氧化作用與 NOx 的還原作用 同時(shí)進(jìn)行，才能具有向 CO2， H2O，O2， N2

43、無害化學(xué)成分轉(zhuǎn)化的能力。為了有效地利用 三元催化反應(yīng)器，充分凈化排氣，就要提高空燃比的控制精度，使其盡可能地維持在理 論空燃比為中心值的范圍內(nèi)。根據(jù)氧傳感器的輸出特性，氧傳感器輸出信號(hào)電壓在理論 空燃比處發(fā)生躍變，ECU有效地利用這一空燃比反饋信號(hào)，將其信號(hào)電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn) 行比較，判定混合氣的濃稀程度進(jìn)行控制。如較理論空燃比濃，則縮短噴油時(shí)間，反之 則延長噴油時(shí)間，這就是反饋控制。從進(jìn)氣管內(nèi)形成混合氣開始，至氧傳感器檢測排氣 中的含氧濃度，需要經(jīng)過一定時(shí)間，這一過程的時(shí)間包括混合氣吸入氣缸，排氣流過氧 傳感器。以及氧傳感器的響應(yīng)時(shí)間等。因?yàn)榇嬖跍髸r(shí)間，要完全準(zhǔn)確地使空燃比保持 在理論空燃比

44、 14.7 附近是不可能的，因此實(shí)際控制的混合氣的空燃比總是保持在理論空 燃比 14.7 附近的一個(gè)狹窄范圍內(nèi)。采用氧傳感器進(jìn)行反饋控制，即閉環(huán)控制期間，原則 上供給的混合氣是在理論空燃比附近的，但是有些條件下是不合適的。如發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) 以及剛起動(dòng)未暖機(jī)時(shí)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度低，這時(shí)需要較濃的混合氣，如按反饋控 制供給的混合氣在理論空燃比附近，發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)熄火；又如發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也需要較濃的混合氣，如按反饋控制供給的混合氣也在理論空燃比附近，則發(fā) 動(dòng)機(jī)會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)不良，所以在有些情況下應(yīng)停止反饋控制，即進(jìn)行開環(huán)控制狀態(tài) 。一般在以下情況下反饋控制作用解除： （1發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)。 （

45、2起動(dòng)后燃油增量修正 （加濃時(shí)。（3冷卻水溫度低使燃油增量修正時(shí)； 4節(jié)氣門全開（大負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速 時(shí)； （5加減速燃油量修正時(shí)； （6燃油停供時(shí)； （7從氧傳感器送來的空燃比過稀信號(hào)持續(xù)時(shí) 間大于規(guī)定值（如10s以上時(shí)；（8從氧傳感器送來的空燃比過濃信號(hào)持續(xù)時(shí)間大于規(guī)定 值（如10s以上時(shí)。此外，因?yàn)檠鮽鞲衅鞯臏囟仍?00C以下不會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)，當(dāng)然反饋控制也不會(huì)發(fā) 生作用。以上為綜合說法 , 各種發(fā)動(dòng)機(jī)的反饋控制作用解除情況可能不完全一樣。有一點(diǎn) 要說明的是。在上文中對(duì)基本噴油時(shí)間的各種修正系數(shù)作了一些規(guī)律描述，但是并沒有 給出具體的計(jì)算公式，這是因?yàn)檫@些修正系數(shù)不能從理論上得出，而且隨著發(fā)

46、動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 的不同而有差異，它們只能由對(duì)特定的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)作大量的實(shí)驗(yàn)得出的曲線來決定。2.1 8燃油停供所謂燃油停供，是指ECU停止對(duì)噴油器發(fā)送燃油噴射信號(hào)，噴油器停止噴油。燃油 停供大致可以分為兩種情況：第一種是減速以降低燃油消耗和改善排氣凈化為目的燃油 停供；第二種是發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)以防止發(fā)動(dòng)機(jī)損壞為目的的燃油停供。如果節(jié)氣門 全閉，而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在設(shè)定轉(zhuǎn)速以上工況（硬減速時(shí)，ECU將判定為不需供給燃油的減 速狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)入燃油停供策略。燃油停供時(shí)的轉(zhuǎn)速還要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度，有無 空調(diào)等之類的負(fù)荷因素精確確定，并依此確定燃油停供范圍；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度越低燃 油停供頻率越高，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)

47、在冷態(tài)下工作時(shí)，怠速設(shè)置的轉(zhuǎn)速比較高，須防止發(fā) 動(dòng)機(jī)在怠速狀態(tài)下進(jìn)入燃油停供狀態(tài)。另外，在燃油停供期間，一旦節(jié)氣門被打開，就 應(yīng)立即恢復(fù)燃油噴射。為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高而引起發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的最高 轉(zhuǎn)速進(jìn)行限制。對(duì)電子控制燃油噴動(dòng)機(jī)來說，多采用切斷燃油的電子轉(zhuǎn)速限制裝置， ECU 將根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與ECU內(nèi)存儲(chǔ)的最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到設(shè)置的最高轉(zhuǎn)速 時(shí)，ECU立即抑制噴油脈沖，停止輸出噴油信號(hào)，使噴油器停止噴油；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降 低至規(guī)定值時(shí)，再恢復(fù)噴油，如此循環(huán)，以防止轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升 。2.2 點(diǎn)火提前角控制在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣缸內(nèi)的混合氣是由高壓電火花點(diǎn)燃的，而產(chǎn)生電火花是由點(diǎn)火

48、系統(tǒng)來控制的，點(diǎn)火時(shí)刻必須符合發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況。首先，點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)該按發(fā)動(dòng)機(jī)氣 缸的工作順序點(diǎn)火，其次必須在最佳時(shí)刻點(diǎn)火。最佳的點(diǎn)火時(shí)刻，主要是從發(fā)動(dòng)機(jī)獲得 最大功率和最小燃料消耗來考慮的。在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)控制中，還要根據(jù)改善燃燒情況，避 免爆震和減少有害氣體排放來考慮。圖 2.1 表示氣缸壓力與點(diǎn)火時(shí)刻 以曲軸轉(zhuǎn)角表 示）的關(guān)系，圖中曲線 A 是氣缸內(nèi)不點(diǎn)火燃燒室的壓力波形，以上止點(diǎn)為中心左右對(duì) 稱，曲線 B、C、D 分別是改變點(diǎn)火時(shí)刻的燃燒壓力波形。實(shí)驗(yàn)證明：在最佳點(diǎn)火提前角 時(shí)點(diǎn)火（如圖2.1中點(diǎn)火時(shí)刻C氣缸內(nèi)的最高燃燒壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后10°左右，此時(shí) 燃燒壓力所作的功（相當(dāng)于圖2

49、.1中曲線C與曲線A之間所包含的陰影面積 最大，即發(fā)動(dòng) 機(jī)發(fā)出的功率最大。如果點(diǎn)火過早（如圖2.1中的點(diǎn)火時(shí)刻B>,則燃燒大部分在壓縮形成中進(jìn)行， 氣缸內(nèi)壓力急劇升高，對(duì)活塞上行形成很大的阻力，雖然最大燃燒壓力最高，但是所作 的功并非最大，不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，油耗增加，而且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行粗暴，振動(dòng)和噪聲 都很大，甚至還會(huì)引起有損于發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震（如圖2.1中的鋸齒波形 >。如果點(diǎn)火過遲（如 圖2.1中的點(diǎn)火時(shí)刻D>則燃燒大部分在活塞下行時(shí)容積增大的情況下進(jìn)行，燃燒壓力 損失太大，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，同時(shí)因?yàn)闊霟岬娜細(xì)馀c氣缸壁的接觸面積增大，熱損失增 多，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，油耗增大。不同

50、發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火提前角各不相同，即使是同一 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，在不同工況和使用條件下的最佳點(diǎn)火提前角也是不同的。2.2 . 1決定最佳點(diǎn)火時(shí)刻的因素點(diǎn)火時(shí)刻是用點(diǎn)火提前角來表示的，點(diǎn)火提前角是指從火花塞電極跳火開始，到活 塞運(yùn)行至上止點(diǎn)時(shí)的一段時(shí)間內(nèi)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。最佳點(diǎn)火提前角9由下列公式?jīng)Q疋:9 = f（n，P, t1,t2,入 >（2.10>式中：n發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；p負(fù)荷；t1 冷卻水溫度；t2 進(jìn)氣溫度；入一空燃比。理論 推導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型比較困難。且很難真實(shí)描述其運(yùn)行狀態(tài)。因此，國內(nèi) 外一般采用實(shí)驗(yàn)的方法，用最佳狀態(tài)下的數(shù)據(jù)建立模型。另外，為了避免爆震，控制系 統(tǒng)還加上

51、爆震信號(hào)反饋控制，因此爆震信號(hào)也影響點(diǎn)火提前角。2.2 . 2基本點(diǎn)火提前角基本點(diǎn)火提前角是通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)測量得到的發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速下的最佳點(diǎn)火提前角，它們存儲(chǔ)在ECU的ROM數(shù)據(jù)區(qū)中，呈三維表形式，稱之為基本點(diǎn)火提前 角MAP圖。下面闡述一下基本點(diǎn)火提前角與轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高。最佳 點(diǎn)火提前角越大，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高后，在相同時(shí)間內(nèi)活塞移動(dòng)距離增大，因而 曲軸相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度也增大，而此時(shí)混合氣燃燒的速率不變或變化不大，當(dāng)然點(diǎn)火提前 角應(yīng)增大。在同一轉(zhuǎn)速下，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大，最佳點(diǎn)火提前角逐漸減小，這是因 為負(fù)荷增大 （即節(jié)氣門開度增大 時(shí)，吸入氣缸內(nèi)的混合氣增

52、多，壓縮行程終了時(shí)的壓力 和溫度增高，殘存廢氣量相對(duì)減少，使燃燒速度加快，所以點(diǎn)火提前角應(yīng)減小。2.2 3修正點(diǎn)火提前角及噴油正時(shí)對(duì)由MAP中取出的點(diǎn)火提前角的修正，因?yàn)?MAP中的點(diǎn)火提前角僅僅由轉(zhuǎn)速、負(fù)荷 兩項(xiàng)決定，所以當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)就有一定的局限性，這時(shí)就需要根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行 一定的修正，包括暖機(jī)修正、爆震修正、過熱修正等，修正點(diǎn)火提前角也是由實(shí)驗(yàn)得出 的規(guī)律決定的。噴油量控制和適時(shí)點(diǎn)火是發(fā)動(dòng)機(jī)電控的主要部分，但是噴油正時(shí)也是其 不可少的一部分。在最佳時(shí)刻噴油對(duì)于混合氣的形成十分有利，它對(duì)提高燃油經(jīng)濟(jì)性和 降低有害物質(zhì)排放等都有一定的好處。當(dāng)然，只有采用順序噴射的系統(tǒng)才能進(jìn)行噴油正

53、時(shí)控制。下面以四缸順序噴射系統(tǒng)為例，曲軸每轉(zhuǎn)兩圈，每缸都輪流噴射一次，且像點(diǎn) 火系一樣按照特定的順序依次進(jìn)行噴射，控制器輸出四個(gè)信號(hào)分別控制四個(gè)噴油嘴工 作。氣缸有四個(gè)工作行程進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣，火花塞點(diǎn)火是在壓縮行程中活塞 到達(dá)上止點(diǎn)前 （即點(diǎn)火提前角 進(jìn)行的，噴油一定要在點(diǎn)火前完成，因此噴油必須在前一 行程（進(jìn)氣行程 或更早的排氣行程中完成。因?yàn)槠蛧娚浜笮纬删鶆蚩扇蓟旌蠚膺€需要 一段時(shí)間，所以實(shí)驗(yàn)證明在排氣行程中活塞到達(dá)上止點(diǎn)前 （ 也有一個(gè)提前角 噴油為最 佳。第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控點(diǎn)火系統(tǒng)是以電子控制單元 （ECU沖的微處理器為核心，以各種傳 感器和功率放大器為前

54、后向通道的主要樞紐，加上各項(xiàng)管理和控制功能軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā) 動(dòng)機(jī)噴油和點(diǎn)火的精確控制。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)過程中，進(jìn)行了廣泛的電子產(chǎn)品市場調(diào)研，在 綜合性價(jià)比的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)選用了 Intel公司生產(chǎn)的16位80C196K單片機(jī)為主芯片設(shè)計(jì) 汽油機(jī)電控系統(tǒng)的硬件電路?？刂茊卧布娐吩O(shè)計(jì)主要包括控制單元設(shè)計(jì)、信號(hào)采集系統(tǒng)及其處理電路設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)等。其控制系統(tǒng)的組成框圖如圖3-1所示傳感器進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力信號(hào) 節(jié)氣門位置信號(hào) 冷卻水溫信號(hào) 進(jìn)氣溫度信號(hào)氧化佶感器信號(hào)爆震傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)速信號(hào) 判缸信號(hào) 起動(dòng)信號(hào)執(zhí)行器輸入電路電子電控單元3-1系統(tǒng)組成框圖各缸噴油器 點(diǎn)火執(zhí)行機(jī)構(gòu) 怠速步進(jìn)電機(jī)輸出&

55、#174;路7T/ D轉(zhuǎn)換器輸入接口電路3. 1控制單元的設(shè)計(jì)控制單元的功用是對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)送入的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀 態(tài)及控制效果，進(jìn)而做出控制決策，并發(fā)出控制指令驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。電子控制單元 由單片機(jī)、擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及一些輔助電路組成。3.1.1 CPU類型的選擇中央處理單元CPU是發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的“大腦”，是電控單元的核心，根據(jù)EC所要實(shí)現(xiàn)的基本功能，要求其CPUS片必須滿足以下條件：功能強(qiáng)大的指令系統(tǒng)。豐富的實(shí)時(shí) 中斷資源。高速的輸入輸出能力。適合復(fù)雜的工作環(huán)境；綜合考慮價(jià)格等因素，因此單 片機(jī)選型尤其要注視。在國外最新的電控管理系統(tǒng)中已應(yīng)用的功能最強(qiáng)大

56、的是32位微處理器，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能的增加，采用 32位微處理器，運(yùn)行速度可以成倍的增加。但 32位微處理器的缺點(diǎn)是其芯片及相應(yīng)的開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格昂貴，增加了開發(fā)費(fèi)用和產(chǎn)品成 本。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，在已有的電控系統(tǒng)中，大部分采用了專用芯片作為主芯片，價(jià)格較 高，而且通用性較低。INTEL的通用芯片功能強(qiáng)大、精確度商，完全可以實(shí)現(xiàn)專用芯片的 控制功能。而且在市場上很普及，價(jià)格也較低，這樣不僅可降低電控系統(tǒng)的成本，而且 使我們設(shè)計(jì)的電控系統(tǒng)通用性及普及性加強(qiáng)。本系統(tǒng)選用發(fā)展十分成熟的INTEL公司的80C196K芯片，價(jià)格便宜，在市場上容易買到，能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)控制的功能、速度和存儲(chǔ) 空間的要求。80C196K單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)由14個(gè)單元組成，有中央處理單元CPU時(shí)鐘發(fā)生器、中斷控制單元、程序存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器控制器 MC和從程序記數(shù)器SP(以及隊(duì)列QUEUE端口 3(P3和端口 4(P4、總線交換協(xié)議與端口 1(Pi、高速輸入輸出通道、定時(shí)器單元、串行 通信單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、端口 2(P2多路轉(zhuǎn)換器、端口 0(P0和端口 2(P2、A/D轉(zhuǎn)換單 元；軟件總體結(jié)構(gòu)由