1、【Word版本下載可任意編輯】 MC68HC9S12單片機的發動機電噴控制系統的設計應用 1 概述 電控噴射技術是汽車發動機節能環保的重要技術措施，目前汽車行業已經普遍實現電噴化，摩托車行業也已出產了多款電噴車。國內外開展了對摩托車用汽油機電噴的研究。新大洲本田摩托公司的“XDZ50DQT電噴摩托車項目”曾在2000年被有關方面確定為國家技術創新項目。20*年春蘭集團對原有電噴系統做了改良，成功運用到出產歐洲的125踏板車上，通過CDI無觸點電子點火裝置智能控制點火角度，使發動機在任何工況下都能到達狀態。*內燃機研究所開展了大量根底理論研究，已有較多的研究成果。*摩托車技術中心研制成功了適用于

2、四沖程進氣道和二沖程缸內直噴的FAI燃油電噴系統。20*年*理工大學顏伏伍等人開發了LH150摩托車電噴系統，并成功投入生產使用。 本文針對摩托車單缸發動機開展了電噴技術研究，設計了發動機電噴控制系統，實現了空燃比的控制，提高了燃燒效率。 2 系統設計 電噴控制系統構造如圖1所示。本系統基于125 cc單缸四沖程汽油發動機設計。整個系統包括傳感器、ECU(Electronic Control Unit，電子控制單元)，以及噴油器和噴油泵等。其中，傳感器包括曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、空氣門位置傳感器、發動機溫度傳感器和空氣溫度傳感器。ECU包括Freescale公司的MC68HC9S12

3、XS128，以及信號調理電路、噴油驅動電路、油泵驅動電路和點火驅動電路。 圖1 電噴控制系統構造 2.1 傳感器的選擇與安裝 為了得到曲軸和凸輪軸的位置信號，曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器使用霍爾開關量傳感器，在啟動離合器和小鏈盤的特定位置分別固定一個小磁鐵，通過磁鐵經過傳感器時產生的方波信號來判斷曲軸和凸輪軸的位置。由于傳感器體積小、不易安裝，設計了傳感器電路板，使得傳感器的信號穩定，不受油污、灰塵等不良環境的影響。傳感器在發動機上的安裝如圖2所示。 圖2 傳感器在發動機上的安裝 節氣門位置傳感器是一個線性電位計，實物圖如圖3所示。其電阻值與節氣門的開度成正比，通過給電位計供電，采用AD采

4、集得到節氣門開度。 圖3 節氣門位置傳感器 發動機溫度傳感器和空氣溫度傳感器選用熱敏電阻式傳感器。其電阻值會隨溫度的變化而呈線性變化，從而測量發動機缸溫和空氣溫度。 2.2 執行器的選擇 執行器包括用于點火的高壓包，給燃油系統提供油壓的燃油噴射泵(噴油泵)和用于噴射燃油的燃油噴射器(噴油器)。 高壓包又稱點火線圈，由線圈、二次線圈和鐵芯組成。使用時先給線圈充電，在線圈中自感應出200300 V的電壓；然后與二次線圈互感而產生出1820 kV的高壓電，產生的電壓大小取決于兩線圈的匝數比；將高壓電輸送到火花塞點火。 噴油泵輸出油壓300 kPa，恒壓輸出，采用脈沖信號驅動柱塞運動、壓縮燃油獲得壓力

5、。噴油器自帶高壓進油嘴，噴射量，流量與噴射脈寬如圖4所示，霧化效果較好。三條線對應的驅動電壓由上至下依次為14.2 V、13.2 V、12.2 V。 圖4 三種驅動電壓14.2 V、13.2 V、12.2 V下不同驅動脈完對應用的流量 3 控制系統硬件設計 采用Freescale公司MC68HC9S12XS128單片機作為控制芯片，使用IGBT v2040s芯片控制點火，使用Power MOSFET IRF3205控制噴油泵和噴射器，通過控制門極電壓來實現開關的功能，對執行器開展低端控制。執行器控制電路如圖5所示。MC74HC125AD為同相器。 由于整車的電氣環境比較惡劣，因此硬件電路的抗干

6、擾性能就顯得很重要。首先，通過Protel DXP軟件設計、繪制PCB電路板，既減小了電路板的體積，又增強了抗干擾能力。其次，輸入信號都要經過相應的信號調理電路處理后再進入單片機，處理后的信號干擾大大減小。對于曲軸和凸輪軸的信號，采用閾值比較器LM339設計了閾值比較電路，如圖6所示。這個電路不但把發動機原裝的勵磁信號轉化成方波信號，而且可以對改裝以后的傳感器信號開展處理。另外，單片機有內部AD模塊，對于模擬量需要使用一個低通濾波器電路開展濾。M74HC04M1R為反相器。 4 控制系統軟件設計 本控制系統的程序是在Codewarrior IDE上完成編寫和調試的?？刂瞥绦蚪Y合節能車的工況來設

7、計，節能車發動機在比賽時主要有啟動、怠速和加速3個過程?？刂瞥绦蛄鞒倘鐖D7所示。 圖7 控制程序流程 點火時刻確實定：通過兩次曲軸信號來計算出轉速，進而查得設定的點火提前角，然后在相應時刻點火。 噴油時刻確實定：依據凸輪軸信號判斷出壓縮沖程，與壓縮沖程的曲軸信號同步噴射。 噴油量確實定：先設定基本噴油量，再根據節氣門開度、缸溫、空氣溫度對噴油量開展修正。 噴射持續時間的計算方法： TI=TPFC+FV 式中，TI為汽油噴射的持續時間(ms)；TP為基本噴射時間(ms)；FC為基本噴射時間的修正系數；TV為噴射器無效噴射時間(ms)。 其中，FC由下式計算得出： FC=g(FAT，FTP，FCT) 式中，FAT為空氣溫度修正系數；FCT為缸溫修正系數；FTP為節氣門開度修正系數。 5 實際測試結果 本系統首先在發動機上完成驗證試驗，然后利用節能車來做路跑試驗。結果說明該系統可穩定工作，節油效果明顯。進一步采用化油器、市售電噴系統和自研電噴系統開展比照試驗。試驗場地為操場塑膠跑道，試驗人員體重配重到達50 kg。試驗方式為在跑道上行駛5圈，點火加速10次，每圈時間在57 s以內，記錄耗油量。以至少3次數據作為分析依據，超時成績作廢。盡量選擇晴朗無風(或