【正文】 機(jī)點(diǎn)火順序分配到各缸火花塞跳火點(diǎn)著可燃混合氣 。 電子 控制 器主要是 ECU的硬件 部分設(shè)計(jì)，本章將以 16 位處理器 HCS12， MC9S12DP256微控制器為核心 ， 用于輸入信號整形處理，進(jìn)行點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和控制參數(shù)的匹配標(biāo)定 。 為了有效地減少 LPG(液化石油氣 )發(fā)動機(jī)的尾氣排放，設(shè)計(jì)了空燃比閉環(huán)控制原理 。Ti=T0/。 所以若不采用復(fù)雜的閉環(huán)控制 ， 而只應(yīng)用開環(huán)控制，那么在現(xiàn)有的條件下，對 λ 的控制是無法達(dá)到如此高的精確度，也就不能有效地減少排放 。 圖 211 高能直接點(diǎn)火控制器的結(jié)構(gòu)框圖 MC9S12DP256 豐富的接口資源為 ECU 輸入輸出功能的實(shí)現(xiàn)提供了方便 。 發(fā)動機(jī)在不同工況下的最佳點(diǎn)火提前角是不同的 。 當(dāng)爆震消失后，為了使發(fā)動機(jī)性能得到恢復(fù)，應(yīng)不斷增加點(diǎn)火提前角，直至爆震再次出現(xiàn)，如此 不斷的循環(huán)進(jìn)行，見圖 210 圖 210 爆震是點(diǎn)火提前角的控制邏輯 基于 微控制 發(fā)動機(jī)高能 異步雙 點(diǎn)火系統(tǒng)控制方法的提出 隨著電子技術(shù)的發(fā)展及對發(fā)動機(jī)性能要求的提高，微機(jī)控制的電子點(diǎn)火系統(tǒng)逐漸取代了傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng) ， 實(shí)現(xiàn)了更為精確的點(diǎn)火時(shí)刻和點(diǎn)火能量的控制 。 消除爆震最有效的方法就是推遲點(diǎn)火提前角 。 其飽和電流可達(dá) 30A 以上 。 發(fā)動機(jī)每運(yùn)轉(zhuǎn)一周后， ECU就可以計(jì)算并輸出一次點(diǎn)火提前角的調(diào)整數(shù)據(jù)，是點(diǎn)火提前角隨著發(fā)動機(jī)工況的變化做出相應(yīng)的改變，但是，當(dāng) CUE 計(jì)算出的實(shí)際點(diǎn)火提前角超過允許的最大或最小點(diǎn)多提前角時(shí)，則 ECU就已允許的最大或最小點(diǎn)火提前角進(jìn)行控制 。ECU不斷地計(jì)算發(fā)動機(jī)的平均轉(zhuǎn)速，當(dāng)平均轉(zhuǎn)速低于規(guī)定的怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)， ECU根據(jù)兩者的差值大小相應(yīng)的增大點(diǎn)火提 前角；當(dāng)平均轉(zhuǎn)速高于規(guī)定的怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，相應(yīng)的推遲點(diǎn)火提前角， 點(diǎn)火提前角的怠速穩(wěn)定性修正是與怠速轉(zhuǎn)速變化調(diào)節(jié)旁通空氣量 （ 相當(dāng)于噴油量 ） 同時(shí)進(jìn)行的，這樣有助于提高怠速轉(zhuǎn)速的控制精度，提高怠速穩(wěn)定性 。 正常運(yùn)行工況 （ 怠速觸點(diǎn)斷開 ）。 微機(jī)控制的點(diǎn)火提前角 θ 由初始點(diǎn)火提前角 i? 、 基本點(diǎn)火提前角 b? 和修正點(diǎn)火提前角c? 三部分組成，即 cbi ???? ??? 起動時(shí)點(diǎn)火提前角控制 。 當(dāng)輸入的電子點(diǎn)火器的點(diǎn)火脈沖信號電壓使大功率開關(guān)晶體管導(dǎo)通時(shí)，點(diǎn)火線圈初級通路，儲存點(diǎn)火能量； 初級電流從蓄電池的正極經(jīng)點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)火線圈的初級繞組、 電子點(diǎn)火器 ，搭鐵流回蓄電池的負(fù)極，為低壓電路。 LPG 發(fā)動機(jī) 點(diǎn)火系統(tǒng)的組成與基本原理 LPG 發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的基本組成 由：蓄電池、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)火線圈、斷電器、配電器、電容器、火花塞、高壓導(dǎo)線、阻尼電阻等組成。 冷卻液溫度信號 CTS、 進(jìn)氣溫度信號 IATS、 車速信號 VSS、 空調(diào)開關(guān)信號A\C 以及爆震傳感器 EDS 等等，用于修正點(diǎn)火提前角 。 發(fā)動機(jī)起動時(shí)的轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過 200 轉(zhuǎn)時(shí)高壓電磁閥 、 怠速電磁閥將打開，從而使氣體到達(dá)混合器 、 發(fā)動機(jī)氣缸而使發(fā)動機(jī)起動 。 發(fā)動機(jī)原始燃燒系統(tǒng)條件下，利用發(fā)動機(jī)進(jìn)氣真空的變化調(diào)節(jié)燃?xì)夤步o量，以適應(yīng)發(fā)動機(jī)不 同工況對可燃混合氣的要求，基本保證發(fā)動機(jī)的正常燃燒 。 5 第二章 基于 LPG 公交車發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理和控制方法 傳統(tǒng)電控 LPG 公交車發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)比較簡單，燃料供給裝置對混合氣濃度能起到一定的控制作用，但這并不意味著汽車的有害排放物就能下降 。 同時(shí)提供合理的均勻混合氣體和充足的點(diǎn)火能量并根據(jù)各傳感器的信號在 ECU 的控制下，協(xié)調(diào)各機(jī)件實(shí)現(xiàn)精確的空燃比和點(diǎn)火時(shí)刻控制 。MC9S12DP256 豐富的接口資源為 ECU 輸入輸出功能的實(shí)現(xiàn)提供了方便 。 當(dāng) 輸入的電子點(diǎn)火器的點(diǎn)火脈沖信號電壓使大功率開關(guān)晶體管導(dǎo)通時(shí)，點(diǎn)火線圈初級通路，儲 存點(diǎn)火能量；當(dāng)輸入電子點(diǎn)火器的點(diǎn)火信號脈沖使開關(guān)晶體管截止時(shí)，點(diǎn)火線圈初級線圈斷路，次級便產(chǎn)生高壓，通過配電器及高壓導(dǎo)線等將高壓送至 火花塞 。 二級減壓出口壓力隨進(jìn)氣管壓力增大 。 未來的汽車控制系統(tǒng)都以基于網(wǎng)絡(luò)化的電子控制設(shè)備為載體，因此，對點(diǎn)火控制系統(tǒng)的研究能為 LPG 公交汽車的進(jìn)一步發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)，對我國國民經(jīng)濟(jì)和科技的提高有著重大的意義 。 系統(tǒng)包括新缸頭 （ 半球型燃燒室 、 雙火花塞位置 、 燃燒室內(nèi)氣流組織等 ）、 兩套獨(dú)立的可變點(diǎn)火能量的高能點(diǎn)火系統(tǒng) 。 高辛烷值氣體燃料 LPG 作為替代能源被廣泛地加以應(yīng)用 。 利用 MATLAB 仿真軟件對發(fā)動機(jī) 進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 分析發(fā)動機(jī)動力性，主要為確定發(fā)動機(jī)功率、扭矩及燃?xì)庀穆剩⒁怨卉嚍閷ο筮M(jìn)行各檔位運(yùn)行狀況仿真，以驗(yàn)證 LPG 高能異步雙點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的實(shí)際效果。 基于 LPG 公交汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的和意義 本設(shè)計(jì)的目的是在研究基于 LPG 公交汽車點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上， 利用 發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火控制系統(tǒng)和電子點(diǎn)火系統(tǒng)對 LPG 發(fā)動機(jī)在點(diǎn)火時(shí)對氣體的燃燒展開研究 ，設(shè)計(jì)開發(fā) 電控 高能異步雙點(diǎn)火 系統(tǒng)在不同工況下的理想排放與動力性能，實(shí)現(xiàn)對 LPG 發(fā)動機(jī)工作情況的監(jiān)測以及對發(fā)動機(jī) 工作各個(gè)循環(huán)的管理 。 發(fā)動機(jī)工作時(shí)， CPU 通過 各種 傳感器把發(fā)動機(jī)的工況信息采集到隨機(jī)存儲器 RAM 中，并不斷檢測凸輪軸位置傳感器信號，判斷是那一缸即將到達(dá)壓縮上止點(diǎn) 。 傳感器有曲軸位置傳感器 、 凸輪軸位置傳感器 、 車速傳感器 、 空氣流量傳感器 、 進(jìn)氣溫度傳感器 、 爆震傳感器 、 冷卻液溫度傳感器和節(jié)氣門位置傳感器 。 它的主要功能包括控制數(shù)據(jù)采集芯片 ADC0809 工作，判別 、 采集和處理發(fā)動機(jī)的工況和各種傳感器信號，通過控制點(diǎn)火提前角 、 點(diǎn)火時(shí)刻和空燃比等達(dá)到理想的動力性和排放性 。 根據(jù)LPG 燃燒過程的特點(diǎn)，建立以提高 LPG 發(fā)動機(jī)動力性能為目標(biāo)的發(fā)動機(jī)常用工況下多目標(biāo) 4 參數(shù)優(yōu)化控制模型，并利用 Matlab 聯(lián)合仿真驗(yàn)證控制策略，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī) 的低油耗高動力性。 針對目前廣州 LPG 汽車在使用中存在氣源與發(fā)動機(jī)控制參數(shù)不匹配導(dǎo)致燃?xì)饣旌蠒r(shí)， 點(diǎn)火能量不穩(wěn)定等 問題， 導(dǎo)致 LPG 燃燒不良動力性下降， LPG 在高負(fù)荷時(shí)會產(chǎn)生爆燃等現(xiàn)象，本文將 為進(jìn)一步提高 LPG 電噴發(fā)動機(jī) 電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)的點(diǎn)火性能及工作的安全可靠性進(jìn)行 研究 。鑒于磁感應(yīng)式電子點(diǎn)火信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單 、 工作可靠，使用廣泛 ，本設(shè)計(jì) 在點(diǎn)火信號發(fā)生器采用磁感應(yīng)式點(diǎn)火信號發(fā)生器，電子點(diǎn)火器采用分離原件的電子點(diǎn)火器 ，并 設(shè)計(jì)了電子點(diǎn)火器閉合角可控功能電路、初級回路電阻控制電路、停車斷電保護(hù)電路和初級電流穩(wěn)定控制電路 ，以 實(shí)現(xiàn)高速 時(shí) LPG 發(fā)動 機(jī) 燃?xì)饽芊€(wěn)定快速 燃燒 。 LPG 氣體流經(jīng)功率調(diào)節(jié)閥到文 氏管混合器，在文氏管混合器中與空氣充分混合，根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況向化油器喉管 (只起通道作用 )處供應(yīng)一定量的 LPG 氣體 。 與此同時(shí)，讀儲存器中查詢相應(yīng)工況下的最佳點(diǎn)火提 前角 。 圖 24 和圖 25 為采用無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火器的初級電路與次級電路的原理圖。 微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火提前角的確定 LPG 發(fā)動機(jī)的可燃混合氣在汽缸內(nèi)燃燒不是瞬時(shí)完成的，需要先經(jīng)誘導(dǎo)期，然后才能進(jìn)入猛烈的明顯燃燒期 。 除此之外，有的發(fā)動機(jī)起動時(shí)的點(diǎn)火提前角還考慮冷卻水溫度的影響 。 發(fā)動機(jī)冷車啟動后，當(dāng)冷卻水溫度較低時(shí)，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角 。 空燃比反饋修正 。 如圖 27 所示， 蓄電池電壓下降時(shí)，達(dá)到同樣的初級電流所需的時(shí)間長 。 因此要控制一個(gè)最佳通電時(shí)間，既能得到較大的初級電流，獲得較高的點(diǎn)火能量和次級電壓，同時(shí)又不會損壞 點(diǎn)火線圈 。 劇烈的爆震會使發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重惡化，但當(dāng)發(fā)動機(jī)工作在爆震的臨界點(diǎn)或有輕微的爆震時(shí)，發(fā)動機(jī)熱效率卻最高，動力性和經(jīng)濟(jì)性最好 。 對于多缸發(fā)動機(jī)，這種高能 異步 點(diǎn)火系統(tǒng)由于控制事件多，要求的控制電路和控制軟件復(fù)雜，因而對微控制器的性能和控制軟件均有較高的要求 。 MC9S12 系列是 MOTOROLA 公司開發(fā)的一種高性能 16 位微控制器 (MCU)，具有豐富的輸入輸出接口功能 、 較強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算能力，特別還具有較強(qiáng)的定時(shí)控制功能，使其適用于復(fù)雜時(shí)序控制技術(shù)的應(yīng)用中 。 由一個(gè) 16 位主定時(shí)器和 8 個(gè)可編程輸入捕捉 /輸出比較定時(shí)通道構(gòu)成的增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器提供了較強(qiáng)的 14 定時(shí)控制功能，可充分滿足高能直接點(diǎn)火的復(fù)雜時(shí)序控制要求 。 LPG 儲液灌里的液化的 LPG 靠自身的壓力被壓出 ， 然后流經(jīng) LPG 濾清器進(jìn)入減壓器 ， 在其中被降壓 、 氣化為氣態(tài) ， 最后在混合器中和空氣混合之后進(jìn)入發(fā)動機(jī) . 15 圖 213 LPG 發(fā)動機(jī)供氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 （ 2） LPG 發(fā)動機(jī) λ 的控制過程 為了盡可能地降低廢氣的排放量，必須將 λ控制在 到 區(qū)域內(nèi)，波動量在 177。 本論文分析了傳統(tǒng) LPG 公交車發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的不足， 由此而 得到設(shè)計(jì)一個(gè) 提高點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火性能及工作的安全可靠性 的點(diǎn)火器是十分關(guān)鍵的 。 LPG 液化石油燃?xì)夤卉嚢l(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)如圖 31所示 。另六個(gè)定時(shí)通道設(shè)置為輸出比較功能 ， 用于六個(gè)汽缸的點(diǎn)火線圈初級電路的通斷電控制 。為進(jìn)一步提高點(diǎn)火系統(tǒng) 點(diǎn)火 性能及工作的安全可靠性， 在 電子點(diǎn)火系統(tǒng)的電子點(diǎn)火器 方面 將 設(shè)計(jì)了電子點(diǎn)火器閉合角可控功能電路、初級回路電阻控制電路、停車斷電保護(hù)電路和初級電流穩(wěn)定控制電路。 CA6GHL 電控 LPG單燃料發(fā)動機(jī)的系統(tǒng) 工作流程 如圖 32 所示 : 液態(tài) LPG 靠鋼瓶內(nèi)的 L PG自身的蒸氣壓力壓出鋼瓶 ， 通過高壓管路 ， 在流經(jīng)濾清器時(shí)將雜質(zhì)濾掉 ， 然后經(jīng)電磁閥流入蒸發(fā)調(diào)壓器 ， 在蒸發(fā)調(diào)壓器內(nèi)經(jīng)發(fā)動機(jī)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)加熱氣化為氣態(tài)和兩次調(diào)壓后 ，進(jìn)入混合器和空氣混合 ， 進(jìn)入發(fā)動機(jī) 燃燒 。 發(fā)動機(jī)的選擇 本課題研究的是可以投放在大型公交車上使用的 LPG 發(fā)動機(jī)，必須對基型發(fā)動機(jī)進(jìn)行選型，以適用于課題的研究，車輛主要尺寸選用的數(shù)據(jù)來自宇通公交車生產(chǎn)的 ZK6120A74型公交車； 表 34 為 ZK6120A74 公交車的主要參數(shù)： 21 表 34 公交車的主要參數(shù) 軸數(shù) 雙軸 驅(qū)動形式 4*2，后輪雙胎驅(qū)動 布置形式 發(fā)動機(jī)后置，直列六缸柴油機(jī) 外形尺寸：長 *寬 *高 11800*2700*3150（ mm3 ） 軸距 5600mm 前輪輪距 2020mm 后輪輪距 1860mm 空載質(zhì)量 11400Kg 最大質(zhì)量 15500Kg 最高車速 80Km/h 標(biāo)定工況氣耗 最小離地間隙 ? 220mm 最小轉(zhuǎn)彎直徑 ? 24mm 基于 CA6GHL 電控 LPG 單燃料發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) CA6GHL 電控 LPG 單燃料 發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的硬件設(shè) 計(jì) 部分包括有 電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)和電子點(diǎn)火系統(tǒng) 以及 發(fā)動機(jī)燃燒室 、 各種傳感器 、 電子控制器和執(zhí)行器 等 。 鑒于 LPG 著火溫度高，傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式無法滿足 LPG 燃?xì)獍l(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)稀燃的要求 。 磁感應(yīng)式電子點(diǎn)火信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單 、 工作可靠，使用廣泛 。 當(dāng)信號轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，凸齒與鐵心間的空氣隙逐漸增大，通過傳感線圈的磁通逐漸減??；當(dāng)信號轉(zhuǎn)子凸齒的齒角正對鐵心的邊緣時(shí)，如圖 35d所示，磁通急劇的減小，通過傳感線圈的磁通變化率為負(fù)向最大值。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，信號轉(zhuǎn)子便由分電器軸帶動旋轉(zhuǎn)，這時(shí)信號轉(zhuǎn)子的凸齒與鐵心間的空氣隙將發(fā)生變化，使通過傳感線圈的磁通發(fā)生變化，因此在傳感線圈中便產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 因此本章在點(diǎn)火模式上將著重研究高能異步雙點(diǎn)火模式，在 火花 塞布置上將著重研究對稱布置的雙點(diǎn)火模式 。 在本系統(tǒng)中 ， 兩個(gè)定時(shí)通道設(shè)置為輸入捕捉功能 ， 對經(jīng)過整形處理后的曲軸位置信號和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行采集處理 。 在此期間， CPU一直在對曲 軸轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行計(jì)數(shù)， 判斷 點(diǎn)火時(shí)刻是否到來 。 傳統(tǒng)點(diǎn)火裝置出點(diǎn)限制了初級斷開電流，也就是限制了點(diǎn)火能量，特別是限制了高速時(shí)的點(diǎn)火能量，從而限制了高轉(zhuǎn)速 、 高壓速比發(fā)動機(jī)的發(fā)展，同時(shí)工作中觸電的火花 、 觸電的震動 、 磨損和燒，造成了刺激高壓電和點(diǎn)火能量的波動和下降，因而工作可靠性差 。 在此期間， CPU一直在對曲軸轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，判斷 點(diǎn)火時(shí)刻是否到來 。 冷卻液溫度信號 CTS、 進(jìn)氣溫度信號 IATS、 車速信號 VSS、 空調(diào)開關(guān)信號 A\C 以及爆震傳感器 EDS 等等，用于修正點(diǎn)火提前角 。 在軟件系統(tǒng)方面設(shè)計(jì)了 兩個(gè)定時(shí)通道設(shè)置為輸入捕捉功能 ， 對經(jīng)過整形處理后的曲軸位置信號和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號進(jìn) 行采集處理，另六個(gè)定時(shí)通道設(shè)置為輸出比較功能，用于六個(gè)汽缸的點(diǎn)火線圈初級電路的通斷電控制 。 （ 3） 增量式數(shù)字 PI 算法 本控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是步進(jìn)電機(jī)，所以運(yùn)用增量式 PI 控制算法，其算式如下： △ u(k)=u(k)u(k1)=kp△ e(k)+(kpTs/Ti)e(k)=kp△ e(k)+kie(k) 數(shù) 字 PI 控制是離散控制系統(tǒng)，首先要正確選擇采樣率 .綜合考慮采樣定理 、 CPU 的計(jì)算速度和計(jì)算精度，且考慮到頻率越高噪聲信號也越強(qiáng)，試驗(yàn)中的采樣率定為 40 統(tǒng)采用 ZeiglerNichols 提出的 整定法初次選定 kp 和 Ti：令 Ti=+∞， 不斷增大 kp