【正文】 儲器的數(shù)據(jù)中查找到這一工況運(yùn)行是對應(yīng)的最佳基本點(diǎn)火提前角 。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷車啟動(dòng)后，當(dāng)冷卻水溫度較低時(shí)，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角 。 修正曲線的形狀與提前角的大小隨車型不同而異 。 發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速運(yùn)行期間，由于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化 （ 如空調(diào) 、 動(dòng)力轉(zhuǎn)向等 ） 而使轉(zhuǎn)速改變， ECU 隨時(shí)調(diào)整點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 。 過熱修正 。 空燃比反饋修正 。 隨著修正噴油量的增加和減少，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)波動(dòng) 。 發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行期間，實(shí)際點(diǎn)火提前角就是初始點(diǎn)火提前角 、 基本點(diǎn)火提前角和 修正點(diǎn)火提前角之和 。 （ 3） 通電時(shí)間 （ 閉合角 ） 控制 在計(jì)算機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)中沿用了傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)閉合角的概念，實(shí)際是指初級電路接通時(shí)間 。 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 。 11 圖 27 蓄電池電壓對初級電流的影響 圖 28 通電時(shí)間隨蓄電池電壓變化的修正曲線 當(dāng)點(diǎn)火線圈的初級電路接通后，初級電流按指數(shù)曲線規(guī)律增長 。 采用初級線圈電阻很小的高能點(diǎn)火線圈 。 點(diǎn)火線圈的次級電壓和初級電路斷開時(shí)的初級電流成正比 。 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 。 但是，點(diǎn)火提前角過大又會引起發(fā)動(dòng)機(jī)爆震 。 發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷狀態(tài)工作時(shí)，這種可能性更大 。 閉環(huán)控制：閉環(huán)控制方式可以在空中點(diǎn)火提前角的同時(shí)，不斷地檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)工作狀況，如發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生爆震，怠速是否穩(wěn)定等，然后根據(jù)檢測到的變化量，及時(shí)對點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于最 佳的點(diǎn)火狀態(tài)，而不受發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損 、 老化以及有關(guān)使用因素的影響，故控制精度高 。 劇烈的爆震會使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重惡化，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在爆震的臨界點(diǎn)或有輕微的爆震時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率卻最高，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性最好 。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)接近爆震極限，因?yàn)榕艢庵械?NOＸ 含量較高，所以在微機(jī)控制電子點(diǎn)火系統(tǒng)中，一般僅在大負(fù)荷 、 中低轉(zhuǎn)速 （ 如小于 2200r/min） 時(shí)采用閉環(huán)控制，而在 部分負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速時(shí)則多采用開環(huán)控制 。 然后爆震傳感器檢測下一工作循環(huán)的爆震信號，若爆震仍存在，繼續(xù)推遲提前角 。 在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中 ， 采用的每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸各帶一個(gè)點(diǎn)火線圈，對各缸點(diǎn)火線圈進(jìn)行獨(dú)立控制的點(diǎn)火系統(tǒng) ， 稱為無分電器各缸獨(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)，也叫高能直接點(diǎn)火系統(tǒng) 。 對于多缸發(fā)動(dòng)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 。 點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)按發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序進(jìn)行點(diǎn)火，即點(diǎn)火順序應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序一致，否則不能適時(shí)點(diǎn)著混合氣 ，發(fā)動(dòng)機(jī)就不能正常工作 。 點(diǎn)火時(shí)刻用 13 點(diǎn)火提前角來表示，從火花塞開始跳火到活塞運(yùn)行至壓縮行程上止點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度被稱為點(diǎn)火提前角 。 在微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 、 負(fù)荷等傳感器的信號確定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，計(jì)算出最佳的點(diǎn)火時(shí)刻，并由微控制器輸出控制信號 ， 使功率三極管截止 、 初級電路斷電 ， 從而實(shí)現(xiàn)控制 。 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 。 MC9S12DP256 微控制器采用了高性能的 16 位處理器 HCS12，可提供豐富的指令系統(tǒng) ，具有較強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算能力，其內(nèi) 256K字節(jié)的 FLASH存儲器具有在線編程能力，4K 字節(jié)的 EEPROM 和 12K 字節(jié)的 RAM 可存儲各種控制參數(shù) 。 如圖 211 所示，適用于六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的高能直接點(diǎn)火電子控制單元以 MC9S12DP256 微控制器為核心，并由電源 、 輸入信號整形處理 、 驅(qū)動(dòng)放大電路和通訊電路等功能模塊構(gòu)成 。 負(fù)荷信號 (節(jié)氣門位置和進(jìn)氣壓 力 )、 水溫信號 、 蓄電池電壓信號等系統(tǒng)模擬輸入信號由放大濾波電路處理后 ， 利用 MCU 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行采集 。 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 。 CA6GHL 電控 LPG 單燃料 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的閉環(huán)控制的原理 為了有效地減少 LPG(液化石油氣 )發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放，設(shè)計(jì)了空燃比閉環(huán)控制原理 ，分析了 PI 控制策略的具體實(shí)現(xiàn)過程 ， 研究表明：閉環(huán)控制和 PI 策略的結(jié)合可以將空燃比穩(wěn)定在理論值附近，從而大大降低 3 種尾氣的排放 。 如圖 212 從圖中可以看出過量空氣系數(shù) λ 只有維持在理想值 到 區(qū)間， 3 種排放物的凈化率才能達(dá)到 90%左右， 一旦 λ相對理想值有小小的偏離， TWC 的凈化率就迅速降低 。 圖 212 三元催化轉(zhuǎn)化率與 λ的關(guān)系 （ 1） 系統(tǒng)組成及控制原理 LPG 發(fā)動(dòng)機(jī)供氣系統(tǒng)的組成如圖 213 所示，它主要是在原機(jī)械式 LPG 供氣系統(tǒng)的空氣濾清器和減壓器之間加裝一個(gè) LPG 進(jìn)氣量調(diào)節(jié)閥 ， 閥的開度由步進(jìn)電機(jī)控制，同時(shí)也專門設(shè)計(jì)了一個(gè)電子控制單元 (ECU)， ECU 根據(jù)各個(gè)傳感器的輸出信號判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工況 。 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(dòng)機(jī) . 15 圖 213 LPG 發(fā)動(dòng)機(jī)供氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 （ 2） LPG 發(fā)動(dòng)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(dòng)量在 177。 PI 控制是成熟 、 應(yīng)用廣泛的一種控制策略，它不需要了解被控對象的數(shù)學(xué)模型，只要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)，就可獲得滿意的結(jié)果 。 （ 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 使系統(tǒng)達(dá)到等幅自振蕩，并記下相應(yīng)的 kp 值即 k0 和臨界周期 T0，然后令 kp=。 利用閉環(huán)控制原理和數(shù)字 PI 控策略來調(diào)節(jié) LPG 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給量，從而控制空燃比的大小，試驗(yàn)結(jié)果表明，如果調(diào)節(jié)得當(dāng) ， PI 調(diào)節(jié)器可以將空燃比控制在理論值附近，可以充分提高 TWC 的凈化效率 。 本論文分析了傳統(tǒng) LPG 公交車發(fā)動(dòng)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 。 并從對 LPG 氣體燃燒影響的因素出發(fā)，分析了點(diǎn)火提前角 、 壓縮比及過量客氣系數(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下對發(fā) 16 動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和排放性的影響。 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(dòng)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 。 閉環(huán)控制和 PI 策略的結(jié)合可以將空燃比穩(wěn)定在理論值附近，從而大大降低 3 種尾氣的排放 。 LPG 液化石油燃?xì)夤卉嚢l(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)如圖 31所示 。 其中傳感器有： 曲軸位置傳感器 CPS 向 ECU 提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 、 曲軸轉(zhuǎn)角信號，轉(zhuǎn)速信號用于計(jì)算確定點(diǎn)火提前角，轉(zhuǎn)角信號用于控制點(diǎn)火時(shí)刻 。 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 。 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)的定時(shí)控制功能 ， 可充分滿足高能 異步 點(diǎn)火的復(fù)雜時(shí)序控制要求 。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 。 當(dāng)接收到標(biāo)志信號后， CPU 立即開始對曲軸轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便控制點(diǎn)火提前角 。 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 。 執(zhí)行器部分主 要是 以電子點(diǎn)火系統(tǒng)為主。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。點(diǎn)火能量及點(diǎn)火模式將影響著 LPG 稀燃過程 。 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(dòng)機(jī)的發(fā)展，同時(shí)工作中觸電的火花 、 觸電的震動(dòng) 、 磨損和燒，造成了刺激高壓電和點(diǎn)火能量的波動(dòng)和下降，因而工作可靠性差 。 19 基于 CA6GHL 電控 LPG 單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 CA6GHL 電控 LPG 單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括硬件和軟件兩部分， 硬件包 括 電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)和電子點(diǎn)火系統(tǒng) 。 CA6GHL 電控 LPG單燃料發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī) 燃燒 。 當(dāng)接收到標(biāo)志信號后， CPU 立即開始對曲軸轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便控制點(diǎn)火提前角 。 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 。 1分電器 ,2轉(zhuǎn)速與曲軸位置信號插接器 ,3電子點(diǎn)火模塊 ,4點(diǎn)火線圈 ,5火花塞 圖 33 微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)控制原理圖 通過 MC9S12DP256 微控制器 與 PC 機(jī)之間的通訊功能 ， 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 。 發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)，必須對基型發(fā)動(dòng)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(dòng)形式 4*2，后輪雙胎驅(qū)動(dòng) 布置形式 發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)燃燒室 、 各種傳感器 、 電子控制器和執(zhí)行器 等 。 硬件設(shè)計(jì)部分 主要 是 以 ECU 電子 控制 器 和 以磁感應(yīng)式的電子點(diǎn)火器 為主 ，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 。 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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行采集處理 。 執(zhí)行器部分主要是電子點(diǎn)火器和火花塞的布置，電子點(diǎn)火器的基本功能是在輸入的點(diǎn)火信號觸發(fā)下工作，及時(shí)通斷點(diǎn)火線圈初級電流，使點(diǎn)火線圈次級適時(shí)地產(chǎn)生高壓。 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(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)稀燃的要求 。 而普通單點(diǎn)火稀燃模式點(diǎn)火能量不足，容易 22 造成混合氣的失火現(xiàn)象而出現(xiàn)不規(guī)則燃燒，加大了燃燒過程的循環(huán)變動(dòng) 。 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 。信號轉(zhuǎn)子由分電器軸驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上的凸齒數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)相等。 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 。其永久磁鐵的磁路是；永久磁鐵 N 極一空氣隙一信號轉(zhuǎn)子一空氣隙一鐵心 (通過傳感線圈 )一永久磁鐵 S 極。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號轉(zhuǎn)子便由分電器軸帶動(dòng)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(dòng)勢。 23 圖 磁感應(yīng)信號發(fā)生器工作原理 如果信號轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，信號轉(zhuǎn)子的凸齒逐漸接近鐵心，凸齒與鐵心間的空氣隙越來越小，通過傳感線圈的 磁通逐漸增大。 當(dāng)信號轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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小；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