MC68HC9S12單片機(jī)的發(fā)動機(jī)電噴系統(tǒng)設(shè)計

　　1 概述

　　電控噴射技術(shù)是汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能環(huán)保的重要技術(shù)措施，目前汽車行業(yè)已經(jīng)普遍實現(xiàn)電噴化，摩托車行業(yè)也已出產(chǎn)了多款電噴車。國內(nèi)外開展了對摩托車用汽油機(jī)電噴的研究。新大洲本田摩托有限公司的“XDZ50DQT電噴摩托車項目”曾在2000年被有關(guān)方面確定為國家技術(shù)創(chuàng)新項目。2003年春蘭集團(tuán)對原有電噴系統(tǒng)做了改進(jìn)，成功運用到出產(chǎn)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(fā)動機(jī)在任何工況下都能達(dá)到最佳狀態(tài)。天津內(nèi)燃機(jī)研究所進(jìn)行了大量基礎(chǔ)理論研究，已有較多的研究成果。天津摩托車技術(shù)中心研制成功了適用于四沖程進(jìn)氣道和二沖程缸內(nèi)直噴的FAI燃油電噴系統(tǒng)。2002年武漢理工大學(xué)顏伏伍等人開發(fā)了LH150摩托車電噴系統(tǒng)，并成功投入生產(chǎn)使用。

　　本文針對摩托車單缸發(fā)動機(jī)進(jìn)行了電噴技術(shù)研究，設(shè)計了發(fā)動機(jī)電噴控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了空燃比的精確控制，提高了燃燒效率。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計

　　電噴控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)基于125 cc單缸四沖程汽油發(fā)動機(jī)設(shè)計。整個系統(tǒng)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(fā)動機(jī)溫度傳感器和空氣溫度傳感器。ECU包括Freescale公司的MC68HC9S12XS128，以及信號調(diào)理電路、噴油驅(qū)動電路、油泵驅(qū)動電路和點火驅(qū)動電路。

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　　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(guān)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(jīng)過傳感器時產(chǎn)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(shè)計了傳感器電路板，使得傳感器的信號穩(wěn)定，不受油污、灰塵等不良環(huán)境的影響。傳感器在發(fā)動機(jī)上的安裝如圖2所示。

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　　節(jié)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(jié)氣門的開度成正比，通過給電位計供電，采用A/D采集得到節(jié)氣門開度。

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　　發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)缸溫和空氣溫度。

　　2.2 執(zhí)行器的選擇

　　執(zhí)行器包括用于點火的高壓包，給燃油系統(tǒng)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，由一次線圈、二次線圈和鐵芯組成。使用時先給一次線圈充電，在一次線圈中自感應(yīng)出200～300 V的電壓;然后與二次線圈互感而產(chǎn)生出18～20 kV的高壓電，產(chǎn)生的電壓大小取決于兩線圈的匝數(shù)比;最后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(qū)動柱塞運動、壓縮燃油獲得壓力。噴油器自帶高壓進(jìn)油嘴，噴射量精確，流量與噴射脈寬如圖4所示，霧化效果較好。三條線對應(yīng)的驅(qū)動電壓由上至下依次為14.2 V、13.2 V、12.2 V。

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　　3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　采用Freescale公司MC68HC9S12XS128單片機(jī)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(xiàn)開關(guān)的功能，對執(zhí)行器進(jìn)行低端控制。執(zhí)行器控制電路如圖5所示。MC74HC125AD為同相器。

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　　由于整車的電氣環(huán)境比較惡劣，因此硬件電路的抗干擾性能就顯得很重要。首先，通過Protel DXP軟件設(shè)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(jīng)過相應(yīng)的信號調(diào)理電路處理后再進(jìn)入單片機(jī)，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(shè)計了閾值比較電路，如圖6所示。這個電路不但把發(fā)動機(jī)原裝的勵磁信號轉(zhuǎn)化成方波信號，而且可以對改裝以后的傳感器信號進(jìn)行處理。另外，單片機(jī)有內(nèi)部A/D模塊，對于模擬量需要使用一個低通濾波器電路進(jìn)行濾。M74HC04M1R為反相器。