MC9S12微控制器的发动机高能直接点火控制
摘 要：发动机高能直接点火系统需按点火顺序、点火时刻和点火能量的要求实现各点火线圈的独立控制。介绍了以MC9S12DP256微控制器为核心的电子控制单元的软硬件系统设计。利用MCU的增强型捕捉定时器,将输入捕捉与输出比较功能相配合,满足了6个点火线圈初级电路通断电的复杂时序控制要求。该系统在某稀燃天然气发动机的开发中进行了应用,结果表明:在各种工况下,都能获得可靠的点火。
随着电子技术的发展及对发动机性能要求的提高,微机控制的电子点火系统逐渐取代了传统的发动机点火系统,实现了更为精确的点火时刻和点火能量的控制。在发动机点火系统中,采用的每个发动机汽缸各带一个点火线圈,对各缸点火线圈进行独立控制的点火系统,称为无分电器各缸独立点火系统,也叫高能直接点火系统。采用高能直接点火可有效地增加点火线圈初级回路的储能,减少点火能量的传导损失,从而提高点火能量,满足车用发动机稀薄燃烧、增压和使用代用燃料(如天然气、酒精)等新技术的发展要求。对于多缸发动机,这种高能直接点火系统由于控制事件多,要求的控制电路和控制软件复杂,因而对微控制器的性能和控制软件均有较高的要求[1]。
MC9S12系列是MOTOROLA公司开发的一种高性能16位微控制器(MCU),具有丰富的输入输出接口功能、较强的数值运算和逻辑运算能力,特别还具有较强的定时控制功能,使其适用于复杂时序控制技术的应用中[2]。本文针对六缸车用发动机高能直接点火控制系统的开发,进行了以MC9S12DP256微控制器为核心的电子控制单元的软硬件系统设计。
1 高能直接点火系统及控制要求
图1所示为六缸发动机的高能直接点火系统电路原理图。系统由输入信号传感器、电子控制单元(ECU)及点火执行器三部分组成。其中,点火执行器包括每缸独立的共六组点火线圈和火花塞。点火线圈作为储能元件,由匝数比很高的次级绕组和初级绕组构成,其作用相当于变压器。当初级绕组电路(初级电路)导通时,初级绕组电感线圈中的电流按照指数规律增加,从蓄电池获得的能量以磁场能的形式储存在初级线圈中;当初级电路断电时,次级绕组感应出高压电,使火花塞电极间产生电火花,将汽缸内的混合气点燃。在图1所示的系统中,由微控制器发出的控制信号经过点火器中的功率三极管的驱动放大,实现了对初级电路的通断电控制。与传统点火系统只使用一个点火线圈相比,这种直接点火控制方式可利用更长的时间积蓄点火能量,并可将点火线圈与火花塞安装在一起,减少高压电流的传递损失,从而获得较高的点火能量。
