LPG在发动机点火系统对发动机动力性的影响研究.doc

1、I摘要21世纪以来由于能源和环境的双重压力，加强以气体燃料取代石油燃料，开发以清洁燃料为主导的低排放和零排放汽车已成为各国当前及今后面临的主要问题之一。高辛烷值气体燃料LPG作为替代能源被广泛地加以应用。目前面临的关键问题是在稀燃条件下提高点火系统电火性能及工作的安全可靠性，从而达到提高发动机热效率和降低排放的目的。因此，本课题以一汽CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统为研究对象，采用电喷的形式，从LPG的物化特性出发，研究LPG在发动机点火系统对发动机动力性的影响，在不同工况下通过对电流的稳定控制、实现点火和喷射时刻的实时优化调整以提高现有LPG发动机动力性。具体研究内容如下1、为进一

2、步提高点火系统电火性能及工作的安全可靠性考虑，设计了电子点火系统的电子点火器闭合角可控功能电路、初级回路电阻控制电路、停车断电保护电路和初级电流稳定控制电路。2、设计了电控高能异步双火花塞点火系统。系统包括新缸头（半球型燃烧室、双火花塞位置、燃烧室内气流组织等）、两套独立的可变点火能量的高能点火系统。通过电控单元ECU及控制策略根据发动机工况的变化，提供可变的同步、异步双火花点火。3、依据LPG液化石油燃气公交车发铁磁性材料制成。当齿圈旋转时，齿顶与齿隙轮流交替对向磁芯，当齿圈转到齿顶与传感头磁芯相对时，传感头磁芯与齿圈之间的间隙最小，由永久磁芯产生的磁力线就容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场就

3、强，如图（5）A所示而当齿圈转动到齿隙与传感磁芯相对时，传感头磁芯与齿圈之间的间隙最大，由永久磁芯产生的磁力线就不容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场就弱，如图（5）B所示。此时，磁通迅速交替变化，在感应线圈中就会产生交变电压，交变电压的频率将随车轮转速成正比例变化。电子控动机点火系统工作原理和控制方法，结合发动机上各种传感器的电信号利用单片机设置的程序对发动机进行精确的点火时刻控制。4、利用MATLAB仿真软件对发动机进行实验分析发动机动力性，主要为确定发动机功率、扭矩及燃气消耗率，并以公交车为对象进行各档位运行状况仿真，以验证LPG高能异步双点火发动机的实际效果。关键词LPG公交车发动机，快速

4、燃烧系统，电控点火系统IIABSTRACTSINCETHE21STCENTURYDUETOTHEDOUBLEPRESSUREOFENERGYANDENVIRONMENT,STRENGTHENTOREPLACEPETROLEUMFUELS,FUELGASDEVELOPMENTTOCLEANFUELFORCARSWITHLOWEMISSIONSZERODISCHARGECURRENTANDFUTUREWORLDHASBECOMEONEOFTHEMAJORPROBLEMSFACINGHIGHOCTANEFUELGASLPGALTERNATIVESSUCHASWIDELYAPPLIEDTHEKEYPR

5、OBLEMISFACINGINJTHECONDITIONSTOIMPROVETHEIGNITIONSYSTEM,ELECTRICALFIREPERFORMANCEANDRELIABILITYOFWORK,SOASTOIMPROVETHEEFFICIENCYANDREDUCETHEEMISSIONSOFTHEENGINETHEREFORE,THESUBJECTTOFAWCA6GHLSINGLEFUELENGINEIGNITIONCONTROLLPGSYSTEMASTHERESEARCHOBJECT,BYEMSFORM,FROMTHECHEMICALPROPERTIES,LPGENGINEIGNI

6、TIONSYSTEMINTHESTUDYOFLPGENGINEPERFORMANCE,THEINFLUENCEOFDIFFERENTCONDITIONSINTHECURRENTTHROUGHTHESTABILITYCONTROL,REALIZINGTHEIGNITIONANDINJECTIONTIMETOIMPROVETHEREALTIMEOPTIMIZATIONENGINEPERFORMANCEEXISTINGLPG1、INORDERTOFURTHERENHANCETHEIGNITIONSYSTEM,THEELECTRICALACTIVITYCANWORKANDTHESAFETYANDREL

7、IABILITYOFTHECONSIDERATIONOFELECTRONICIGNITIONSYSTEM,THEDESIGNOFELECTRONICIGNITIONANGLECLOSURE,PRIMARYLOOPCIRCUITCONTROLLEDFUNCTIONRESISTANCECONTROLCIRCUIT,PARKINGELECTRICITYPROTECTIVECIRCUITANDCONTROLCIRCUITISTHEPRIMARYCURRENTSTABILITY2、THEDESIGNREQUIREMENTSOFHIGHENERGYSPARKRAPIDBURNINGSYSTEMOFDOUB

8、LETHENEWSYSTEMINCLUDESCYLINDERHEADFIREBOXCOMPRESSIONRATIO,DOUBLESPARKPOSITION,THECOMBUSTIONCHAMBERAIRFLOWORGANIZATION,ETC,TWOSETSOFINDEPENDENTVARIABLEIGNITIONENERGYHIGHENERGYIGNITIONSYSTEMTHROUGHTHEELECTRONICCONTROLUNITECUANDCONTROLSTRATEGYACCORDINGTOTHECONDITION,PROVIDESENGINEVARIABLESYNCHRONOUSAND

9、ASYNCHRONOUSDOUBLESPARKIGNITION3、LPGLIQUEFIEDPETROLEUMGASBUSENGINEIGNITIONSYSTEMWORKINGPRINCIPLEANDCONTROLMETHODS,COMBININGVARIOUSSENSORSIGNALSONENGINEMICROCONTROLLERPROGRAMTOSETTHEPRECISEMOMENTENGINEIGNITIONCONTROL4、USEMATLABSIMULATIONSOFTWARETOENGINEFOREXPERIMENTALANALYSISTODETERMINETHEPOWER,THEMA

10、INENGINEPOWER,TORQUEANDGASCONSUMPTIONBYBUS,ANDFOREACHGEAROPERATIONCONDITIONTOVERIFYTHESIMULATIONOFLPGHIGHENERGYIGNITIONENGINEASYNCHRONOUSDOUBLETHEKEYWORDSLPGRAPIDFIREENGINES，FASTCOMBUSTIONSYSTEM，ELECTRONICIGNITIONSYSTEMIII目录摘要ABSTRACT第一章绪论111引言112LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的设计目的和意义113LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的设计内

11、容2131研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的原理及其控制方法2132研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统硬件与软件的设计与开发2133设计与绘制LPG液化石油气公交车发动机点火系统的典型机械结构图3134研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的计算机仿真与分析314本章小结4第二章研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的原理及其控制方法521基于CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统的工作原理及其控制方法5211CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统的工作原理及其控制方法5212LPG发动机点火系统系统的组成与基本原理7213LPG发动机电子点火系统系统的组成与

12、基本原理8214微机控制点火系统点火提前角的确定9215发动机爆震的控制过程11216基于微机控制发动机高能异步双点火系统控制方法的提出1222CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统的闭环控制的原理1423本章小结15第三章研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统硬件的设计与开发1731基于CA6GHL电控LPG单燃料发动机的系统结构原理19311发动机的选择2032基于CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统的硬件设计21321LPG发动机电子点火系统的磁感应信号发生器的组成及工作原理22322LPG发动机电子点火器电路的设计与开发24323LPG公交车发动机燃烧室的选择原则及其特性

13、26324点火方式对LPG公交车发动机的燃烧过程的影响27IV325火花塞位置优化及高能点火的优点29326ECU的硬件结构设计3033设计与绘制LPG公交车发动机点火系统的典型机械结构图33331LPG发动机点火系统总电路图的目的和意义33332LPG发动机点火控制系统电路图的目的和意义33333LPG发动机燃烧室的组成与尺寸的选择34334燃烧室的设计和CAD图纸的绘制3434本章小结34第四章研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统软件的设计与开发3641LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统软件的结构原理3642单片机MC9S12DP256程序设计3743ECU的控制软件设计3843

14、1程序流程图38432系统软件的功能39433输入捕捉和输出比较的中断服务程序39434程序算法说明41435程序以及分析4244本章小结42第五章研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的计算机仿真与分析4451MATLAB软件的介绍4452基于CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统的仿真实验目的4453基于CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统仿真实验选用的实验装置4554CA6GHL电控LPG单燃料发动机不同工况下的点火实验分析45541LPG高能异步双点火发动机外特性曲线的仿真计算4555LPG高能异步双点火发动机与原柴油发动机动力性仿真对比4956LPG高能异步双点火发动机

15、的燃气消耗率仿真实验分析5057总结52第六章总结53参考文献55致谢56V附录157附录2651第一章绪论11引言21世纪以来由于能源和环境的双重压力，加强以气体燃料取代石油燃料，开发以清洁燃料为主导的低排放和零排放汽车已成为各国当前及今后面临的主要问题之一。其中液化石油气LIQUEFIEDPETROLEUMGAS，LPG作为当今世界应用最为普及的清洁代用燃料，是现阶段最为现实和技术上比较成熟的石油代用燃料，LPG公交汽车以其低排放、节能等优点受到世界各国的高度重视，作为发展LPG公交汽车的关键技术之一的是要提高汽车的动力性、排放性和经济性。目前制约LPG公交汽车推广的最大瓶颈是发动机的动力

16、性和排放性。在目前电控LPG发动机技术水平下，通过改进发动机点火控制系统，可以有效地利用液化石油气，提高发动机寿命，降低整车的使用成本。未来的汽车控制系统都以基于网络化的电子控制设备为载体，因此，对点火控制系统的研究能为LPG公交汽车的进一步发展积累经验，对我国国民经济和科技的提高有着重大的意义。LPG公交汽车点火系统的研究主要集中在两个方面，一个是研究LPG在发动机中的燃烧过程对发动机动力性和排放性的影响，另一个合理的点火系统结合发动机在不同工况下的稀薄燃烧条件，通过空燃比和点火时刻的优化调整，达到理想的动力性和排放性的要求。这两个问题一直是LPG公交汽车点火系统中最复杂的问题，本文主要集中

17、在对LPG公交汽车发动机高能异步双点火系统在动力性和排放性方面进行研究。12基于LPG公交汽车点火系统的设计目的和意义本设计的目的是在研究基于LPG公交汽车点火系统工作原理的基础上，利用发动机的点火控制系统和电子点火系统对LPG发动机在点火时对气体的燃烧展开研究，设计开发电控高能异步双点火系统在不同工况下的理想排放与动力性能，实现对LPG发动机工作情况的监测以及对发动机工作各个循环的管理。这个监控系统是以MC9S12DP256微控制器为核心，对发动机的点火时刻和空燃比进行采集和处理。根据测得的进排气体氧浓度和爆震传感器信号进行估算，就能够在实现精确的点火时刻控制功能时做到避免废气的排放对环境造

18、成损害，合理控制空燃比和点火时刻，可以在同样的情况下提高LPG公交汽车的动力性、排放性和经济性，获得良好的经济效益，同时这也是实现汽车工业可持续发展的重要途径。213基于LPG公交汽车点火系统的设计内容131研究基于LPG公交车发动机点火系统工作原理和控制方法LPG公交车发动机点火系统由储气罐、蒸发调压器、汽油电磁阀、LPG电磁阀、功率调节阀、文氏管混合器、燃料转换开关、控制电路等组成。气瓶内的液态高压LPG经高压管路到蒸发调压器；蒸发调压器有两级减压，一级减压后部份气体直接到步进电机阀，作为怠速供气，二级减压后气体到步进电机作为主供气量。二级减压出口压力随进气管压力增大。步进电机阀双功能控制

19、阀，一方面可以控制怠速的空燃比，另一方面也可以控制其它工况的空燃比。当起动机将发动机的转速带动到超过200转将高压电磁阀、怠速电磁阀打开使气体到达混合器、发动机气缸而使发动机起动。发动机工作时，CPU通过各种传感器把发动机的工况信息采集到随机存储器RAM中，并不断检测凸轮轴位置传感器信号，判断是那一缸即将到达压缩上止点。当接收到标志信号后，CPU立即开始对曲轴转角信号进行计数以便控制点火提前角。与此同时，读储存器中查询相应工况下的最佳点火提前角。在此期间，CPU一直在对曲轴转角信号进行计数，判断点火时刻是否到来。当曲轴转角等于最佳点火提前角时，CPU立即向点火系统发出点火脉冲信号。当输入的电子

20、点火器的点火脉冲信号电压使大功率开关晶体管导通时，点火线圈初级通路，储存点火能量；当输入电子点火器的点火信号脉冲使开关晶体管截止时，点火线圈初级线圈断路，次级便产生高压，通过配电器及高压导线等将高压送至火花塞。132基于LPG公交车发动机点火系统硬件以及软件的设计与开发为了验证本次设计的CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统在各种工况下的重要试验成果，下表为CA6GHL电控LPG单燃料发动机的主要技术参数。表11技术参数技术参数性能指标汽缸直径135MM活塞行程150MM压缩比164最大功率HP（KW）/RPM170/2000（190/2600）最大扭矩（NM/RPM）950/130015

21、00/1600额定转速/RMIN2800发动机额定功率/KW119燃料供给方式电喷排量7800ML3发动机点火系统的硬件部分主要有传感器、电子控制器和执行器。传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、车速传感器、空气流量传感器、进气温度传感器、爆震传感器、冷却液温度传感器和节气门位置传感器。电子控制器以单片机MC9S12DP256为核心，基本功能包括数据采集、AD转换、数据处理、数据显示等。通过MCU增强型串行通讯模块SCI可实现与PC机之间的通讯功能，进行点火系统运行状态监控和控制参数的匹配标定。执行器主要有电子点火系统，其组成有点火信号发生器、点火信号、电子点火器、点火开关、点火线圈、火花

22、塞。软件程序部分是利用汇编语言进行编程控制单片机MC9S12DP256进行各项工作的。MC9S12DP256丰富的接口资源为ECU输入输出功能的实现提供了方便。负荷信号节气门位置和进气压力、水温信号、蓄电池电压信号等系统模拟输入信号由放大滤波电路处理后，利用MCU的A/D转换模块进行采集。由一个16位主定时器和8个可编程输入捕捉/输出比较定时通道构成的增强型捕捉定时器提供了较强的定时控制功能，可充分满足高能直接点火的复杂时序控制要求。它的主要功能包括控制数据采集芯片ADC0809工作，判别、采集和处理发动机的工况和各种传感器信号，通过控制点火提前角、点火时刻和空燃比等达到理想的动力性和排放性。

23、133设计与绘制LPG公交车发动机点火系统的典型机械结构图发动机点火系统的结构机械图，它主要是由储气罐、蒸发调压器、汽油电磁阀、LPG电磁阀、功率调节阀、文氏管混合器、控制电路等组成。其中LPG气瓶用于储存液态的LPG。蒸发调压器利用通过发动机小循环水的热交换，将气瓶送来的液态LPG变为气态，并进行减压后送到混合器与空气混合，是LPG系统中最精密的器具，同时具有全密封组件，设有三重安全保护阀门；混合器将空气和LPG按适当的比例混合送到发动机燃烧；文氏管混合器安装在空气滤清器和化油器之间，其喉管处均布有多个孔，使LPG在此与空气充分混合。发动机点火系统的主要功能是将汽车电源供给的低压电转变为高压

24、电，并按照发动机的作功顺序与点火时间的要求适时、准确地配送给各缸的火花塞，在其间隙处产生火花，点燃气缸内的可燃混合气。同时提供合理的均匀混合气体和充足的点火能量并根据各传感器的信号在ECU的控制下，协调各机件实现精确的空燃比和点火时刻控制。134基于LPG公交车发动机点火系统的计算机仿真与分析为了验证基于LPG液化石油气公交车发动机点火系统控制方法的正确性和系统设计的可靠性，本论文以仿真软件MATLAB为基础设计了LPG液化石油气公交车发动机在各种工况下的点火测试系统，并以此系统进行实验分析发动机动力性，主要为确定发动机功率、扭矩，并以公交车为对象进行各档位运行状况仿真，以验证LPG高能异步双

25、点火发动机的实际效果。本仿真实验将进行发动机的外特性实验、发动机速度特性实验和油耗实验。根据LPG燃烧过程的特点，建立以提高LPG发动机动力性能为目标的发动机常用工况下多目标4参数优化控制模型，并利用MATLAB联合仿真验证控制策略，实现发动机的低油耗高动力性。在多参数的LPG发动机燃烧特性分析系统、LPG发动机、测功机基础上搭建LPG发动机实验平台，根据优化的参数调整发动机并在台架实验及实车中验证14本章小结随着高辛烷值气体燃料LPG作为替代能源被广泛地加以应用，目前面临的关键问题是在如何稀燃条件下提高LPG燃烧速率和火焰传播速度，以及组织燃烧室中气流运动，加强与高能点火过程的良好配合与控制

26、，进一步促进火焰传播，从而达到提高发动机热效率和降低排放的目的。本文紧紧围绕这个关键问题创新地提出发动机电控高能异步双点火系统，在提高点火系统点火性能及工作的安全可靠性上，设计了电子点火器闭合角可控功能电路、初级回路电阻控制电路、停车断电保护电路和初级电流稳定控制电路，以实现高速点燃式LPG电喷发动机稳定快速稀薄燃烧。具体研究内容如下本章从LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统所面临的技术难点出发，结合LPG液化石油燃气发动机的原理提出本设计的目的和意义，即设计一套有效的发动机点火控制系统和电子点火系统，对LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的工作进行控制，达到提高发动机的动力性和经济性及降

27、低排放的目的。同时明确了本设计所要完成的内容，从原理、硬件到软件三方面入手设计LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统。5第二章基于LPG公交车发动机点火系统工作原理和控制方法传统电控LPG公交车发动机点火系统比较简单，燃料供给装置对混合气浓度能起到一定的控制作用，但这并不意味着汽车的有害排放物就能下降。原因是LPG以气态的方式进入气缸的，由于气态的密度低、体积大，使吸入的新鲜空气量相对减少，充气量的下降会导致发动机输出功率也下降，动力性变差。而且由于点火能量较低，带来动力性不足和燃料经济性不稳定问题，最大功率和最大扭矩都有所下降。针对目前广州LPG汽车在使用中存在气源与发动机控制参数不匹配导致

28、燃气混合时，点火能量不稳定等问题，导致LPG燃烧不良动力性下降，LPG在高负荷时会产生爆燃等现象，本文将为进一步提高LPG电喷发动机电子点火控制系统的点火性能及工作的安全可靠性进行研究。设计了LPG电喷发动机的废气再循环系统。在电子点火系统的电子点火器方面设计了电子点火器闭合角可控功能电路、初级回路电阻控制电路、停车断电保护电路和初级电流稳定控制电路。采用电控发动机高能异步双点火系统的LPG公交车，利用发动机进气量传感器、节气门开度、水温、发动机转速及氧传感器形成闭环控制，准确地控制空燃比，可减少各汽缸间燃烧的不均匀及减少环境变化的影响，从而使LPG汽车易发动、易控制。提高加速和减速反应，并可

29、提高发动机功率的输出，同时可减少尾气排放污染。发动机原始燃烧系统条件下，利用发动机进气真空的变化调节燃气共给量，以适应发动机不同工况对可燃混合气的要求，基本保证发动机的正常燃烧。因此研制新型的性能可靠，抗干扰能力强，安全实用的电控LPG公交车发动机点火控制系统是十分必要的。LPG电子点火系统是由点火信号发生器、点火信号、电子点火器、点火开关、点火线圈、火花塞等组成。鉴于磁感应式电子点火信号发生器结构简单、工作可靠，使用广泛，本设计在点火信号发生器采用磁感应式点火信号发生器，电子点火器采用分离原件的电子点火器，并设计了电子点火器闭合角可控功能电路、初级回路电阻控制电路、停车断电保护电路和初级电流

30、稳定控制电路，以实现高速时LPG发动机燃气能稳定快速燃烧。21研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的原理及其控制方法211CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统的工作原理及其控制方法LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统如图21所示，该系统由储气罐、蒸发调压器、汽油电磁阀、LPG电磁阀、功率调节阀、文氏管混合器、控制电路等组成。气瓶内的液态高压LPG经高压管路到蒸发调压器；蒸发调压器有两级减压，一级减压后部份气体直接到步进电机阀，作为怠速供气，二级减压后气体到步进电机作为主供气量。二级减压出口压力随进气管压力增大。步进电机阀双功能控制阀，一方面可以控制怠速的空燃比，6另一方面也可以控

31、制其它工况的空燃比。发动机起动时的转速达到或超过200转时高压电磁阀、怠速电磁阀将打开，从而使气体到达混合器、发动机气缸而使发动机起动。当发动机的转速达到设定的极限（即超过2775转）时超速切断阀打开，使压缩空气推动一个阀门关闭步进电机的LPG入口，从而使发动机无燃料供应而停转，避免发动机飞车而发生危险。LPG液体从储气罐出来，经过LPG电磁阀到达蒸发调压器，经过降压、汽化变为接近大气压的气体。LPG气体流经功率调节阀到文氏管混合器，在文氏管混合器中与空气充分混合，根据发动机的工况向化油器喉管只起通道作用处供应一定量的LPG气体。图21LPG系统图1汽油泵；2化油器；3混合器；4蓄电池；5转换

32、开关；6储油器；7加气口；8密封盒；9集成阀；10LPG电磁阀；11政法调压器图22为LPG发动机的点火系统的总结构图。LPG发动机点火系统由各类传感器、ECU、电子点火模块、点火线圈、分电器及火花塞组成。曲轴位置传感器CPS向ECU提供发动机转速、曲轴转角信号，转速信号用于计算确定点火提前角，转角信号用于控制点火时刻。空气流量传感器AFS和节气门位置传感器TPS向ECU提供发动机负荷信号，用于计算确定点火提前角。冷却液温度信号CTS、进气温度信号IATS、车速信号VSS、空调开关信号AC以及爆震传感器EDS等等，用于修正点火提前角。发动机工作时，CPU通过上述传感器把发动机的工况信息采集到随

33、机存储器RAM中，并不断检测凸轮轴位置传感器信号，判断是那一缸即将到达压缩上止点。当接收到标志信号后，CPU立即开始对曲轴转角信号进行计数，以便控制点火提前角。与此同时，读储存器中查询相应工况下的最佳点火提前角。7当曲轴转角等于最佳点火提前角时，CPU立即向电子点火器发出点火信号IGT，使功率三极管截止，点火线圈初级电流切断，次级晓组产生高压，并按发动机点火顺序分配到各缸火花塞跳火点着可燃混合气。为了提高点火系统点火性能及工作的安全可靠性上，本论文将设计电子点火器闭合角可控功能电路、初级回路电阻控制电路、停车断电保护电路和初级电流稳定控制电路，以实现高速点燃式LPG电喷发动机稳定快速稀薄燃烧。

34、1分电器,2转速与曲轴位置信号插接器,3电子点火模块,4点火线圈,5火花塞图22LPG发动机的点火系统总结构图上述控制过程是指发动机在正常状态下点火时刻的控制过程。当发动机启动、怠速或汽车滑行工况时，设有专门的控制程序和控制方式进行控制。212LPG发动机点火系统的组成与基本原理LPG发动机点火系统的基本组成由蓄电池、发电机、点火开关、点火线圈、断电器、配电器、电容器、火花塞、高压导线、阻尼电阻等组成。如图23所示。1点火线圈，2阻尼电阻，3点火开关，4蓄电池，5发电机，6配电器，7断电器，8火花塞，9电容器，10高压导线图23LPG发动机点火系的组成8由于高能异步双点火系统需要比较高的点火电

35、压，而传统的点火系统在发动机转速变化时，其最高次级电压很不稳定，这使得发动机的低速起动性差，高速时容易断火，不能适应高速发动机，应此本设计采用了无触点的分电器。图24和图25为采用无触点电子点火器的初级电路与次级电路的原理图。图24初级电路图25次级电路初级电流从蓄电池的正极经点火开关、点火线圈的初级绕组、电子点火器，搭铁流回蓄电池的负极，为低压电路。次极电流从点火线圈的次极绕组，经蓄电池正极、蓄电池、搭铁、火花塞侧电极、火花塞中心电极、高压导线，配电器流回次极绕组为高压电路。213LPG发动机电子点火系统的组成与基本原理1、电子点火系统的基本组成电子点火系统的基本组成如图26所示。点火线圈初

36、级电流的流通右电子点火器中的开关晶体管控制，而开关晶体管导通与截止则是由点火信号发生器产生的电信号控制1点火信号发生器,2点火信号,3电子点火器,4点火开关,5点火线圈,6火花塞,7蓄电池图26电子点火系统的基本组成92、电子点火系统的基本工作原理当分电器轴转动时，安装在分电器内的点火信号发生器就会产生与发动机曲轴位置相对应的脉冲电压信号，此脉冲电压信号经电子点火器大功率晶体管前置电路的处理后，控制大功率开关晶体管的导通或截止，使点火线圈初级电流适时地通断。当输入的电子点火器的点火脉冲信号电压使大功率开关晶体管导通时，点火线圈初级通路，储存点火能量；初级电流从蓄电池的正极经点火开关、点火线圈的

37、初级绕组、电子点火器，搭铁流回蓄电池的负极，为低压电路。当功率三级管次极电流从点火线圈的次极绕组，经蓄电池正极、蓄电池，搭铁、火花塞侧电极、火花塞中心电极、高压导线，配电器流回次极绕组。当输入电子点火器的点火信号脉冲使开关晶体管截止时，点火线圈初级线圈断路，次级便产生高压，通过配电器及高压导线等将高压送至点火缸火花塞。214微机控制点火系统点火提前角的确定LPG发动机的可燃混合气在汽缸内燃烧不是瞬时完成的，需要先经诱导期，然后才能进入猛烈的明显燃烧期。因此，要使发动机发出最大的功率，混合气不应在压缩冲程上止点处点火而应适当的提早一些。通常把发动机发出功率最大的油耗最少的点火提前角称为最佳点火提

38、前角。点火提前角大小直接影响发动机的输出功率、油耗、排放等等。发动机工况不同需要的最佳点火提前角也不相同，怠速时的最佳点火提前角是为了使怠速运转平稳、降低有害气体排放量和减少燃油消耗量；部分负荷时的最佳点火提前角是为了减少燃油消耗量和有害气体排放量，提高经济性和排放性能；大负荷时的最佳点火提前角是为了增大输出转矩，提高动力性能。微机控制的点火提前角由初始点火提前角I、基本点火提前角B和修正点火提前角C三部分组成，即CBI1、起动时点火提前角控制。在起动期间，发动机转速较低（通常在500R/MIN以下），空气流量信号或进气歧管绝对压力信号不稳定，故点火时刻一般都固定在某一个处始点火提前角，其值的

39、大小因发动机而异。ECU根据点火开关信号、发动机转速与曲轴位置传感器信号进行起动初始点火提前角控制，并直接由集成电路IC产生点火定时信号NE。除此之外，有的发动机起动时的点火提前角还考虑冷却水温度的影响。起动时，点火提前角的主要控制信号是发动机转速、起动开关和冷却液温度等。2、起动后点火提前角控制。起动后，当发动机转速超过一定值（如800R/MIN）时，自动转换为由ECU的点火正时信号控制，即ECU根据发动机转速和负荷（空气流量、进气歧管绝对压力、怠速时的空调开关通断）信号，从储存器的标定数据中找到相应的最佳基本点火提前角，再根据有关转感器信号值加以修正，得出实际点火提前角，即实际点火提前角初

40、始点火提前角基本点火提前角修正点火提前角基本点火提前角1、怠速工况（怠速触点闭合）。当节气门位置传感器中的怠速触点闭合时，发动机处10于怠速工况运行，ECU根据发动机转速和空调开关是否接通确定基本点火提前角，当空调开关不接通时发动机的基本点火提前角是比接上空调开关时的点火提前角小的。2、正常运行工况（怠速触点断开）。当节气门位置传感器中的怠速触点断开时，发动机处于正常运行工况，ECU根据发动机转速和负荷（空气流量或进气歧管绝对压力或节气门开度）信号，在存储器的数据中查找到这一工况运行是对应的最佳基本点火提前角。（2）点火提前角的修正1、暖机修正。发动机冷车启动后，当冷却水温度较低时，应增大点火

41、提前角。暖机过程中，随着冷却水温度升高，点火提前角的变化趋势是随温度的升高而逐渐减小的。修正曲线的形状与提前角的大小随车型不同而异。2、怠速稳定性修正。发动机在怠速运行期间，由于发动机负荷变化（如空调、动力转向等）而使转速改变，ECU随时调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速下稳定运转。ECU不断地计算发动机的平均转速，当平均转速低于规定的怠速目标转速时，ECU根据两者的差值大小相应的增大点火提前角；当平均转速高于规定的怠速目标转速时，相应的推迟点火提前角，点火提前角的怠速稳定性修正是与怠速转速变化调节旁通空气量（相当于喷油量）同时进行的，这样有助于提高怠速转速的控制精度，提高怠速稳定性。3

42、、过热修正。发动机处于正常运行工况（怠速触点IDL断开），当冷却水温度过高时，为了避免爆震发生，应将点火提前角减小；而发动机处于怠速运行工况（怠速触点IDL接通），当冷却水温度过高时，为了避免发动机长时间过热，应将点火提前角增大。4、空燃比反馈修正。装有氧传感器的电控燃油喷射系统进行闭环控制时，ECU根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加和减少，发动机的转速在一定范围内波动。为了提高发动机转速的稳定性，在反馈修正正油量减少、混合气变稀时，也应适当的增大点火提前角。发动机正常运行期间，实际点火提前角就是初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角之和。发动机每运转一周后，

43、ECU就可以计算并输出一次点火提前角的调整数据，是点火提前角随着发动机工况的变化做出相应的改变，但是，当CUE计算出的实际点火提前角超过允许的最大或最小点多提前角时，则ECU就已允许的最大或最小点火提前角进行控制。（3）通电时间（闭合角）控制在计算机控制的点火系统中沿用了传统点火系统闭合角的概念，实际是指初级电路接通时间。蓄电池的电压变化，会影响初级电流的大小。如图27所示，蓄电池电压下降时，达到同样的初级电流所需的时间长。因此必须对通电时间进行修正如图28所示。11图27蓄电池电压对初级电流的影响图28通电时间随蓄电池电压变化的修正曲线当点火线圈的初级电路接通后，初级电流按指数曲线规律增长。

44、只有当通电时间到达一定值时，初级电流才可能达到饱和。采用初级线圈电阻很小的高能点火线圈。其饱和电流可达30A以上。点火线圈的次级电压和初级电路断开时的初级电流成正比。但通电时间过长，会使点火线圈发热，甚至烧坏，还会使能耗增大。因此要控制一个最佳通电时间，既能得到较大的初级电流，获得较高的点火能量和次级电压，同时又不会损坏点火线圈。215发动机爆震的控制过程LPG发动机要获得最大功率和最佳燃油经济性的有效方法之一时增大点火提前角。但是，点火提前角过大又会引起发动机爆震。爆震的主要危害一是导致发动机输出功率降低；二是导致发动机使用寿命缩短甚至损坏。发动机在大负荷状态工作时，这种可能性更大。消除爆震

45、最有效的方法就是推迟点火提前角。闭环控制闭环控制方式可以在空中点火提前角的同时，不断地检测发动机的有关工作状况，如发动机是否发生爆震，怠速是否稳定等，然后根据检测到的变化量，及时对点火提前角进行修正，使发动机始终处于最佳的点火状态，而不受发动机的磨损、老化以及有关使用因素的影响，故控制精度高。在LPG发动机中，爆震是增大发动机压缩比、提高热效率的最大障碍。剧烈的爆震会使发动机的动力性和经济性严重恶化，但当发动机工作在爆震的临界点或有轻微的爆震时，发动机热效率却最高，动力性和经济性最好。因此，利用点火提前角的闭环控制系统可有效的控制点火提前角，使发动机工作在爆震的边缘。当发动机接近爆震极限，因为

46、排气中的NO含量较高，所以在微机控制电子点火系统中，一般仅在大负荷、中低转速（如小于2200R/MIN）时采用闭环控制，而在部分负荷和高转速时则多采用开环控制。（1）爆震控制系统爆震控制系统框图见图29所示12图29爆震控制系统框图爆震传感器将检测到的电压信号传送给ECU，由ECU中爆震信号处理器判断是否有爆震存在，并根据信号的强弱和频度决定爆震的等级，算出要推迟的点火提前角数值，将此点火时刻经点火模块放大后，通过点火线圈和火花塞，控制发动机内混合气的点燃。然后爆震传感器检测下一工作循环的爆震信号，若爆震仍存在，继续推迟提前角。当爆震消失后，为了使发动机性能得到恢复，应不断增加点火提前角，直至

47、爆震再次出现，如此不断的循环进行，见图210图210爆震是点火提前角的控制逻辑216基于微控制发动机高能异步双点火系统控制方法的提出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。采用高能异步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

48、动机，这种高能异步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。点火控制包括点火顺序控制、点火定时控制和点火能量控制。点火系统应按发动机的工作顺序进行点火，即点火顺序应与发动机的工作顺序一致，否则不能适时点着混合气，发动机就不能正常工作。点火定时控制的目的是使发动机功率输出大、油耗低、爆震小和排放低，点火系统必须在最有利的时刻点火，并需在上述目标之间进行折衷。点火时刻用13点火提前角来表示，从火花塞开始跳火到活塞运行至压缩行程上止点的时间内曲轴转过的角度被称为点火提前角。发动机在不同工况下的最佳点火提前角是不同的。在微机控制的点火系统中，根

49、据发动机转速、负荷等传感器的信号确定发动机运行工况，计算出最佳的点火时刻，并由微控制器输出控制信号，使功率三极管截止、初级电路断电，从而实现控制。综上所述，对于六缸发动机的高能直接点火系统，为保证发动机的性能要求，需按点火顺序、点火时刻和点火能量的要求实现六个独立点火线圈初级电路的适时通、断电，即微控制器要完成多通道的复杂时序控制。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。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。MC9S12DP256微控制器采用了高性能的16位处理器HCS12，可提供丰富的指令系统，具有较强的数值运算和逻辑运算能力，其内256K字节的FLASH存储器具有在线编程能力，4K字节的EEPROM和12K字节的RAM可存储各种控制参数。MC9S12DP256的低功耗晶振、复位控制、看门狗及实时中断等配置和功能更有助于系统的可靠运行。如图211所示，适用于六缸发动机的高能直接点火电子控制单元以MC9S12DP256微控制器为核心，并由电源、输入信号整形处理、驱动放大电路和通讯电路等功能模块构成。图21