MC33810在四缸汽油機噴油與點火系統中的應用

謝春華，戴 華

（湖北水利水電職業技術學院，湖北 武漢430070）

在汽油機噴油與點火控制系統中，通常用大功率三極管或場效應管及其輔助電路來產生較大的驅動電流，從而實現對噴油器和火花塞的驅動。然而，對于四缸汽油發動機而言，就必須分別有4個噴油器和火花塞驅動電路與之對應。這樣，驅動電路體積較大，穩定性相對較差，結構也較為復雜。MC33810是Freescale公司推出的一款四缸汽油發動機專用噴油和點火驅動集成芯片，該芯片具有體積小、重量輕、集成度高、經濟性好等特點[1]。

1 結構原理

MC33810芯片內部具有電源供電模塊、電源復位模塊、SPI串行輸入輸出接口模塊、并行控制輸入模塊、脈寬調制控制模塊、標準/最大線圈電流比較模塊、點火持續時間比較模塊、噴油器驅動模塊和點火門控預驅動模塊，能夠與汽油機ECU進行SPI通信，接受ECU的并行控制，實現噴油與點火功能，同時能對點火電流和點火持續時間進行反饋，防止損傷點火線圈,其內部電路具有過壓、過流、過熱保護功能[2]。

2 應用電路設計

2.1 ECU電源管理電路設計

MC33394是一款高性能的電源管理芯片，外部電源供電在+4 V～+26.5 V之間，非常適合給發動機ECU供電。其內部包含+5 V/+3.3 V/+2.6 V電壓調節器模塊，可直接輸出+5 V、+3.3 V和+2.6 V三種電壓。其應用電路如圖1所示。

電池由外部電源供電，汽車上一般為+12 V～+14 V之間。VPRE口輸出電壓為+5.6 V，VDDH口輸出供電+5 V@100 mA，VPRE1、VPRE2和 VPRE3口輸出供電+5 V@100 mA。VPP口可輸出供電+5 V@150 mA或+3.3 V@150 mA，可對外部Flash ROM進行供電。VDD3_3口外接三極管，可形成+3.3 V@120 mA的供電能力。VDDL口外接2個三極管，形成+2.6 V@40 mA的供電能力[3]。因此，MC33394能完全滿足MPC564的電源管理及供電要求。

2.2 ECU系統電路設計

以MPC564為核心的ECU系統電路包括：電源供電電路、復位電路和晶振振蕩電路。電源供電電路主要由MC33394提供+5 V和+2.6 V電壓給 MPC564，MPC564的電源接口有：VDDH1～VDDH8， 接+5 V電源；VDD1～VDD13、QVDDL1～QVDDL15， 接+2.6 V 電 源 ；GND1～GND105，接地。復位電路接口有：電源復位 PORESET、硬件復位HRESET和軟件復位SRESET。由于它們都是低電平有效，所以采用傳統的電阻電容復位電路。晶振振蕩電路由晶振、電阻和電容組成。外部晶振選擇4 MHz、晶振反饋調節電阻選擇 10 MΩ、電容選擇22 pF，則PLL鎖相環電路可產生40 MHz的內部時鐘和20 MHz的系統時鐘[4]。其系統電路如圖2所示。

2.3 MC33810接口電路設計

MC33810芯片外部具有：一個串行輸入輸出口(SPI)，4 個驅動輸入口(DIN0～DIN3)、4 個輸出口(OUT0～OUT3)，4個門控預驅動輸入（GIN0～GIN3）、輸出口（GD0～GD3），4個反饋電壓檢測輸入口（FB0～FB3），一個點火線圈最大電流輸出標志位（MAXI），一個點火線圈標準電流輸出標志位（NOMI），一個電阻感應正極端口（RSP）和一個電阻感應負極端口（RSN）[2]。串行輸入輸出口主要用于發送和接收ECU的控制命令，可以直接與MPC564的SPI口直接相連。驅動輸入、輸出口主要用于控制噴油器的開啟和關閉，輸入口與MPC564的普通I/O口相連，輸出口與噴油器相連。門控預驅動輸入、輸出口主要用于控制功率管的開啟和關閉，從而控制火花塞的點火，因此輸入口仍然接MPC564的普通I/O口，而輸出口控制功率管的基極。這樣，噴油和點火控制指令既可以通過ECU發出SPI指令控制，也可以通過并行口直接控制。反饋電壓檢測口主要用于監控點火時功率管的集電極端電壓，由兩個電阻進行分壓，阻值比例約為 9:1（可選擇 36 kΩ和4.02 kΩ）。點火線圈最大電流輸出標志位主要用于給ECU提供點火線圈最大電流輸出信號參考標志。點火線圈標準電流輸出標志位主要用于給ECU提供點火線圈標準電流信號參考標志，防止點火線圈因電流過大而損傷，因此可直接與MPC564的普通I/O口相連。電阻感應正極端口和電阻感應負極端口主要用于感應通過其兩端的電阻電流的大小，這里放大倍數選擇1倍，電阻選擇 0.04 Ω，如圖 3所示。

3 驅動程序設計

3.1 噴油程序設計

汽油機噴油必須確定噴油提前角和噴油量。四缸汽油機噴油提前角一般是固定的，位于排氣行程上止點前64°，因此可以根據曲軸位置傳感器發出的曲軸位置信號確定[5]。而噴油量通過噴油器針閥開啟的持續時間來確定，即噴油脈寬。噴油脈寬通過ECU采集進氣歧管絕對壓力、發動機轉速、歧管進氣空氣溫度、節氣門位置、蓄電池電壓等信號的實際數據，再根據MAP圖來確定。當噴油時刻到來時，ECU通過SPI口或并行口直接發出噴油指令，然后開啟定時器，確定定時噴油的持續時間。當噴油完成后直接關閉噴油指令。

MC33810內部具有過熱保護和定時保護命令，可通過ECU對噴油器進行過熱和噴油時間過長保護。這里，選擇以SPI口驅動第一缸噴油器為例，使用保護指令0E10H，噴油指令3001H。噴油程序流程圖如圖4所示。

3.2 點火程序設計

汽油機點火必須確定點火提前角和點火閉合角。點火提前角的大小主要由發動機的轉速、負荷和汽油的辛烷值決定[6]。汽油的辛烷值一定時，只需通過試驗，建立發動機的轉速、節氣門的位置與點火提前角的MAP圖即可。點火閉合角的大小主要由發動機的點火頻率決定，點火頻率越大，發動機的轉速越快。因此，可通過ECU采集發動機轉速傳感器和節氣門位置傳感器信號確定點火提前角和點火閉合角。

MC33810內部具有選擇點火閉合角(點火持續時間)、點火電流放大倍數、點火標準電流、最大電流參數設置的功能，能根據MAP圖選擇合適的點火參數。這里，以驅動第一缸點火為例，點火持續時間設置為32 ms，點火模式選擇命令為1000 H，允許多缸點火持續時間重疊，電流放大1倍，則點火命令為49CDH。點火結束濾波設置4 μs命令為5001 H。點火標準電流為5.5 A，最大電流為14 A，允許點火持續時間重疊35%，則DAC命令為688AH。點火程序流程圖如圖5所示。

MC33810通過與MPC564組成噴油及點火控制電路，能實現如下功能：

(1)直接用MC33810驅動四缸汽油機的噴油器與點火線圈，省去了復雜的驅動電路；

(2)MPC564可根據實際需要選擇SPI接口驅動或并口驅動，驅動方式靈活；

圖4 噴油程序流程圖

圖5 點火程序流程圖

(3)MC33810能向MPC564發出點火驅動電流的反饋監控信號，保護點火線圈；

(4)MC33810內部具有過壓、過流和過熱保護，驅動電路穩定，使用壽命長。

通過試驗表明，MC33810能在四缸汽油機中較好地實現噴油與點火電路的驅動，具有一定的現實意義和良好的使用前景。

[1]飛思卡爾半導體有限公司.MC33810FS.pdf[EB/OL].[2007-1-1].http://cache.freescale.com/files/analog/doc/fact_sheet/MC33810FS.pdf?fsrch=1&sr=4.

[2]飛思卡爾半導體有限公司.MC33810.pdf[EB/OL].[2010-7-1].http://cache.freescale.com/files/analog/doc/data_sheet/MC33810.pdf?fsrch=1&sr=1.

[3]飛思卡爾半導體有限公司.MC33394.pdf[EB/OL].[2002-11-1].http://cache.freescale.com/files/analog/doc/data_sheet/MC33394.pdf?fsrch=1&sr=1.

[4]飛思卡爾半導體有限公司.MPC561RM.pdf[EB/OL].[2005-8-1].http://cache.freescale.com/files/microcontrollers/doc/ref_manual/MPC561RM.pdf?fsrch=1&sr=1.

[5]曹陽，陳志恒，譚明生，等.MPC564基本功能開發及在汽油機上的應用[J].車用發動機，2008，179（6）：49-52.

[6]蔡保富.汽車點火檢測系統的智能化研究[D].武漢：武漢理工大學，2010：53-59.

[7]王財壽，陳志恒，景來軍.基于 MPC564的發動機電控單元硬件設計[J].電子技術應用，2007，33（11）：54-57.

[8]譚明生，陳志恒，曹陽.汽油機開放式電控系統設計[J].車用發動機，2009，185（6）：33-36.

[9]杜慧勇，謝春華，王站成.MC9S12DG128單片機在頻率測量系統中的應用[J].河南科技大學學報，2009，30（3）：40-42.