基于本田節能車的智能順序點火系統設計

閆曉琦，杜海興，黎逸飛，劉西超

(天津職業技術師范大學汽車與交通學院，天津 300222)

0 引言

本田發動機采納半球型燃燒室、平頂活塞以及單火花塞點火的燃燒系統。這種燃燒系統受均質燃燒的局限，無法達到更高的壓縮比，燃油無法完全燃燒，熱效率低，排放污染物也多[1]，這與本田節能大賽的宗旨完全相悖。針對發動機性能的研究越來越受到研究者的重視，其中就包括對發動機點火控制技術的研究與改進[2]。從2003年初開始，德國寶馬公司最先在雙缸摩托車發動機上使用“雙火花塞點火”新技術，防止了之前單點火燃燒不充分的缺陷，并且將火焰傳播距離縮小了一半，兩個火花塞同時點火形成強烈的渦流，加速火焰的傳播速度。發動機點火性能的優劣將直接影響發動機的動力性和經濟性[3]?；诒咎锕澞艽筚愌芯吭O計一個智能順序點火系統，由單片機根據工況負荷變化控制火花塞的點火順序，從而提高賽車的動力性和經濟性，提高發動機的燃油利用率。

1 系統設計

1.1 單片機的選型

基于微機控制的電子點火系統具有及時性好、精確度高、控制靈活等特點[4]。它能滿足點火信號的收發，對采集數據有一定的處理能力，價格低，功耗低，性能良好。文中采用STC89C51單片機，該單片機能很好接收發動機傳來的轉速信號，同時能很好地處理信號，在最佳的點火時刻發出點火信號給點火控制器，使發動機能平穩的工作，同時也起到了防止其他信號干擾的作用。

1.2 系統總體框圖

如圖1所示，以發動機轉速傳感器的信號為輸入信號，經觸發信號轉換電路，將波形轉換完成輸入單片機中，在單片機中計算轉速并判斷發動機工況，在最佳的點火提前角點火是適合當前的閃存，和脈沖點火器發出點火控制信號。如果單片機程序在處理信號時發生錯誤，單片機程序將重新對信號進行處理。設計完成，對程序進行實車測試，通過不斷試車，不斷對單片機參數的調整，從而達到對程序的完善。

圖1 系統總體框圖

1.3 系統主要功能

如圖2所示，在怠速狀態下，同時點燃前、后火花塞以加速燃燒，提高凈化指數；在低速、低負荷工況時，前火花塞提前點火，后者是正常點火，如此來改善燃燒工況，減少材料消耗，提高凈化指數；在低速、大負荷工況時，前火花塞提前點火，后火花塞延后點火，以提高平均有效壓力，減少爆震；在高速工況時，兩者同時點火，從而加速燃燒速度，改善動力指標。

圖2 點火系統的一維布置圖

2 硬件設計

如圖3所示，該裝置由STC89C51單片機、晶振電路、復位電路、點火電路、硬件控制邏輯與繼電器保護電路等組成。

圖3 單片機原理圖

大賽規定平均時速不能低于25 km/h，行駛里程是10 794 m，規定完成時間是1 494 s。通過大賽規則和往年的比賽經驗初步確定：節能競技賽車啟動后最高速度在50 km/h左右，賽車滑行到20 km/h左右重新點火啟動發動機進行下個循環。通過轉速表可以測量出節能車的行駛速度。

比賽時發動機轉速為1 800～4 600 r/min，同時，發動機轉速可以通過發動機轉速信號在單片機內部計算出更精確的轉速。

3 軟件設計

如圖4所示，用兩根信號線接受來自ECU的點火信號，兩根信號線可以接受到4種信號，即00、01、10、11，分別標志為怠速工況、高速工況、低速小負荷工況、低速大負荷工況，兩根信號線用于輸出控制前、后火花塞。

圖4 軟件設計框圖

單片機的P1口用于接受來自ECU的信號，P2口用于輸出控制前、后火花塞，設置標志位flag_1表示前火花塞，flag_2表示后火花塞。

首先，初始化單片機的P1口和P2口，然后掃描P1口，等待ECU的信號。如表1所示，單片機根據不同的工況發出不同的指令，從而控制火花塞的點火策略。

表1 單片機控制點火策略表

4 結束語

通過對點火系統的改進，設計了雙火花塞智能順序點火，與之前的雙火花塞同時點火相比，在啟動后加濃、噴油脈寬、發動機溫度以及點火提前角相同的情況下，雙火花塞點火的測試成績是472 km/L,智能順序點火的成績是535 km/L,在燃油消耗方面實現了巨大的突破。智能順序點火系統大大提高了節能車的動力性、經濟性，提高了發動機的燃油利用率。對后續智能順序點火系統的設計提供了參考。