ATmega8單片機(jī)的天然氣發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計
(3)點火線圈
發(fā)動機(jī)的電火花點火是通過一整套電器設(shè)備和機(jī)件,在相互配合下,將汽車的低壓電變?yōu)楦邏弘?,利用裝在汽缸燃燒室內(nèi)的火花間隙放電,產(chǎn)生電火花,將可燃混合氣點燃做功,并能按發(fā)動機(jī)工作要求而自動調(diào)節(jié)點火時間,使點火可靠、準(zhǔn)確。點火系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)動機(jī)各種不同工況和使用條件下,均能保證正確而可靠的點燃混合氣。本系統(tǒng)由點火MCU輸出的控制信號經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動功率晶體管控制點火線圈初級回路的通斷,從而使次級感應(yīng)出高壓,完成發(fā)動機(jī)電子控制點火。圖11為 ECU點火驅(qū)動電路。
5 實驗監(jiān)控系統(tǒng)
發(fā)動機(jī)實驗監(jiān)控系統(tǒng)一般包括直接對發(fā)動機(jī)控制的電控單元以及人機(jī)交互系統(tǒng),所以一般分成兩級結(jié)構(gòu)。下位機(jī)由傳感器、執(zhí)行結(jié)構(gòu)及電控單元組成,上位機(jī)由PC機(jī)構(gòu)成。如圖12所示,系統(tǒng)監(jiān)控軟件為模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,便于功能的實現(xiàn)。
監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用VB軟件編制,利用VB中的MSComm控件可以很方便地提供串行端口通信功能。監(jiān)控軟件主要實現(xiàn)的功能包括:參數(shù)采集、數(shù)據(jù)實時顯示、控制參數(shù)在線調(diào)整、數(shù)據(jù)圖形化顯示、數(shù)據(jù)離線圖形化顯示、數(shù)據(jù)保存、報警、打印等。
監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)電控單元采用AVR系列ATmega8單片機(jī),通過串行通信模塊實現(xiàn)與上位機(jī)(PC機(jī))的數(shù)據(jù)傳輸。電控單元通過傳感器采集發(fā)動機(jī)運(yùn)行時的各種工況參數(shù)傳給上位機(jī),以及驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)(噴嘴、點火線圈等)按照上位機(jī)傳來的控制參數(shù)動作,軟件采用C語言編制。在微機(jī)和單片機(jī)通信中,采用軟件握手協(xié)議。
6 臺架實驗
(1)怠速控制系統(tǒng)
如圖13所示,怠速控制主要由主MCU采用經(jīng)典PID控制策略來完成。PID控制允許工程技術(shù)人員以簡單直接的方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng),而且在很寬的條件范圍內(nèi)都能保持很好的魯棒性。PID控制器是整個怠速控制系統(tǒng)的核心。在怠速閉環(huán)控制中需要用到的基本控制量是怠速轉(zhuǎn)速偏差,即怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)實際轉(zhuǎn)速之差,通過PID控制器的計算,得出步進(jìn)電機(jī)的動作步數(shù)以及動作方向,改變旁通空氣進(jìn)氣量,從而控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。
(2)電控點火系統(tǒng)
電控點火系統(tǒng)的工作原理:首先對轉(zhuǎn)速信號和負(fù)荷信號進(jìn)行采樣,送人計算單元,根據(jù)存儲在單片機(jī)中的點火MAP圖,采用插值和查表方法,確定最佳點火提前角;控制系統(tǒng)同時采集發(fā)動機(jī)其他工作參數(shù)信號,根據(jù)這些信號查出點火提前角的修正值,將最佳點火提前角修正后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的點火延遲時間。當(dāng)點火基準(zhǔn)信號 (點火基準(zhǔn)信號就是延遲基準(zhǔn)信號,它一般是一個曲軸位置信號)到來時,控制系統(tǒng)計數(shù)器開始計數(shù),計數(shù)結(jié)束后,ECU通過接口發(fā)送點火信號,點火驅(qū)動電路得到這個信號后初級點火線圈開始閉合。
此電控系統(tǒng)中點火提前角的控制以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力為基本輸入信號,通過查詢儲存在點火單片機(jī)中的點火MAP圖得出基本點火提前角,再通過發(fā)動機(jī)冷卻水溫、天然氣壓力、氧傳感器等信號進(jìn)行修正。最終確定發(fā)動機(jī)當(dāng)前工況下的最佳點火提前角,然后由兩個計數(shù)器相互配合來完成點火提前角的控制。作為點火信號產(chǎn)生基準(zhǔn)的是霍爾傳感器輸出的曲軸位置信號,在分電器內(nèi)安裝有產(chǎn)生該信號的信號齒盤?;魻杺鞲衅髅扛?80°CA(CA是發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)角)產(chǎn)生一個信號 (下降沿有效),位置是壓縮上止點前86°CA。圖14為點火的時序圖。
(3)燃?xì)鈬娚淇刂葡到y(tǒng)
本電控系統(tǒng)中,選取了較為簡單和實用的速度一密度方式,通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管壓力得出進(jìn)氣空氣量。由于燃?xì)鈬娚鋲毫σ欢?,所以發(fā)動機(jī)的供氣量取決于噴射閥的噴射時間。噴射時間T由公式(1)得出:
T=Tb·Fc+Tv (1)
式中:T為天然氣噴射時間(ms),Tb為基本噴射時間(ms),F(xiàn)c為噴射時間修正系數(shù),Tv為噴射閥延時(ms)。
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