基于MC9S12DP512单片机的发动机点火系统软件设计讲述课件.ppt
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1、汇报内容汇报内容课题背景及意义课题背景及意义国内外研究现状国内外研究现状提高点火能量的研究提高点火能量的研究点火控制的软件设计点火控制的软件设计工作展望工作展望 本项目重点研究高能点火自适应控制技术,基于现有燃烧本项目重点研究高能点火自适应控制技术,基于现有燃烧重油技术等预研成果,针对重油技术等预研成果,针对航空煤油航空煤油,实现高空条件下点火能,实现高空条件下点火能量的自适应控制。量的自适应控制。1.为后期的发动机台架试验做准备工作是本课题的任务。为后期的发动机台架试验做准备工作是本课题的任务。2.汽油发动机改烧航空煤油具有重要意义;但汽油发动机改烧航空煤油具有重要意义;但煤油闪点高,蒸煤油
2、闪点高,蒸发性差,发性差,需要更大的点火能量。需要更大的点火能量。3.发动机冷起动时点不着火。发动机冷起动时点不着火。课题背景及意义课题背景及意义 由于以上三个个问题的存在,本课题是,为进一步改烧煤由于以上三个个问题的存在,本课题是,为进一步改烧煤油的最小点火能量和精确点火时刻标定试验做基础研究工作是油的最小点火能量和精确点火时刻标定试验做基础研究工作是非常有必要的。非常有必要的。国内外研究现状国内外研究现状7O年代以来,世界上一些先进的汽车工业国家已陆续开始装备年代以来,世界上一些先进的汽车工业国家已陆续开始装备各种各样的高能点火系。从各种各样的高能点火系。从1974年起,美国年起,美国GM
3、 公司开始大量公司开始大量生产并装备生产并装备HEI(High Energy Ignition)系统。初级储能在系统。初级储能在90180mJ之间的晶体管无触点点火系在美国、加拿大和欧洲已之间的晶体管无触点点火系在美国、加拿大和欧洲已被普遍采用,并且有着稳定的市场。被普遍采用,并且有着稳定的市场。国内对高能点火的研究起步于国内对高能点火的研究起步于6o年代末。但是直到年代末。但是直到8o年代中期年代中期才开始出现各种商品化的汽车高能无触点点火系产品。现在上才开始出现各种商品化的汽车高能无触点点火系产品。现在上海桑塔纳。一汽奥迪、捷达、海桑塔纳。一汽奥迪、捷达、CA142汽车、汽车、CA488发
4、动机以及发动机以及广州标致等汽车均已广泛使用。广州标致等汽车均已广泛使用。国内外研究现状国内外研究现状内部不带微处理器的数字或模拟内部不带微处理器的数字或模拟IC点火系:点火系:它们具有结构简单、独立性强、适用面广、可靠性高它们具有结构简单、独立性强、适用面广、可靠性高(内部不带或很少带内部不带或很少带有时序逻辑电路。因而抗干扰能力强有时序逻辑电路。因而抗干扰能力强)和价格低廉等特点,颇受欢迎。和价格低廉等特点,颇受欢迎。自自80年代以来,在美国、加拿大和欧洲的汽车工业发达国家里一直占据着年代以来,在美国、加拿大和欧洲的汽车工业发达国家里一直占据着50左右的稳定市场,且有继续扩大的趋势。左右的
5、稳定市场,且有继续扩大的趋势。美国摩托罗拉美国摩托罗拉(Motorola)公公司生产的专用集成点火芯片司生产的专用集成点火芯片(89S01),即为,即为70年代中期有影响的该类型产年代中期有影响的该类型产品之一。品之一。80年代以来,年代以来,IC点火系有了许多新的发展,控制功能日趋丰富,点火系有了许多新的发展,控制功能日趋丰富,性能进一步提高,出现了许多新型的专用或通用汽车点火器模块。性能进一步提高,出现了许多新型的专用或通用汽车点火器模块。纵观现有的点火系,发动机点火提前特性的电子控制往往离不开微处理纵观现有的点火系,发动机点火提前特性的电子控制往往离不开微处理器。由长沙交通学院、浙江大学
6、联合有关厂家共同研制的汽车电提前高器。由长沙交通学院、浙江大学联合有关厂家共同研制的汽车电提前高能无触点点火系,利用磁感式分电器输出信号上升沿触发实现电提前的能无触点点火系,利用磁感式分电器输出信号上升沿触发实现电提前的原理,在发动机转速提前特性的电子控制方面作出了许多成功的尝试。原理,在发动机转速提前特性的电子控制方面作出了许多成功的尝试。针对国内发动机提前持性控制精度要求不高,可用多段折线来近似的特针对国内发动机提前持性控制精度要求不高,可用多段折线来近似的特点将点火系中原有的传统机械提前装置用磁路及点将点火系中原有的传统机械提前装置用磁路及IC电路来取代,然后电路来取代,然后可进一步改变
7、高压配电方式,研制出新一代不带微处理器的全电子点火可进一步改变高压配电方式,研制出新一代不带微处理器的全电子点火系,这将是一项符合我国国情的、十分有意义的探索性工作。系,这将是一项符合我国国情的、十分有意义的探索性工作。国内外研究现状国内外研究现状微机控制的智能点火系:微机控制的智能点火系:这类点火系往往与爆震、燃油供给以及排放控制等联合起来成为发动机综这类点火系往往与爆震、燃油供给以及排放控制等联合起来成为发动机综合控制的一部分。如合控制的一部分。如福特福特(Ford)公司的公司的EEC系统系统、通用通用(GM)公司的公司的C-4系统系统、丰田公司的丰田公司的TCCS系统系统、三菱公司的三菱
8、公司的ECI系统系统、五十铃汽车的五十铃汽车的I-TEC系统系统、日产汽车的日产汽车的ECCS系统系统等。这类系统是发动机高精度综合控制等。这类系统是发动机高精度综合控制发展的必然趋势,市场占有量正在稳步上升。将成为发展的必然趋势,市场占有量正在稳步上升。将成为21世纪的主要发展世纪的主要发展方向。方向。随着随着CMOS器件的应用,更高性能单片机问世。点火系的性能有了很大器件的应用,更高性能单片机问世。点火系的性能有了很大提高,具备多种闭环控制、故障诊断、自动复位、串并行通讯等功能,其提高,具备多种闭环控制、故障诊断、自动复位、串并行通讯等功能,其进一步发展将大量采用专门智能集成芯片。目前福特
9、轿车均采用了福特汽进一步发展将大量采用专门智能集成芯片。目前福特轿车均采用了福特汽车公司车公司1988年推出的年推出的第四代第四代EEC-IV电子发动机控制组件,用质量流量电子发动机控制组件,用质量流量型空气流量计取代了以往的进气歧管绝对压力传感器,并采用功能最强、型空气流量计取代了以往的进气歧管绝对压力传感器,并采用功能最强、最先进的微处理器,根据各传感器输入的信号优化发动机工作,使发动机最先进的微处理器,根据各传感器输入的信号优化发动机工作,使发动机控制能力进一步增强,改善了冷起动和可驾驶性,同时还具有很强的故障控制能力进一步增强,改善了冷起动和可驾驶性,同时还具有很强的故障自检测性能。自
10、检测性能。国内外研究现状国内外研究现状在点火系不断发展的同时,点火能量也在逐年提在点火系不断发展的同时,点火能量也在逐年提高。高。7O年代初期所采用的晶体管无触点点火系,年代初期所采用的晶体管无触点点火系,其初级储能值一般在其初级储能值一般在8O120mJ之间,之间,8O年年代初期已提高到代初期已提高到150mJ以上。人们在研究中发以上。人们在研究中发现采甩现采甩200mJ左右的点火能量,可对空燃比左右的点火能量,可对空燃比高达高达23的稀薄燃烧产生较好效果,燃油经济性可的稀薄燃烧产生较好效果,燃油经济性可提高提高10 15。因此,。因此,8O年代中期以后,高年代中期以后,高能无触点点火系的初
11、级储能值已提高到能无触点点火系的初级储能值已提高到200mJ左右。左右。研究内容研究内容1、学习点火系统分类、组成、原理、工作特性等基、学习点火系统分类、组成、原理、工作特性等基础知识;础知识;2、搜索国内外的点火系研究资料,进行阅读整理;、搜索国内外的点火系研究资料,进行阅读整理;3、从理论入手推导点火能量的计算方法;、从理论入手推导点火能量的计算方法;4、探讨点火能量的提高措施;、探讨点火能量的提高措施;5、根据点火能量提高措施重新设计点火线圈,包括、根据点火能量提高措施重新设计点火线圈,包括磁芯材料和形状的选择,磁芯截面积估算,初次级磁芯材料和形状的选择,磁芯截面积估算,初次级匝数计算,
12、初次级绕组线径就算等;匝数计算,初次级绕组线径就算等;6、MC9S12DP512的入门学习;的入门学习;7、安装、安装Code Warrior开发软件并学习如何创建开发软件并学习如何创建工程及用工程及用C语言编程;语言编程;8、初步设计一个简化的点火系统控制程序。、初步设计一个简化的点火系统控制程序。论文结构论文结构第一章引言部分,第一章引言部分,1.首先阐明了课题背景与研究意义,并概括研究方法以及结果。首先阐明了课题背景与研究意义,并概括研究方法以及结果。2.总结出近十年国内外对于点火系统的研究现状。总结出近十年国内外对于点火系统的研究现状。3.描述了对于本课题的研究路线,力求有理有据,清晰
13、明了。描述了对于本课题的研究路线,力求有理有据,清晰明了。4.对论文结构的一个说明。对论文结构的一个说明。第二章介绍点火系统的原理。第二章介绍点火系统的原理。1.说明了发动机对点火系统的要求。说明了发动机对点火系统的要求。2.详细介绍点火系统的结构与原理。详细介绍点火系统的结构与原理。3.介绍介绍MC9S12DP512单片机的结构和编程方法。单片机的结构和编程方法。第三章是基于第三章是基于MC9S12DP512单片机的发动机点火系统软件设计。单片机的发动机点火系统软件设计。1.根据提高点火能量的需要对点火线圈进行重新设计计算。根据提高点火能量的需要对点火线圈进行重新设计计算。2.概括点火概括点
14、火ECU的硬件构架。的硬件构架。3.介绍点火控制方法。介绍点火控制方法。4.点火的软件实现。点火的软件实现。第四章里总结了整个项目的研究过程,并说明了最终做出的成果,并发第四章里总结了整个项目的研究过程,并说明了最终做出的成果,并发表了本人对于本项目领域的展望。表了本人对于本项目领域的展望。关于提高点火能量的研究关于提高点火能量的研究点火方式选择点火方式选择A、电感蓄能式点火系统、电感蓄能式点火系统点火系统产生高压前点火系统产生高压前以点火线圈建立磁场能量以点火线圈建立磁场能量的方式储存点火能量。的方式储存点火能量。特点:靠断开初级线圈电流产生点火电压,特点:靠断开初级线圈电流产生点火电压,火
15、花持续时间长。火花持续时间长。B、电容储能式点火系、电容储能式点火系点火系统产生高压前,先从电源获取能量点火系统产生高压前,先从电源获取能量以蓄能电容建立电场能量以蓄能电容建立电场能量的方式储的方式储存点火能量。存点火能量。特点:靠电容通过初级线圈放电产生点火电压,放电能量大,时间短,可在特点:靠电容通过初级线圈放电产生点火电压,放电能量大,时间短,可在一个燃烧期作一个燃烧期作1-3次跳火。次跳火。本课题最终选择电感式点火本课题最终选择电感式点火RUVTC1C2U2W2W1eMeL+_+_电感式点火系统原理简图:电感式点火系统原理简图:利用的是利用的是互感原理互感原理:一个线圈中的电流变化而使
16、另一个线圈中产生感应电:一个线圈中的电流变化而使另一个线圈中产生感应电动势的现象。动势的现象。先接通初级电路,当三极管先接通初级电路,当三极管VT截止时,初级电路被切断,初级电流消失,截止时,初级电路被切断,初级电流消失,铁心中的磁通量迅速变化,在初级绕组铁心中的磁通量迅速变化,在初级绕组W1和次级绕组和次级绕组W2中都会感应产生中都会感应产生电动势。由于次级绕组匝数多,因此能够感应产生足以击穿火花塞电极间电动势。由于次级绕组匝数多,因此能够感应产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电动势。隙的高压电动势。关于提高点火能量的研究关于提高点火能量的研究三个阶段:三个阶段:1.初级电流接通时按指数规律增
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