淺談微型計(jì)算機(jī)在摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐桂琴

(河北省涿鹿縣公安局低速車輛管理所，河北涿鹿 075600)

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步,摩托車從以前的小排量簡(jiǎn)易型發(fā)展到現(xiàn)在的大排量高檔型，這對(duì)摩托車的安全性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保排放提出了更高的要求。因此，現(xiàn)代摩托車大量使用了微型計(jì)算機(jī)(以下簡(jiǎn)稱微機(jī))來控制摩托車的各個(gè)系統(tǒng)。由于摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)的好壞直接影響到摩托車的經(jīng)濟(jì)性及排放，下面就簡(jiǎn)單介紹一下微機(jī)在摩托車的“心臟”也就是點(diǎn)火系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 微機(jī)控制摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)的組成

微機(jī)控制的摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)主要由以下三個(gè)方面組成(見圖1)。

圖1微機(jī)控制摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)的組成

1.1 傳感器是監(jiān)測(cè)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況信息的裝置，車型不同，傳感器的結(jié)構(gòu)形式和裝配數(shù)量也各不相同。根據(jù)工作原理不同可分為位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況檢測(cè)傳感器以及其它輔助傳感器。位置傳感器主要有曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況檢測(cè)傳感器包括空氣流量傳感器、爆震傳感器、冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、氧氣濃度傳感器、車輛轉(zhuǎn)速傳感器等。其它輔助傳感器有空擋起動(dòng)開關(guān)、點(diǎn)火開關(guān)、蓄電池檢測(cè)等。

1.2 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱微機(jī)控制系統(tǒng)，也就是大家常說的ECU(ECU是英文Electronics Control Unit 的縮寫，中文的意思是電子控制單元或電子控制裝置)，是控制發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部分。微型計(jì)算機(jī)控制電子系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的規(guī)定名稱，不同的廠家或者公司生產(chǎn)出來的微型計(jì)算機(jī)控制電子系統(tǒng)名稱不同；即使是同一個(gè)廠家或者公司生產(chǎn)出來的，生產(chǎn)年代不同或是控制內(nèi)容不同，采用的名稱也不一定相同，但是工作原理是一樣的。微機(jī)控制電子系統(tǒng)主要有輸入回路、輸出回路、模擬-數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)字-模擬D/A轉(zhuǎn)換器、中央數(shù)字處理器、存儲(chǔ)器和電源電路等。微機(jī)控制系統(tǒng)通常稱為微機(jī)或電腦，這是因?yàn)槲C(jī)控制系統(tǒng)的核心部件是微型計(jì)算機(jī)。微機(jī)電子控制系統(tǒng)的作用主要是把發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)傳感器反饋的信息與微機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)作比較，再進(jìn)行邏輯判斷和微機(jī)運(yùn)算處理，之后將微機(jī)處理結(jié)果輸出，作為指令信號(hào)控制點(diǎn)火器等有關(guān)執(zhí)行器工作。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的執(zhí)行裝置是點(diǎn)火執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的作用是按照ECU發(fā)出的指令信號(hào)，通過點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通或截止直接對(duì)點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組電路的聯(lián)通或斷開，以及通電時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行控制，使點(diǎn)火線圈次級(jí)產(chǎn)生高壓電為火花塞提供工作能源。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器有多種型號(hào)，不同型號(hào)的點(diǎn)火器內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不相同。主要有三種情況：第一種情況是大功率三極管直接設(shè)在電子控制器ECU內(nèi)部，發(fā)動(dòng)機(jī)并不單獨(dú)配置獨(dú)立的點(diǎn)火器；第二種情況是點(diǎn)火器用一只達(dá)林頓三極管控制開關(guān)，其它電子控制元件與電子控制器制成一體；第三種情況是點(diǎn)火器不僅起到控制開關(guān)的作用，同時(shí)還有恒流控制、閉合角控制、氣缸判別、點(diǎn)火監(jiān)視等功能。

2 微型計(jì)算機(jī)控制摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理

摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)的基本構(gòu)成、原理見圖2：

圖2摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)基本構(gòu)成、原理

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。

在控制系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)各個(gè)傳感器的輸入量對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒有主要影響，就叫開環(huán)控制。開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只能夠運(yùn)行微機(jī)控制系統(tǒng)中的固定程序；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生機(jī)械磨損等現(xiàn)象時(shí)，不能夠及時(shí)地調(diào)整工作情況，使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)不到最佳狀態(tài)。

利用系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)功能，使系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)控制產(chǎn)生直接影響稱為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能夠根據(jù)自身的程序以及各種傳感器收集的發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況信號(hào)，及時(shí)地調(diào)整工作情況，不受發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械磨損等狀況的影響，使發(fā)動(dòng)機(jī)總是工作在最佳狀態(tài)下。不管是開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作狀態(tài)是由兩個(gè)最主要的條件決定的——點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火通電時(shí)間。

發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下，微機(jī)要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況作出比較精確的判斷，必須根據(jù)各個(gè)位置傳感器，顧名思義就是傳輸發(fā)動(dòng)機(jī)活塞位置信號(hào)的傳感器傳出的信號(hào)進(jìn)行活塞位置判斷，同時(shí)計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值，這樣就可以通過系統(tǒng)的節(jié)氣門傳感器(或空氣流量傳感器)來確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的大小。確定了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的大小，微機(jī)再從存儲(chǔ)單元中查找出對(duì)應(yīng)此工況的點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火初級(jí)電路導(dǎo)通時(shí)間，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)電子點(diǎn)火器進(jìn)行控制，這樣就能實(shí)現(xiàn)精確控制了。另外微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)還可以根據(jù)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種傳感器所收集的信號(hào)對(duì)這兩個(gè)因素進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火系統(tǒng)的智能控制。

2.1 點(diǎn)火提前角的控制

點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作影響較大，因此對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行控制就成為點(diǎn)火系統(tǒng)控制的重點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和各類實(shí)驗(yàn)都表明，發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火提前角與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷有密切關(guān)系，并且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況不同時(shí)，對(duì)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和污染物排放量有不同的控制標(biāo)準(zhǔn)，這也意味著發(fā)動(dòng)機(jī)最佳點(diǎn)火提前角在不同的工況有不同的標(biāo)準(zhǔn)；在怠速時(shí)最佳點(diǎn)火提前角應(yīng)保證在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的前提下排放污染物控制在最低限度；在部分負(fù)荷工況下以經(jīng)濟(jì)性為主，最佳提前角應(yīng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的最低燃油消耗量；在大負(fù)荷和加速工況下，以動(dòng)力性為主，最佳提前角應(yīng)保證使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最大的輸出扭矩。最佳提前角是通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而得，設(shè)計(jì)人員將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到微機(jī)的存儲(chǔ)單元中，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，微機(jī)根據(jù)各傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，查出最佳點(diǎn)火提前角數(shù)值，再通過點(diǎn)火執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行控制。

2.2 通電時(shí)間控制

點(diǎn)火線圈初級(jí)電流的大小與電路的接通時(shí)間有關(guān)，通電時(shí)間越長(zhǎng)電流越大點(diǎn)火能量就越大，但是電流過大將導(dǎo)致點(diǎn)火線圈發(fā)熱甚至損壞且造成能量的浪費(fèi)；同時(shí)線圈中的電流也受電源電壓的影響，在相同的通電時(shí)間內(nèi)，電源電壓越高線圈電流越大，因此有必要對(duì)線圈電路的接通時(shí)間進(jìn)行修正。通電時(shí)間的控制方法一般是由微機(jī)從通電時(shí)間與電源電壓關(guān)系曲線中查出通電時(shí)間，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速換算出曲軸轉(zhuǎn)角以決定線圈中電流的大小。

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的過程中，ECU不斷地通過各種傳感器收集到的信號(hào)來調(diào)整點(diǎn)火提前角及點(diǎn)火通電時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性和最低的排放。

在實(shí)際中，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，單缸摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理是一樣的。以上所述是微型計(jì)算機(jī)在摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)中的基本應(yīng)用情況。

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