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单片机控制式摩托车电子点火装置的制作

2015-11-30  来源:摩托车行情 阅读次数:0

◆ 问题的提出

众所周知,点火系统在摩托车发动机中有着十分重要的作用。摩托车发动机正常运行需要高压电火花点燃可燃气体。然而,点火时间则非常关键,是影响发动机性能的最重要参数之一。根据发动机的力学原理,要求发动机的活塞运行到上止点刚刚过后汽缸内的可燃气体燃烧完,并膨胀气体体积最大。但是,气体燃烧需要一定时间(0.001~0.002s),这就要求点火时间在发动机活塞运行到上止点之前点燃气体,就是说提前一段燃料燃烧所需时间。点火时间过早会使气体的膨胀力作用于发动机活塞运行到上止点之前,使活塞受到阻力,迫使发动机活塞上升运动减慢,从而导致功率下降,动力不足。而点火时间过迟,则气体的膨胀力作用于发动机活塞运行上止点过后很多,部分能量不能传递给活塞就排到缸体外去了。所以,无论是点火时间的过早或过迟,都会使发动机功率下降和增加燃料消耗,直接影响到发动机的动力性和经济性。发动机的点火提前角的不合理不仅影响发动机的动力性能,而且使油耗增大,增加污染物排放,缩短发动机的使用寿命。因此,使发动机工作于相对较理想的点火提前角下,是提高发动机性能的有效方法。但目前常用的CDI(无触点电子电火器)也只能随发动机转速的变化提供一个有限范围内的点火提前角,一般为15°-35°/(1800-4000r/min)。也就是说,当发动机转速低于1800r/min和高于4000r/min左右时保证提前量。故不能根本上满足摩托车从低速到高速运行时的全工况下的点火时间提前角要求。针对上述问题,本人研制了用单片机控制提前角的电子点火器,该装置在摩托车发动机从低速到高速范围内(300~10000r/min)按照要求随时改变点火提前角时间,使摩托车发动机在全工况内始终保持相对较合理的点火提前角,进一步提高了摩托车发动机的性能。现介绍给大家。

◆ 电路的组成与原理

单片机控制的电子点火器的原理。该系统的核心是美国Microchip公司生产的PIC16F627单片机,外围由触发脉冲(作发动机转速传感器信号和点火提前角的基准定位点)输入电路、发动机的化油器节气门开度传感器输入电路以及高压形成电路和输出电路(电容放电点火系统)所组成。当发动机启动后,磁电机开始发电,磁电机充电线圈LI输出电压经VD3整流后,对电容器C10、C11充电,为产生高压点火储存能量。同时通过VD1整流后,再经C1、R2、VW1、C4、UA317等组成的稳压电路,供给PIC16F627的电源(14脚)。线圈L2是发动机的触发线圈,L2产生的触发脉冲信号通过R6、C9等组成的干扰杂波滤波电路后,再经过晶体管VT1整形后接入单片PIC16F627的17脚。单片机用这个触发脉冲信号的重复周期来计算发动机的转速和调节点火提前角时间的基准点,以速度作为基本变量的数学模型程序算出当时的点火提前角,在PIC16F627的9脚输出一个正脉冲(控制信号),该控制信号经R7触发可控硅VS的控制板,可控硅即刻导通,高压线圈的次级产生高压,火花塞点燃气体。SW-4是化油器节气门开度传感器,分别连接到PIC16F627的18、1、2、3脚,SW-4的开头量反映发动机的化油器节气门开度,单片机程序中根据它的状态的变化,随时修正点火提前角的数学模型系数和常数,使点火时间更合理。

◆ 程序

本装置的系统软件主要由主程序、中断服务程序和几个子程序组成。主程序的主要作用是设置初始化参数、启动定时器和计数器,并检测发动机的触发脉冲、SW-4(汽化器节气门开度量)开关状态待道等,根据检测到的情况去执行相应的子程序。当程序检测到发动机触发脉冲和SW-4开关变化、触发信号已超过自定义的标记时,就调用相应的子程序。

子程序1主要是收集基础数据并保存,其工作流程是:把单片机内部16位计数器的计数值(上次触发脉冲被检测后,定时器发出的脉冲个数)暂存在指定的存储单元,以备计算发动机转速时用,同时把计数器清零,再重新启动计数器,使计数器开始计数。当检测到触发脉冲下降沿时,又把计数器的计数值(这时的计数值等于脉冲宽度,用于计算点火触发点的基准位置)暂存在指定的存储单元,并作触发信号检测标记返回主程序。

子程序2的主要作用是 :根据开头SW-4的状态值修正提前角数学方程的常数和系数,使计算速度和提前角的数学方程更接近理想。

子程序3的主要功能是:根据上次触发脉冲被检测时计入下的计数值(脉冲的重复周期)计算出发动机的转速。又把这个转速作为基本量,代入经反复试验回归拟合的速度-提前角的数学方程中(本系统有3种不同段速度-提前角方程,即低速段、中速段和高速段),计算出相对于发动机触发点的时间差(正量或负量),也就是相对 于发动机上止点的提前时间。此值经转换后赋给单片机中的比较寄存器(CCP1),返回主程序。因CCP1模块设置成比较模式,所以,当计数器计数到和比较寄存器值(提前量)相等时,单片机内的CCP模块产生一个内部的硬件触发,使PIC16F627的9脚RB3/CCP1输出高电平(完成点火)。在中断服务程序中把RB3/CCP1输出恢复为低电平,以便为下次中断做准备。

◆ 结束语

本装置在江苏新陵摩托车制造有限公司生产的型号为XL125-7的双缸摩托车上试运行,最高车速和耗油量等都有明显的改善。使用原车带的CDI点火器时,该车最高车速很难达到80km/h,改装本装置后,时速可超过90km/h以上,最高车速提高了10%左右。摩托车行驶过程中,不但感觉到加速性能有明显的提高,而且一箱油也比原来多跑50km左右。由于没有在其它车型上进行专门的试验,因此,以上数据不一定很准确,但足以说明摩托车发动机功率比原来提高了。当然,影响摩托车发动机提前角的因素除了发动转速外还很多,而且非常复杂,只有通过大量的试验才能获得所有工况下的最佳提前角。例如:燃料的进气量、进气温度、缸体温度、加速和减速过程等都与发动机的最佳点火提前角有着非常复杂的关系。本人因试验条件限制,在本装置中并没有把所有的因素考虑进去,好在本装置采用的是单片机,改变或改进、扩充功能等都非常方便。如能把进气温度、发动机缸体温度变化等因素也代入程序,并再修正提前角议程,摩托车的性能一定会有更进一步的改善。


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