單片機控制摩托車(chē)點(diǎn)火器新理念的綜合設計

點(diǎn)火系統汽油機中起著(zhù)非常重要作用，點(diǎn)火能量必須按規定要求足夠大，否則就不能點(diǎn)燃氣缸內混合氣；點(diǎn)火時(shí)刻或點(diǎn)火提前角是影響發(fā)動(dòng)機性能重要參數之一，每個(gè)給定發(fā)動(dòng)機運行工況都對應著(zhù)一個(gè)最佳點(diǎn)火提前角，過(guò)早或過(guò)遲點(diǎn)火，都會(huì )直接影響到摩托車(chē)燃油經(jīng)濟性和動(dòng)力性。為此，試驗獲取發(fā)動(dòng)機最佳點(diǎn)火提前角，并控制發(fā)動(dòng)機盡量按最佳時(shí)刻點(diǎn)火是設計關(guān)鍵。
目前，國外大排量運動(dòng)型摩托車(chē)已開(kāi)始應用微機控制技術(shù)，日本本田、川崎、鈴木公司等都有這樣車(chē)型推出，而我國點(diǎn)火提前數字控制技術(shù)應用方面遠遠落后于發(fā)達國家。事實(shí)上，這項技術(shù)我國生產(chǎn)轎車(chē)汽油機上應用才剛剛開(kāi)始，但摩托車(chē)汽油機上還未應用。
1、數字控制點(diǎn)火系統組成
數字控制點(diǎn)火系統主要由霍爾元件、信號整形電路、單片機計算處理器、功率放大高壓點(diǎn)火器及液晶顯示部分等組成。采用發(fā)動(dòng)機霍爾原件，對發(fā)動(dòng)機工作行程進(jìn)行采集，然后由信號處理電路（信號放大、波形變換和波形整形）再對采集到信號進(jìn)行整理。數字點(diǎn)火器采用單片機控制電路，獲取汽油機最佳點(diǎn)火提前角規律，數字點(diǎn)火器即保證最佳點(diǎn)火，點(diǎn)火系統框圖如圖１所示。信號處理電路中，放大器用于對采集信號進(jìn)行放大，以滿(mǎn)足數字信號幅度要求；波形變換和波形整形電路用于將放大后采集信號轉換成單片機可接收TTL信號，單片機INT0引腳進(jìn)行接收，使INT0引腳能夠對內部定時(shí)器T0工作進(jìn)行控制，精確測出加到INT0引腳正脈沖寬度（即測出脈沖信號周期），再脈沖寬度計算出最佳點(diǎn)火角度，將信號輸出到功率放大高壓點(diǎn)火器，完成點(diǎn)火；同時(shí)，單片機再脈沖周期計算出發(fā)動(dòng)機轉速液晶顯示模塊顯示出來(lái)。

2、單片機控制點(diǎn)火提前角原理
發(fā)動(dòng)機磁電機上安裝2個(gè)摩托車(chē)專(zhuān)用霍爾原件，一個(gè)安裝最大點(diǎn)火提前角位置上，另一個(gè)安裝發(fā)動(dòng)機活塞運行上止點(diǎn)位置，這樣單片機對其進(jìn)行采集時(shí)，就有了2個(gè)參考點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機剛剛起動(dòng)時(shí)，活塞運行速度較慢，氣缸壓力不足，發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后活塞運行到上止點(diǎn)時(shí)，氣缸壓力才為最大，這時(shí)點(diǎn)火為最佳時(shí)機；當發(fā)動(dòng)機工作一段時(shí)間后，發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火時(shí)刻就要發(fā)生改變，發(fā)動(dòng)機運轉越快點(diǎn)火提前角越應該增大，提前點(diǎn)火，才能使發(fā)動(dòng)機做功行程時(shí)有最大能量釋放，不能提前點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機會(huì )顯無(wú)力，車(chē)速不能提升；提前角能過(guò)大，提前角過(guò)大會(huì )浪費能源，作功時(shí)有一部分作了負功，精確控制點(diǎn)火提前角才能使發(fā)動(dòng)機輸出功率最大，能源消耗最少。
2.1單片機工作頻率選擇
摩托車(chē)高速運行時(shí)，發(fā)動(dòng)機轉速可達10000r/min，這時(shí)點(diǎn)火提前角應為最大。摩托車(chē)排量不同，活塞運行行程和缸徑同，提前角同。250mL系列最大提前角為15°，要保證提前角每5°時(shí)火花塞至少要2次點(diǎn)燃，單片機輸出頻率至少為：2×（360/5）×10000＝1440000Hz/min；而采用普通單片機工作頻率為12MHz，完全可滿(mǎn)足要求。
2.2新型點(diǎn)火器與普通點(diǎn)火器區別
新型點(diǎn)火器與普通點(diǎn)火器不同點(diǎn)是：普通點(diǎn)火器工作時(shí)考慮什么時(shí)間點(diǎn)火，而單片機控制點(diǎn)火器考慮是什么時(shí)間不點(diǎn)火，也就是發(fā)動(dòng)機工作過(guò)程中少部分時(shí)間停止點(diǎn)火，從圖2中看出，使用了單片機點(diǎn)火系統后，增加了點(diǎn)燃沖程和排氣沖程點(diǎn)火觸發(fā)次數，這樣發(fā)動(dòng)機混合氣燃燒十分充分，不會(huì )出現燃燒不徹底、火花塞積碳不能正常工作等現象。發(fā)動(dòng)機高速運轉時(shí)，最大提前角內至少保證有6次以上點(diǎn)火過(guò)程；排氣沖程時(shí)繼續高頻點(diǎn)火，使未完全燃燒混合氣充分燃燒，再次清理火花塞而完成高頻點(diǎn)火。

2.3單片機控制點(diǎn)火提前角
使用2個(gè)霍爾元件對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行采集，放大整形后，把整形好信號輸入到單片機，單片機對其進(jìn)行分析，2個(gè)霍爾元件間時(shí)間差計算出當時(shí)發(fā)動(dòng)機轉速，也就是它們時(shí)間差越短即發(fā)動(dòng)機轉速越高；同時(shí)，液晶顯示模塊顯示出速度情況，并此數據分析出發(fā)動(dòng)機工作哪個(gè)區域（低速區、中速區或高速區），不同區域進(jìn)行點(diǎn)火提前角控制。當發(fā)動(dòng)機運行時(shí)，發(fā)動(dòng)機各傳感器將監測到負荷、發(fā)動(dòng)機轉速、車(chē)速及水溫等參數，并送到電腦中，經(jīng)對這些信息進(jìn)行分析處理，發(fā)動(dòng)機轉速由單片機計算出相應點(diǎn)火提前角度。
單片機控制點(diǎn)火最大優(yōu)點(diǎn)是可對發(fā)動(dòng)機工作情況進(jìn)行綜合考慮，如當發(fā)動(dòng)機溫度偏高，機油量過(guò)低時(shí)，再加速行駛時(shí)，將對發(fā)動(dòng)機造成損失，此時(shí)單片機會(huì )自動(dòng)對點(diǎn)火器進(jìn)行控制，使發(fā)動(dòng)機只能工作低轉速區，騎乘者怎樣加大油門(mén)，發(fā)動(dòng)機轉速會(huì )提高（要使發(fā)動(dòng)機轉速提高必要條件是點(diǎn)火角度變化）。經(jīng)實(shí)驗證明，鈴木250mL摩托車(chē)被控后最多只會(huì )40km/h速度內行駛，本田400mL摩托車(chē)被控后最多只會(huì )55km/h速度內行駛。
總之使用單片機控制發(fā)動(dòng)機工作狀態(tài)將成為今后發(fā)展必然趨勢，發(fā)動(dòng)機使用了智能芯片，發(fā)動(dòng)機運轉情況自動(dòng)分析直接控制發(fā)動(dòng)機能制止人為不良干預使發(fā)動(dòng)機以有效保護。還可很方便加裝各種電子產(chǎn)品例如觸摸式密碼鎖、遙控器、鐘表顯示、數字定速等，這些功能都是單片機很容易實(shí)現。