單片機(jī)控制摩托車點火器新理念的綜合設(shè)計

點火系統(tǒng)汽油機(jī)中起著非常重要作用，點火能量必須按規(guī)定要求足夠大，否則就不能點燃?xì)飧變?nèi)混合氣；點火時刻或點火提前角是影響發(fā)動機(jī)性能重要參數(shù)之一，每個給定發(fā)動機(jī)運行工況都對應(yīng)著一個最佳點火提前角，過早或過遲點火，都會直接影響到摩托車燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性。為此，試驗獲取發(fā)動機(jī)最佳點火提前角，并控制發(fā)動機(jī)盡量按最佳時刻點火是設(shè)計關(guān)鍵。
目前，國外大排量運動型摩托車已開始應(yīng)用微機(jī)控制技術(shù)，日本本田、川崎、鈴木公司等都有這樣車型推出，而我國點火提前數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。事實上，這項技術(shù)我國生產(chǎn)轎車汽油機(jī)上應(yīng)用才剛剛開始，但摩托車汽油機(jī)上還未應(yīng)用。
1、數(shù)字控制點火系統(tǒng)組成
數(shù)字控制點火系統(tǒng)主要由霍爾元件、信號整形電路、單片機(jī)計算處理器、功率放大高壓點火器及液晶顯示部分等組成。采用發(fā)動機(jī)霍爾原件，對發(fā)動機(jī)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(shù)字點火器采用單片機(jī)控制電路，獲取汽油機(jī)最佳點火提前角規(guī)律，數(shù)字點火器即保證最佳點火，點火系統(tǒng)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，以滿足數(shù)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(zhuǎn)換成單片機(jī)可接收TTL信號，單片機(jī)INT0引腳進(jìn)行接收，使INT0引腳能夠?qū)?nèi)部定時器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火角度，將信號輸出到功率放大高壓點火器，完成點火；同時，單片機(jī)再脈沖周期計算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速液晶顯示模塊顯示出來。

2、單片機(jī)控制點火提前角原理
發(fā)動機(jī)磁電機(jī)上安裝2個摩托車專用霍爾原件，一個安裝最大點火提前角位置上，另一個安裝發(fā)動機(jī)活塞運行上止點位置，這樣單片機(jī)對其進(jìn)行采集時，就有了2個參考點。發(fā)動機(jī)剛剛起動時，活塞運行速度較慢，氣缸壓力不足，發(fā)動機(jī)起動后活塞運行到上止點時，氣缸壓力才為最大，這時點火為最佳時機(jī)；當(dāng)發(fā)動機(jī)工作一段時間后，發(fā)動機(jī)點火時刻就要發(fā)生改變，發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)越快點火提前角越應(yīng)該增大，提前點火，才能使發(fā)動機(jī)做功行程時有最大能量釋放，不能提前點火，發(fā)動機(jī)會顯無力，車速不能提升；提前角能過大，提前角過大會浪費能源，作功時有一部分作了負(fù)功，精確控制點火提前角才能使發(fā)動機(jī)輸出功率最大，能源消耗最少。
2.1單片機(jī)工作頻率選擇
摩托車高速運行時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)10000r/min，這時點火提前角應(yīng)為最大。摩托車排量不同，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°時火花塞至少要2次點燃，單片機(jī)輸出頻率至少為：2×（360/5）×10000＝1440000Hz/min；而采用普通單片機(jī)工作頻率為12MHz，完全可滿足要求。
2.2新型點火器與普通點火器區(qū)別
新型點火器與普通點火器不同點是：普通點火器工作時考慮什么時間點火，而單片機(jī)控制點火器考慮是什么時間不點火，也就是發(fā)動機(jī)工作過程中少部分時間停止點火，從圖2中看出，使用了單片機(jī)點火系統(tǒng)后，增加了點燃沖程和排氣沖程點火觸發(fā)次數(shù)，這樣發(fā)動機(jī)混合氣燃燒十分充分，不會出現(xiàn)燃燒不徹底、火花塞積碳不能正常工作等現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)高速運轉(zhuǎn)時，最大提前角內(nèi)至少保證有6次以上點火過程；排氣沖程時繼續(xù)高頻點火，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火。

2.3單片機(jī)控制點火提前角
使用2個霍爾元件對發(fā)動機(jī)進(jìn)行采集，放大整形后，把整形好信號輸入到單片機(jī)，單片機(jī)對其進(jìn)行分析，2個霍爾元件間時間差計算出當(dāng)時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，也就是它們時間差越短即發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高；同時，液晶顯示模塊顯示出速度情況，并此數(shù)據(jù)分析出發(fā)動機(jī)工作哪個區(qū)域（低速區(qū)、中速區(qū)或高速區(qū)），不同區(qū)域進(jìn)行點火提前角控制。當(dāng)發(fā)動機(jī)運行時，發(fā)動機(jī)各傳感器將監(jiān)測到負(fù)荷、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速及水溫等參數(shù)，并送到電腦中，經(jīng)對這些信息進(jìn)行分析處理，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速由單片機(jī)計算出相應(yīng)點火提前角度。
單片機(jī)控制點火最大優(yōu)點是可對發(fā)動機(jī)工作情況進(jìn)行綜合考慮，如當(dāng)發(fā)動機(jī)溫度偏高，機(jī)油量過低時，再加速行駛時，將對發(fā)動機(jī)造成損失，此時單片機(jī)會自動對點火器進(jìn)行控制，使發(fā)動機(jī)只能工作低轉(zhuǎn)速區(qū)，騎乘者怎樣加大油門，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會提高（要使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提高必要條件是點火角度變化）。經(jīng)實驗證明，鈴木250mL摩托車被控后最多只會40km/h速度內(nèi)行駛，本田400mL摩托車被控后最多只會55km/h速度內(nèi)行駛。
總之使用單片機(jī)控制發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)將成為今后發(fā)展必然趨勢，發(fā)動機(jī)使用了智能芯片，發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)情況自動分析直接控制發(fā)動機(jī)能制止人為不良干預(yù)使發(fā)動機(jī)以有效保護(hù)。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(shù)字定速等，這些功能都是單片機(jī)很容易實現(xiàn)。