基于本田节能车的智能顺序点火系统设计

闫晓琦，杜海兴，黎逸飞，刘西超

(天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222)

0 引言

本田发动机采纳半球型燃烧室、平顶活塞以及单火花塞点火的燃烧系统。这种燃烧系统受均质燃烧的局限，无法达到更高的压缩比，燃油无法完全燃烧，热效率低，排放污染物也多[1]，这与本田节能大赛的宗旨完全相悖。针对发动机性能的研究越来越受到研究者的重视，其中就包括对发动机点火控制技术的研究与改进[2]。从2003年初开始，德国宝马公司最先在双缸摩托车发动机上使用“双火花塞点火”新技术，防止了之前单点火燃烧不充分的缺陷，并且将火焰传播距离缩小了一半，两个火花塞同时点火形成强烈的涡流，加速火焰的传播速度。发动机点火性能的优劣将直接影响发动机的动力性和经济性[3]。基于本田节能大赛研究设计一个智能顺序点火系统，由单片机根据工况负荷变化控制火花塞的点火顺序，从而提高赛车的动力性和经济性，提高发动机的燃油利用率。

1 系统设计

1.1 单片机的选型

基于微机控制的电子点火系统具有及时性好、精确度高、控制灵活等特点[4]。它能满足点火信号的收发，对采集数据有一定的处理能力，价格低，功耗低，性能良好。文中采用STC89C51单片机，该单片机能很好接收发动机传来的转速信号，同时能很好地处理信号，在最佳的点火时刻发出点火信号给点火控制器，使发动机能平稳的工作，同时也起到了防止其他信号干扰的作用。

1.2 系统总体框图

如图1所示，以发动机转速传感器的信号为输入信号，经触发信号转换电路，将波形转换完成输入单片机中，在单片机中计算转速并判断发动机工况，在最佳的点火提前角点火是适合当前的闪存，和脉冲点火器发出点火控制信号。如果单片机程序在处理信号时发生错误，单片机程序将重新对信号进行处理。设计完成，对程序进行实车测试，通过不断试车，不断对单片机参数的调整，从而达到对程序的完善。

图1 系统总体框图

1.3 系统主要功能

如图2所示，在怠速状态下，同时点燃前、后火花塞以加速燃烧，提高净化指数；在低速、低负荷工况时，前火花塞提前点火，后者是正常点火，如此来改善燃烧工况，减少材料消耗，提高净化指数；在低速、大负荷工况时，前火花塞提前点火，后火花塞延后点火，以提高平均有效压力，减少爆震；在高速工况时，两者同时点火，从而加速燃烧速度，改善动力指标。

图2 点火系统的一维布置图

2 硬件设计

如图3所示，该装置由STC89C51单片机、晶振电路、复位电路、点火电路、硬件控制逻辑与继电器保护电路等组成。

图3 单片机原理图

大赛规定平均时速不能低于25 km/h，行驶里程是10 794 m，规定完成时间是1 494 s。通过大赛规则和往年的比赛经验初步确定：节能竞技赛车启动后最高速度在50 km/h左右，赛车滑行到20 km/h左右重新点火启动发动机进行下个循环。通过转速表可以测量出节能车的行驶速度。

比赛时发动机转速为1 800～4 600 r/min，同时，发动机转速可以通过发动机转速信号在单片机内部计算出更精确的转速。

3 软件设计

如图4所示，用两根信号线接受来自ECU的点火信号，两根信号线可以接受到4种信号，即00、01、10、11，分别标志为怠速工况、高速工况、低速小负荷工况、低速大负荷工况，两根信号线用于输出控制前、后火花塞。

图4 软件设计框图

单片机的P1口用于接受来自ECU的信号，P2口用于输出控制前、后火花塞，设置标志位flag_1表示前火花塞，flag_2表示后火花塞。

首先，初始化单片机的P1口和P2口，然后扫描P1口，等待ECU的信号。如表1所示，单片机根据不同的工况发出不同的指令，从而控制火花塞的点火策略。

表1 单片机控制点火策略表

4 结束语

通过对点火系统的改进，设计了双火花塞智能顺序点火，与之前的双火花塞同时点火相比，在启动后加浓、喷油脉宽、发动机温度以及点火提前角相同的情况下，双火花塞点火的测试成绩是472 km/L,智能顺序点火的成绩是535 km/L,在燃油消耗方面实现了巨大的突破。智能顺序点火系统大大提高了节能车的动力性、经济性，提高了发动机的燃油利用率。对后续智能顺序点火系统的设计提供了参考。