《電子技術(shù)應(yīng)用》
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MC33810在四缸汽油機(jī)噴油與點(diǎn)火系統(tǒng)中的應(yīng)用
來源:電子技術(shù)應(yīng)用2012年第3期
謝春華,戴 華
湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢430070
摘要: 介紹了MC33810的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理,以Freescale公司的MPC564作為ECU,設(shè)計了ECU的供電電路、最小系統(tǒng)電路和ECU與MC33810在四缸汽油機(jī)中的噴油及點(diǎn)火控制電路,并根據(jù)該電路設(shè)計了具體噴油和點(diǎn)火的軟件程序流程。該噴油與點(diǎn)火系統(tǒng)電路具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動方式靈活、驅(qū)動電路穩(wěn)定和使用壽命長的特點(diǎn)。
中圖分類號: TK414.3
文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號: 0258-7998(2012)03-0060-03
Application of MC33810 to fuel injection and ignition system for four-cylinder gasoline engine
Xie Chunhua,Dai Hua
Hubei Water Resources Technical College,Wuhan 430070,China
Abstract: Internal structure and principle of MC33810 were introduced, MPC564 of freescale company as engine electronic control unit was chosen, power supply circuit, minimum system circuit and fuel injection&ignition control circuit with electronic control unit& MC33810 for four-cylinder gasoline engine were designed,and software process of system was designed based on the circuits in this paper.Fuel injection and ignition system realized to simple circuit,flexible drive,stable driving circuit and long service life.
Key words : MC33810;gasoline engine;fuel injection;ignition

    在汽油機(jī)噴油點(diǎn)火控制系統(tǒng)中,通常用大功率三極管或場效應(yīng)管及其輔助電路來產(chǎn)生較大的驅(qū)動電流,從而實(shí)現(xiàn)對噴油器和火花塞的驅(qū)動。然而,對于四缸汽油發(fā)動機(jī)而言,就必須分別有4個噴油器和火花塞驅(qū)動電路與之對應(yīng)。這樣,驅(qū)動電路體積較大,穩(wěn)定性相對較差,結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。MC33810是Freescale公司推出的一款四缸汽油發(fā)動機(jī)專用噴油和點(diǎn)火驅(qū)動集成芯片,該芯片具有體積小、重量輕、集成度高、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)[1]。

1 結(jié)構(gòu)原理
    MC33810芯片內(nèi)部具有電源供電模塊、電源復(fù)位模塊、SPI串行輸入輸出接口模塊、并行控制輸入模塊、脈寬調(diào)制控制模塊、標(biāo)準(zhǔn)/最大線圈電流比較模塊、點(diǎn)火持續(xù)時間比較模塊、噴油器驅(qū)動模塊和點(diǎn)火門控預(yù)驅(qū)動模塊,能夠與汽油機(jī)ECU進(jìn)行SPI通信,接受ECU的并行控制,實(shí)現(xiàn)噴油與點(diǎn)火功能,同時能對點(diǎn)火電流和點(diǎn)火持續(xù)時間進(jìn)行反饋,防止損傷點(diǎn)火線圈,其內(nèi)部電路具有過壓、過流、過熱保護(hù)功能[2]。
2 應(yīng)用電路設(shè)計
2.1 ECU電源管理電路設(shè)計

    MC33394是一款高性能的電源管理芯片,外部電源供電在+4 V~+26.5 V之間,非常適合給發(fā)動機(jī)ECU供電。其內(nèi)部包含+5 V/+3.3 V/+2.6 V電壓調(diào)節(jié)器模塊,可直接輸出+5 V、+3.3 V和+2.6 V三種電壓。其應(yīng)用電路如圖1所示。

    電池由外部電源供電,汽車上一般為+12 V~+14 V之間。VPRE口輸出電壓為+5.6 V,VDDH口輸出供電+5 V@100 mA,VPRE1、VPRE2和VPRE3口輸出供電+5 V@100 mA。VPP口可輸出供電+5 V@150 mA或+3.3 V@150 mA,可對外部Flash ROM進(jìn)行供電。VDD3_3口外接三極管,可形成+3.3 V@120 mA的供電能力。VDDL口外接2個三極管,形成+2.6 V@40 mA的供電能力[3]。因此,MC33394能完全滿足MPC564的電源管理及供電要求。
2.2 ECU系統(tǒng)電路設(shè)計
    以MPC564為核心的ECU系統(tǒng)電路包括:電源供電電路、復(fù)位電路和晶振振蕩電路。電源供電電路主要由MC33394提供+5 V和+2.6 V電壓給MPC564,MPC564的電源接口有:VDDH1~VDDH8,接+5 V電源;VDD1~VDD13、QVDDL1~QVDDL15,接+2.6 V電源;GND1~GND105,接地。復(fù)位電路接口有:電源復(fù)位PORESET、硬件復(fù)位HRESET和軟件復(fù)位SRESET。由于它們都是低電平有效,所以采用傳統(tǒng)的電阻電容復(fù)位電路。晶振振蕩電路由晶振、電阻和電容組成。外部晶振選擇4 MHz、晶振反饋調(diào)節(jié)電阻選擇10 MΩ、電容選擇22 pF,則PLL鎖相環(huán)電路可產(chǎn)生40 MHz的內(nèi)部時鐘和20 MHz的系統(tǒng)時鐘[4]。其系統(tǒng)電路如圖2所示。
2.3 MC33810接口電路設(shè)計
    MC33810芯片外部具有:一個串行輸入輸出口(SPI),4個驅(qū)動輸入口(DIN0~DIN3)、4個輸出口(OUT0~OUT3),4個門控預(yù)驅(qū)動輸入(GIN0~GIN3)、輸出口(GD0~GD3),4個反饋電壓檢測輸入口(FB0~FB3),一個點(diǎn)火線圈最大電流輸出標(biāo)志位(MAXI),一個點(diǎn)火線圈標(biāo)準(zhǔn)電流輸出標(biāo)志位(NOMI),一個電阻感應(yīng)正極端口(RSP)和一個電阻感應(yīng)負(fù)極端口(RSN)[2]。串行輸入輸出口主要用于發(fā)送和接收ECU的控制命令,可以直接與MPC564的SPI口直接相連。驅(qū)動輸入、輸出口主要用于控制噴油器的開啟和關(guān)閉,輸入口與MPC564的普通I/O口相連,輸出口與噴油器相連。門控預(yù)驅(qū)動輸入、輸出口主要用于控制功率管的開啟和關(guān)閉,從而控制火花塞的點(diǎn)火,因此輸入口仍然接MPC564的普通I/O口,而輸出口控制功率管的基極。這樣,噴油和點(diǎn)火控制指令既可以通過ECU發(fā)出SPI指令控制,也可以通過并行口直接控制。反饋電壓檢測口主要用于監(jiān)控點(diǎn)火時功率管的集電極端電壓,由兩個電阻進(jìn)行分壓,阻值比例約為9:1(可選擇36 kΩ和4.02 kΩ)。點(diǎn)火線圈最大電流輸出標(biāo)志位主要用于給ECU提供點(diǎn)火線圈最大電流輸出信號參考標(biāo)志。點(diǎn)火線圈標(biāo)準(zhǔn)電流輸出標(biāo)志位主要用于給ECU提供點(diǎn)火線圈標(biāo)準(zhǔn)電流信號參考標(biāo)志,防止點(diǎn)火線圈因電流過大而損傷,因此可直接與MPC564的普通I/O口相連。電阻感應(yīng)正極端口和電阻感應(yīng)負(fù)極端口主要用于感應(yīng)通過其兩端的電阻電流的大小,這里放大倍數(shù)選擇1倍,電阻選擇0.04 Ω,如圖3所示。

 

 

3 驅(qū)動程序設(shè)計
3.1 噴油程序設(shè)計

    汽油機(jī)噴油必須確定噴油提前角和噴油量。四缸汽油機(jī)噴油提前角一般是固定的,位于排氣行程上止點(diǎn)前64°,因此可以根據(jù)曲軸位置傳感器發(fā)出的曲軸位置信號確定[5]。而噴油量通過噴油器針閥開啟的持續(xù)時間來確定,即噴油脈寬。噴油脈寬通過ECU采集進(jìn)氣歧管絕對壓力、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、歧管進(jìn)氣空氣溫度、節(jié)氣門位置、蓄電池電壓等信號的實(shí)際數(shù)據(jù),再根據(jù)MAP圖來確定。當(dāng)噴油時刻到來時,ECU通過SPI口或并行口直接發(fā)出噴油指令,然后開啟定時器,確定定時噴油的持續(xù)時間。當(dāng)噴油完成后直接關(guān)閉噴油指令。
    MC33810內(nèi)部具有過熱保護(hù)和定時保護(hù)命令,可通過ECU對噴油器進(jìn)行過熱和噴油時間過長保護(hù)。這里,選擇以SPI口驅(qū)動第一缸噴油器為例,使用保護(hù)指令0E10H,噴油指令3001H。噴油程序流程圖如圖4所示。

3.2 點(diǎn)火程序設(shè)計
    汽油機(jī)點(diǎn)火必須確定點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火閉合角。點(diǎn)火提前角的大小主要由發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和汽油的辛烷值決定[6]。汽油的辛烷值一定時,只需通過試驗(yàn),建立發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的位置與點(diǎn)火提前角的MAP圖即可。點(diǎn)火閉合角的大小主要由發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火頻率決定,點(diǎn)火頻率越大,發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速越快。因此,可通過ECU采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和節(jié)氣門位置傳感器信號確定點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火閉合角。
    MC33810內(nèi)部具有選擇點(diǎn)火閉合角(點(diǎn)火持續(xù)時間)、點(diǎn)火電流放大倍數(shù)、點(diǎn)火標(biāo)準(zhǔn)電流、最大電流參數(shù)設(shè)置的功能,能根據(jù)MAP圖選擇合適的點(diǎn)火參數(shù)。這里,以驅(qū)動第一缸點(diǎn)火為例,點(diǎn)火持續(xù)時間設(shè)置為32 ms,點(diǎn)火模式選擇命令為1000 H,允許多缸點(diǎn)火持續(xù)時間重疊,電流放大1倍,則點(diǎn)火命令為49CDH。點(diǎn)火結(jié)束濾波設(shè)置4 ?滋s命令為5001 H。點(diǎn)火標(biāo)準(zhǔn)電流為5.5 A,最大電流為14 A,允許點(diǎn)火持續(xù)時間重疊35%,則DAC命令為688AH。點(diǎn)火程序流程圖如圖5所示。

    MC33810通過與MPC564組成噴油及點(diǎn)火控制電路,能實(shí)現(xiàn)如下功能:
    (1)直接用MC33810驅(qū)動四缸汽油機(jī)的噴油器與點(diǎn)火線圈,省去了復(fù)雜的驅(qū)動電路;
    (2)MPC564可根據(jù)實(shí)際需要選擇SPI接口驅(qū)動或并口驅(qū)動,驅(qū)動方式靈活;
    (3)MC33810能向MPC564發(fā)出點(diǎn)火驅(qū)動電流的反饋監(jiān)控信號,保護(hù)點(diǎn)火線圈;
    (4)MC33810內(nèi)部具有過壓、過流和過熱保護(hù),驅(qū)動電路穩(wěn)定,使用壽命長。
    通過試驗(yàn)表明,MC33810能在四缸汽油機(jī)中較好地實(shí)現(xiàn)噴油與點(diǎn)火電路的驅(qū)動,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和良好的使用前景。
參考文獻(xiàn)
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