基于閉環控制的cng發動機點火提前器及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及CNG汽車點火技術，特別是一種能夠降低汽車使用時的能量消耗，使 汽車燃料得到充分燃燒，降低發動機尾氣排放，提高發動機動力，提前進行點火的調節汽車 點火提前角的CNG汽車點火提前器及控制方法。
【背景技術】
[0002] 由于石油資源量減少，成本越來越高等問題，傳統的以汽油或柴油作為主要燃料 的汽車越來越無法滿足發展要求，而天然氣作為一種清潔能源越來越受到重視，以天然氣 為主要燃料，汽油作為輔助燃料的雙燃料汽車以排放性能優越、使用成本低、經濟效果好的 特點越來越多的得到了人們的重視和歡迎。
[0003] 但是由于天然氣的化學性質較穩定，相對于汽油而言，燃燒速度較低，爆發壓力也 比較小，現有的汽油發動機，在使用天然氣作為燃料時，會出現燃料始點滯后，汽缸壓力升 高率低，燃燒溫度低，傳熱損失增多，排溫增高，熱效率降低等問題，最主要體現在汽車起步 時，動力不足。
[0004] 汽油發動機最佳點火提前角的確定依據，主要需要考慮燃料性質，發動機轉速，負 荷，混合氣濃度等因素。一般來說，點火提前角應隨發動機轉速升高而增大；汽油發動機的 負荷調節是通過節氣門進行的調節，隨著負荷的減小應適當增大點火提前角；而汽油的辛 烷值越高，抗爆性越好，點火提前角可適當增大以提高發動機的性能。
[0005] 國內大部分CNG/汽油雙燃料汽車的燃氣電控系統僅僅注重對噴氣控制策略的設 計，在燃氣狀態時對于點火提前使用硬件仿真器相對于汽油狀態時固定提前一定角度，只 是依靠汽油點火控制策略來控制燃氣點火時刻。這種控制策略不可能適應燃氣狀態下各種 工況對點火提前角的要求。
[0006] 目前市場上已有的CNG點火提前器只能根據用戶預先設定的點火提前角來提前 固定的6°、9°、12°或15°，提前的角度不能隨著發動機工況的變化而變化，不能適應不 同工況下發動機的點火提前角度實時變化的需求，不能使發動機在各種工況下均能達到較 佳性能。
【發明內容】
[0007] 本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于閉環控制的 CNG發動機點火提前器，以保證天然氣穩定燃燒，提高使用天然氣時的發動機的功率，實現 對兩用燃料汽車點火提前角連續變化的控制。
[0008] 本發明的另一目的在于，提供一種基于閉環控制的CNG發動機點火提前器的控制 方法。
[0009] 為了達到上述第一目的，本發明采用以下技術方案：一種基于閉環控制的CNG發 動機點火提前器，安裝在具有曲軸位置信號傳感器的車輛上，其特征在于，所述點火提前角 提前器包括點火提前角測算模塊、曲軸位置信號調整模塊、曲軸位置信號調理電路和點火 脈沖信號調理電路；所述點火脈沖信號調理電路輸入發動機的點火信號，點火脈沖信號調 理電路輸出的點火信號和發動機節氣門位置傳感器輸出的節氣門位置信號分別輸入到點 火提前角測算模塊，點火提前角測算模塊輸出信號輸入到曲軸位置信號調整模塊中，曲軸 位置傳感器輸出的原曲軸位置信號經過曲軸位置信號調理電路處理后分別輸入到所述曲 軸位置信號調整模塊和點火提前角測算模塊中，曲軸位置信號調整模塊輸出信號輸入到發 動機的EOJ(Electronic Control Unit，電子控制單元）中，曲軸位置信號經提前后，其包 含的TDC信號也被提前，發動機ECU從曲軸位置信號調整模塊輸出的曲軸位置信號中識別 TDC信號后開始計時點火。
[0010] 優選的，所述點火提前角測算模塊包括PIC單片機及其最小系統，與曲軸位置信 號調理電路、點火脈沖調理電路和節氣門位置傳感器信號相連，能根據輸入的曲軸位置信 號計算出轉速，將節氣門位置信號換算成節氣門開度，以這兩者的值進行查點火提前角表 得出目標點火提前角，表內的數據由發動機仿真所得，測量曲軸位置信號中的TDC信號與 點火信號IG各自相應邊沿之間的時間間隔t以及曲軸位置信號的方波周期T，計算得實際 點火提前角，根據目標點火提前角與實際點火提前角之差控制曲軸位置信號調整模塊。 [0011] 優選的，所述曲軸位置信號調整模塊包括主單片機及其最小系統、從單片機及其 最小系統；所述主單片機及其最小系統與曲軸位置信號調理電路相連，能將被曲軸位置信 號調理電路處理后的曲軸位置信號提前3X度，其中X為1~10的正整數，所述主單片機 最小系統包括PIC單片機、振蕩電路、復位電路；所述振蕩電路和復位電路均與PIC單片機 相連，為PIC單片機提供基本的時鐘信號；所述復位電路，用于復位單片機程序；所述從單 片機的輸入信號引腳與主單片機的輸出信號引腳相連，能將主單片機處理后的信號再延遲 1. 5度；所述從單片機端口 RB2和RD2分別與主單片機端口 RB7和RD2相連，此兩位的電平 由主單片機的RB7和RD2控制，作為控制從單片機是否將主單片機處理后的信號延遲1. 5 度的標志位。
[0012] 更進一步的，所述曲軸位置信號調理電路包括濾波電路和輪速信號轉換芯片 NCV1124,所述濾波電路與曲軸位置傳感器相連，用于除去疊加在原曲軸位置信號上的高頻 雜波；所述輪速信號轉換芯片NCV1124與濾波電路和曲軸位置信號調整模塊的主單片機相 連，用于將濾波后的正弦波曲軸位置信號轉換為相同頻率的方波信號，供主單片機處理。
[0013] 優選的，所述點火脈沖調理電路包括運算放大器LM358構成的衰減電路、反相器、 555構成的施密特電路和非門，能將點火脈沖衰減后轉變為標準的TTL電平。
[0014] 為了達到上述第二目的，本發明采用以下技術方案：基于上述閉環控制的CNG發 動機點火提前器的控制方法，包括下述步驟：
[0015] (1)點火提前器上電后，系統初始化；
[0016] (2)發動機啟動，提前器采集點火線圈初級繞組的點火脈沖、節氣門位置傳感器和 曲軸位置傳感器的信號；曲軸位置傳感器輸出的原曲軸位置信號輸入到曲軸位置信號調理 電路中，經曲軸位置信號調理電路調理后的曲軸位置信號、經點火脈沖調理電路調理后的 點火信號和節氣門位置信號一起輸入點火提前角測算模塊；
[0017] (3)點火提前角測算模塊測量曲軸位置信號中的TDC信號與點火信號IG各自相應 邊沿之間的時間間隔t以及曲軸位置信號的方波周期T，計算得點火提前角；根據輸入曲軸 位置信號的方波頻率計算出轉速，對節氣門位置信號進行AD轉換，根據轉速和節氣門開度 查點火提前角表確定目標點火提前角，與計算所得的實際點火提前角作比較，比較后的偏 差信號結果用于控制曲軸位置信號調整模塊調整曲軸位置信號；
[0018] (4)曲軸位置信號調整模塊的主單片機接收曲軸位置信號調理電路輸出的曲軸位 置信號后，利用CCP模塊的捕捉功能，對當前方波的周期進行計算，主單片機設有一個變量 G用于寄存點火提前角，當由點火提前角測算模塊所給的偏差信號為負時，點火提前角的值 就自減1.5° CA，否則自增1.5° CA，若偏差為小于等于1，則利用主單片機的上升沿捕捉和 下降沿捕捉，復制曲軸位置信號調理模塊傳送的曲軸位置信號后輸出，若G等于3X度，X為 整數，則利用雙中斷復制輸入的曲軸位置信號，根據G換算出來的新的缺齒位置的齒位進 行去齒操作，在原缺齒位置進行補齒操作，則能將曲軸位置信號進行提前相應度數；若G等 于（3X+1.5)度（X為整數），則在主單片機提前3(X+1)度后，輸送標志位給從單片機，從單 片機對其進行1. 5度的延后，則最終輸出的度數為（3X+1. 5)度；
[0019] (5)曲軸位置信號調整模塊輸出的曲軸位置信號傳送到E⑶中，E⑶根據輸入的曲 軸位置信號確定發動機轉速，同時識別出曲軸位置信號中的TDC信號，開始計時點火。
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