DHQ—027型数字化点火器的研制
作者：jnscsh 时间：2021-07-07 09:10:05 浏览次数：次
摘 要：本文主要介绍了数字化点火器的研制过程。重点阐述数字化点火器的构成、研制过程中的技术攻关和问题解决。
关键词：数字化；点火；程序
中图分类号：TK464 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 14-0000-01
点火器是摩托车点火系统最重要的零部件之一，直接影响到摩托车的起动性、动力性、经济性等指标。点火器能够控制火花塞电极产生电火花，点燃被压缩的混合气，从而使发动机作功。点火提前角是控制点火时机的重要参数，它直接影响汽油机的性能，而数字点火器更是提高发动机性能的有效途径之一。
一、产品技术指标
（1）点火方式：DC CDI，放电电容为2.2μf。
（2）工作电压范围：8V～16V，DC。
（3）一般性能：（工作电压为DC14.5±0.5V）：最低连续点火转速：≤200r/min；连续点火特性：（200～10000）r/min；点火输出电压：220±20V（1000～8000）r/min；点火器静态工作电流：≤40mA（电源电压14.5V）；点火器动态工作电流：（电源电压14.5V）；1500r/min：≤300mA；800r/min：≤650mA。
（4）保护电压：26±2V。
二、设计方案及确定
（一）设计思路
由于点火器是通过获取汽油机的最佳点火提前角变化规律并使其按照该规律运行的，传统的点火器主要是通过硬件和部分集成电路来完成整个点火控制过程，无法达到非常精确的控制效果。该点火器采用单片机控制点火提前角，点火提前角曲线完全可以根据用户车辆需要进行设置，通过软件完成精确控制，通过硬件完成基本功能控制。两者相结合，使该点火器抗干扰能力强，点火能量大，点火精度高。
（二）设计方案
（1）电路。因摩托车整车电源由12V蓄电池提供，所以DHQ-027型点火器采用由脉冲变压器构成的自激振荡电路，将12V直流电转换为300V左右的交流电经过半波整流为储能电容充电。通过滤波整形电路对磁电机传感器的输入信号进行整形。单片机完成输入到输出的转换，通过转速计算出相应转速下的点火提前角，并输出点火脉冲，控制单向可控硅的导通，对储能电容瞬间放电，产生高压电火花，完成点火。
（2）关键元器件选用。从控制曲线的难易程度和综合性价比各方面进行考虑，最终选择 MEGA48作为数字化点火器的主控MCU。该单片机具有高性能、低功耗特点，同时具有最高16K系统内可编程FLASH，也具有先进的RISC结构、非易失性的程序和数据存储器、特殊的微控制器等特点，由于其先进的指令集及单时钟周期指令执行时间，数据吞吐率高达1MIPS/1MHz，从而可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
三、研制过程
DHQ-027型数字点火器主要由四部分组成，第一部分为PC信号处理电路，主要为MCU提供经过整形的脉冲信号；第二部分为电源处理电路，主要为单片机提供供给电源；第三部分为MCU处理电路；第四部分为充放电电路。点火器主要是通过写入单片机的控制程序对PC信号处理电路提供的脉冲信号进行采样，精确计算，以便在规定时间内提供点火脉冲，进而控制单向可控硅的导通和关断，对储能电容进行放电，完成点火功能。
（一）电路设计
（1）PC信号处理电路设计。与传统的PC信号处理电路基本相同，通过PC信号处理电路将正、负脉冲信号转换为统一的负脉冲信号后，输入单片机，单片机对脉冲进行计数和计算。设计这部分电路时，通过对信号波形的分析、计算，在正、负脉冲发出之后分别增加了1个单向导通二极管1N4007，防止信号幅值过高时造成电路中半导体器件击穿。
（2）电源处理电路。电源处理电路主要由提供5V电压部分、逆变电路、保护电路部分组成。
提供5V电压部分：主要通过稳压管和三极管组成5V稳压电路，给单片机及数字电路部分提供工作电压；
逆变电路部分：主要是通过电压逆变线圈、三极管、二极管和单片机将12V的电瓶电压转换成为点火需要的300V电压，给电容充、放电，完成对振荡电路停振和起振的转换控制，从而实现点火。逆变振荡电路的好坏将直接影响点火器的点火能量。
保护电路部分：若储能电容上电压超过300V，保护电路中的300V稳压管导通，与之相连的三极管开始工作，随之逆变电路中的功率三极管停止工作，逆变电路停止工作对点火器起到保护作用。
（二）软件设计
该点火器点火功能主要通过对单片机AVR MEGA48的程序设计来控制双点火曲线来完成点火，分为左、右侧点火曲线，左、右侧点火原理基本相同。
（三）技术攻关及问题解决
该产品在设计过程中主要技术难点是硬件电路与软件部分的匹配性和兼容性问题，需要通过调整元器件参数（特别是三极管参数）、调整程序写入过程中的计数时间等来达到软、硬件的完美结合。关键元器件三极管使用TO-220封装形式，提高该点火器的可靠性。经过对基板上形成回路的地线进行设计改进，解决了高频信号对单片机的输入信号产生干扰，导致单片机工作信号不稳定的问题。
四、结束语
该产品的研制顺应了社会发展的需求，产品性能满足了各项技术要求，工艺稳定、控制点火提前角精确，减少了汽油燃烧不充分对环境的污染、可靠性高等优点，已通过客户鉴定。
参考文献：
[1]杨书华，郭新华，郑胜军.点火器控制模块设计[J].节能技术，2003（06）.
[2]尚炜.小型发动机LPG电喷系统的开发与实验研究[D].北京工业大学，2005.
[3]朱良.四冲程摩托车发动机电喷系统参数优化与实验研究[D].山东理工大学，2006.
[作者简介]樊彩燕，女，工程师，2013年毕业于中央广播电视大学，现在陕西华凌电器有限公司从事产品研发工作；张红娟，女，工程师，2000年毕业于陕西理工学院，现在陕西华经微电子股份有限公司从事产品研发工作。