單片機控制摩托車點火器新理念的綜合設計

點火系統汽油機中起著非常重要作用，點火能量必須按規定要求足夠大，否則就不能點燃氣缸內混合氣；點火時刻或點火提前角是影響發動機性能重要參數之一，每個給定發動機運行工況都對應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濟性和動力性。為此，試驗獲取發動機最佳點火提前角，并控制發動機盡量按最佳時刻點火是設計關鍵。
目前，國外大排量運動型摩托車已開始應用微機控制技術，日本本田、川崎、鈴木公司等都有這樣車型推出，而我國點火提前數字控制技術應用方面遠遠落后于發達國家。事實上，這項技術我國生產轎車汽油機上應用才剛剛開始，但摩托車汽油機上還未應用。
1、數字控制點火系統組成
數字控制點火系統主要由霍爾元件、信號整形電路、單片機計算處理器、功率放大高壓點火器及液晶顯示部分等組成。采用發動機霍爾原件，對發動機工作行程進行采集，然后由信號處理電路（信號放大、波形變換和波形整形）再對采集到信號進行整理。數字點火器采用單片機控制電路，獲取汽油機最佳點火提前角規律，數字點火器即保證最佳點火，點火系統框圖如圖１所示。信號處理電路中，放大器用于對采集信號進行放大，以滿足數字信號幅度要求；波形變換和波形整形電路用于將放大后采集信號轉換成單片機可接收TTL信號，單片機INT0引腳進行接收，使INT0引腳能夠對內部定時器T0工作進行控制，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，單片機再脈沖周期計算出發動機轉速液晶顯示模塊顯示出來。

2、單片機控制點火提前角原理
發動機磁電機上安裝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，另一個安裝發動機活塞運行上止點位置，這樣單片機對其進行采集時，就有了2個參考點。發動機剛剛起動時，活塞運行速度較慢，氣缸壓力不足，發動機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；當發動機工作一段時間后，發動機點火時刻就要發生改變，發動機運轉越快點火提前角越應該增大，提前點火，才能使發動機做功行程時有最大能量釋放，不能提前點火，發動機會顯無力，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功，精確控制點火提前角才能使發動機輸出功率最大，能源消耗最少。
2.1單片機工作頻率選擇
摩托車高速運行時，發動機轉速可達10000r/min，這時點火提前角應為最大。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，單片機輸出頻率至少為：2×（360/5）×10000＝1440000Hz/min；而采用普通單片機工作頻率為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，而單片機控制點火器考慮是什么時間不點火，也就是發動機工作過程中少部分時間停止點火，從圖2中看出，使用了單片機點火系統后，增加了點燃沖程和排氣沖程點火觸發次數，這樣發動機混合氣燃燒十分充分，不會出現燃燒不徹底、火花塞積碳不能正常工作等現象。發動機高速運轉時，最大提前角內至少保證有6次以上點火過程；排氣沖程時繼續高頻點火，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單片機控制點火提前角
使用2個霍爾元件對發動機進行采集，放大整形后，把整形好信號輸入到單片機，單片機對其進行分析，2個霍爾元件間時間差計算出當時發動機轉速，也就是它們時間差越短即發動機轉速越高；同時，液晶顯示模塊顯示出速度情況，并此數據分析出發動機工作哪個區域（低速區、中速區或高速區），不同區域進行點火提前角控制。當發動機運行時，發動機各傳感器將監測到負荷、發動機轉速、車速及水溫等參數，并送到電腦中，經對這些信息進行分析處理，發動機轉速由單片機計算出相應點火提前角度。
單片機控制點火最大優點是可對發動機工作情況進行綜合考慮，如當發動機溫度偏高，機油量過低時，再加速行駛時，將對發動機造成損失，此時單片機會自動對點火器進行控制，使發動機只能工作低轉速區，騎乘者怎樣加大油門，發動機轉速會提高（要使發動機轉速提高必要條件是點火角度變化）。經實驗證明，鈴木250mL摩托車被控后最多只會40km/h速度內行駛，本田400mL摩托車被控后最多只會55km/h速度內行駛。
總之使用單片機控制發動機工作狀態將成為今后發展必然趨勢，發動機使用了智能芯片，發動機運轉情況自動分析直接控制發動機能制止人為不良干預使發動機以有效保護。還可很方便加裝各種電子產品例如觸摸式密碼鎖、遙控器、鐘表顯示、數字定速等，這些功能都是單片機很容易實現。