基于MCS-51的汽油机电控燃油喷射系统控制

摘要 针对电喷汽油机燃油喷射电子控制系统，对电子控制单元(ECU)、传感器和执行器的工作电路和控制原理进行了设计，分析了发动机不同工况下的喷油量控制策略和喷油提前角的控制方法。进行了燃油喷射控制系统软件设计，包括转速的计算、喷油正时信号和喷油量的控制程序等。
关键词 燃油喷射电子控制系统；ECU；传感器；喷油量

汽车发动机燃油喷射技术是关系到内燃机发展中能源和环保的问题，在电子技术发展的支撑下，汽车发动机燃油喷射系统不断发展并日趋完善。电控燃油喷射系统以其对喷油量的精确控制，使得喷射雾化良好、燃烧完全，不仅能提高汽车的动力性，而且还能显著改善汽车的经济性和排放性能。
嵌入式系统与单片机已深入到众多技术领域，MCS-51系列单片机是使用最广泛的单片机系列，其中由Philips公司生产的89V51系列单片机，具有低功耗／低电压、高性能的特点，因此是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，尤其是它片内的Flash ROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程，给单片机的开发及应用带来便利。
文中所研究的系统在对汽油及燃油喷射电子控制系统的组成和工作原理进行深入分析的基础上，以AT89C51单片机作为主控制器，结合TLC2543串行A／D转换芯片，对各种相关传感器及外围电路进行设计，对喷油量及喷油正时控制程序进行编程。硬件电路的设计包括传感器输出信号预处理电路设计，模拟输入A／D转换电路设计，以及AT89C51与TIC2543等芯片之间接口电路的设计。控制程序的编写主要包括转速计算、喷油量计算以及喷油正时控制程序。

1 汽油机燃油控制系统的组成
燃油喷射电子控制系统由各种传感器与控制开关、电子控制单元ECU和执行器3部分组成，如图1所示。

汽车发动机燃油喷射电子控制系统，采用的传感器主要有空气流量传感器或歧管压力传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器和车速传感器等；电子控制单元ECU采集的控制开关信号主要有点火开关信号、起动开关信号、电源电压信号、空调开关信号和空挡开关信号等；执行器主要有电动燃油泵、电磁喷油器和油压调节器。
在燃油喷射电子控制系统的控制部件中，空气流量传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和节气门位置传感器最关键，其信号是计算确定和控制燃油喷射量必不可少的传感器。冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器、车速传感器的信号以及各种开关信号主要用于判断发动机运行状态、修正燃油喷射量，增强控制效果。
发动机工作时，安装在发动机上不同位置的传感器将检测到表示发动机运行状态的参数输送至单片机，单片机根据其内存程序进行分析、运算，然后向各执行器发出指令，使其按要求工作。
发动机电子控制单元(ECU)主要由输入回路、单片机以及输出回路组成。其结构如图2所示。