在汽油機噴油與點火控制系統(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)動機專用噴油和點火驅(qū)動集成芯片，該芯片具有體積小、重量輕、集成度高、經(jīng)濟性好等特點[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、點火持續(xù)時間比較模塊、噴油器驅(qū)動模塊和點火門控預(yù)驅(qū)動模塊，能夠與汽油機ECU進(jìn)行SPI通信，接受ECU的并行控制，實現(xiàn)噴油與點火功能，同時能對點火電流和點火持續(xù)時間進(jìn)行反饋，防止損傷點火線圈,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），一個點火線圈最大電流輸出標(biāo)志位（MAXI），一個點火線圈標(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）。點火線圈最大電流輸出標(biāo)志位主要用于給ECU提供點火線圈最大電流輸出信號參考標(biāo)志。點火線圈標(biāo)準(zhǔn)電流輸出標(biāo)志位主要用于給ECU提供點火線圈標(biāo)準(zhǔn)電流信號參考標(biāo)志，防止點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

汽油機噴油必須確定噴油提前角和噴油量。四缸汽油機噴油提前角一般是固定的，位于排氣行程上止點前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 點火程序設(shè)計

汽油機點火必須確定點火提前角和點火閉合角。點火提前角的大小主要由發(fā)動機的轉(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，建立發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的位置與點火提前角的MAP圖即可。點火閉合角的大小主要由發(fā)動機的點火頻率決定，點火頻率越大，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速越快。因此，可通過ECU采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器和節(jié)氣門位置傳感器信號確定點火提前角和點火閉合角。

MC33810內(nèi)部具有選擇點火閉合角(點火持續(xù)時間)、點火電流放大倍數(shù)、點火標(biāo)準(zhǔn)電流、最大電流參數(shù)設(shè)置的功能，能根據(jù)MAP圖選擇合適的點火參數(shù)。這里，以驅(qū)動第一缸點火為例，點火持續(xù)時間設(shè)置為32 ms，點火模式選擇命令為1000 H，允許多缸點火持續(xù)時間重疊，電流放大1倍，則點火命令為49CDH。點火結(jié)束濾波設(shè)置4 ?滋s命令為5001 H。點火標(biāo)準(zhǔn)電流為5.5 A，最大電流為14 A，允許點火持續(xù)時間重疊35%，則DAC命令為688AH。點火程序流程圖如圖5所示。

MC33810通過與MPC564組成噴油及點火控制電路，能實現(xiàn)如下功能：
(1)直接用MC33810驅(qū)動四缸汽油機的噴油器與點火線圈，省去了復(fù)雜的驅(qū)動電路；
(2)MPC564可根據(jù)實際需要選擇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)出點火驅(qū)動電流的反饋監(jiān)控信號，保護(hù)點火線圈；
(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。
通過試驗表明，MC33810能在四缸汽油機中較好地實現(xiàn)噴油與點火電路的驅(qū)動，具有一定的現(xiàn)實意義和良好的使用前景。