內(nèi)燃機中的電容放電點火(CDI)系統(tǒng)可以在單一輪廓點火拾取(PIP)系統(tǒng)上實現(xiàn)，使用8位微控制器的標準外設(shè)，但這種設(shè)計面臨著一些挑戰(zhàn)。

　　在內(nèi)燃機中，空氣和燃料的化學混合物被燃燒，產(chǎn)生極高的熱量，使廢氣膨脹，從而迫使氣缸活塞移動，導致凸輪軸旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生動能。這種動能通過齒輪傳動與車輛的車輪相耦合，將角動量轉(zhuǎn)換為線性運動。

　　四沖程發(fā)動機使用四個不同的活塞沖程——進氣、壓縮、做功和排氣——來完成一個工作循環(huán)，如圖1所示。

　　上止點(TDC)是靠近火花塞的活塞最高位置，而下止點(BDC)是靠近凸輪軸的最低位置。在火花塞點燃做功沖程后，空氣燃料混合物需要一定時間才能完全燃燒;這個燃燒過程是漸進的，即頂部的混合物先燃燒，并迅速向下移動。

　　因此，為了完全燃燒空氣燃料混合物并產(chǎn)生最大壓力波，火花塞應該在活塞到達上止點之前的瞬間以適當?shù)慕嵌赛c火，這個角度由發(fā)動機活塞速度決定。還有其他因素，如溫度和油門位置，也會影響點火角度。為了正確且精確地點火，需要一個稱為點火控制機制的單獨模塊。

　　IDI與CDI點火系統(tǒng)

　　點火系統(tǒng)有兩種類型：感應放電點火(IDI)或晶體管控制點火(TCI);以及CDI。CDI系統(tǒng)使用高壓電容放電電流輸出點燃火花塞(見圖2)。它可以利用Microchip PIC微控制器上找到的核心獨立外設(shè)(CIPs)來實現(xiàn)。這些外設(shè)包括角度定時器(AT)、信號測量定時器(SMT)、數(shù)學加速器和可配置邏輯單元(CLC)。

　　CDI系統(tǒng)的類型

　　CDI系統(tǒng)有兩種類型：交流電容放電點火(AC-CDI)和直流電容放電點火(DC-CDI)。

　　交流CDI系統(tǒng)

　　在AC-CDI系統(tǒng)中，發(fā)電機或定子(磁電機)為包括CDI在內(nèi)的所有電子系統(tǒng)提供足夠的電力。電容通過磁電機交流供電的整流輸出充電，電壓范圍為200V-400V的直流電。當發(fā)動機冷卻(未運行)時，需要通過踢啟動來旋轉(zhuǎn)發(fā)動機和磁電機。這不會從磁電機產(chǎn)生足夠的電力來完全充電電容，從而產(chǎn)生高壓火花，作為電容的一部分。對于非常低的轉(zhuǎn)速，點火角度始終是固定的。因此，在負PIP輸出從磁電機-飛輪脈沖線圈發(fā)出時，使用模擬點火，無需計算轉(zhuǎn)速。

　　直流CDI系統(tǒng)

　　在DC-CDI系統(tǒng)中，電池始終提供恒定的12V直流電源。它需要一個額外的DC-DC轉(zhuǎn)換器將12V直流電升高到200-400V直流電。這一額外電路使得CDI模塊相比于AC-CDI系統(tǒng)稍大。當發(fā)動機未運行時，可以在一個精確計算的點火角度下輕松啟動，因為輸入的直流電源始終可用。

　　為了在火花塞中產(chǎn)生高壓火花，使用具有高充電容量的高壓電容，通過DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出(DC-CDI)或磁電機的輸出，交流發(fā)電機(AC-CDI)進行充電，作為電容功能的一部分。電容被充電到高壓電源，通常為200到400V。

　　設(shè)計CDI系統(tǒng)

　　電容連接到點火線圈或升壓脈沖變壓器，這產(chǎn)生范圍為40kV或更高的非常高的電壓。

　　開關(guān)將電容連接到點火線圈的初級。當微控制器在開關(guān)的門控端發(fā)出脈沖時，開關(guān)被觸發(fā)。線圈初級中的突然電流激增在次級產(chǎn)生了非常高的電壓，從而產(chǎn)生點燃空氣燃料混合物的火花。因此，微控制器控制開關(guān)的點火角度，以生成火花。

　　硅控整流器(SCR)通常用作CDI中的高功率開關(guān)。由于其較高的工作電壓和電流范圍，以及中等頻率響應，它具有很高的耐用性。SCR的缺點是作為單向開關(guān)，它只能是開啟狀態(tài)。當輸入小于最低工作閾值時，它會自動關(guān)閉。

　　現(xiàn)代CDI設(shè)計中使用IGBT和mosfet，因為它們能夠開關(guān)開啟和關(guān)閉，并且在更高的工作范圍內(nèi)具有更好的頻率響應。

　　脈沖線圈或拾取和定時線圈負責向點火控制系統(tǒng)提供定時信號。

　　一個磁鐵安裝在飛輪上，飛輪則安裝在磁電機軸上。當飛輪旋轉(zhuǎn)時，磁鐵靠近脈沖線圈產(chǎn)生一個定時脈沖。每個極有一個脈沖，因此每個磁鐵有兩個輸出，一個正脈沖后跟一個負脈沖，生成一對交替脈沖。對于單一的PIP系統(tǒng)，只有一對脈沖。對于多脈沖系統(tǒng)，脈沖對的數(shù)量根據(jù)飛輪上的磁鐵數(shù)量而定。這些交替脈沖相對于發(fā)動機中每次旋轉(zhuǎn)的TDC活塞位置是固定角度的。脈沖的周期觸發(fā)發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)。

　　根據(jù)每次發(fā)動機旋轉(zhuǎn)時從拾取線圈獲得的交替脈沖數(shù)量，脈沖線圈系統(tǒng)可以是單一或多重PIP系統(tǒng)。

　　在單一PIP系統(tǒng)中，脈沖線圈提供一個正脈沖后跟一個負參考脈沖。脈沖之間的角度和負脈沖與TDC之間的角度是固定的。火花的點火應該在基于發(fā)動機工作溫度、油門位置和轉(zhuǎn)速的特定角度上。這個角度通常位于正脈沖和負脈沖之間。

　　負脈沖是非常低轉(zhuǎn)速下點火的參考點。對于較高轉(zhuǎn)速，點火角度會變?yōu)槊}沖之間的角度。

　　在多PIP系統(tǒng)中，脈沖線圈提供多個交替脈沖。第二個負脈沖是TDC之前的參考點。這是火花應該產(chǎn)生的最低點火角度，以適應低于某一速度閾值的發(fā)動機轉(zhuǎn)速。

　　第一個正脈沖和負脈沖可以用于計算發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。第二個正脈沖可以作為確定更高速度點火角度的參考點。

　　脈沖線圈產(chǎn)生包含正脈沖和負脈沖的定時信號。這些脈沖的范圍為±3到±90V，具體取決于安裝在飛輪上的磁鐵的磁場強度。

　　信號調(diào)理電路反轉(zhuǎn)負脈沖并將脈沖限制在0到5V。它還用于過濾雜噪聲。信號調(diào)理電路將提供兩個正輸出，一個對應于正脈沖，另一個對應于負脈沖。信號調(diào)理電路的輸出連接到微控制器。

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