基于AVR单片机的天然气发动机电控系统

        天然气的优点包括资源丰富、排放污染低、价格低廉等，日益受到重视，被认为是一种非常具有发展前景的燃料，大部分人都将天然气作为继煤、石油之后的世界上第三大能源，发挥着越来越重要的角色。其主要成分为甲烷，是一种气态燃料，能够与空气充分混合，因此其燃烧后基本没有微粒排放，燃烧后的CO生成量也很少；与其他化石类燃料相比较而言，在开采、生产、储藏、运输、使用等全生命周期内产生的污染物排放量最少，因此天然气又被人们称之为“清洁燃料”。

        在这里介绍一款基于单片机的天然气发动机电控系统。电控单元选用Atmel公司的AVR单片机，利用单片机C语言进行程序开发，并且采用了多片式ECU设计。多片式ECU是指在一个电控单元ECU中使用多个单片机(MCU)，各个MCU分别承担不同的工作内容。作为发动机ECU的核心部分，3个MCU必须采用功能强和运算速度高的单片机。针对本系统，采用3个Atmel公司AVR系列单片机组成多片式ECU控制系统，它们分别针对不同的对象各自分担任务。如上所述，其中两个ATmega8单片机，一个用于控制发动机的电子点火，一个作为ECU主控单片机;另外一个ATmega128单片机控制发动机的燃料喷射量。

        由于天然气发动机电控系统为装机嵌入式系统，ECU必须直接使用发动机蓄电池提供的电源，因此，必须将蓄电池的12 V电压进行转换，为单片机、输入输出接口和传感器提供稳定的+5 V、+12 V和+9 V电源。本设计采用了LM7809和LM7805两个稳压芯片实现电压转换。

        发动机的电火花点火是通过一整套电器设备和机件，在相互配合下，将汽车的低压电变为高压电，利用装在汽缸燃烧室内的火花间隙放电，产生电火花，将可燃混合气点燃做功，并能按发动机工作要求而自动调节点火时间，使点火可靠、准确。点火系统应在发动机各种不同工况和使用条件下，均能保证正确而可靠的点燃混合气。本系统由点火MCU输出的控制信号经过驱动电路驱动功率晶体管控制点火线圈初级回路的通断，从而使次级感应出高压，完成发动机电子控制点火。
 
        对原机的改造主要是燃料供应及喷射系统的改造，用一套完整的天然气供给系统和电控系统来实现改造目的。所使用的天然气是由高压气瓶(CNG)提供的压缩天然气，出口压力达到20 MPa。该设计实现了高压天然气的可靠存储和压力转换，并可对供气压力进行实时监测。