汽车发动机微机控制点火系统控制策略分析

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摘要：

主要分析了汽车发动机微机控制点火系统的点火控制策略，主要包括点火系统控制方式和控制内容两个方面，有针对性地解决了控制中的一些相关问题，从而实现发动机微机控制点火系统最佳的点火过程。

关键词：

微机控制；点火系统；控制策略

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2013）02019402

0引言

汽车发动机微机控制点火系统最大的成功在于实现了点火提前角的自动控制，即可根据发动机的工况对点火提前角进行实时控制，因而可获得混合气的最佳燃烧，从而能最大限度地改善发动机的高速性能，提高其动力性，经济性，减少排气污染，所以微机控制点火技术在目前的汽车发动机中得到了广泛的应用。本文主要分析微机控制点火系统的点火控制策略，有针对性地解决控制中的一些相关问题，从而更好地实现汽车发动机理想的点火过程。

1微机控制点火系统的控制方式

1.1开环控制方式

开环控制方式是指只有正向作用，没有反馈信息的控制方式。利用开环方式控制发动机点火系统时，电控单元ECU不断得到传感器传来的发动机转速、负荷信息，并根据对应信息从只读存储器ROM中查出基本点火提前角，再根据冷却液温度、大气压力等信息，对基本点火提前角进行修正，得到适应当前工况的最佳点火提前角来控制点火，但对控制的结果不予反馈。因此，只读存储器ROM中所储存的数据必须是经过大量台架实验优化的结果。但是在发动机长期的工作过程中，传感器的工作状态一定会发生改变，ROM中所存的数据也会逐渐不能适应发动机对最佳点火提前角的要求，从而引起开环控制精度的改变。随着发动机本身磨损状况、使用条件等变化而引起的最佳点火提前角的变化，势必造成发动机开环控制点火系统性能的逐渐下降。

1.2闭环控制方式

为了提高发动机的综合性能，改善点火特性，在微机控制点火系统中出现了闭环控制方式，闭环控制方式是指既有正向作用，又有反馈信息的控制方式。闭环控制所用的反馈信息可以是发动机的爆震信号、氧传感器输出信号、转速信号或气缸的压力信号等。在点火系统的闭环控制中，利用发动机爆震信号作为反馈信息应用最多。实验表明，当发动机负荷低于一定值时，一般不出现爆震，此时无法用爆震传感器信号对点火提前角进行闭环反馈控制。因此，最常见的是利用发动机的爆震信号作为反馈信息，来控制大负荷等工况下的点火提前角，使发动机既有好的动力性，又避免爆震。在怠速工况下，则可以用发动机的转速信号作为反馈信息，维持怠速时稳定运转。但是一般情况下，应首先使有害气体的排放量最低，然后才考虑怠速稳定性和油耗。中等负荷等工况下，则一般采用开环控制方式，保证发动机有较好的综合性能，特别是保证经济性和排放水平最佳，但在此工况下一旦发生爆震，又会自动转入利用爆震信号作为反馈信息的闭环控制方式。

2微机控制点火系统的控制内容

汽油发动机点火控制系统的作用是将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按照发动机的做功顺序与点火时间的要求适时、准确地配送给各缸的火花塞，在其间隙处产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气。因此，点火系统的控制内容包括点火提前角控制和点火能量控制两个方面。

2.1点火提前角的控制

因为点火提前角对发动机的工作影响较大，所以对点火提前角的控制就成了点火系统控制的重点。发动机的工作原理和各种实验都表明，最佳点火提前角与发动机转速和负荷有较大的关系，并且发动机运行状况不同时，对其动力性、经济性和排放污染量有不同的控制标准，这就意味着，发动机最佳点火提前角在不同工况下有不同的控制策略。根据工况的不同点火提前角的控制策略可分为：起动工况模式，怠速模式、常用工况模式、爆震控制四种情况。

2.1.1起动工况模式

起动工况模式下点火系统一般采用固定的点火提前角。在起动发动机时，起动机输出动力带动发动机的曲轴做旋转运动，因而当起动机的驱动力去掉后，只有当曲轴的转速足够高时，曲轴才能依靠自身的惯性力转过上止点，完成发动机的工作循环。

起动期间，发动机转速较低，进气歧管压力信号或进气量信号不稳定，由于ECU很难得到准确的输入数据，也就无法计算和确定控制参数的数值。在此情况下，控制系统根据输入的曲轴转角信号，以固定的点火提前角进行起动。当起动转速低于100r/min时，为了可靠点火，点火提前角应根据起动转速的的下降而适当降低。

2.1.2怠速模式

在怠速工况下，最佳点火提前角应保证在发动机运转平稳的前提下，使污染物的排放控制在最低限度。一般根据发动机转速和冷却液温度来控制怠速工况下的点火提前角。如图1和图2所示，当怠速转速在1000r/min以下时，点火提前角均为16o，目的是推迟点火，加速发动机及催化反应器达到正常工作温度。如果怠速转速在1000r/min以上，则根据冷却液温度控制点火提前角。如图1所示，当冷却液温度低于50℃时，适当推迟点火提前角，使转速稳定并促进暖机。如图2所示，当冷却液温度高于50℃时，则适当增大点火提前角。

发动机怠速运转时，发动机负荷的变化会造成发动机转速的改变，电控单元ECU将适当地调整点火提前角来确保怠速转速的稳定。为使发动机在规定的怠速转速下稳定的运转，ECU需要不断地计算发动机的平均转速，当发动机的转速低于规定的怠速转速时，ECU相应地减小点火提前角；当发动机转速高于规定的怠速转速时，ECU会增大点火提前角。

2.1.3常用工况模式

在常用工况模式下，发动机处于部分负荷工况时，以经济性为主，最佳点火提前角应保证发动机的最低燃油消耗量；在大负荷和加速工况，以动力性为主，最佳点火提前角是使发动机获得最大的输出扭矩。常用工况模式下，电控单元ECU所控制的最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火前角+修正点火提前角初始点火提前角是指曲轴位置传感器在发动机上固定后，由曲轴位置传感器的信号转子和曲轴的相对位置决定的点火提前角。一旦曲轴位置传感器在发动机上固定，初始点火提前角就相应确定。

基本点火提前角是微机实行点火提前角最优控制的主要依据，它是由发动机的转速和负荷确定的，呈现十分复杂的变化关系，虽然要遵循“转速越高，点火越早；负荷越大，点火越晚”的规律，但在有时规律也要有所变化，通常通过试验的方法来建立此模型，基本点火提前角就是通过实验得到的数据存放在只读存储器ROM中的最佳基本点火提前角，如图3所示，这些数据以点火提前角控制脉谱图的形式储存在ROM中。发动机工作时，ECU根据转速和负荷等信息，在只读存储器ROM中的点火提前角控制脉谱图中，能够随时查出相应工况的基本点火提前角。

除了转速和负荷外，其它对点火提前角有较大影响的因素均归入到修正点火提角中，修正点火提前角是指电控单元根据发动机冷却水温度、进气温度、大气压力、节气门开度、爆震传感器信号及氧传感器信号等参数确定出的点火提前角修正量。

由于初始点火提前角是固定的，因此在常用工况下，微机控制点火正时策略的实质是根据发动机的运行工况和使用条件计算基本点火提前角、确定修正点火提前角，使实际点火提前角尽可能与最佳点火提前角接近。

2.1.4爆震控制

爆震产生的原因主要是发动机温度过高，负荷过大、或是汽油抗爆性能差等。在汽车使用中，消除爆震的方法除了减小负荷，降低温度外，最有效的方法是推迟点火提前角。然而，点火提前角的推迟是以牺牲发动机的动力性和经济性为代价的，因此，控制爆震的最好办法是采用微机控制方法，根据发动机运行工况，控制点火提前角，使发动机既能发挥其最佳性能，又能防止爆震的产生。

实践证明，发动机处于爆震边缘时能够输出最大扭矩，如果在此基础上增大点火提前角，就会产生爆震。为了防止爆震现象的发生，最实用的方法是使用爆震传感器来检测发动机机体的振动，以此判断是否发生爆震。由于发动机工作时振动比较剧烈，为了防止产生错误的爆震判别，电控单元ECU对爆震信号的判别不是连续的，只限于判别发动机点火后可能发生爆震时段的振动信号。ECU通过对反应发动机负荷状况传感器的输入信号的分析，判断是否对点火提前角进行开、闭环控制。

当发动机的负荷达到一定程度时，电控单元ECU才对点火提前角进行闭环控制。当ECU收到爆震传感器传来的发动机产生爆震的信号时，ECU立即把点火提前角逐步减小，直到无爆震产生，随后ECU又逐步增大点火提前角，一直到产生爆震时，又恢复前述闭环控制。在闭环控制点火提前角的过程中，此过程是反复进行的。

2.2点火能量的控制

点火能量由点火线圈初级电流的大小决定的，能量的大小直接影响可燃混合气的燃烧质量，点火线圈初级电流的大小与电路的接通时间有关，通电时间越长，电流越大，点火能量越大。但是，电流过大将会导致点火线圈发热甚至损坏并造成电能的浪费。另外，线圈中电流的大小，还会受到电源电压的影响，在相同的通电时间内，电源电压越高，线圈电流越大。因此，有必要对线圈电路的接通时间进行控制和修正。所以，ECU不仅要控制点火提前角，还要对点火线圈初级绕组的通电时间加以控制，即要控制闭合角。

电控单元需综合考虑各方面的因素，根据蓄电池电压及转速等信号，控制点火线圈初级电路的最佳通电时间。当发动机转速高时，适当增大闭合角；当蓄电池电压下降时，也应适当增大闭合角。反之适当减小闭合角，以防止点火能量不足或初级线圈发热现象的出现。

3结束语

以上对于汽车发动机微机控制点火系统的控制过程进行了分析，针对不同的情况，作出了不同的控制策略，并适当的选择开环控制和闭环控制方式，有助于微机控制点火系统能够更好地得到最佳的点火过程。

参考文献

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