汽车发动机微机控制点火系统的控制策略

汽车发动机微机控制点火系统的控制策略
发表时间：2014-09-04T10:24:25.700Z 来源：《科学与技术》2014年第2期下供稿作者：车耕
[导读] 但发动机的经过长时间的运作，必定会发生磨损，无论是发动机本身还是传感器都会发生一定的改变。

华中科技大学文华学院车耕
汽车发动机点火系统的作用就是将汽车电池中的低压直流电转化为高压，并根据发动各气缸的工况适时的提供高压电火花。

在此过程中需要从点火系统的控制方式和控制内容两个方面进行把握。

一、微机控制点火系统微机控制点火系统主要由电子控制单元（ECU）各类传感器和点火执行器三部分组成。

在发动机运行过程中，传感器将采集到的转速、负荷、水温、进气温度、启动、怠速等各类数据，不断地传递给电子控制单元（ECU），它将这些与发动机运行有关的信号与微机内存中的最佳控制参数进行比较，进而得到最佳控制点火提前角和最佳导通时间，并以此为根据向点火控制模块发送指令，点火控制模块根据电子控制单元（ECU）的指令对点火线圈的初级绕组实行导通和截止控制操作。

当回路导通时，电流流过点火线圈的初级线圈，并将电能存储于磁场中，闭合回路被切断时，次级线圈中将产生高压电动势，然后送至工作气缸的火花塞，形成电火花，能量瞬间被释放，将气缸中的混合气点燃，让发动机完成一次做功过程。

若是在带有爆震传感器的闭合回路中，电子控制单元（ECU）则可以根据爆震传感器的信号来判断发动机的爆震程度，并将点火提前角控制在爆震的范围内。

所谓点火提前角是指在从点火时刻开始，到活塞到达上止点这一过程中，曲轴转过的角度，理论上最小的点火时间角是0°，实际上一般都大于5°而小于60°，因为若提前角过小容易产生爆震，阻碍发动机的上行过程，降低了燃烧效率，若提前角过大，则容易引起耗油量过大，发动机做功困难的问题。

二、汽车发动机微机控制点火系统的控制方式开环方式和闭环方式是汽车发动机点火系统的两种主要的控制方式，它们各有自身特单和优势，彼此互补。

事实上，当前汽车发动机所采用的控制方式多是在开环控制方式的基础上配以闭环控制方式的混合控制方式，用开环方式实施基本调控，用闭环方式实施机密调控。

开环控制方式是指将汽车发动机在各种工况下运行的控制参数，如基本点火提前角和喷油量等数据写入发动机的电子控制单元的ROM，然后电子控制单元（ECU）通过各类传感器获取发动机运行的状态信息（如发动机的转速、负荷大小、冷却液温度、进气量等）然后根据这些信号来判断发动机的当前工作状态，然后从只读存储器中读取相关控制参数，输出给点火执行器执行，其过程不对控制结果进行检测，没有对控制结果进行反馈。

电子控制单元只读存储器中所存储的数据来自预先在台架上获得的实验数据，存放在只读存储器中，供ECU 根据发动机的工况来选择调取。

但发动机的经过长时间的运作，必定会发生磨损，无论是发动机本身还是传感器都会发生一定的改变，其也必将引起发动机最佳提前角的变化，ROM 中所存储的数据将不能适应发动机的要求，也必然造成开环控制点火系统性能的逐渐下降。

闭环控制方式其实就是反馈控制方式，它根据反馈来的信号来确定自身的控制量，此时，其它传感器传感器信号将不再作为它调节控制量的决定因素。

根据长期试验表明，发动机负荷低于一定值时，一般不会发生爆震，爆震传感器信号不能对点火提前角实施反馈控制。

只有负荷大于此值时爆震信号才能成为主要的反馈控制信号。

当发动机负荷较小或处于怠速工况状态时，可以将转速作为反馈信号以维持此时发动机的正常稳定运行。

三、汽车发动机微机控制点火系统的控制内容汽车发动机微机控制点火系统的主要作用是根据发动机的做功顺序和时间要求，实时准确的将电源的低压电转换为高压电并提供给相应气缸的火花塞，让其产生电火花，点燃气缸内的可燃气体，完成一次做功。

从以上可以看出，在制定微机控制点火策略时一定要包含点火能量控制和点火提前角的控制两个方面的内容。

1.点火能量控制足够高的电压和足够多的能量是保证点火成功的重要条件，点火能量主要由点火线圈初级电流大小和通电时间决定的，它的能量的大小将直接决定着气缸内气体的燃烧质量。

其通电时间越长，电流越大，储能越大，点火能量也越大，这个能量要保证能够与火花塞电极之间产生击穿电压，一般来说微机控制点火系统的要能够达到20KV 的电压，100mJ 的点火能量，以保证有足够的点火能量点燃不同工况下的气缸气体。

但是并不是能量越高越好，因为电流过大会容易损坏或烧毁点火线圈，并造成电能的浪费。

另外，电流的大小还受到电池电压的影响，一般来说，在相同的通电时间内，电池的电压越高，线圈中的电流就越大。

因此，控制点火能量一方面要注意电池的电压，另一方面还要对通电时间进行控制，也就是要控制通电闭合角，当发动机转速较快时，点火系统初级线圈中的电流就会减小，导致次级线圈电压降低，点火成功率降低。

因此当电压下降时，也应当增大闭合角。

反之亦然，要尽量减小闭合角，以为点火系统提供足够能量，防止初级线圈发热。

2.点火提前角控制点火提前角对发动机的工作效能具有重要影响，其最佳提前角与发动机的转速和负荷具有密切关系，在不同的工况下，对发动机的动力性、稳定性、经济性和废气排放都有不同的标准，其最佳点火提前角不同，因此需要在不同的控制方式下，针对启动模式、怠速模式、正常运行模式和爆震模式等不同的工况采取不同的点火控制策略。

在启动模式下，当发动机启动时，由于发动机转速较低、进气量信号不稳定，电子控制单元（ECU）获得准确的输入数据比较困难，因此也就无法计算最佳点火提前角，只能通过读取数据存储器（ROM）中的固定点火提前角启动。

在怠速模式下，发动机负载变化将会引起发动机转速的变化，电子控制单元（ECU）可以通过发动机的转速和冷却剂的温度来调节怠速模式下的点火提前角，以确保怠速的转速稳定。

要想在规定的怠速下稳定的运转，电子控制单元ECU 就需要不断的计算发动机的平均转速，当时机转速高于目标转速时，就减小点火提前角、当转速低于目标转速时就增大点火提前角，且与目标值之间的差距越大，其提前角变量的调整幅度越大。

在正常运行模式下，发动机的实际点火提前角取决于发动机初始点火提前角、基本点火提前角、修正点火提前角三者之和。

初始点火提前角是固定的，一旦安装在发动机上的曲轴位置传感器信号转子和曲轴的相对位置确定了，并根据所建立的模型实验所得的数据写入只读存储器（ROM）中的初始点火时间角。

基本点火提前角由电子控制单元（ECU）确定，并根据进气流量信号（或进气管压力信号），在内存数据表中查找出相应的角度被称为这一工况下的基本点火提前角。

一般来说它随着发动机转速的升高而增加，随着进气量的增加而减小。

修正点火提前角则是指发动机最佳点火提前角还与发动机的温度、进气温度、混合气空燃比、爆震等因素有关，电子控制单元（ECU）根据这些信息对发动机的最佳点火时间角进行修正已获得最佳点火时间角。

爆震模式是指发动机由于缸体温度过高、负荷过大等原因发生爆震的一种现象，此外，当使用一些劣质汽油时也会发生爆震，因此，要控制爆震应当可以降低发动机的温度、减小负荷，选择适当的汽油等，但最有效的方式是推迟点火提前角，然而若调整幅度太小，很难避免由于劣质油引起的爆震现象，若调整偏大则难以获得理想的点火时刻。

通常情况下，当爆震信号从缸体中传入电子控制单元ECU 时，
ECU 会把点火提前角逐步缩小，直到无爆震为止，然后逐步增大点火提前角，再次发生爆震时，发动机的点火控制进入新一轮的闭环控制，这是一个循环往复的过程。

结语：本文主要介绍了微机控制点火系统的定义和功能结构，然后从汽车微机点火系统的控制方式和控制内容两个方面讨论了微机控制点火系统的控制策略。

针对其中的一些具体问题做出了分析，以获得汽车发动机的最佳点火过程。