基于openECU的点火正时控制策略设计

凌宪政，吴长水，刘扬柏，鲁 胜

（上海工程技术大学汽车工程学院，上海 201620）

基于openECU的点火正时控制策略设计

凌宪政，吴长水，刘扬柏，鲁 胜

（上海工程技术大学汽车工程学院，上海 201620）

点火系统是发动机的重要主成部分，对发动机的性能有绝对性的影响；在开放式ECU的基础上进行了点火正时策略的设计以及预标定的工作，大大缩短了开发的难度和周期；对某LNG气体机的点火正时策略进行了设计和优化，并结合发动机计算模型（进气，压缩，做功，排气）进行了反馈和验证；使用开放式ECU进行实验开发，可以为实验节省大量的时间和资源，监测不同的输入条件对点火提前角的影响，实现了脉谱的预标定，大大缩短了开发工作，具有一定的实际运用价值。

点火正时策略；开放式电子控制单元；预标定

0 引言

节能与环保是现代汽车发展的主流，天然气汽车以排气污染少越来越受到重视。点火提前角是电控发动机的一个重要参数。在原有的柴油机基础上改为气体机，需要开发性能可靠，成本低的点火正时装置［1 2］。由于天然气特殊的理化性质，点火提前角需要精确制定。为了使发动机动力性和经济性达到最佳，需要制定合理可靠的点火正时控制策略，试验确定最佳点火提前角，从而提高发动机使用天然气的性能，达到环保的效果。

1 点火正时控制策略的实现

在点火系统中，电控单元对点火提前角的控制可分为起动工况模式和起动后工况模式。起动工况的点火提前角是根据发动机转速和进气歧管内的压力查询脉谱图得到，起动后的工况又分为是否处于怠速状态，但点火提前角［3 5］都由下式确定：

实际点火提前角＝基本点火提前角＋修正量

1.1 起动工况点火提前角

起动工况的点火提前角是根据发动机转速和进气歧管内的进气压力查询相应的脉谱图获得，作为初始点火提前角［6］。

1.2 起动后工况点火提前角

1.2.1 怠速工况点火提前角

怠速工况的实际点火提前角等于基本点火提前角和修正点火提前角之和。基本点火提前角的确定是根据是否接通空调使能开关，用相应的代替值来作为点火角度。采用的修正有：暖机修正，过热修正，怠速稳定性修正。

1）当发动机处于暖机过程时，ECU根据冷却水温查脉谱，输出修正的角度。

2）发动机处于怠速运行工况，当冷却水温度过高时，为了避免长时间过热，应将点火提前角增大，即怠速过热修正。

3）发动机在怠速运行工况，由于发动机转速在怠速参考转速下波动，因此ECU要调整点火提前角，并且ECU要不断计算发动机的转速，并与怠速参考转速做差，作为修正依据。当发动机转速大于怠速参考转速时，减小点火提前角；反之，增大点火提前角。相应的控制策略如图1所示。

图1 怠速时点火提前角控制策略

1.2.2 正常运行工况点火提前角

发动机正常工作时的实际点火提前角等于基本点火提前角与修正点火提前角之和［7］。基本点火提前角是根据发动机转速和进气压力查询相应的脉谱图确定。修正量有：冷却水温修正，空燃比反馈修正，爆燃修正，进气温度修正。

1）ECU根据冷却水温查脉谱，输出修正的角度，若冷却水温度较低，应增大点火提前角。

2）ECU通过氧传感器反馈回来的氧含量信号来调节喷油量，空燃比在这一过程中不断波动，因此可通过空燃比来查询相应脉谱确定点火提前角的修正量。

3）爆燃修正是通过发动机转速和进气压力查对应的脉谱图，确定点火提前角的修正量。

4）对进气温度进行修正时，必须要满足两个条件，进气温度和转速度都要达到相应的阈值，否则不对进气温度进行修正。当满足条件时，根据进气温度查找脉谱图确定点火提前角。具体的策略如图2所示。

图2 正常运行时点火提前角控制策略

2 正时限值控制

2.1 MBT的设计策略

最佳点火提前角MBT的确定需要考虑发动机EGR的控制。实际点火提前角等于基本点火提前角与修正点火提前角之和。基本点火提前角与正常运行时的点火提前角采用相同的脉谱。相应的修正有冷却水温修正，空燃比反馈修正，以及有EGR控制时的角度与无EGR控制时的角度做差，与EGR率相乘的修正。策略如图3所示。

图3 MBT控制策略

2.2 最大和最小点火提前角的确定

为使发动机正常运行，ECU得到的点火提前角必须要在一个合理的范围内。发动机的实际点火提前角等于基本点火提前角与修正点火提前角之和，该值应在一定范围之内。最大点火提前角的确定需要考虑发动机是否处于怠速运行工况。当发动机处于非怠速运行工况时，最大点火提前角就是最佳点火提前角；当发动机处于怠速工况时，根据进气压力查找相应脉谱确定点火角度，并与MBT值之间取其较小值作为最大点火提前角。最小点火提前角采用固定的代替值。具体的控制策略如图4所示。

图4 最大最小点火提前角控制策略

3 模型在openECU上的应用

Pi lnnovo公司生产的openECUM250是与pisnoop是联合使用的，pisnoop是公司自行研发的一款标定工具。在simulink中，我们配置好M250的硬件模块，并通过其公司自带的库模块，由信号盘上的曲轴传感器信号模拟输入一个发动机转速，其它的输入我们暂做常量进行处理，后期可在pisnoop中进行修改。对建立好的模型（例如正常工况）进行编译后生成A2L和S37文件，添加到pisnoop中，并对M250上电即可烧写程序。程序烧写完成后，调整信号盘上的转速，M250可以实时地检测到转速信号的变化，并将其值反映在pisnoop界面中，通过增加转速或减小转速来监测点火提前角的变化情况。如图5～7所示。

图5 预标定界面

4 结束语

1）本文提出了一种天然气发动机点火正时的控制策略，点火提前角根据不同的工况采用不同的策略，每一工况下都计算出当前的基本点火提前角并根据不同的外界条件进行修正。

最后将输出的点火提前角进行限值处理即为最终的点火提前角。

2）通过开放式ECU，实现了点火控制策略程序编译和烧写；通过标定工具pisnoop实时地监测不同的输入条件对点火提前角的影响；实现了脉谱的预标定，大大缩短了开发工作。

3）使用开放式ECU进行实验开发，可以为实验节省大量的时间和资源，具有一定的实际运用价值。

图7 发动机转速降低

［1］余文明.微机控制点火系统在现代汽车发动机上的应用［J］.淮阴工学院学报，2003，12（3）：55-58.

［2］冯幸福，吴同起.燃气汽车及加气站技术［M］.北京：电子工业出版社，2000.

［3］林在犁.车用天然气燃料在我国的应用与发展［J］.内燃机，2007（2）：1-4.

［4］郝利君，张付军，黄 英，等.天然气发动机的发展现状与展望［J］.汽车工程，2000，22（5）：332-337.

［5］卓 斌.天然气发动机燃烧特征与功率恢复［J］.车用发动机，1999（1）：11-17.

［6］嵇全喜.GDI发动机冷起动控制策略研究［D］.长春：吉林大学，2011.

［7］周龙保，刘 俊，高宗英，等.内燃机学［M］.北京：机械工业出版社，2005.

Ignition Timing Control Strategy Design Based on OpenECU

Ling Xianzheng，Wu Changshui，Liu Yangbai，Lu Sheng

（College of Automotive Engineering，Shanghai University of Engineering and Science，Shanghai 201620，China）

Ignition system is the main important part of the engine，and has absolute influence on engine performance.Open ECU for ignition timing strategy on the basis of the design and calibration work，greatly shorten the development difficulty and cycle；Machine of a LNG gas ignition timing strategy has carried on the design and optimization，and combining the calculation model for the engine（air intake，compression，power，and exhaust）feedback and verification.It can save a lot of time and resources for experiment if experiments use open ECU.It also can monitor the influence of the different inputs conditions on the ignition advance angle，It has realized the pulse spectrum of calibration，greatly shorten the development work and has certain actual application value.

ignition timing strategy；openECU；pre－calibration

1671-4598（2016）08-0097-02

10.16526／j.cnki.11－4762／tp.2016.08.026

：TP273

：A

2016-02-25；

：2016-03-16。

凌宪政（1991-），男，浙江嘉兴人，硕士研究生，主要从事发动机电子控制策略方向的研究。