凌憲政，吳長(zhǎng)水，劉揚(yáng)柏，魯 勝

（上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院，上海 201620）

基于openECU的點(diǎn)火正時(shí)控制策略設(shè)計(jì)

凌憲政，吳長(zhǎng)水，劉揚(yáng)柏，魯 勝

（上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院，上海 201620）

點(diǎn)火系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要主成部分，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有絕對(duì)性的影響；在開放式ECU的基礎(chǔ)上進(jìn)行了點(diǎn)火正時(shí)策略的設(shè)計(jì)以及預(yù)標(biāo)定的工作，大大縮短了開發(fā)的難度和周期；對(duì)某LNG氣體機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)策略進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算模型（進(jìn)氣，壓縮，做功，排氣）進(jìn)行了反饋和驗(yàn)證；使用開放式ECU進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)，可以為實(shí)驗(yàn)節(jié)省大量的時(shí)間和資源，監(jiān)測(cè)不同的輸入條件對(duì)點(diǎn)火提前角的影響，實(shí)現(xiàn)了脈譜的預(yù)標(biāo)定，大大縮短了開發(fā)工作，具有一定的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。

點(diǎn)火正時(shí)策略；開放式電子控制單元；預(yù)標(biāo)定

0 引言

節(jié)能與環(huán)保是現(xiàn)代汽車發(fā)展的主流，天然氣汽車以排氣污染少越來(lái)越受到重視。點(diǎn)火提前角是電控發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。在原有的柴油機(jī)基礎(chǔ)上改為氣體機(jī)，需要開發(fā)性能可靠，成本低的點(diǎn)火正時(shí)裝置［1 2］。由于天然氣特殊的理化性質(zhì)，點(diǎn)火提前角需要精確制定。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳，需要制定合理可靠的點(diǎn)火正時(shí)控制策略，試驗(yàn)確定最佳點(diǎn)火提前角，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)使用天然氣的性能，達(dá)到環(huán)保的效果。

1 點(diǎn)火正時(shí)控制策略的實(shí)現(xiàn)

在點(diǎn)火系統(tǒng)中，電控單元對(duì)點(diǎn)火提前角的控制可分為起動(dòng)工況模式和起動(dòng)后工況模式。起動(dòng)工況的點(diǎn)火提前角是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力查詢脈譜圖得到，起動(dòng)后的工況又分為是否處于怠速狀態(tài)，但點(diǎn)火提前角［3 5］都由下式確定：

實(shí)際點(diǎn)火提前角＝基本點(diǎn)火提前角＋修正量

1.1 起動(dòng)工況點(diǎn)火提前角

起動(dòng)工況的點(diǎn)火提前角是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管內(nèi)的進(jìn)氣壓力查詢相應(yīng)的脈譜圖獲得，作為初始點(diǎn)火提前角［6］。

1.2 起動(dòng)后工況點(diǎn)火提前角

1.2.1 怠速工況點(diǎn)火提前角

怠速工況的實(shí)際點(diǎn)火提前角等于基本點(diǎn)火提前角和修正點(diǎn)火提前角之和?；军c(diǎn)火提前角的確定是根據(jù)是否接通空調(diào)使能開關(guān)，用相應(yīng)的代替值來(lái)作為點(diǎn)火角度。采用的修正有：暖機(jī)修正，過(guò)熱修正，怠速穩(wěn)定性修正。

1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于暖機(jī)過(guò)程時(shí)，ECU根據(jù)冷卻水溫查脈譜，輸出修正的角度。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)行工況，當(dāng)冷卻水溫度過(guò)高時(shí)，為了避免長(zhǎng)時(shí)間過(guò)熱，應(yīng)將點(diǎn)火提前角增大，即怠速過(guò)熱修正。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速運(yùn)行工況，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在怠速參考轉(zhuǎn)速下波動(dòng)，因此ECU要調(diào)整點(diǎn)火提前角，并且ECU要不斷計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并與怠速參考轉(zhuǎn)速做差，作為修正依據(jù)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于怠速參考轉(zhuǎn)速時(shí)，減小點(diǎn)火提前角；反之，增大點(diǎn)火提前角。相應(yīng)的控制策略如圖1所示。

圖1 怠速時(shí)點(diǎn)火提前角控制策略

1.2.2 正常運(yùn)行工況點(diǎn)火提前角

發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的實(shí)際點(diǎn)火提前角等于基本點(diǎn)火提前角與修正點(diǎn)火提前角之和［7］?；军c(diǎn)火提前角是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力查詢相應(yīng)的脈譜圖確定。修正量有：冷卻水溫修正，空燃比反饋修正，爆燃修正，進(jìn)氣溫度修正。

1）ECU根據(jù)冷卻水溫查脈譜，輸出修正的角度，若冷卻水溫度較低，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角。

2）ECU通過(guò)氧傳感器反饋回來(lái)的氧含量信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)噴油量，空燃比在這一過(guò)程中不斷波動(dòng)，因此可通過(guò)空燃比來(lái)查詢相應(yīng)脈譜確定點(diǎn)火提前角的修正量。

3）爆燃修正是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力查對(duì)應(yīng)的脈譜圖，確定點(diǎn)火提前角的修正量。

4）對(duì)進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正時(shí)，必須要滿足兩個(gè)條件，進(jìn)氣溫度和轉(zhuǎn)速度都要達(dá)到相應(yīng)的閾值，否則不對(duì)進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正。當(dāng)滿足條件時(shí)，根據(jù)進(jìn)氣溫度查找脈譜圖確定點(diǎn)火提前角。具體的策略如圖2所示。

圖2 正常運(yùn)行時(shí)點(diǎn)火提前角控制策略

2 正時(shí)限值控制

2.1 MBT的設(shè)計(jì)策略

最佳點(diǎn)火提前角MBT的確定需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)EGR的控制。實(shí)際點(diǎn)火提前角等于基本點(diǎn)火提前角與修正點(diǎn)火提前角之和?；军c(diǎn)火提前角與正常運(yùn)行時(shí)的點(diǎn)火提前角采用相同的脈譜。相應(yīng)的修正有冷卻水溫修正，空燃比反饋修正，以及有EGR控制時(shí)的角度與無(wú)EGR控制時(shí)的角度做差，與EGR率相乘的修正。策略如圖3所示。

圖3 MBT控制策略

2.2 最大和最小點(diǎn)火提前角的確定

為使發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，ECU得到的點(diǎn)火提前角必須要在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際點(diǎn)火提前角等于基本點(diǎn)火提前角與修正點(diǎn)火提前角之和，該值應(yīng)在一定范圍之內(nèi)。最大點(diǎn)火提前角的確定需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于怠速運(yùn)行工況。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于非怠速運(yùn)行工況時(shí)，最大點(diǎn)火提前角就是最佳點(diǎn)火提前角；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況時(shí)，根據(jù)進(jìn)氣壓力查找相應(yīng)脈譜確定點(diǎn)火角度，并與MBT值之間取其較小值作為最大點(diǎn)火提前角。最小點(diǎn)火提前角采用固定的代替值。具體的控制策略如圖4所示。

圖4 最大最小點(diǎn)火提前角控制策略

3 模型在openECU上的應(yīng)用

Pi lnnovo公司生產(chǎn)的openECUM250是與pisnoop是聯(lián)合使用的，pisnoop是公司自行研發(fā)的一款標(biāo)定工具。在simulink中，我們配置好M250的硬件模塊，并通過(guò)其公司自帶的庫(kù)模塊，由信號(hào)盤上的曲軸傳感器信號(hào)模擬輸入一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其它的輸入我們暫做常量進(jìn)行處理，后期可在pisnoop中進(jìn)行修改。對(duì)建立好的模型（例如正常工況）進(jìn)行編譯后生成A2L和S37文件，添加到pisnoop中，并對(duì)M250上電即可燒寫程序。程序燒寫完成后，調(diào)整信號(hào)盤上的轉(zhuǎn)速，M250可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)到轉(zhuǎn)速信號(hào)的變化，并將其值反映在pisnoop界面中，通過(guò)增加轉(zhuǎn)速或減小轉(zhuǎn)速來(lái)監(jiān)測(cè)點(diǎn)火提前角的變化情況。如圖5～7所示。

圖5 預(yù)標(biāo)定界面

4 結(jié)束語(yǔ)

1）本文提出了一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火正時(shí)的控制策略，點(diǎn)火提前角根據(jù)不同的工況采用不同的策略，每一工況下都計(jì)算出當(dāng)前的基本點(diǎn)火提前角并根據(jù)不同的外界條件進(jìn)行修正。

最后將輸出的點(diǎn)火提前角進(jìn)行限值處理即為最終的點(diǎn)火提前角。

2）通過(guò)開放式ECU，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火控制策略程序編譯和燒寫；通過(guò)標(biāo)定工具pisnoop實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)不同的輸入條件對(duì)點(diǎn)火提前角的影響；實(shí)現(xiàn)了脈譜的預(yù)標(biāo)定，大大縮短了開發(fā)工作。

3）使用開放式ECU進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)，可以為實(shí)驗(yàn)節(jié)省大量的時(shí)間和資源，具有一定的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低

［1］余文明.微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用［J］.淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，12（3）：55-58.

［2］馮幸福，吳同起.燃?xì)馄嚰凹託庹炯夹g(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2000.

［3］林在犁.車用天然氣燃料在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展［J］.內(nèi)燃機(jī)，2007（2）：1-4.

［4］郝利君，張付軍，黃 英，等.天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.汽車工程，2000，22（5）：332-337.

［5］卓 斌.天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特征與功率恢復(fù)［J］.車用發(fā)動(dòng)機(jī)，1999（1）：11-17.

［6］嵇全喜.GDI發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)控制策略研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2011.

［7］周龍保，劉 俊，高宗英，等.內(nèi)燃機(jī)學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)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。

凌憲政（1991-），男，浙江嘉興人，碩士研究生，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制策略方向的研究。