摘要：解决现有摩托车CDI点火、输出能量与发动机需求匹配问题，提出点火能量平衡控制理论：刚量反映点火能量需求的发动机工况因素如温度、转速等，依据工况一点火能量最优数学模型，计算点火储能电压；测量储能电压状态，计算到达目标值的时刻；调整升压电路，逐周期对点火能量作闭环控制。在蓄电池7～15 V或更大范围内，实现全工况点火能量最优。
 
    1．摩托车CDI直流点火技术的现状
    摩托车直流点火电路每次输出的点火能量是由升压电路的工作状态、蓄电池状态和转速决定的。当蓄电池及工况等状况或有利于升压时，直流升压电路输出能量就必然超出点火需要，从而依靠电压限制电路防止储能电压过高。反之，则点火能量严重不足。点火能量需求和供给间不匹配是常态，仅能保证大多数情况下发动机起动及正常运行。摩托车CDI在点火能量上仍处在不够成熟的阶段，会使运行效率降低、排放增加及恶劣条件下发动机起动困难。
    为解决现有摩托车CDI点火、输出能量与发动机需求匹配问题，提出点火能量平衡控制理论：测量反映点火能量需求的发动机工况因素如温度、转速等，依据工况一点火能量最优数学模型，计算点火储能电压；测量储能电压状态，计算到达目标值的时刻；调整升压电R，逐周期对点火能量作闭环控制。在蓄电池7～15 V或更大范围内，实现全工况点火能量最优。

    2 能盘平衡控制的主要技术
    2.1点火能量平衡控制原理
    电路组成方案见图1，包括控制电路等现有各种电路，方案的特征是设置有测量电路。

    工况因素包括转速、缸体温度、节气门开度等。工况因素检测，统称辅助检测，其中一些因素如转速、加速度等无需另设测量电路。图1省略了车甫助检测电路。
    根据工程经验，设计工况一点火能量最优数学模型，控制电路测量工况信息，依数学模型获知最优点火能量，监测储能电压升压状态，计算并执行升压时间终点。使其在周期内向储能电路输出的能量与点火需求平衡或一致，因而称能量平衡控制，简称能量平衡。能量平衡控制是最优控制，与最优点火提前角技术并行不悖。
    升压电路可以由控制电路即单片机控制其功率状态。当最优能量的终点时刻过早或可能接近、超出周期时，通过控制信号的占空比，调节升压电路的功率状态。为使系统简洁，数学模型可以只采用主要工况因素，如转速，加速度等。实时调节使每个周期的储能电压在点火前升至数学模型指示的值，修正了蓄电池电压等因素对点火能量提供能力的影响，并跟随发动机工况需求，发动机始终获得最优点火能量。

    2.2实现能量平衡的电路及方法
    2.2.1输出功率可调的直流升压电路
    图2中，升压电路包含变压器、开关器件，如场效应管和整流二极管。控制电路输出占空比可调的矩形波，使变压器一次侧电流变化率很高，因而升压比也很高。同时还有高转换效率和高功率，是不同于以往升压电路的特有性能。蓄电池能量转换为高压脉冲后，经整流向储能电路充电。该升压电路能量转换和控制原理，决定了电路可以大幅度增减及确定方向，精确地对输出作大范围调节，称输出功率可调的直流升压电路。在能量平衡控制之前，没有发明这样的技术手段，点火电路基本没有输出功率调节。特别不可能做到在蓄电池状态下降后，输出电压和功率却能大幅上调。该计算机控制的直流升压电路，是能量平衡技术的必要条件。功率上调时，从蓄电池取得的能量势必增大，但CDI点火本质上耗能很低，加上全电路的转换效率很高，升压电路成倍提高输出时，只需蓄电池增加100～200 mA的微小电流，这保证了该技术完全实用而不只是理论上的。相比之下，电感点火尚未发明这样的升压电路，还不能在电池欠压条件下保持能量平衡，低电压低温下起动则会点火困难。
    2.2.2储能电压开关量式测量电路
    储能电压是快速变化的，是能量平衡控制的难点，也是点火能量实现闭环控制原理上的制约之一。能量平衡控制早该发明，但该技术障碍与前述升压的原因一起，共同使之推迟了几十年。为解决对快速变化对象测控的准确性和实时性，并将储能电压控制到点火时刻前完成调整，发明了以计算机能瞬时做出反应的开关量方式测量储能电压的状态，调节储能电压的模拟值。
    图2中显示，电阻对储能电压分压，作为比较器的输人。计算机以中断方式监测比较器的翻转，及时获知储能电压状态，即电压值、升压速度及时刻作为控制的基本参数。实际上，对于快速变化的物理量，单一的模拟值、信息量是不够的。计算机以中断方式测量开关信号，具有很高的实时性和分辨率，才可及时获得所需全部数据，是重要创新。

    2.2.3温度补偿
    环境温度影响发动机温度，影响点火能量需求，在点火电路中设置环境温度补偿，兼补发动机转速引起的温升。使调节更精细，并能保证恶劣环境下起动。温度补偿的斜率设计为－0.7 V/℃，也可以设计更灵活的非线性补偿。传统电路没有能量测控能力，设置补偿没有意义。
2.2.4利用开关量信号调节储能电压的方法
    电路是能量平衡控制的硬件，硬件的设计也基于仪器的方法。方法决定了对电路的要求，方法也是能量平衡的操作程序。
    设计取样电阻的分压、比较器基准等参数，使比较器在储能电压达设定值后翻转，设定值设计为略低于平均电压。用以下方法实现调节；
    a）测量计算储能电压上升速率的方法、：周期开始后，起动升压电路，在储能电压到达设定电压时，即比较器翻转后，测出其经历的时间，计算出升压速率。
    b）利用已知升压速率控制储能电压的方法：周期开始，累积升压时间，测量工况参数，在新的工况参数点据数学模型计算出对应的储能电压，再据升压速率计算出储能电压从0或从设定值上升到工况对应值所需时间，在时间到达后停止升压。
    比较器翻转后的升压速率因电路或器件设计原因可能需要小幅修正，该修正量是预知的。
    2个方法逻辑上独立，但时间上有重叠，将方法转换为算法及程序，实现储能电压闭环控制。

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