电喷摩托车发动机与标定技术

&$ 标定方法
&’ %$ 基础 ()! 标定 摩托车的匹配标定是一个相当复杂的过程， 所涉 及的标定参数多达千余个， 其中， 点火提前角与空燃比 是影响汽油机性能和排放的两个最重要因素。在一定 工况条件下， 只有把点火提前角和空燃比精确的控制
第) 期
胡春明等：电喷摩托车发动机与标定技术% % %
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’ ’ 小’ 型’ 内’ 燃’ 机’ 与’ 摩’ 托’ 车’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’
图 #$ 电喷汽油机开发系统
［%］ #$ 标定内容
摩托车电喷系统的匹配标定技术要点包括样机性 能标定、 发动机台架性能匹配及整车性能匹配与标定 & 个方面， 归纳起来， 包括以下内容： %） 摩托车发动机原始基准值采集与计算； #） 摩托车发动机台架试验及性能优化匹配标定； &） 摩托车整车匹配及性能优化标定。 发动机的台架匹配标定试验是整个匹配标定工作 中基础性的一步， 是获取电喷系统各控制参数的基本 手段。特别是发动机稳态控制参数、 稳态修正曲线等 参数主要靠台架的标定试验来确定。台架试验与整车 匹配标定密切相关， 整个标定过程是一个渐进的过程， 主要的标定数据由发动机台架获取， 最后的确认靠整 车的标定试验来实现。
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电喷摩托车发动机与标定技术
胡春明! 宋玺娟 （ 天津大学天津内燃机研究所! 天津! "###$% ） 摘! 要：介绍了电喷摩托车发动机电喷参数的采集和标定系统； 同时针对电喷摩托车的技术要求， 介绍 并就电喷摩托车及其发动 了基于 &’()*’+ 单片机的摩托车电喷系统的主要标定内容及其标定方法； 机的重要运行工况及排放特性的标定进行了讨论。 关键词：标定技术! 电喷系统! 发动机! 摩托车 ()$( 1 #)"# （ %##$ ） #( 1 ##2" 1 #* 中图分类号：,-*(". /*! ! ! 文献标识码：0! ! ! 文章编号：
$ $ 第 &@ 卷
发、 测试到标定的一体化方案。 在摩托车电喷系统的不同研发阶段， 研究内容存 在差异。这就需要一个功能完善的电喷开发平台及开 发系统来完成各阶段的任务。现在， 电喷系统的有关 硬件生成和软件控制策略已日趋成熟。本文主要介绍 摩托车电喷系统的匹配标定技术以及基于 !" 机的开 放式摩托车电喷系统开发平台 （ 图 # 所示） 。利用电 喷汽油机开发系统， 可以完成摩托车发动机电喷系统 的参数标定以及实验匹配工作。通过对电喷汽油机进 行喷油特性、 点火特性、 怠速稳定性以及瞬态过渡工况 下各参数的综合试验， 获取电喷系统在试验中的最佳 控制数据， 从而使该控制系统精确控制下的汽油机在 动力性、 经济性以及排放特性等方面均获得令人满意 的效果。电喷发动机的匹配标定是电控技术应用的重 要环节。
开发流程 （ 图 ( 所示） 通过计算机辅助工具， 支持从需 求定义到最终产品的全过程。 “ P” 型开发流程符合国 际汽车行业标准 （ 0N0+ Q 0N0R ） ，构成了统一的从开
(! 电喷发动机标定平台
面对电控系统功能不断增强而开发周期却不断缩 短的要求， 采用传统 A’F 开发流程已经难以满足现代 控制系统的设计要求。现代电喷系统 A’F 的 “ P” 型
托车电喷系统标定后的基本喷油 !"#。
缸体温度和进气温度， 除此之外还应该包括工况修正 等。对点火提前角的修正主要体现在缸体温度上。当 缸体温度过高时， 发动机容易产生爆震现象； 当缸体温 度过低时， 发动机容易发生失火现象。
’% 特定工况的参数修正
［ &］ ’( )% 发动机起动工况的参数标定 起动工况是电喷摩托车的重要运行工况， 起动是 否顺利， 是用户评价摩托车优劣的重要指标。因此， 可 靠舒适的起动和最优的排放便成为起动控制的目标。
图 $% 基础喷油 !"#
&） 点火提前角 !"# 的标定 与喷油量匹配标定相似， 点火提前角的标定要简 单的多。在台架试验中， 保持节气门开度、 转速以及混 合气浓度一定， 记录功率、 扭矩、 燃油消耗率及排放特 性随点火提前角的变化， 得出该发动机的点火提前角 特性。对于发动机每一特定工况节点来说， 都存在一 最佳点火提前角， 这时发动机的功率最大， 燃油消耗率 最低， 当发动机产生最大扭矩且不发生爆震时， 记录下 此时的点火提前角， 此点即为该工况节点的基本点火 提前角。通过反复试验， 可以得到整个点火提前角的 基本脉谱。图 ’ 为标定后的基本点火提前角脉谱。
图 *% 不同修正系数
&） 缸体温度修正 发动机起动时， 转速剧烈波动， 进气量不能准确测 出， 此时 ,-. 根据转速信号判断发动机工况。转速低 于 /001 2 345 时， ,-. 即判定发动机处于起动工况。理 想情况下， 希望混合气处于最易被点燃燃烧的状态， 即 空燃比在 )& 6 )’ 范围内。通常情况下， 温度越低， 进
影响电喷摩托车起动的主要因素包括： ! 环境及 发动机温度； 缸体温度反映了发 "蓄电池电压。其中， 动机影响缸内蒸发到空气中的燃油量， 从而影响混合 气的局部空燃比； 蓄电池电压影响喷油器的燃油特性， 特别是会影响到点火能量， 而点火能量最终影响点火 的成功率。 )） 电池电压修正 电池电压的修正对电喷系统非常重要。电喷系统 中的喷油量对电池电压比较敏感。当电池电压低于正 常值时， 喷油器针阀延迟时间和开启时间都会增加， 从 而使有效喷油时间减少。另外， 电池电压过低， 使电动 燃油泵转速下降， 降低燃油喷射压力， 从而减少喷油 量。为了消除电池电压变化对喷射量的影响， 常采用 改变通电时间的方法予以修正， 即电压低时适当延长 喷油时间， 电压高时适当缩短喷油时间。调节过程如 图 *+ 所示， 随着横坐标的增加电池电压升高。电池充 满电时修正系数为 ) ， 随着电池电压的下降， 修正系数 线性增加； 电池电压过低时， 修正系数大于 ) 。
图 ’% 基本点火 !"#
$( $% 修正系数的标定 由以上匹配过程得到的发动机的喷油量及点火提 前角 !"# 仅是基本量， 而发动机处于起动、 冷态怠速、 过渡工况时， 基本的喷油量及点火提前角不能满足要 求， 此时需要对喷油量及点火提前角做及时修正， 即便 是稳态工况， 由于各种因素的变化及影响， 发动机的最 佳控制数据不仅取决与工况 （ 转速和负荷） ， 还要受到 气温、 气压、 电池电压、 缸体温度等的影响。电控系统 的各稳态修正曲线和参数就是为了考虑这些影响而设 置的。稳态修正曲线和参数的标定试验包括： 缸体温 度修正、 电池电压修正、 大气压力修正、 挡位修正等项 目。 对喷油脉宽影响较大的修正量主要有电池电压、
引言
面对日益严格的排放法规， 采用电喷技术降低油 耗和排气污染已势在必行， 特别是对于现代摩托车而 言， 电喷技术的应用可以同时兼顾降低摩托车尾气中 有害物质的排放量、 改善发动机运行的经济型、 提高摩 托车使用性能这 " 项目标。在电控系统的软件和硬件 模式基本确定的前提下， 发动机是否发挥出最好的综 合性能， 取决于电控系统与发动机的优化匹配标定。
图 (! 发动机管理系统的 “ P” 型开发流程
作者简介：胡春明 （ (2)$ 1 ） ， 男， 博士， 副研究员， 中国汽车工程学会摩托车分会秘书长， 天津市内燃机学会秘书长。主要研究方向为内燃机电 控技术及 SRT Q ’UT 燃气技术的应用研究。
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$ $ 小$ 型$ 内$ 燃$ 机$ 与$ 摩$ 托$ 车$ $ $ $ $ $ $ $ $ $
在要求范围内， 才能使发动机动力性、 经济性及排放达 到最优控制。 在进行优化匹配标定试验之前， 需要有基础喷油 脉宽和点火提前角 ()!。基础 ()! 可以从原化油器 机型上通过试验获得， 但开发周期相对较长。这里， 我 们采用硬件在环仿真的方法 （ *+,-） 来获得基础 ()!， 并在发动机台架上进行验证修正。硬件在环仿真将部 分实际被控对象用高速计算机上实时运行的仿真模型 来代替， 并与控制单元实物连接成一个系统。通过仿 真实验可 以 实 现 对 控 制 系 统 功 能 进 行 测 试 和 验 证。 *+,- 既解决了纯粹计算机仿真对现实条件过于简化 和理想化的问题， 又克服了实际试验中时间长和费用 高的制约。 &’ #$ 最佳 ()! 标定 最佳喷油脉宽 ()! 和点火提前角 ()! 是控制的 主要依据。电喷发动机通过有限的工况点来控制发动 机在整个工况平面上运转， 节点之间的控制通过节点 控制量的线性插值来实现。显然控制节点越多， 控制 精度越高， 相应的工作量也越大。因此合理选择工况 节点是十分重要的。工况节点的选择需要考虑两个因 素： 一是发动机各控制量的变化趋势， 变化趋势大的区 域的节点应重点考虑； 二是使用频率高的区域的节点 要认真分析。在这里， 我们选取节气门开度和转速为 节点控制量进行标定， 节气门开度选取每隔 ./ 的开度 作为一个节气门控制量， 转速则以每 .001 2 345 做为节 点分隔的间距。 ［ #］ %） 喷油特性 ()! 的标定方法 6"7 对空燃比的控制是通过燃油喷射量的控制 完成的。发动机工作时， 6"7 得到空气流量的信息， 经过计算后决定喷油量， 从而使混合气的空燃比达到 预先设定的值。为了降低排放， 摩托车排气管中加装 。若要同时保证废气中的 了三效催化转化器 （ 89" ） 过量空气系 *" 、 ":、 ;: ! 都具有较高的催化转化率， 数的变化必须精确控制在 0’ <<. = %’ 00. 之间， 所以大 部分工况应采用空燃比闭环控制。在进行这些工况的 匹配标定时， 需使用过量空气系数测试仪对过量空气 系数进行检测， 同时调节与喷油脉宽相关的控制数量， 最终实现空燃比 > % 的闭环控制。 喷油 ()! 采用多参数交叉组合的方法制取。利 用可控制发动机运行状态的试验台架， 在三维图的每 一个工况节点 （ 节气门开度、 转速不变） 上， 调节喷油 量， 控制其过量空气系数保持在 0’ <<. = %’ 00. 之间， 并综合考虑动力性能和经济性能， 选取该工况节点上 对应功率、 经济和排放均优的点， 即为该工况节点下的 基本喷油量。图 & 所示为基于 ?"%@A"( 单片机的摩