胡兵，要志斌，連晉毅，沈一奇

節(jié)能車電噴數(shù)據(jù)優(yōu)化處理控制策略介紹*

胡兵，要志斌，連晉毅，沈一奇

（太原科技大學(xué)，山西 太原 030024）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展和時代進(jìn)步，節(jié)能、綠色已成為未來汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，而以油燃料的車面對的形式日漸嚴(yán)峻，文章利用EFITune軟件進(jìn)行調(diào)諧、設(shè)置光印動力電噴ECU的所有參數(shù)等方式，根據(jù)用戶的需求提供給發(fā)動機(jī)所需的燃油量，既要保證不損失發(fā)動機(jī)的動力性，又要使發(fā)動機(jī)以較低的燃油消耗量行駛。

調(diào)諧；傳感器；ECU

引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展和時代進(jìn)步，節(jié)能、綠色已成為未來汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，而以油燃料的車面對的形式日漸嚴(yán)峻，企業(yè)舉辦類似節(jié)能車的比賽活動，促進(jìn)汽車行業(yè)的改革創(chuàng)新，使未來汽車具有更好的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和更高的排放標(biāo)準(zhǔn)。

以本田提供的125cc發(fā)動機(jī)為研究對象，通過對發(fā)動機(jī)的改造主要集中在機(jī)體的減重、發(fā)動機(jī)工作時的保溫、機(jī)油的循環(huán)潤滑、壓縮比及燃燒效率的提高等幾個方面。

1 發(fā)動機(jī)改造

使用的發(fā)動機(jī)是賽方所提供的125cc單缸四沖程的汽油機(jī)，原機(jī)壓縮比為9、最低燃油消耗率約為365g/KW·h、最大功率約為6.6KW，采用電啟動方式、兩氣門配氣機(jī)構(gòu)、用化油器進(jìn)行供油、靠曲軸飛濺潤滑。

對發(fā)動機(jī)的改造主要集中在機(jī)體的減重、發(fā)動機(jī)工作時的保溫、機(jī)油的循環(huán)潤滑、壓縮比及燃燒效率的提高等幾個方面。機(jī)體的減重：把發(fā)動機(jī)的變速箱及汽缸體上散熱片切除掉，缸蓋減薄，排氣管做成耐高溫的軟管。為了確保發(fā)動機(jī)在熄火后再啟動能快速到達(dá)最佳工作溫度，減少熱量的散失，我們用保溫材料對發(fā)動機(jī)包裹進(jìn)行保溫處理。潤滑需增加外循環(huán)潤滑系統(tǒng)。

圖1 汽缸蓋的改造結(jié)果圖

利用ANSYS軟件中 FLUENT模塊對發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)流體仿真分析CFD，以得知改造后發(fā)動機(jī)內(nèi)部的工作情況。

圖2 發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)主流速的分布圖

圖3 發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)壓力分布圖

2 電噴原理

通過修改ECU內(nèi)設(shè)的參數(shù)，根據(jù)ECU內(nèi)部的邏輯，使得發(fā)動機(jī)按照用戶的意圖更好的運(yùn)轉(zhuǎn)，使其具有更好的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性及排放標(biāo)準(zhǔn)。用戶主要通過修改冷車啟動噴射量、變速設(shè)置、充氣效率數(shù)據(jù)表（VE表）、點(diǎn)火角度數(shù)據(jù)表等。

圖4 電噴系統(tǒng)方案

發(fā)動機(jī)排量較小時，可以使用怠速控制閥替代步進(jìn)電機(jī)，可以去掉進(jìn)氣溫度傳感器，去掉進(jìn)氣壓力傳感器，使用軟件預(yù)測缺失的信號，在正常情況下也可以滿足車輛能的要求，圖4為電噴系統(tǒng)方案。

3 電噴的控制策略

3.1 燃油控制邏輯

3.1.1 啟動預(yù)噴油控制

首次啟動發(fā)動機(jī)、或熄火關(guān)機(jī)后再次啟動、或熄火后未關(guān)機(jī)但是駐機(jī)較長一段時間后，當(dāng)ECU接通電源后，ECU首先控制噴油器進(jìn)行自動排氣泡，噴油器工作，但不會有燃油噴射出，目的是為了防止發(fā)動機(jī)在停止工作后再啟動，汽油在噴油器內(nèi)因體積的變化而不能按照ECU的指令正常。排完氣泡后緊接著是預(yù)噴射，其目的是為了在發(fā)動機(jī)停止工作后再啟動時，讓不再濕潤的進(jìn)氣歧管內(nèi)壁重新變得濕潤，以減少燃油的損失，以便于更好的啟動。預(yù)噴油脈寬的大?。ò▏娪推鏖_啟的時間）由 ECU 內(nèi)部控制邏輯決定，它是以下變量的函數(shù)：啟動時的發(fā)動機(jī)水溫傳感器（ECT）/缸溫傳感器（ET）、進(jìn)氣溫度傳感器（IAT）、油門踏板傳感器（AAP）等。

3.1.2 啟動發(fā)動機(jī)燃油控制

根據(jù)ECU內(nèi)設(shè)的控制策略，可以將發(fā)動機(jī)的啟動時的燃油加濃控制大致分為三個過程：帶動啟動加濃控制、啟動后加濃控制、暖車加濃控制。帶動啟動：發(fā)動機(jī)依靠外界的作用力啟動的過程，一般若能在帶動啟動過程中成功點(diǎn)火運(yùn)轉(zhuǎn)5次以上，即可認(rèn)為完成帶動啟動。啟動后：帶動啟動完成后，發(fā)動機(jī)可以自己點(diǎn)火運(yùn)轉(zhuǎn)而不需要外界力作用的啟動過程。暖車過程：已完成啟動后、向怠速過渡的階段。

3.1.3 帶動啟動加濃控制

帶動啟動加濃控制啟動需要一個閾值是，即發(fā)動機(jī)在冷車的最高與最低溫度之間由帶動啟動的轉(zhuǎn)速控制。

在帶動啟動時, ECU內(nèi)設(shè)線性插值法LI（Linear Interpo -lation）計(jì)算邏輯會根據(jù)用戶設(shè)定的冷車最高低溫度對應(yīng)的兩個噴射脈寬，計(jì)算出當(dāng)前溫度下的帶動啟動加濃噴射脈寬。若所設(shè)置的帶動啟動加濃噴射脈寬過大，則會因噴射燃油量太多而造成混合氣過濃，使發(fā)動機(jī)無法啟動，還會讓燃油“淹沒”發(fā)動機(jī)，即淹缸。

3.1.4 啟動后加濃控制

在發(fā)動機(jī)啟動過程、啟動成功進(jìn)入怠速工況的初始時期，考慮到 ECT /ET較低從而燃油的揮發(fā)較低，所以需要進(jìn)行啟動加濃控制，控制目的是保證發(fā)動機(jī)能夠“啟得起”能夠“著得住”。

當(dāng)發(fā)動機(jī)完成帶動啟動后，有ECU內(nèi)設(shè)的閾值——啟動后補(bǔ)償值決定噴油器是否可以進(jìn)行啟動后加濃控制。啟動后燃油噴射脈寬隨點(diǎn)火次數(shù)的增加而逐漸減少到0（由啟動后補(bǔ)償點(diǎn)火次數(shù)設(shè)定值Number of Ignition Cycles決定），啟動后加濃量的大小由 ECU內(nèi)部控制邏輯決定，它是以下變量的函數(shù)：ECT/ET、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動、IGN啟動后的點(diǎn)火次數(shù)相關(guān)。

3.1.5 暖機(jī)加濃控制

發(fā)動機(jī)起動后，由于啟動加濃控制很快就減小并消失，但是 ECT/ET 可能還處于較低水平，發(fā)動機(jī)還未完成暖車過程，還需要額外的燃油——暖車加濃，其目的是抵消 ECT /ET較低時進(jìn)氣道內(nèi)燃油揮發(fā)的降低，使得發(fā)動機(jī)點(diǎn)火爆炸狀況比較穩(wěn)定。暖機(jī)加濃量的大小由 ECU 內(nèi)部控制邏輯決定，它是以下變量的函數(shù)：ECT/ET、MAP。

在忽略人為變量因素的干擾下，實(shí)踐證明，能調(diào)節(jié)為一觸即發(fā)的情況最為省油。

圖5 啟動發(fā)動機(jī)并燃油控制圖

3.1.6 變速設(shè)置

節(jié)氣門體內(nèi)置節(jié)氣門傳感器、進(jìn)氣負(fù)壓傳感器，把節(jié)氣門與進(jìn)氣負(fù)壓的變化信號傳遞給ECU以用來判斷當(dāng)前發(fā)動機(jī)是否處于變速的狀態(tài)，為發(fā)動機(jī)提供合適的燃油噴射量。 ECU檢測到發(fā)動機(jī)處于變速狀態(tài)時，就會啟動加速補(bǔ)償輸入值（Acceleration Enrichment Bins）對變速時的燃油噴射脈寬進(jìn)行LI修正，得到接近理論燃油量的實(shí)際噴射脈寬。

當(dāng)發(fā)動機(jī)處于冷車狀態(tài)，加速時需要額外的加濃補(bǔ)償——冷車加速補(bǔ)償，應(yīng)滿足燃油補(bǔ)償公式：所有的加速補(bǔ)償?shù)扔诨炯铀傺a(bǔ)償脈寬乘冷車加速補(bǔ)償?shù)某藬?shù)加冷車加速補(bǔ)償。

圖6 加速設(shè)置參數(shù)關(guān)系圖

3.1.7 瞬態(tài)油膜補(bǔ)償

節(jié)氣門體上的噴油器在工作時，進(jìn)氣管內(nèi)的燃油（由于液體附著的特性）會附著在進(jìn)氣管內(nèi)壁上形成油膜，當(dāng)節(jié)氣門開度突然增大、減小時，進(jìn)氣道內(nèi)的進(jìn)氣負(fù)壓也會隨之突變，打破原本平衡的油膜黏附量與蒸發(fā)量，使得實(shí)際的空燃比偏離理論的空燃比（A/F），進(jìn)氣負(fù)壓正比于節(jié)氣門開度，而油膜蒸發(fā)反比于氣門開度。

瞬態(tài)油膜補(bǔ)償模型分為兩部分：快速補(bǔ)償模型與慢速補(bǔ)償模型。慢速補(bǔ)償模型的觸發(fā)變量是進(jìn)氣壓力信號，快速補(bǔ)償模型的觸發(fā)變量是預(yù)測進(jìn)氣壓力。之所以說預(yù)測進(jìn)氣壓力是快速的，是因?yàn)楫?dāng)節(jié)氣門開度的變化率較大時，進(jìn)氣壓力變量的變化率一般會滯后一些，而直接根據(jù)節(jié)氣門開度估計(jì)的預(yù)測進(jìn)氣壓力相對快多了。

3.2 進(jìn)氣與轉(zhuǎn)速控制邏輯

3.2.1 啟動空氣控制

發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火啟動需要較大的空氣量支持，ECU 在駐車狀態(tài)下會自動調(diào)整旁通氣道控制器的開度大小。控制目的是為發(fā)動機(jī)啟動提供足夠且合適的空氣量。旁通氣道控制器的開度大小由 ECU 內(nèi)部控制邏輯決定，它是以下變量的函數(shù)：啟動時的 ECT/ET、IAT、AAP。

3.2.2 啟動轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制

當(dāng)發(fā)動機(jī)起動后，轉(zhuǎn)速總是首先較大地偏離于怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速，然后再通過旁通空氣量的調(diào)節(jié)穩(wěn)定到怠速轉(zhuǎn)速附近。在此過渡狀態(tài)，需要進(jìn)行啟動后的怠速回歸控制，這種控制和正常的怠速穩(wěn)定控制有所不同。

3.2.3 怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制

怠速穩(wěn)定控制的目的是為了穩(wěn)定并減低汽車的怠速。ECU內(nèi)設(shè)邏輯會根據(jù)ECT/ET來確定目標(biāo)怠速值以及當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過PID控制算法對旁通空氣量大小進(jìn)行修正調(diào)整。

3.2.4 怠速進(jìn)氣自學(xué)習(xí)

怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制中，目標(biāo)量是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整量是旁通氣道開度， ECU控制邏輯在系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定時，會把PID算法輸出的調(diào)整量轉(zhuǎn)移到自學(xué)習(xí)量中，而自學(xué)習(xí)量又會被 ECU 永久保存下以便于下次開機(jī)后直接使用這個調(diào)整量。自學(xué)習(xí)控制是對閉環(huán)控制的補(bǔ)充，使得閉環(huán)控制的響應(yīng)更加迅速。

3.2.5 進(jìn)氣阻尼控制

當(dāng)駕駛員踩下節(jié)氣門踏板車輛起步時，旁通空氣控制器將提供更大的開度以便于輔助發(fā)動機(jī)提升扭矩，當(dāng)駕駛員松開節(jié)氣門踏板后，發(fā)動機(jī)速度將下降，為了使發(fā)動機(jī)能平穩(wěn)過渡到怠速，系統(tǒng)提供了旁通空氣控制的阻尼模擬控制，它能逐步實(shí)施旁通空氣量的減小，并不取決于轉(zhuǎn)速。

3.3 點(diǎn)火控制邏輯

3.3.1 基本點(diǎn)火角控制

基本點(diǎn)火提前角的計(jì)算一般要劃分為三種不同的工況：啟動工況、怠速工況、駕駛工況，在三種不同的工況下，分別讀取不同的標(biāo)定數(shù)據(jù)。

3.3.2 怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制

對于怠速轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)控制，除了對空氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)外，還需要對點(diǎn)火提前角進(jìn)行調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)速偏離目標(biāo)值越大，提前角調(diào)節(jié)量越大。轉(zhuǎn)速偏高時減小點(diǎn)火提前角以降低扭矩，轉(zhuǎn)速偏低時則增大點(diǎn)火提前角以提高扭矩。

3.3.3 瞬態(tài)工況轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制

在低負(fù)荷、急加速的工況下，對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制，而對空氣量進(jìn)行控制難以實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整提前角實(shí)現(xiàn)。

3.3.4 點(diǎn)火線圈充電時間控制

ECU實(shí)時監(jiān)測電壓信號，并據(jù)此調(diào)整線圈充電時間。電壓偏低時，延長充電時間，電壓偏高時，縮短電時間；另外，在高速時，ECU 會判斷充電時間是否前后重疊，并且會處理重疊的情況，以保證系統(tǒng)有充足的起弧燃燒時間。

圖5 點(diǎn)火部分控制設(shè)置

3.4 空燃比的閉環(huán)控制

ECU會利用氧傳感器反饋的電勢差為信號來計(jì)算當(dāng)前空燃比偏離理論空燃比的程度，通過PID控制算法對當(dāng)前噴射脈寬修正調(diào)整，保持實(shí)際空燃比在理論空燃比附近，利用這一特性對充氣效率表（VE）自動調(diào)諧修正。

4 結(jié)論

通過利用EFITune軟件進(jìn)行調(diào)諧、設(shè)置光印動力電噴ECU的所有參數(shù)，利用傳感器檢測到的信號傳給ECU，ECU經(jīng)過對信號的處理與分析等方式，減少了相應(yīng)的發(fā)動機(jī)油耗。為節(jié)能、綠化的社會進(jìn)步方向做出了貢獻(xiàn)。

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Introduction of Control Strategy for Data Optimal Processing of Energy-saving Vehicle EFI*

Hu Bing, Yao Zhibin, Lian Jinyi, Shen Yiqi

( Taiyuan University of Science and Technology, Shanxi Taiyuan 030024 )

With the development of the automobile industry and the progress of the times, energy-saving and green have become the development trend of the automobile industry in the future, and the form of oil-fueled vehicles is becoming more and more severe. In this paper, EFITune software is used to tune and set all parameters of the photolithographic power EFI ECU to provide the engine according to the needs of users. The amount of fuel required is to ensure that the power of the engine is not lost, but also to make the engine run at a lower fuel consumption.

Tuning;Sensor;ECU

A

1671-7988(2019)21-84-04

胡兵（1997-），男，漢，本科，就讀于太原科技大學(xué)，研究方向：電控發(fā)動機(jī)。要志斌（1981-），碩士，講師，就職于太原科技大學(xué)，研究方向：工程機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、微機(jī)電系統(tǒng)。連晉毅（1964-），男，教授，就職于太原科技大學(xué)，研究方向：車輛工程相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法。沈一奇（1998-），男，本科，就讀于太原科技大學(xué)，研究方向：電控發(fā)動機(jī)。

U464

A

1671-7988(2019)21-84-04

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目2019年（2019352）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.029

CLC NO.: U464