發(fā)動機(jī)電噴控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

1、發(fā)動機(jī)電噴控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用1 概述電控噴射技術(shù)是汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能環(huán)保的重要技術(shù)措施， 目前汽車行業(yè)已經(jīng)普遍實現(xiàn)電噴化，摩托車行業(yè)也已出產(chǎn)了 多款電噴車。國內(nèi)外開展了對摩托車用汽油機(jī)電噴的研究。 新大洲本田摩托有限公司的“ XDZ50DQT 電噴摩托車項目” 曾在 2000 年被有關(guān)方面確定為國家技術(shù)創(chuàng)新項目。 2003 年 春蘭集團(tuán)對原有電噴系統(tǒng)做了改進(jìn)，成功運用到出產(chǎn)歐洲的 125 踏板車上，通過 CDI 無觸點電子點火裝置智能控制點火 角度，使發(fā)動機(jī)在任何工況下都能達(dá)到最佳狀態(tài)。天津內(nèi)燃 機(jī)研究所進(jìn)行了大量基礎(chǔ)理論研究，已有較多的研究成果。 天津摩托車技術(shù)中心研制成功了適用于四沖程進(jìn)氣道和

2、二 沖程缸內(nèi)直噴的 FAI 燃油電噴系統(tǒng)。 2002 年武漢理工大學(xué)顏 伏伍等人開發(fā)了 LH150 摩托車電噴系統(tǒng)， 并成功投入生產(chǎn)使 用。本文針對摩托車單缸發(fā)動機(jī)進(jìn)行了電噴技術(shù)研究，設(shè)計 了發(fā)動機(jī)電噴控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了空燃比的精確控制，提高了 燃燒效率。2 系統(tǒng)設(shè)計電噴控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。本系統(tǒng)基于 125 cc單缸 四沖程汽油發(fā)動機(jī)設(shè)計。 整個系統(tǒng)包括傳感器、 ECU（ElectrOnic Control Unit ，電子控制單元） ，以及噴油器和噴油 泵等。其中，傳感器包括曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感 器、空氣門位置傳感器、發(fā)動機(jī)溫度傳感器和空氣溫度傳感 器。 ECU 包括 Fre

3、escale公司的 MC68HC9S12XS128 ，以及 信號調(diào)理電路、噴油驅(qū)動電路、油泵驅(qū)動電路和點火驅(qū)動電 路。2.1 傳感器的選擇與安裝 為了得到曲軸和凸輪軸的位置信號，曲軸位置傳感器和 凸輪軸位置傳感器使用霍爾開關(guān)量傳感器，在啟動離合器和 小鏈盤的特定位置分別固定一個小磁鐵，通過磁鐵經(jīng)過傳感 器時產(chǎn)生的方波信號來判斷曲軸和凸輪軸的位置。由于傳感 器體積小、不易安裝，設(shè)計了傳感器電路板，使得傳感器的 信號穩(wěn)定，不受油污、灰塵等不良環(huán)境的影響。傳感器在發(fā) 動機(jī)上的安裝如圖 2 所示。節(jié)氣門位置傳感器是一個線性電位計，實物圖如圖 3 所 示。其電阻值與節(jié)氣門的開度成正比，通過給電位計供電，

4、 采用 A D 采集得到節(jié)氣門開度。發(fā)動機(jī)溫度傳感器和空氣溫度傳感器選用熱敏電阻式 傳感器。其電阻值會隨溫度的變化而呈線性變化，從而測量 發(fā)動機(jī)缸溫和空氣溫度。2.2 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器包括用于點火的高壓包，給燃油系統(tǒng)提供油壓的 燃油噴射泵（噴油泵）和用于噴射燃油的燃油噴射器（噴油 器）。高壓包又稱點火線圈，由一次線圈、二次線圈和鐵芯組 成。使用時先給一次線圈充電， 在一次線圈中自感應(yīng)出 200 300 V 的電壓；然后與二次線圈互感而產(chǎn)生出1820 kV 的高壓電，產(chǎn)生的電壓大小取決于兩線圈的匝數(shù)比；最后將高 壓電輸送到火花塞點火。噴油泵輸出油壓 300kPa，恒壓輸出， 采用脈沖信號驅(qū)動

5、柱塞運動、壓縮燃油獲得壓力。噴油器自帶高壓進(jìn)油嘴，噴 射量精確，流量與噴射脈寬如圖 4 所示，霧化效果較好。三 條線對應(yīng)的驅(qū)動電壓由上至下依次為142 V、132 V 、122V。3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計采用 Freescale 公司 MC68HC9S12XS128 單片機(jī)作為控制芯片， 使用 IGBT v2040s 芯片控制點 火，使用 Power MOSFET IRF3205 控制噴油泵和噴射器， 通過控制門極電壓來 實現(xiàn)開關(guān)的功能，對執(zhí)行器進(jìn)行低端控制。執(zhí)行器控制電路 如圖 5 所示。 MC74HC125AD 為同相器。由于整車的電氣環(huán)境比較惡劣，因此硬件電路的抗干擾 性能就顯得很重要。首先

6、，通過 Protel DXP 軟件設(shè)計、繪制PCB 電路板，既減小了電路板的體積， 又增強(qiáng)了抗干擾能力。 其次，輸入信號都要經(jīng)過相應(yīng)的信號調(diào)理電路處理后再進(jìn)入 單片機(jī)，處理后的信號干擾大大減小。對于曲軸和凸輪軸的 信號， 采用閾值比較器 LM339 設(shè)計了閾值比較電路， 如圖 6 所示。這個電路不但把發(fā)動機(jī)原裝的勵磁信號轉(zhuǎn)化成方波信 號，而且可以對改裝以后的傳感器信號進(jìn)行處理。另外，單 片機(jī)有內(nèi)部 AD 模塊，對于模擬量需要使用一個低通濾波 器電路進(jìn)行濾。 M74HC04M1R 為反相器。4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 本控制系統(tǒng)的程序是在 Codewarrior IDE 上完成編寫和 調(diào)試的?？刂瞥绦?/p>

7、結(jié)合節(jié)能車的工況來設(shè)計，節(jié)能車發(fā)動機(jī) 在比賽時主要有啟動、怠速和加速 3 個過程。控制程序流程 如圖 7 所示。點火時刻的確定：通過兩次曲軸信號來計算出轉(zhuǎn)速，進(jìn) 而查得設(shè)定的點火提前角，然后在相應(yīng)時刻點火。噴油時刻的確定：依據(jù)凸輪軸信號判斷出壓縮沖程，與 壓縮沖程的曲軸信號同步噴射。噴油量的確定： 先設(shè)定基本噴油量， 再根據(jù)節(jié)氣門開度、 缸溫、空氣溫度對噴油量進(jìn)行修正。噴射持續(xù)時間的計算方法：TI=TP?FC+FV式中，TI 為汽油噴射的持續(xù)時間（ ms）；TP 為基本噴射 時間（ ms）； FC 為基本噴射時間的修正系數(shù)； TV 為噴射器 無效噴射時間（ ms）。其中， FC 由下式計算得出：FC=g （ FAT， FTP， FCT ）式中，F(xiàn)AT 為空氣溫度修正系數(shù)； FCT 為缸溫修正系數(shù)； FTP 為節(jié)氣門開度修正系數(shù)。5 實際測試結(jié)果 本系統(tǒng)首先在發(fā)動機(jī)上完成驗證試驗，然后利用節(jié)能車 來做路跑試驗。 結(jié)果表明該系統(tǒng)可穩(wěn)定工作， 節(jié)油效果明顯。 進(jìn)一步采用化油器、市售電噴系統(tǒng)和自研電噴系統(tǒng)進(jìn)行對比 試驗。 試驗場地為操場塑膠跑道， 試驗人員體重配重達(dá)到 50 kg 。試驗方式為在跑道上行駛 5 圈，點火加速 10 次，每圈 時間在 57 s以內(nèi)，最后記錄耗油量。以至少 3次數(shù)據(jù)作為分 析依據(jù)， 超時成績作廢。 盡量選擇晴朗無風(fēng) （或微風(fēng)） 天氣， 當(dāng)