電噴發(fā)動機(jī)的匹配標(biāo)定

1、電噴發(fā)動機(jī)的匹配標(biāo)定一、概述在一個 電控系統(tǒng)軟件和硬件模式基本確定的前提下，發(fā)動機(jī)能否發(fā)揮出最好的性能，基本 上取決于電控系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的匹配是否成功。所謂匹配標(biāo)定，就是通過對安裝了電子控制系統(tǒng)的汽油機(jī)進(jìn)行噴油特性、點(diǎn)火提前特性、怠速穩(wěn)定性以及瞬態(tài)過度工況下各參數(shù)的綜合試 驗(yàn)，使電子控制系統(tǒng)在試驗(yàn)中獲取最佳控制數(shù)據(jù)，從而使由該控制系統(tǒng)精確控制下的汽油機(jī)在動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性能等方面均獲得令人滿意的效果。二、匹配標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)對電控汽油機(jī)進(jìn)行匹配標(biāo)定的實(shí)質(zhì)是通過大量的試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)工作過程的優(yōu)化。為了保證匹配標(biāo)定工作的順利進(jìn)行，要求標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在線修改，具有良好的精度、穩(wěn)定性和重復(fù)性。因

2、此，傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備及方法無法進(jìn)行電控發(fā)動機(jī)的匹配標(biāo)定試驗(yàn)。用于電噴發(fā)動機(jī)匹配試驗(yàn)的試驗(yàn)臺架應(yīng)具有以下特點(diǎn)：1）能夠根據(jù)標(biāo)定需要，精確地設(shè)定發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)，且穩(wěn)定性好；2）實(shí)時檢測發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可方便精確地獲取發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動力性及排放等性能指標(biāo)；3）通過應(yīng)用特定的控制軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)動機(jī)電子控制單元控制參數(shù)的實(shí)時在線修改；整個試驗(yàn)系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)、供開發(fā)用的ecu、計算機(jī)、測功機(jī)、排放測試分析儀、油耗儀及其它監(jiān)控儀器等設(shè)備組成。供開發(fā)用的ecu寫入發(fā)動機(jī)ecu內(nèi)的eprom中的電控系統(tǒng)軟件，主要包括控制程序和供程 序使用的數(shù)據(jù)。在標(biāo)定過程中，主要是對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到發(fā)動機(jī)性能的最

3、優(yōu)化。產(chǎn)品ecu的存儲器為只讀存儲器， 無法對其內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。匹配標(biāo)定過程中使用的ecu是專門供匹配用的，該 ecu的存儲器為eeprom，可根據(jù)需要方便地改寫數(shù)據(jù)。匹配標(biāo)定專 用ecu帶一個udasys，它通過標(biāo)定專用的接口與pc機(jī)相連，可將pc機(jī)中的數(shù)據(jù)實(shí)時傳送給ecu中的eeprom，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī) ecu參數(shù)的實(shí)時在線修改。專用匹配標(biāo)定軟件 cat pc機(jī)通過專用的接口與 ecu相連，通過專用匹配標(biāo)定軟件，可以對 發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、噴油脈寬、發(fā)動機(jī)溫度和點(diǎn)火提前角等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測或標(biāo)定。入分析儀 此分析儀通過安裝在排氣管上的入傳感器，能夠精確地對過量空氣

4、系數(shù)進(jìn)行測量，并直接以數(shù)字方式顯示測量結(jié)果，可直觀地對入進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。由于電控系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)各工況下噴油量的精確控制就是對空燃比的控制，監(jiān)測空燃比成為判斷發(fā)動機(jī)工作情況的重要手段，同時，入也是發(fā)動機(jī)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)時的重要參考量。三、匹配標(biāo)定試驗(yàn)方法及過程汽油機(jī)的匹配標(biāo)定是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，所涉及的標(biāo)定參數(shù)多達(dá)千余個。其中，點(diǎn) 火提前角與空燃比（a/f）是影響汽油機(jī)性能和排放的兩個最重要因素。在一定工況下，只 有把點(diǎn)火提前角和 a/f精確地控制在某個值，才能使發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放達(dá)到最 優(yōu)。而在每種工況下所需要的最佳點(diǎn)火提前角及a/f等受多種因素的影響，其特性圖在三維空間中表現(xiàn)為復(fù)雜的曲面（m

5、ap ）。此外，由于汽油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性與排放三者之間往往表現(xiàn)為相互制約，使發(fā)動機(jī)的整個匹配過程十分復(fù)雜。影響電控汽油機(jī)的噴油量及點(diǎn)火提前角的參數(shù)很多，與這兩者相關(guān)的匹配參數(shù)多達(dá)上百個。要完成這些參數(shù)的標(biāo)定，首先必須搞清他們各自控制模型的物理意義（控制策略），然后才能制定匹配方案來進(jìn)行匹配。3.1試驗(yàn)條件發(fā)動機(jī)的電控系統(tǒng)根據(jù)各傳感器的測量信號隨時對噴油脈寬和點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正，例如當(dāng)發(fā)動機(jī)溫度偏離設(shè)定的基準(zhǔn)條件或發(fā)動機(jī)的工況變動時，都要進(jìn)行修正。為了排除這些修正因素的干擾，在進(jìn)行基本匹配標(biāo)定時必須控制試驗(yàn)條件：a. 發(fā)動機(jī)應(yīng)充分暖機(jī)，使冷卻水溫、油溫都保持在設(shè)定的基準(zhǔn)條件下。一般地，水溫應(yīng)大

6、于85 C,油溫控制在 100 C左右。b. 對每一試驗(yàn)工況點(diǎn)，應(yīng)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速充分穩(wěn)定后再進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，同時，應(yīng)盡可能地將發(fā)動機(jī)的工況點(diǎn)穩(wěn)定在匹配標(biāo)定所選定的節(jié)點(diǎn)上。存儲在發(fā)動機(jī)ecu內(nèi)的基本控制量（點(diǎn)火提前角和噴油脈寬）為 map形式的二維圖表，無論以怎樣的間隔劃分轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，它總是有限的離散量。對于工況節(jié)點(diǎn)以外的點(diǎn)，微機(jī)往往要采用4點(diǎn)插值法來確定基本量的值。c. 對電控系統(tǒng)的硬件和 ecu數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的調(diào)整，例如，進(jìn)行基本噴油量標(biāo)定時， 應(yīng)將全負(fù)荷下功率增量修正系數(shù)清零，閉環(huán)控制開關(guān)斷開等。3.2噴油特性map的制取方法 ecu對空燃比的控制是通過對燃油噴射量的控制來完成的。發(fā)動機(jī)

7、工作時，ecu從傳感器得到進(jìn)氣絕對壓力的信息， 通過若干計算之后決定噴油量，從而使混合氣的空燃比達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值。在整個過程中，ecu控制了噴油脈寬及時刻。為了保證三元催化器對廢氣中的he、co和no<sub>x</sub>都具有較高的催化轉(zhuǎn)化率，入的變化范圍必須精確控制在0.9861.005之間。所以，發(fā)動機(jī)的大部分工況應(yīng)采用入閉環(huán)控制。在進(jìn)行這些工況的匹配標(biāo)定時，需使用入分析儀對 入進(jìn)行監(jiān)測，同時調(diào)節(jié)與噴油脈寬相關(guān)的控制參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)入=1的閉環(huán)控制。ecu中對噴油脈寬的計算為：噴油脈寬=（基本噴油脈寬 x工況修正x氣溫修正x水溫修正

8、x閉環(huán)修正x自適應(yīng)修正+氣 壓修正+節(jié)氣門加速加濃一節(jié)氣門減速減?。﹛調(diào)整因子+電瓶電壓修正+自適應(yīng)修正+噴油調(diào)整常數(shù) 其中，基本噴油脈寬是根據(jù)傳感器測得的進(jìn)氣量，按照入=1而計算得到的噴油脈寬；工況修正是指發(fā)動機(jī)在起動、暖機(jī)、節(jié)氣門全開（wot ）以及加速、減速等過渡工況下的噴油修正量；氣溫、水溫是根據(jù)環(huán)境及發(fā)動機(jī)狀態(tài)（冷機(jī)、暖機(jī)）進(jìn)行的修正；閉環(huán)修正適應(yīng)三元 催化轉(zhuǎn)化器（twc）的要求，進(jìn)行入=1的控制；自適應(yīng)修正是當(dāng)發(fā)動機(jī)的性能，如進(jìn)氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)等發(fā)生變化時，為了進(jìn)一步提高空燃比的控制精度而進(jìn)行的修正；氣壓修正是大氣壓力的修正。噴油量的匹配標(biāo)定過程所涉及的控制參數(shù)比較多，包括公式中所

9、列出的基本量和所有修 正量，必須按照控制模型逐個進(jìn)行標(biāo)定。完成了影響噴油脈寬的主要修正參數(shù)的標(biāo)定以后， 基本確定了入值。此時，需將閉環(huán)控制開關(guān)閉合，讓ecu進(jìn)行入=1的閉環(huán)控制。此時，觀察入分析儀，會發(fā)現(xiàn)在某些工況點(diǎn)上，入值圍繞1產(chǎn)生了較大的波動。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于與閉環(huán)控制的機(jī)量（pi控制）直接相關(guān)的 map圖尚未得到適當(dāng)?shù)臉?biāo)定。其中包括閉環(huán)控 制的pid調(diào)節(jié)中的比例調(diào)節(jié)系數(shù) map ,以及積分調(diào)節(jié)系數(shù)map。比例調(diào)節(jié)控制的優(yōu)點(diǎn)是收斂快，瞬態(tài)響應(yīng)性好，但其穩(wěn)定性差；積分調(diào)節(jié)控制則用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。如果增大積分調(diào)節(jié)系數(shù)，反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性會得到改善，但這將導(dǎo)致反饋調(diào)節(jié)時間的增加。因此，要使入的

10、閉環(huán)控制得到較好的實(shí)現(xiàn)（波動范圍小，反饋速度快），必須對它們進(jìn)行合理的匹配。在實(shí)際的匹配過程中，這兩個map主要是在整車試驗(yàn)時進(jìn)行的。3.3點(diǎn)火特性map的制取方法與噴油特性的匹配相比，點(diǎn)火特性的控制模型及相應(yīng)的標(biāo)定方法要簡單得多，其控制原理簡述如下：點(diǎn)火提前角=基本工況提前角+爆震區(qū)修正+怠速穩(wěn)定修正其中，基本工況提前角是根據(jù)工況由基本map圖查得。爆震區(qū)修正是在有爆震傾向的工作區(qū)工作時，分別按冷卻水溫、氣溫、 大氣壓力等對點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正；怠速穩(wěn)定修正是在 怠速工況根據(jù)轉(zhuǎn)速波動對點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正，以保證怠速穩(wěn)定，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過目標(biāo)轉(zhuǎn)速時減小點(diǎn)火提前角，低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速時增大點(diǎn)火提前角。由點(diǎn)火提

11、前角公式的物理意義，可以分析出點(diǎn)火提前角控制參數(shù)的標(biāo)定過程如下:-在發(fā)動機(jī)臺架上，先忽略怠速穩(wěn)定修正及爆震區(qū)修正，按確定的優(yōu)化目標(biāo)獲取基本工況下理想的點(diǎn)火提前角 map圖。-進(jìn)行爆震區(qū)試驗(yàn)，確定爆震區(qū)邊界，并進(jìn)行針對水溫、氣溫、大氣壓力等參數(shù)穩(wěn)態(tài)修正試驗(yàn)，確定修正曲線。2進(jìn)行點(diǎn)火提前角對怠速穩(wěn)定性影響的試驗(yàn)，確定怠速修正曲線。值得注意的是，在制取易爆震區(qū)的基本點(diǎn)火map圖時，隨著負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的提高，發(fā)動機(jī)的爆震傾向性越來越大。進(jìn)入這個區(qū)域后，點(diǎn)火提前角的優(yōu)化除考慮動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放等常規(guī)指標(biāo)以外，還要進(jìn)行爆震的監(jiān)控。對于低速區(qū)發(fā)生的爆震（加速爆震），由于噪聲小，可根據(jù)聽覺來識別并防止較強(qiáng)烈的爆

12、震。隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，噪聲增大，此時發(fā)生的高速爆震已無法人為識別， 必須應(yīng)用儀器對爆震進(jìn)行監(jiān)測。在改變點(diǎn)火提前角的過程中，將爆震傳感器和相位傳感器的信號用多通道示波器輸出，在調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角時監(jiān)測發(fā)動機(jī)壓縮上止點(diǎn)附近的爆震傳感器發(fā)出的信號，如發(fā)生爆震，應(yīng)適當(dāng)?shù)臏p小提前角， 以消除爆震。此時,點(diǎn)火提前角的減小可能會導(dǎo)致排氣溫度升高，所以要適當(dāng)增加噴油量以控制排溫。在轉(zhuǎn)速較高而負(fù)荷并不很大的區(qū)域，控制爆震的同時，還要注意經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 進(jìn)入高負(fù)荷區(qū)后，動力性成為首要目標(biāo)，此時應(yīng)選取不發(fā)生爆震的最大點(diǎn)火提前角。3.4修正曲線的制取方法由以上匹配過程得到的發(fā)動機(jī)的噴油量及點(diǎn)火map僅是基本量，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于起動、怠速、過渡工況時，基本的噴油量及點(diǎn)火提前角不能滿足要求，此時需要對噴油量及點(diǎn)火提前角作即時修正。即便是穩(wěn)態(tài)工況，由于各種