摩托車電控汽油機噴油提前角測試

楊鐵皂，王新陽，王昌盛，薛海波

（河南科技大學車輛與交通工程學院，河南洛陽 471003）

摩托車電控汽油機噴油提前角測試

楊鐵皂，王新陽，王昌盛，薛海波

（河南科技大學車輛與交通工程學院，河南洛陽 471003）

針對目前摩托車等汽油機的噴油提前角測量中存在的精度不高、費時費力等原因，介紹了基于MP424數據采集卡的摩托車電控噴油系統中關于噴油提前角的數據采集和處理系統。該系統使用MP424數據采集卡采集數據，使用LabVIEW編寫噴油提前角測量軟件，取得了良好的效果。研究結果表明：本方法具有測試精度高、測試時間短和可以在線測量等優點。

數據處理；MP 424；噴油提前角

0 引言

隨著摩托車排放標準的日益嚴格，摩托車汽油機的稀燃技術得到了應用。稀燃技術要求汽油機電控，控制參數更加嚴格，其中，噴油提前角的控制就是一例［1－2］。噴油提前角影響著電控汽油機的經濟性能、排放性能等眾多的性能指標［3－4］，不像普通電噴汽油機一樣對噴油提前角無嚴格的要求。目前，對噴油提前角的測量方法還是在曲軸上作個上止點記號，運轉發動機讓發動機噴油，就在剛噴油的那一刻，曲軸上現位置到上止點位置曲軸轉過的角度，即為噴油提前角［5］。此種方法精度較低，速度慢，且不能在發動機運轉時測量，嚴重影響驗證發動機參數的準確性和精確性。

本文提出一種利用MP424對摩托車汽油機的曲軸信號、凸輪信號和噴油信號的高速采集、實時傳輸及相應的快速數字信號處理，能夠方便快捷地針對具體信號進行分析和處理，得出噴油提前角，取得了良好的效果。

1 系統硬件

圖1 數據采集系統

數據采集系統如圖1所示。MP424采集原型信號并做初步處理，再傳送給計算機，計算機軟件處理后把結果顯示出來。

摩托車發動機轉速比較高，最高速度可達10 000 r／min，其曲軸信號等變化更快，一般的示波器難以準確地采集到這些信號。MP424是高速12位4路并行采樣AD模塊。MP424最大的特點是采集數據速度快，它支持1 MHz的連續采集，最大采集長度為256 M點／通道，其可支持全速、連續大容量采樣，數據可先存入計算機的內存中，采樣結束后，用戶可以分段將數據讀出［6］。圖2a～圖2c分別為所采集的凸輪軸信號、曲軸信號和噴油信號。凸輪軸信號一個循環對應一個脈沖信號，它標志著這一循環的開始。曲軸信號每一轉一個缺齒，每個脈沖信號之間的曲軸角度是8°。噴油信號也是一個循環對應一個脈沖信號。

2 系統軟件

2.1 噴油提前角計算模型

噴油提前角的計算模型示意圖如圖3所示。圖3中，凸輪軸信號、曲軸信號和噴油信號的真實情況如圖2所示，在此僅作為示意圖使用。凸輪軸信號是一個循環的起點。一旦出現凸輪軸信號，計算機就開始判斷曲軸信號的缺齒位置；然后判斷上止點位置，上止點位置在曲軸信號缺齒位置后第13個脈沖的上升沿；而噴油信號是比較明顯的，從噴油信號的上升沿到上止點位置之間曲軸轉過的角度為噴油提前角。

圖2 MP424采集到的信號

2.2 測量流程圖

噴油提前角測量流程圖如圖4所示。在介紹流程圖之前，需要先說明一下分頻信號。在發動機運行過程中，噴油提前角是以1°曲軸轉角為單位的，而每個曲軸信號是8°曲軸轉角，這在處理上帶來很大的不方便。為了解決這個問題，采用將曲軸信號分頻的辦法，即將曲軸信號8分頻而成為1°曲軸轉角一個信號，將曲軸信號8分頻后的信號稱為分頻信號。

在處理過程中，當LabVIEW軟件檢測到凸輪軸信號來臨后，首先將曲軸信號、噴油信號、分頻信號進行對齊。然后，一方面，對噴油信號進行檢測，當檢測到噴油信號上升沿位置時，啟動分頻信號脈沖個數檢測計數器開始計數，此位置是噴油時刻；另一方面，開始檢測曲軸信號的缺齒位置，當檢測到缺齒位置后，開始對缺齒位置后的13個脈沖進行計數，當第13個脈沖信號的上升沿到達時，停止分頻信號脈沖個數檢測計數器計數，此位置為上止點位置。此時分頻信號脈沖個數檢測計數器計得數即為噴油提前角。最后取出噴油提前角，經過后處理，在前面板中顯示出噴油提前角來。

圖3 噴油提前角計算模型示意圖

2.3 幾個核心模塊的實現

根據噴油提前角的測量流程，缺齒位置檢測、上止點位置判斷、分頻信號脈沖個數檢測等幾個核心模塊，需要簡要介紹一下。

2.3.1 曲軸缺齒位置檢測

缺齒位置檢測如圖5所示。曲軸信號的缺齒位置是利用每個脈沖低電平的寬度來判斷的，設定一個正常的曲軸信號低電平寬度，將每個曲軸信號的脈沖低電平寬度和正常曲軸信號低電平寬度進行比較，如果檢測到的曲軸信號低電平寬度大于正常值，則它就是缺齒位置。事實上，缺齒位置就是通過判斷脈沖信號低電平之間的脈沖寬度來實現的。

圖4 噴油提前角測量流程圖

曲軸信號缺齒位置的判斷在LabVIEW程序中采用while循環檢測，采用for循環對曲軸信號的脈沖數量進行計數，以便逐次送進脈沖進行檢測［7］；其中，LabVIEW中脈沖測量控件用脈沖的極性高低來選擇，使用高脈沖時測量出的縱坐標數值大，代表著信號即將開始下降，對應著信號的下降沿；使用低脈沖時測量出的縱坐標數值小，代表著信號即將開始上升，對應著信號的上升沿［8］。

2.3.2 上止點位置判斷

上止點位置的判斷如圖6所示。檢測到缺齒位置之后，需要對缺齒位置之后的曲軸信號的脈沖進行計數，實現缺齒位置后第13個上升沿位置的判斷，即上止點位置的判斷。對第13個齒的判斷同樣采用while循環，在缺齒位置檢測到之后立即進行脈沖個數計數，循環條件是while循環的循環次數為12次，同時利用脈沖測量控件中電平高低來實現第13齒的低電平上升沿，即上止點位置的檢測。

圖5 缺齒位置檢測

圖6 上止點位置判斷

2.3.3 分頻信號脈沖個數檢測

圖7 分頻信號脈沖個數檢測

分頻信號脈沖個數檢測如圖7所示。分頻信號脈沖個數檢測用while循環，開始計數是噴油脈沖上升沿位置即噴油開始位置，停止計數在上止點位置，測量出此階段分頻信號的個數。由于分頻信號一個脈沖是一度曲軸轉角，因此分頻信號的個數即是噴油提前角，見圖3。

分頻信號的來源是曲軸信號，所以可以用脈沖測量的方法來實現分頻信號脈沖個數的測量。其中重要的是循環條件，是在噴油開始時刻讓循環條件滿足計數條件，開始計數，在上止點位置處再停止計數，見圖7。

由于一般不能保證在上止點位置正好和分頻脈沖信號的上升沿或下降沿重合，所以分頻信號個數測量存在誤差，但是這個誤差非常小，可以忽略不計。

3 試驗結果

試驗是在汽油機運行過程中進行的，每組數據采集僅需要大約0.01 s［9］。

采集到幾組數據后，對這些數據進行處理，表1是對幾組噴油提前角進行整理后的數值。

表1 實測和理論噴油提前角

圖8 噴油提前角理論數據與實測數據對比

為了測試數據的準確性，特意把軟件中的MAP圖中的噴油提前角列出，將MAP圖中的噴油提前角稱為理論噴油提前角［10］。把噴油提前角的理論值和實測值放在一起對比，如圖8所示。

噴油提前角理論數據與實測數據對比后發現：理論噴油提前角和實測噴油提前角沒有太大差別。與傳統的測量方法相比，測量精度有了很大的提高，并且其測量難度大大降低，提高了測試效率。

4 結束語

應用摩托車測量系統，對摩托車的噴油提前角進行測量與分析，并和控制系統軟件的MAP圖模型數據進行了對比。從試驗結果上看：測試數據和MAP圖模型數據基本是一致的，說明精度是比較高的。從時間上來看：測試時間很短，只有0.01 s左右，比較快速。測量不影響汽油機運行，完全適用于在線檢測。從總體上來看，信號測量分析系統的設計是成功的。

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TK413.9

A

1672－6871（2015）05－0042－04

國家自然科學基金項目（50976076）

楊鐵皂（1955－），男，河南溫縣人，教授，碩士生導師，主要研究方向為內燃機電控.

2015－05－04