節能車電噴數據優化處理控制策略介紹*

胡兵，要志斌，連晉毅，沈一奇

節能車電噴數據優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，山西 太原 030024）

隨著汽車行業的發展和時代進步，節能、綠色已成為未來汽車行業發展的趨勢，而以油燃料的車面對的形式日漸嚴峻，文章利用EFITune軟件進行調諧、設置光印動力電噴ECU的所有參數等方式，根據用戶的需求提供給發動機所需的燃油量，既要保證不損失發動機的動力性，又要使發動機以較低的燃油消耗量行駛。

調諧；傳感器；ECU

引言

隨著汽車行業的發展和時代進步，節能、綠色已成為未來汽車行業發展的趨勢，而以油燃料的車面對的形式日漸嚴峻，企業舉辦類似節能車的比賽活動，促進汽車行業的改革創新，使未來汽車具有更好的動力性、燃油經濟性和更高的排放標準。

以本田提供的125cc發動機為研究對象，通過對發動機的改造主要集中在機體的減重、發動機工作時的保溫、機油的循環潤滑、壓縮比及燃燒效率的提高等幾個方面。

1 發動機改造

使用的發動機是賽方所提供的125cc單缸四沖程的汽油機，原機壓縮比為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、兩氣門配氣機構、用化油器進行供油、靠曲軸飛濺潤滑。

對發動機的改造主要集中在機體的減重、發動機工作時的保溫、機油的循環潤滑、壓縮比及燃燒效率的提高等幾個方面。機體的減重：把發動機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。為了確保發動機在熄火后再啟動能快速到達最佳工作溫度，減少熱量的散失，我們用保溫材料對發動機包裹進行保溫處理。潤滑需增加外循環潤滑系統。

圖1 汽缸蓋的改造結果圖

利用ANSYS軟件中 FLUENT模塊對發動機進、排氣系統流體仿真分析CFD，以得知改造后發動機內部的工作情況。

圖2 發動機進、排氣系統主流速的分布圖

圖3 發動機進、排氣系統壓力分布圖

2 電噴原理

通過修改ECU內設的參數，根據ECU內部的邏輯，使得發動機按照用戶的意圖更好的運轉，使其具有更好的動力性、燃油經濟性及排放標準。用戶主要通過修改冷車啟動噴射量、變速設置、充氣效率數據表（VE表）、點火角度數據表等。

圖4 電噴系統方案

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

3 電噴的控制策略

3.1 燃油控制邏輯

3.1.1 啟動預噴油控制

首次啟動發動機、或熄火關機后再次啟動、或熄火后未關機但是駐機較長一段時間后，當ECU接通電源后，ECU首先控制噴油器進行自動排氣泡，噴油器工作，但不會有燃油噴射出，目的是為了防止發動機在停止工作后再啟動，汽油在噴油器內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噴射，其目的是為了在發動機停止工作后再啟動時，讓不再濕潤的進氣歧管內壁重新變得濕潤，以減少燃油的損失，以便于更好的啟動。預噴油脈寬的大?。ò▏娪推鏖_啟的時間）由 ECU 內部控制邏輯決定，它是以下變量的函數：啟動時的發動機水溫傳感器（ECT）/缸溫傳感器（ET）、進氣溫度傳感器（IAT）、油門踏板傳感器（AAP）等。

3.1.2 啟動發動機燃油控制

根據ECU內設的控制策略，可以將發動機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：發動機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火運轉5次以上，即可認為完成帶動啟動。啟動后：帶動啟動完成后，發動機可以自己點火運轉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，即發動機在冷車的最高與最低溫度之間由帶動啟動的轉速控制。

在帶動啟動時, ECU內設線性插值法LI（Linear Interpo -lation）計算邏輯會根據用戶設定的冷車最高低溫度對應的兩個噴射脈寬，計算出當前溫度下的帶動啟動加濃噴射脈寬。若所設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，使發動機無法啟動，還會讓燃油“淹沒”發動機，即淹缸。

3.1.4 啟動后加濃控制

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

當發動機完成帶動啟動后，有ECU內設的閾值——啟動后補償值決定噴油器是否可以進行啟動后加濃控制。啟動后燃油噴射脈寬隨點火次數的增加而逐漸減少到0（由啟動后補償點火次數設定值Number of Ignition Cycles決定），啟動后加濃量的大小由 ECU內部控制邏輯決定，它是以下變量的函數：ECT/ET、發動機轉速波動、IGN啟動后的點火次數相關。

3.1.5 暖機加濃控制

發動機起動后，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，發動機還未完成暖車過程，還需要額外的燃油——暖車加濃，其目的是抵消 ECT /ET較低時進氣道內燃油揮發的降低，使得發動機點火爆炸狀況比較穩定。暖機加濃量的大小由 ECU 內部控制邏輯決定，它是以下變量的函數：ECT/ET、MAP。

在忽略人為變量因素的干擾下，實踐證明，能調節為一觸即發的情況最為省油。

圖5 啟動發動機并燃油控制圖

3.1.6 變速設置

節氣門體內置節氣門傳感器、進氣負壓傳感器，把節氣門與進氣負壓的變化信號傳遞給ECU以用來判斷當前發動機是否處于變速的狀態，為發動機提供合適的燃油噴射量。 ECU檢測到發動機處于變速狀態時，就會啟動加速補償輸入值（Acceleration Enrichment Bins）對變速時的燃油噴射脈寬進行LI修正，得到接近理論燃油量的實際噴射脈寬。

當發動機處于冷車狀態，加速時需要額外的加濃補償——冷車加速補償，應滿足燃油補償公式：所有的加速補償等于基本加速補償脈寬乘冷車加速補償的乘數加冷車加速補償。

圖6 加速設置參數關系圖

3.1.7 瞬態油膜補償

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

瞬態油膜補償模型分為兩部分：快速補償模型與慢速補償模型。慢速補償模型的觸發變量是進氣壓力信號，快速補償模型的觸發變量是預測進氣壓力。之所以說預測進氣壓力是快速的，是因為當節氣門開度的變化率較大時，進氣壓力變量的變化率一般會滯后一些，而直接根據節氣門開度估計的預測進氣壓力相對快多了。

3.2 進氣與轉速控制邏輯

3.2.1 啟動空氣控制

發動機的點火啟動需要較大的空氣量支持，ECU 在駐車狀態下會自動調整旁通氣道控制器的開度大小。控制目的是為發動機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 內部控制邏輯決定，它是以下變量的函數：啟動時的 ECT/ET、IAT、AAP。

3.2.2 啟動轉速穩定控制

當發動機起動后，轉速總是首先較大地偏離于怠速目標轉速，然后再通過旁通空氣量的調節穩定到怠速轉速附近。在此過渡狀態，需要進行啟動后的怠速回歸控制，這種控制和正常的怠速穩定控制有所不同。

3.2.3 怠速轉速閉環控制

怠速穩定控制的目的是為了穩定并減低汽車的怠速。ECU內設邏輯會根據ECT/ET來確定目標怠速值以及當前實際轉速，通過PID控制算法對旁通空氣量大小進行修正調整。

3.2.4 怠速進氣自學習

怠速轉速穩定控制中，目標量是發動機轉速，調整量是旁通氣道開度， ECU控制邏輯在系統狀態穩定時，會把PID算法輸出的調整量轉移到自學習量中，而自學習量又會被 ECU 永久保存下以便于下次開機后直接使用這個調整量。自學習控制是對閉環控制的補充，使得閉環控制的響應更加迅速。

3.2.5 進氣阻尼控制

當駕駛員踩下節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動機提升扭矩，當駕駛員松開節氣門踏板后，發動機速度將下降，為了使發動機能平穩過渡到怠速，系統提供了旁通空氣控制的阻尼模擬控制，它能逐步實施旁通空氣量的減小，并不取決于轉速。

3.3 點火控制邏輯

3.3.1 基本點火角控制

基本點火提前角的計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，分別讀取不同的標定數據。

3.3.2 怠速轉速穩定控制

對于怠速轉速的平穩控制，除了對空氣量進行調節外，還需要對點火提前角進行調節：轉速偏離目標值越大，提前角調節量越大。轉速偏高時減小點火提前角以降低扭矩，轉速偏低時則增大點火提前角以提高扭矩。

3.3.3 瞬態工況轉速穩定控制

在低負荷、急加速的工況下，對發動機轉速的穩定控制，而對空氣量進行控制難以實現，通過調整提前角實現。

3.3.4 點火線圈充電時間控制

ECU實時監測電壓信號，并據此調整線圈充電時間。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，以保證系統有充足的起弧燃燒時間。

圖5 點火部分控制設置

3.4 空燃比的閉環控制

ECU會利用氧傳感器反饋的電勢差為信號來計算當前空燃比偏離理論空燃比的程度，通過PID控制算法對當前噴射脈寬修正調整，保持實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）自動調諧修正。

4 結論

通過利用EFITune軟件進行調諧、設置光印動力電噴ECU的所有參數，利用傳感器檢測到的信號傳給ECU，ECU經過對信號的處理與分析等方式，減少了相應的發動機油耗。為節能、綠化的社會進步方向做出了貢獻。

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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，研究方向：電控發動機。要志斌（1981-），碩士，講師，就職于太原科技大學，研究方向：工程機械設計及理論、微機電系統。連晉毅（1964-），男，教授，就職于太原科技大學，研究方向：車輛工程相關領域的設計理論與設計方法。沈一奇（1998-），男，本科，就讀于太原科技大學，研究方向：電控發動機。

U464

A

1671-7988(2019)21-84-04

國家級大學生創新創業訓練計劃項目2019年（2019352）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.029

CLC NO.: U464