基于motec的发动机ecu标定方法_黎杰

第 卷 第 期 中 国 科 技 论 文 年 月 基 于 的 发 动 机 标 定 方 法 !黎 杰 ，于 善 虎 ，殷 俊 ，谢 志 辉 ，丁 康 ，陈 子 健 ，刘 德 辉 广 州 华 工 机 动 车 检 测 技 术 有 限 公 司 ，广 州 华 南 理 工 大 学 机 械 与 汽 车 工 程 学 院 ，广 州 ）摘 要 ：根 据 大 学 生 方 程 式 赛 车 大 赛 规 则 要 求 ，发 动 机 进 气 气 流 都 应 经 过 一 个 直 径 不 大 于 的 进 气 限 流 阀 。 受 此 规 则 限 制 ，发 动 机 的 功 率 和 扭 矩 都 明 显 减 小 。 由 于 进 气 特 性 的 变 化 ，发 动 机 原 厂 的 标 定 环 境 发 生 变 化 ，其 标 定 参 数 已 不 合 适 。 为 使 标 定 参 数 符 合 进 排 气 系 统 的 变 化 ，提 升 发 动 机 动 力 性 和 经 济 性 ，在 比 较 各 款 的 基 础 上 ，使 用 取 代 原 厂 。 主 要 介 绍 选 型 的 分 析 思 路 ，并 针 对 用 于 发 动 机 上 ，设 计 了 发 动 机 总 线 接 线 图 。 并 简 要 说 明 了 本 届 赛 车 发 动 机 用 到 的 所 有 传 感 器 的 标 定 过 程 及 标 定 结 果 ，以 及 喷 油 与 点 火 的 控 制 策 略 与 修 正 ，为 发 动 机 台 架 试 验 的 进 行 奠 定 了 的 基 础 。 最 后 简 要 介 绍 了 应 用 于 发 动 机 优 化 和 提 高 赛 车 性 能 的 其 他 控 制 功 能 。关 键 词 ：发 动 机 ；标 定 ；传 感 器 ；控 制 策 略中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 ， ， ， ， ， ， ， ，； ， ，）： ， ； ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ； ； ； ）系 列 赛 事 由 美 国 汽 车 工 程 师 协 会 ） 主 办 ，目 的 在 于 挑 战 世 界 各 地 大 学 本 科 生 研 究 生 团 队 设 想 、设 计 和 制 造 小 型 方 程 式 赛 车 的 能 力 。 比 赛给 参 赛 车 队 一 个 与 世 界 各 地 大 学 的 车 队 同 场 竞 技 的 机 会 ，以 展 示 和 证 明 他 们 的 创 造 力 和 工 程 技 术 水 平 。 ），称 发 动 机 控 制 单 元 ，是 发 动 机 的 控 制 核 心 。 它 通 过 获 取 各 传 感 器 的 信 号 ， 并 将 这 些 信 号 参 数 与 预 储 存 的 参 数 比 较 ，按 照 设 定 的 控 制 策 略 向 各 个 特 定 的 执 行 器 发 出 动 作 指 令 ，从 而 控 制 发 动 机 各 工 况 下 的 运 作 。 因 此 ， 的 性 能 及 控 制 策 略 影 响 着 发 动 机 的 动 力 性 和 经 济 性 ，对 发 动 机 工 作 状 态 起 着 决 定 性 作 用 。 的 基 础 功 能 和 设 计 发 动 机 总 线 图 笔 者 选 择 作 为 控 制 本 届 赛车 发 动 机 的 。 其 主 要 基 础 功 能 有 ）驱 动 个 喷 油 嘴 ，并 可 根 据 需 要 设 置 为 两 级 输 出 ，即 低 转 速下 驱 动 初 级 喷 油 嘴 工 作 ，当 达 到 一 定 转 速 后 ，第 组 喷 油 嘴 加 入 工 作 ）支 持 发 动 机 各 缸 顺 序 点 火 ； ）支 持 单 独 修 正 各 缸 喷 油 量 和 点 火 时 刻 ）在 拥 有 专 门 的 辅 助 输 出 控 制 口 的 同 时 ，闲 置 的 喷 油 输 出 口和 点 火 输 出 口 亦 可 用 于 辅 助 设 备 的 控 制 输 出 （主 要 用 于 控 制 油 泵 继 电 器 、冷 却 风 扇 继 电 器 、怠 速 步 进电 动 机 等 ） ）可 通 过 控 制 怠 速 步 进 电 动 机 ，以 控 制 怠 速 旁 通 阀 ，从 而 达 到 控 制 怠 速 的 目 的 ）预 留 多个 电 压 、温 度 和 数 字 输 入 口 ，用 于 按 需 编 写 控 制 程 序 。 笔 者 在 分 析 年 发 动 机 总 线 图 和 接 线 图 的 基 础 上 ，设 计 了 应 用 到 发 动 机 上 的 总 线 接 线 图 “#$ 。收 稿 日 期 ： 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ）作 者 简 介 ：黎 杰 ），男 ，高 级 工 程 师 ，主 要 研 究 方 向 ：机 动 车 检 测 技 术 通 信 联 系 人 ：于 善 虎 ，高 级 工 程 师 ，主 要 研 究 方 向 ：机 动 车 检 测 技 术 中 国 科 技 论 文 第 卷 传 感 器 的 标 定 进 气 压 力 传 感 器 标 定压 力 传 感 器 采 用 半 导 体 压 敏 电 阻 式 ，它 由 密 封 在真 空 室 的 弹 性 硅 片 和 相 应 的 桥 式 电 路 组 成 。 电 桥 一端 施 加 标 准 电 压 ，当 压 力 发 生 变 化 时 ，硅 芯 片 发 生 变 形 ，其 阻 值 发 生 变 化 ，电 桥 另 一 端 则 输 出 相 应 的 电 压 信 号 。 由 于 歧 管 压 力 传 感 器是 常 用 传 感 器 ，其 标 定 值 已 被 收 录 软 件 的标 定 库 ，故 可 直 接 引 用 ，标 定 结 果 见 图 。图 进 气 压 力 传 感 器 标 定 节 气 门 位 置 传 感 器 标 定节 气 门 位 置 传 感 器 实 际 是 一 个 电 位 计 ，由 节 气门 轴 带 动 其 滑 动 端 子 。 当 节 气 门 位 置 变 化 时 ，信 号端 与 信 号 地 与 电 源 之 间 的 阻 值 发 生 变 化 ，即 信 号 端 的 电 压 发 生 变 化 ，其 输 出 的 电 压 信 号 即 代 表 了 节 气 门 位 置 。 节 气 门 位 置 传 感 器 输 出 的 电 压 信 号 与 节 气 门 位 置 成 正 比 ，节 气 门 位 置 可 根 据 电 压 通 过 比 例 算 出 ，故 仅 需 标 定 节 气 门 关 闭 时 的 电 压 和 节 气 门 全 开 时 的 电 压 ，即 可 标 定 节 气 门 位 置 传 感 器 。 当 与 传 感 器 线 路 接 好 后 ，将 与 电 脑 连 接 ，电 脑 屏 幕 即 可 实 时 显 示 各 传 感 器 信 号 。 当 节 气 门 全 闭 时 ，在 栏 按 下 ，则 将 记 录 当 前 参 数 ；当 节 气 门 全 开 时 ，在 栏 按 下 ，则 将 记 录 当 前 参 数 。 两 次 参 数 记 录 后 ，即 完 成 了 标 定 ，标 定 结 果 见 表 。 为 测 试 节 气 门 位 置 信 号 的 准 确 程 度 ，分 别 将 节 气 门 关 闭 、开 启 、开 启 、开 启 和 开 启 ，电 脑 同 步 现 实 见 图 。 试 验 证 明 节 气 门 位 置 标 定 准 确 。表 节 气 门 传 感 器 标 定 节 气 门 位 置 参 数 值 节 气 门 关 闭 节 气 门 打 开 曲 轴 位 置 传 感 器 、凸 轮 轴 位 置 传 感 器 标 定 在 软 件 中 具 体 设 置 如 下 ：曲 轴 凸轮 轴 位 置 传 感 器 工 作 模 式 为 ，此 模 式 为 某 款 福 特 车 型 。 因 为 没 有 专 门 为 设 计 的 工 作 模 式 ，选 此 模 式 ，并 标 定 好 曲 轴 索 引 位 置 ，即 第 一 缸 上 止 点 位 置 ）， 即 可 获 得 正 确 的 曲 轴 凸 轮 轴图 传 感 器 所 测 节 气 门 位 置 位 置 信 号 。 曲 轴 齿 盘 齿 数 ）设 为 。 （齿 率 ）不 适 用 于 这 种 曲 轴 凸 轮 轴 位 置 传 感 器 工 作 模 式 ，故 其 数 值 无 影 响 。 ，曲 轴 索 引 位 置 ）标 定 为 ，当 点 火 提 前 角 设置 为 时 ，通 过 点 火 正 时 枪 可 观 察 到 第 一 缸 点 火 时 刻 位 于 第 一 缸 上 止 点 位 置 。 曲 轴 位 置 传 感 器 凸 轮轴 位 置 传 感 器 型 号 ）设 为 ，表 示 为 电 磁 感 应 式 传 感 器 。 曲 轴 位 置 传 感 器 凸轮 轴 位 置 传 感 器 端 极 性 ）根 据 软 件 虚 拟 的 示 波 器 获 取 的 曲 轴 位 置 凸 轮 轴 位 置 信 号 ，判 断 为 下 降 沿 触 发 ，故 设 为 ，表 示 下 降 沿 触 发 。 （曲 轴 凸 轮 轴 位 置 触 发 电 压 ）通 常 设 为 。 见 表 。表 曲 轴 凸 轮 轴 位 置 传 感 器 标 定 设 置 参 数 值 传 感 器 工 作 模 式 ） 曲 轴 齿 盘 齿 数 ） 齿 率 曲 轴 索 引 位 置 ） 传 感 器 型 号 传 感 器 端 极 性 触 发 电 压 传 感 器 型 号 传 感 器 端 极 性 触 发 电 压 进 气 温 度 传 感 器 标 定 进 气 温 度 传 感 器 的 作 用 是 测 量 进 入 发 动 机 气 缸的 空 气 温 度 。 当 空 气 温 度 变 化 时 ，相 同 大 气 压 力 下 ， 进 入 发 动 机 的 空 气 质 量 是 不 一 样 的 ，即 进 气 密 度 随 温 度 的 变 化 而 变 化 。 进 气 温 度 传 感 器 采 用 负 温 度 系数 ）的 热 敏 电 阻 作 为 传 感 器 元 件 ，当 温 度 降 低 时 热 敏 电 阻 值 会 增 大 ， 检 测 到 的 传 感 器 电 压 信 号 越 高 ；反 之 热 敏 电 阻 值 会 减 小 ， 检 测 到 的 传 感 器 电 压 信 号 越 低 。 所 使 用 的 传 感 器 为 进 气 温 度 传 感 器 ，其 标 定 值 可 从 标 定 数 据 库 中 选 取 。 具 体 标 定 结 果 如 图 所 示 。 氧 传 感 器 标 定氧 传 感 器 分 为 窄 带 氧 传 感 器 和 宽 带 氧 传 感 器 两大 类 。 窄 带 氧 传 感 器 的 电 压 输 出 在 空 燃 比 为 附 近 时 会 突 变 ，不 利 于 空 燃 比 的 控 制 ；而 宽 带 氧 传 感第 期 黎 杰 ，等 ：基 于 的 发 动 机 标 定 方 法 图 进 气 温 度 传 感 器 标 定 器 测 量 范 围 可 达 ，对 应 空 燃 比 为 。 因 自 然 吸 气 发 动 机 混 合 气 空 燃 比 常 在 附 近 ，对 应 空 燃 比 为 左 右 ，故 采 用 宽 带 氧 传 感 器 以 利 于 发 动 机 喷 油 量 的 标 定 。 氧 传 感 器 标 定 数 据 见 图 。图 氧 传 感 器 标 定 的 控 制 策 略 喷 油 标 定 的 控 制 策 略喷 油 标 定 的 目 的 是 使 发 动 机 在 各 相 应 工 况 下 获才 点 火 ，则 混 合 气 的 燃 烧 主 要 在 活 塞 下 行 程 中 完 成 ，因 而 转 变 为 有 效 功 的 热 量 相 对 减 小 ，气 缸 内 最 高 燃 烧 压 力 降 低 ，导 致 发 动 机 过 热 ，功 率 下 降 ；点 火 过 早 ， 由 于 混 合 气 的 燃 烧 完 全 在 压 缩 行 程 进 行 ，汽 缸 内 的 压 力 急 剧 升 高 ，当 活 塞 达 到 上 止 点 前 即 达 最 大 ，使 活 塞 受 到 反 冲 ，发 动 机 做 负 功 ，导 致 功 率 下 降 、运 转 不平 稳 ，甚 至 发 生 爆 震 。 文 献 研 究 表 明 ， 点 火 时 刻 取 决 于 转 速 和 负 荷 的 大 小 。 在 各 种 工 况 下 ，当 发 动 机 转 速 上 升 ，因 为 燃 烧 过 程 对 应 的 曲 轴 转 角 增 加 ，为 保 持 点 火 时 刻 ，点 火 时 刻 需 要 提 前 。当 负 荷 上 升 ，即 进 气 压 力 上 升 时 ，因 为 燃 烧 过 程 对 应的 曲 轴 转 角 减 小 ，同 时 为 避 免 出 现 爆 震 ，点 火 时 刻 需要 推 迟 以 获 得 点 火 时 刻 。 点 火 时 刻 图 见 图 。图 点 火 时 刻 图 各 修 正 表 的 标 定 策 略基 本 的 喷 油 量 和 点 火 时 刻 是 在 特 定 环 境 的 稳 态工 况 下 标 定 的 。 为 使 发 动 机 在 不 同 环 境 下 的 运 行 能 够 与 特 定 环 境 下 标 定 的 运 行 状 态 保 持 一 致 或 者 尽 可 。得 相 应 的 喷 油 参 数 ，满 足 发 动 机 各 工 况 下 的 运 行 。喷 油 参 数 的 标 定 是 在 总 结 理 论 经 验 的 基 础 上 ，结 合能 减 少 二 者 的 偏 差 ，需 要 标 定 各 相 应 修 正 表 进 气 温 度 对 喷 油 量 和 点 火 时 刻 的 修 正 发 动 机 实 际 设 计 ，并 在 试 验 中 不 断 改 进 完 成 的 。 进 气 温 度 不 同 ，空 气 质 量 会 有 变 化 。 当 进 气 温标 定 得 到 的 喷 油 图 见 图 。 由 于 进 气 系 统 的 设 计 ，各 缸 实 际 吸 入 的 空 气 量 并 不 相 同 ；因 此 ，在 完 成 标 定 四 气 缸 共 同 喷 油 量 的 基 础 上 ，将 氧 传 感 器 分 别 置 于 个 气 缸 各 自 的 排 气 歧 管 ，可 知 各 缸 喷 油 量 与 目 标 控 制 量 的 差 异 ，继 而 进 行 各 缸 修 正 。图 喷 油 图 点 火 时 刻 的 标 定 策 略点 火 时 刻 一 般 用 点 火 提 前 角 表 示 ，即 从 发 出 电火 花 开 始 到 活 塞 达 到 上 止 点 为 止 的 一 段 时 间 内 曲 轴 转 过 的 角 度 。 如 果 点 火 过 迟 ，当 活 塞 达 到 上 止 点 时度 较 低 时 ，汽 油 附 着 在 进 气 道 壁 面 处 的 表 面 温 度 也 低 ，导 致 汽 油 蒸 发 不 良 ；当 进 气 温 度 较 高 时 ，附 着 在 进 气 道 壁 面 的 汽 油 易 蒸 发 。为 减 小 进 气 温 度 对 发 动 机 各 工 况 运 行 下 空 燃 比 的 影 响 ，需 要 标 定 进 气 温 度 对 喷 油 量 的修 正 表 ，见 表 ，为 当 前 工 况 标 定 值 的 百 分 比 。表 进 气 温 度 对 喷 油 量 的 修 正 表 进 气 温 度 修 正 量 中 国 科 技 论 文 第 卷 进 气 温 度 不 同 ，点 火 提 前 角 也 要 做 相 应 的 调 整 。进 气 温 度 高 ，火 焰 容 易 传 播 ，混 合 气 燃 烧 速 度 快 ，发动 机 容 易 发 生 爆 震 ，应 减 小 点 火 提 前 角 ；进 气 温 度 过 低 ，混 合 气 难 以 点 燃 ，为 使 得 未 燃 混 合 气 在 被 点 燃 时 有 更 高 的 能 量 ，应 减 小 点 火 提 前 角 。 进 气 温 度 对 点火 时 刻 的 修 正 表 见 表 。表 进 气 温 度 点 火 时 刻 修 正 表 进 气 温 度 修 正 角 度 ） 电 池 电 压 对 喷 油 量 和 点 火 充 电 时 间 的 修 正 电 源 电 压 降 低 使 动 态 喷 油 量 减 少 ，这 是 由 于 电源 电 压 的 下 降 导 致 喷 油 器 无 效 喷 射 时 间 增 大 ，使 喷 油 器 总 的 有 效 喷 油 时 间 减 少 。 感 抗 特 性 是 喷 油 器 电 磁 线 圈 所 固 有 的 ，因 而 喷 油 嘴 针 阀 开 启 的 时 刻 相 对 于 喷 油 信 号 的 到 达 会 有 一 定 的 滞 后 。 当 喷 油 脉 宽 相 同 时 ，电 池 电 压 越 低 ，喷 油 嘴 针 阀 开 启 的 滞 后 时 间 就 越 长 ，喷 油 的 有 效 时 间 越 短 。 为 修 正 电 池 电 压 对 喷 油 时 间 的 影 响 ， 需 要 标 定 电 池 电 压 喷 油 量 修 正表 。 修 正 表 标 定 见 表 。 点 火 线 圈 的 充 电 时 间 与 电 池 电 压 成 非 线 性 负 相 关 关 系 ，即 电 池 电 压 越 高 ，点 火充 电 时 间 越 短 ，反 之 充 电 时 间 越 长 。 点 火 线 圈 充 电 时 间 过 短 会 导 致 火 花 太 弱 甚 至 失 火 ，而 点 火 线 圈 充 电 时 间 过 长 会 导 致 点 火 线 圈 和 点 火 模 块 过 热 ，容 易 烧 点 火 线 圈 和 点 火 模 块 。 由 于 点 火 线 圈 充 电 时 间 的 测 量 需 要 专 门 的 仪 器 和 设 备 ，鉴 于 技 术 原 因 ，未 能 亲自 完 成 ，以 下 表 数 据 由 公 司 专 门 测 量 后 给 出 。 电 池 电 压 点 火 线 圈 修 正 表 见 表 。表 电 池 电 压 喷 油 量 修 正 表 电 池 电 压 修 正 时 间 表 电 池 电 压 点 火 线 圈 修 正 表 电 池 电 压 修 正 时 间 冷 却 液 温 度 对 喷 油 量 的 修 正发 动 机 冷 起 动 过 程 中 ，由 于 进 气 道 壁 面 和 气 门处 温 度 较 低 ，燃 料 蒸 发 速 度 慢 ，此 时 附 着 在 壁 面 上 的 汽 油 因 气 化 不 良 而 不 能 与 空 气 混 合 ，因 此 即 便 发 动 机 按 照 理 论 空 燃 比 标 定 的 喷 油 量 喷 油 ，发 动 机 实 际 混 合 气 仍 会 偏 稀 ，冷 机 喷 油 量 加 浓 则 显 得 尤 为 重 要 。当 发 动 机 温 度 过 高 ，甚 至 超 过 ，喷 油 器 内 的 汽 油 会 因 沸 腾 产 生 蒸 气 ，此 时 喷 油 器 喷 出 的 燃 油 中 含 有 蒸 气 泡 ，实 际 喷 油 量 偏 少 ，则 混 合 气 偏 稀 。 因 此 ，冷 却 液 温 度 偏 低 或 温 度 过 高 ，都 需 要 相 应 增 加 喷 油 量 。 冷 却 液 喷 油 量 修 正 结 果 见 表 ，为 当 前 工 况 标 定 值 的 百 分 比 。表 冷 却 液 喷 油 量 修 正 表 冷 却 液 温 度 修 正 量 结 论 ）比 较 产 品 类 型 ，使 用 定 型 作 为 本 届 赛 车 发 动 的 控 制 单 元 。 在 对 比 分 析 各 款 产 品 功 能 的 基 础 上 ，最 终 选 定 为 。 ）在 分 析 总 线 电 路 图 和 电 路 图 的 基 础 上 ，根 据 控 制 需 要 重 新 设 计 了 发 动 机总 线 电 路 图 ，并 根 据 电 路 图 完 成 了 接 线 工 作 。 实 现了 对 发 动 机 传 感 器 、执 行 器 和 附 属 设 备 控 制 的 电 路 基 础 。 ）为 使 得 能 够 准 确 识 别 各 传 感 器 信 号 所 代 表 的 意 义 ，针 对 各 传 感 器 具 体 情 况 ，通 过 不 同 方 式完 成 了 发 动 机 所 用 到 传 感 器 的 参 数 标 定 。第 期 黎 杰 ，等 ：基 于 的 发 动 机 标 定 方 法 ）在 理 论 研 究 成 果 的 基 础 上 ，结 合 本 届