（动力机械及工程专业论文）基于qmi152摩托车发动机的电控喷射技术研究.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 随着国家对大气环境治理力度的加大，摩托车排放法规会逐年加f m ，达不到 排放法规要求的摩托车将不允许投放市场。电控燃油喷射技术以其良好的节能效 果和低排放的性能成为当前摩托车环保技术中的最佳选择。预计在不久的将来， 随着排放法规的逐步加严，必将给摩托车电控燃油喷射系统提供一个广阔的市 场。 首先，本文就目前摩托车电喷系统的发展进行了综述，在比较后，结合实际 情况，提出了总体设计方案，用电控喷嘴替代了化油器系统。在此基础e ，以8 9 c 5 2 为主控制芯片，设计了电控系统的e c u ，包括信号采集、执行器控制和上下位机 通讯电路。然后以主程序和中断程序相结合的结构设计了电控系统的软件。另外， 还进行了系统的抗干扰设计。 在完成了系统软硬件设计之后，建立了喷油脉宽的数学模型。通过模拟计算 获得汽油机喷油初始m a p 。然后通过试验对初始m a p 趟 了修正，并对起动、暖机、 加减速等变工况进行了燃油补偿。 最后，进行了试验台架的初装，并在q m l l 5 2 摩托车发动机机上进行了部分试 验。 关键词：摩托车汽油机 电控燃油喷射喷油m a p 图 浙江大学硕： 学位论文a b s t i 认c t a b s t r a c t w i t hm o r ea n dm o r e s t r i c ke x h a u s te m i s s i o ns t a n d a r di nr e c e n t y e a r s ，t h e m o t o r c y c l ew h i c hc a nn o tb eu pt o t h ee m i s s i o ns t a n d a r dw i l l r i o tb el a u n c h e d e l e c t r o n i cc o n t r o l l e df u e li n j e c t i o n ( e f i ) t e c h n o l o g yi st h eb e s tc h o i c ef o rt h ec u r r e n t m o t o r c y c l ee n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nt e c h n o l o g yb e c a u s eo fi t se x c e l l e n tf u e le c o n o m y a n dl o w e m i s s i o n s o ，m o t o r c y c l ee f is y s t e mh a sah u g em a r k e ti nt h ef i i t u r e f i r s to fa l l ，t h e d e v e l o p m e n to fc u r r e n tm o t o r c y c l ee f is y s t e mi ss u m m a r i z e di l t h i s p a p e l a f t e rc o m p a r a t i o n ，t h ef o r m e rc a r b u r e t o rs y s t e mi ss u b s t i t t l t e db ；e f i s y s t e m b a s e do nt h i s ，t h i s p a p e rd e s i g n st h ee c uo ft h i se f iu s i n g8 9 c 5 2a s m a i n c h i p 、i n c l u d i n gs i g n a la c q u i s i t i o n ，c o n t r o lo fa c t u a t o ra n dc o m m t m i c a t i o nc u r c u i t a tt h es a m et i m e t h e n ，t h ec o n t r o ls o f t w a r e i s d e s i g n e dc o m b i n i n gm a i np r o g r a m w i t h i n t e r r u p tp r o g r a m b e s i d e s ，t h i s p a p e rd e s i g n st h es o f t w a r ea l l dh a r d w a l _ e a n t i - j a m m i n g a f t e rd e s i g n i n go fs o f t w a r ea n dh a r d w a r e ，t h i s p a p e rs e t su pt i l e m a t l l e l l l a t i c s m a r l i x b yt h i sm a t r i x ，t h ei n i t i a lf u e lm a pi so b t a i n e dt h e nt h ei n i t i a i m a pi s 。o ”e 。c b yb e n c ht e s t ，a n df u e li sc o m p e n s a t e di ns t a r t i n g ，w a r m i n gu p a c c e l e r a t i n g a n d d e c e l e r a t i n gs t a t es e p e r a t l y a tl a s t - e x p e r i m e n t a t i o nb e n c hi s f i r s tt r i e d o n ，a n dap a r to ft e s ti s l a k e 】1o n q m i 15 2m o t o r c y c l e e n g i n e k e vw o r d s m o t o r c y c l e s p a r ki g n i t i o ne n g i n e e l e c t r o n i cc o n t r o l l e df u e l i n j e c t i o n f u e l m a p 2 浙江大学硕上学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景 我国是摩托车生产及使用大国，年产量1 0 0 0 万辆左右，约占世界摩托车总 产量的4 0 。2 0 0 0 年时我国摩托车创历史最高产量，为1 1 5 3 万辆，约占当年世 界摩托车总产量( 2 3 0 0 万辆) 的5 1 。同时，摩托车保有量也迅速增加，预计到 2 0 0 5 年将接近l 亿辆，详见表l 一1 。 表1 1 2 1 国内摩托车( 含轻便摩托车) 保有量统计和预测 1年份总保有量( 万量) 2 0 0 16 8 5 4 _ j 2 0 0 27 7 3 3 i 2 0 0 38 4 6 1 2 0 0 49 1 0 5 【 2 0 0 59 5 4 5 经过几年的飞速发展，摩托车行业的骨干企业己基本形成，但摩托车市场诈 在经历着一段调整时期，仍要经过一段时间的竞争、淘汰、兼并等，j 能走上较 好的发展道路；且现阶段，摩托车行业还存在着很多问题，如生产能力过剩，结 构不合理；行业总体技术水平不高，假冒伪劣盛行；企业技术创新能力薄弱，国 际市场开拓不利等。 摩托车自身的缺陷是阻碍摩托车发展的主要因素。目前摩托车混合气制备方 式基本l 都为化油器式，而摩托车化油器结构相对简单，加上许多企业在加工r 艺、精度上不能满足要求，使摩托车的动力性差、效率低、废气排放污染j m 重等。 随着环境污染的同益加重，对发动机排放的要求越来越高，相应的对摩托车的设 计要求乜越来越高。 大部分生产的摩托车可以满足现行排放标准，但我国现行摩托车排放标准低， 无法满足各城市的环保要求，因此各大中城市纷纷限制摩托车牌照的发放和禁l i 摩 托车上路。有资料显示，无论用怠速法还是工况法都有相当一部分摩托车一次检 查无法达到标准要求“，这就容易造成实际使用过程的失控。我国政府已经意识到 这一点r 正在酝酿新的排放标准。然而，即使是新标准出台，与各大中城市的环保 塑望查堂堡主兰篁笙壅 一翌二翌! 咝 要求仍有一定的差别。因此，部分大中城市应建立自己更严格的排放法规，在保证 城市的环保、安全和交通的前提下，既刺激摩托车技术的进步，又可以激活城市的 潜在市场。 目前我国对摩托车排放的控制是随着认识水平的提高、环保意识的增强及技 术水平的进步而逐步增强的。我国目前摩托车怠速法排放限值、工况法排放限值 及执行日期分别见表卜2 表1 3 。 表1 ，2 2 l 摩托车和轻便摩托车的怠速排气污染物限值 h c x 1 0 6 1试验类别c o ， 四冲程：冲程 2 0 0 3 年1 月1 日 388 0 0 3 5 0 0 起，型式认证试验 ；2 0 0 3 年7 月1 同 l 起，生产一致性检 4 01 0 0 04 0 0 0 j查试验 2 0 0 3 年7 月1 闩 起生产的在用车 451 2 0 04 5 0 0 检查试验 2 0 0 3 年7 月lf 【前 生产的在用车检 4 52 2 0 08 0 0 0 查试验 注：h c 浓度按正己烷当量 浙江人学硕士学位论文 第一章绪论 表1 3 f 2 1 摩托车工况法排气污染物排放限值及执行日期 第一阶段限值( g k m ) 第二阶段限值( g k m ) 排气污 染物 两轮摩托车三轮摩托车 两轮摩托车三轮摩托车 二冲程四冲程二冲程四冲程 c o8 1 3 1 21 9 55 5 7 h c464 51 _ 21 5 n o x0 1o3ol50 4 50 30 4 注： 1 第一阶段型式认证试验自2 0 0 3 年1 月lf 1 起执行；生产一致性检查自2 0 0 3 年7 月1f t 起执行。 2 第二阶段型式认证试验自2 0 0 4 年1 月1f 起执行；生产致性检查自2 0 0 5 年7 月1 日起执行。 1 2 电喷厚托车的研究及发展 电喷摩托车技术在国外相对比较成熟，并有大量的电喷摩托车上市。但大部 分的电喷摩托车是大排量、豪华型的摩托车。如德国的宝马、日本的铃木、本阳、 川i 崎、雅马哈等公司。对于中小排量的摩托车电喷技术处于领先地位的应该属于 澳人利亚的“奥必托”和意大利的比亚乔。国内的春兰、力帆等企业电开始尝试 电喷技术。目前在摩托车上使用的电喷系统主要有以下形式3 】： 1 奥地利a v l 公司的s d i 系统( 图1 - 1 ) 奥地利的a v l 公司于上世纪9 0 年代初，在铃木a x l 0 0 摩托车上研发成功 了一套二冲程摩托车用半直接电控喷射系统( 简称s d i 系统) 。所谓半直接喷射， 是指在二冲程汽油机接近扫气行程终了时，电控喷嘴在扫气口处进行燃油喷射。 半直喷系统的应用可有效地减少二冲程汽油机在扫气行程中可燃混合气的“短路 损失”，从而达到降低油耗和控制排放的目的。由于电控喷嘴安装于扫气口附近， 所以浚系统采用低压喷射，对供油系统的要求相对较抵：同时，扫气气流还对喷 嘴具有一定的冷却作用。但是由于该系统仍然是在扫气行程中进行燃油喷射，所 以，还是有部分可燃混合气经排气口逃逸，造成燃油的浪费以及较高的排放水平。 浙江夫学硕- 学位论文第一章绪论 幽1 一l 昊地利a v l 公司的s d i 系统 2 澳大利亚o r b i t a l 公司的s e f i 系统( 图1 2 ) 该系统为二冲程汽油机缸内直接喷射系统( 简称s e f i ) ，其最大特点是夹气喷 射和缸内分层燃烧。主要目的是利用新鲜空气扫气。在进气口接近关闭或已经关 闭以后再向汽油机缸内喷射燃油，可有效地解决普通二冲程摩托车汽油机的燃油 “短路损失”问题，从而尽可能减少燃油直接排向大气，大幅度降低了二冲程摩 托车的排放与油耗指标。 图i - 2 澳大利亚o r b i t a l 公司的s e f i 系统 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 采用s e f i 系统后，按照e c e4 0 工况法测试的二冲程摩托车的排放水平有 大幅度地降低( 图1 - 3 ) 。但是，由于s e f i 系统在增加电控单元、喷嘴、油泵以及 有关传感器的同时，燃烧方式也要发生相应的改变，需对气缸盖、气缸体和活塞 进行重新设计，以实现分层燃烧。相对化油器而言，成本会大幅度提高。同时， 由于混合气过稀以及润滑条件较差，容易出现活塞烧顶、拉缸等现象。因此，该 系统在二泔l 程摩托车上的应用尚存在定的困难。 排放项目 幽1 3s e f i 系统质姑排放水平 3 贵州红林机械厂的c a t 系统 贵州红林机械厂研制开发的二冲程摩托车电控燃油缸内直喷系统( 简称c a t 系统) 主要由往复式高压单柱塞泵、高速记忆式电磁阀、电控喷油器和节气门传 感器等部件组成。 单柱塞泵由发动机曲轴带动。偏心凸轮驱动向电控喷油器提供具有期望压 力的燃油，而电控喷油器由电磁阀、蓄压腔和喷嘴等部件组成。其作用是向发动 机燃烧室提供能够充分雾化的高压定量燃油：电控单元根据发动机曲轴转角位 置、速度、负荷指令及节气门位置等信号，通过已经写入的喷油量m a p 和喷油 n i 时m a p 图，确定合适的喷油量及喷油定时，从而完成发动机的工况控制。同 时，电控点火可以使发动机在所有的工况下都能得到最佳点火提前角，克服了传 统c d i 的步进角小的缺点，保证发动机的正常运转。 该系统针对二冲程摩托车汽油机高速的特点，具有较高的响应速度，系统的 关键元件为高速记忆电磁阀，其响应速度已达到一个未秒级以下，使鉴个系统即 使在发动机最高转速时也能完成对发动机燃油的精确控制：另一个技术要点是该 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 系统采用怠速间隔喷油技术。即发动机在怠速运转时，电喷系统在一定的转速范 围内和一定的节气门开度范围内采用规则的间隔电控喷油方式，大幅度地降低油 耗和排放。怠速排放中，h c 排放比原机最多降低6 2 ，c o 排放最多降低5 9 ， 油耗降低4 2 ，同时保证发动机的怠速运转稳定不变。 该系统的不足之处在于其油泵属于机械泵，需要增加驱动机构，对发动机也 须有一定的改动，从而增加了系统的复杂性。 4 法圈s a g e m 公司的四冲程摩托车用燃油喷射系统 与二冲程汽油机的电喷系统相比，四冲程汽油机所用的电控汽油喷射系统较 为成熟。四冲程摩托车用燃油喷射系统为进气管喷射。以丌环或闭环控制方式对 喷油量及点火提前角进行控制。目前法国s a g e m 公司为我国部分摩托车生产企 业丌发的四冲程摩托车用燃油电喷系统已开始在国产摩托车上应用，有的企业已 经生产出电喷样车或进行小批量试产。该系统由于全部采用进口部件( 包括传感 器) ，所以制造成本较高。 5 天津内燃机研究所的m c e f i 系统 天津内燃机研究所化油器项目组经过对市场及技术的深入研究后，选择了在 中田市场上量大面广的c g l 2 5 摩托车用15 7 f m 汽油机作为试验样机。利用自行 丌发成功的电控汽油机开发平台，进行适用该机型的电控汽油喷射系统m c e f t 的”发研究工作。 m c e f i 系统由电控喷油单元、节气门体总成以及关键传感器等组成。具有 小型化、模块化和低成本等特点。在充分考虑摩托车本身的技术特点后，利用原 磁电机点火触发信号作为电喷系统喷油脉宽和点火提前角的基准信号。这样可以 尽可能地减少系统零部件、提高整个集成系统的可靠性。同时也可以达到降低成 本的目的。该电控喷油单元采用新型的泵嘴( 电子燃油泵与喷油器) 集成方案，有 效地降低了系统的能耗，延长了蓄电池的使用寿命，同时提高了喷油系统的集成 度，降低了系统的有关成本。自主开发的电控单元e c u 及其控制程序，有效降。 低了系统的开发与制造成本，使摩托车大量地采用电喷系统成为可能。另外，通 过对陔电喷系统的丌发研究，该项目组摸索并掌握了有关电喷系统与摩托车的匹 配技术，研制成功了摩托车电喷系统所必须具备的开发平台。 m c e f i 的应用使摩托车在中低负荷工况下的动力指标和经济指标得到了很 、 浙江大学碗士学位论文第一章绪论 大的改善。结合怠速运转优化方案以及间隔喷油技术，使摩托车的排放指标得到 有效的控制。 在中国摩托车技术市场中，电喷系统除了其技术的先进性外，企业在采用过 程中还必须充分考虑其制造成本、可靠性以及保养维修的便利性等。同时，还必 须掌握和拥有套行之有效的匹配技术以及相关的电喷技术开发平台。只有这 样，企业生产的产品既能达到有关排放法规和油耗标准，同时成本增加又不致于 太高。这样才能在激烈的市场竞争中赢得主动。 1 3 谍越口 行性分析 综上所述，电喷摩托车是现阶段最为理想的摩托车产品。而且，城市居民具 有强烈的购买欲望，各中、小城市有着巨大的潜在市场，摩托车生产厂家也非常 重视城市市场的开拓。且对现有摩托车和助动车的臀代本身就是很大的市场，城 市居民的消费特点为电喷摩托车的发展提供了机遇，新兴市场的潜力依然巨大。 虽然目前已有9 0 的汽车采用了电喷技术，但幽内采用电喷技术n 勺摩托车还 小到l 。影n 向小排量摩托车电喷技术推广的主要问题就是电喷系统的成本棚列 整车来说较高。影响成本的主要原因是电喷产品的生产设备和丌发投入十分巨 大，单是几十万套生产能力的发动机控制单元e c u 生产线就需四五t - ) d 元，加 上喷嘴、传感器、油泵的生产线及较高的开发费用，一般企业难以承受。但是， 随着我国排放法规的日趋严格，摩托车电子控制喷射系统的，f 发已经成为一项迫 在眉睫的工程。 - z g b ，浙江省本身就是一个摩托车产量比较大的省份，而且中小型企业居多 他们在技术上转型相对来说是比较容易的。但关键是要根据他们的实际情况及不 同特点，因地制宜，降低成本，提高性价比，开发出真正适合国内摩托车的电喷 系统。 1 4 本课题研究内容 本课题将原q m l l 5 2 化油器式摩托车发动机改装成为汽油喷射式发动机，进行 的主要工作如下： ( 1 ) 设计系统的机械部分，用汽油喷射系统取代原有的化油器系统： ( 2 ) 设计系统的控制部分，包括硬件、软件： 浙江大学碗士学位论文 第一章绪论 ( 3 ) 经理论计算及试验，确定了基本喷油量；经大气压力修正及变工况修正 后，得到实际喷油量； ( 4 ) 系统抗干扰设计； ( 5 ) 发动机试验台架初装及部分工况点试验。 浙江大学硕士学位论文 第二章喷劓系统设计 第二章喷射系统设计 2 1 喷射方案的确定 1 电控汽油喷射系统的类型 对于电控汽油喷射系统可以按以下方式进行分类： 1 1按汽油喷射的位置，汽油喷射可以分为两大类：缸内喷射系统和进气管喷 别系统。 缸内喷射( 图2 1 ) ，是将喷油器安装于缸盖上直接向气缸内喷射。因此， 要求喷油器阀体能够承受燃气产生的高温高压 6 1 。 艘太 粼舢i 隆茏渤，一哼。u 沦? t 一纠j 。、 厂氨- l 脒9 i ，o 懈 vu g ，| ! ， i 选u 一吖唰i f 舶t 1 2 l 一高压漩涡i 喷油器2 一步进电机式e g r 阀 3 一怠速控m 阑4 一线性电磁阑( 负荷控制) 5 一线性电磁闽( 开关控制)6 一节气门 7 一卡门空气流量传感器8 一高压燃油采9 一高压榘 l 0 一低压调节器 l 1 一输油泵 】2 一燃油压力转换电磁阎 l 3 一高压调节器 图2 1缸内直接汽油喷射系统 这种缸内直喷汽油机，在部分负荷时用混合气的分层方法实现稀薄燃烧， 实现质调节：在高负荷时按化学计量空燃比混合气工作，实现量调节，加上采 用排气再循环，可以得到高的输出功率输出和低的n o x 排放。同时，由于采 用了强的空气运动( 如紊流) 和涡旋式喷嘴，压缩比可达1 2 1 4 ，从而获得接近 柴油机的高热效率。目前，装这种汽油喷射系统的汽油机已形成了产品。 塑垩查堂堡圭兰篁笙壅一i 笙望生堕型墨! ! ! 鲨 进气管喷射系统又称节气门体喷射系统( 简称t b i ) 或中央喷射系统( 简称 c f l ) 。( 图2 - - 2 ) 这种汽油喷射系统在结构布置上与化油器式发动机类似，直 接将汽油喷入节气门上方的节气门体中，燃油与空气混合后，形成的混合气被 吸入气缸内m 1 。 节气门体喷射系统由于喷油器的位置距离进气门较远，喷入的燃油有足够 的时间与进气流混合形成均匀的可燃混合气，因此对喷油雾化的质量要求不 高，可以采用较低的喷油压力( 通常为2 5 0 k p a 左右) ，这样就可以降低对喷油 器和电动汽油泵等零部件的要求，从而降低成本。 ，弋 一燃油2 一i 址气3 一节气门4 一进气逢 5 一进气门 圈2 2节气i 、。j 体喷射示意剀 1 2 按对空燃比的控制方式，汽油喷射可以分为开环控制和闭环控制两类。 在控制系统中，若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则叫做开环控 制系统。在丌环控制系统中，不需要输出量反馈到系统输入端与输入葑进j 亍比较， 如图2 3 所示。对于每一个参考输入量，便有一个相应的固定工作状态与之相列 应。这样，系统控制的精度便决定于校准的精度。为了满足实际应用的需要，开 环控制系统必须精确校准，并且工作过程中设法保证该校准值不发生变化。 与开环控制相异的是，闭环控制必须对发动机的性能参数进行不断的检测， 通过检测得到的输出量调整输入量，使发动机始终处于最佳性能的工作状念。如 图2 。4 所示。从图可知，闭环控制对发动机的工作状态变化具有自我调整的功能。 需 浙江大学硕士学位论文 第二章喷射系统设计 图2 3 开环控制系统简图 幽2 4 闭环控制系统简图 采用闭坏控制系统，有两个关键性的问题很难解决，一是控制系统的稳定性 问题，二是反馈传感器的时响应问题。在优化参数的搜索逼近过程中，很容易 出现不稳定现象，系统出现振荡，无法实现控制优化的目的；另外，由于反馈传 感器的时间u 向应太长控制系统无法及时跟随发动机运转情况的变化，做出f 确 的反应。目前一般的氧传感器作为空燃比反馈传感器达不到要求，而较好的氧传 感器价格相对昂贵，提高了整个系统的造价。因此，从成本及系统的复杂性上考 虑，本课题更适合采用开环控制系统。 2 电控喷射系统的总体设计 综合多方面的考虑，本课题采用了进气管喷射的开环控制系统( 图2 5 ) 。e c u 接收发动机转速、节气门位置、曲轴位置、缸体温度四种信号，然后确定发动机 所处的工况，从最优数据库存储单元( m a p 图) 内，找到最需的供油量数据，、并发 出与其相应的喷油控制信号。 浙江太掌硕 学位论文 第二晕喷射系统改计 图2 - 5 电喷系统总体设计幽 2 2 喷射控制系统的硬件设计 1 e c u 的设计 电控汽油喷射系统的核一心是电控单2 无( e c u ) ，它完成各种参数的果集和喷油 量、喷油时刻的控制，决定整个电控系统的功能。由于电控系统是一个按预先设 定方式完成目标的实时控制系统，所阱要求e c u 不仅具有较强的抗干扰能力， 同时应该要有良好的可靠性。 e c u 的设计遵循如下的准则： 1 适应e c u 具体的工作环境，采用可靠性设计； 2 电路采用模块化设计方法： 3 采用低功耗性能的元器件，简化电路、降低功耗、提高控制精度 4 系统具有较好的抗振和抗电磁干扰能力，能够在一定范围的温度环境 下【作： 5 系统按照调试方便、便于维修、成本低、质量轻的目标来设计。 基于以上准则，设计了电控系统的e c u 。主控制芯片选用8 9 c 5 2 ，这里简 浙江大学硕士学位论文 第二章喷射系统设计 要介绍一下8 9 c 5 2 芯片。 p h i l i p s 公司的p 8 9 c 5 2 是一种低功耗、高性能的8 位c m o s 微处理器芯片。 其内部自带8 k f l a s h ，2 5 6 字节的r a m ，因此再只需扩展一块e e p r o m 用于存放 m a p 数据即可满足要求。另外它还有3 2 个i o m ，3 个1 6 位定时器，8 个中断源， 1 个全双工串行e l 。它突出特点是把功能多样的8 位c p u 与闪速存储器结合在同一 ，岱片上，这为许多嵌入式控制应用提供了高度灵活又价格适宜的方案”1 。 由于采用了8 9 c 5 2 芯片，c p u 的外围电路非常简单，故在此仅以框图表示。加 上上下位机通讯、数据采集电路及输出电路便构成了整个e c u 部分，如图2 6 。 图2 - 6e c u 系统框图 2 前向通道配置及电路设计 前向通道主要包括节气门位置、转速、曲轴位置、缸体温度传感器的选型及 电路设计。 ( 1 ) 节气门位置测量 节气门位置传感器是根据摩托车的实际节气门控制原理，采用线性变化的可 变电阻，将其节气门的开度转化成电压的变化，在不同的节气门开度下产生不同 的电压，以模拟量形式经单片机内部a d 转换后送入处理器。其结构及输出特性 见圈2 - 7 。主要功能是通过控制器辨识信号变化及大小来判断发动机所处的：l 况，以及用于检测发动机的变工况运行及节气门全开状态，从而实现对加、减速 等变工况及怠速、滑行和全负荷等特殊工况的有效控制。节气门开度信号处理电 浙江大学硕士学位论文第二章喷射系统设计 路如图2 - 8 所示。 【i ，结物 v t t e s5 誊 霆讥j d n息适烛点信号 唑 匕二 o5 0 i o o 节气门开度( ) ( b ) 辅出特性 卜i u 阻 2 一检测节气门开度的电刷3 检测节气门全 j 1 的电刷 图2 7 节气门位置传感器及其输出特性 蚓2 - 8 节气门位崔传感器接口也路 ( 2 ) 转速测量 发动机转速传感器对于电控系统来说是非常重要的。转速脉冲信号是由安装 在曲轴上的磁电传感器获得。脉冲触发盘上有6 0 个齿，这样可以对转速进行精 确测量。其信号处理电路图如图2 - 9 。系统根据不同的转速进行不同的喷油控制。 转速信号 ! l lr 、旦 至州n 图2 9 转速信号处理电路 ( 3 ) 曲轴位置测量 曲轴位置传感器是电控系统所有传感器中最重要的。它所发出的信号为电 浙江大学硕士学位论文 第二章喷射系统设计 控系统与发动机运行的同步信号。本电控系统使用的是霍尔式传感器，其所使 用的磁钢的安装位置对应于活塞运动的上止点前5 0 。这样喷油器在发动机 的压缩冲程和排气冲程各喷油一次。其信号处理电路如图2 1 0 。 v c o 幽2 1 0曲轴位置信号处理电路 ( 4 ) 缸体温度测量 在温度传感器中铂测温电阻最稳定【9 】，测温范围也宽( 一2 j o + 6 4 0 ) 。在 本实验中，我们利用该传感器来测量机体温度。铂电阻方程可用多项式表达【9 1 ： r ( t ) = r 。( 1 + ot + bt ! + yt = + ) 式中t 为摄氏温度，r 。是t = o e 时的铂电阻值，温度系数o = 3 9 0 8 2 1 0 1 ：、 p2 5 8 0 1 9 5 $ 1 0 1 ( ) ! 。二次项系数与一次项系数间相差4 个数量级，可 见具有较好的线性特性。 下面采用恒压工作方式，对其进行分析： 激励铂电阻的工作电压为恒定电压时，称铂电阻为恒压工作方式。我们讨 论直流电桥与差动放大器级相联的恒压工作方式接口交换电路，如图2 - 1 1 所示。 图2 - 11 带线性补偿恒压工作方式实用电路州 浙江大学硕士学位论文 第二章喷射系统设计 图中直流电桥为并联对称工作电桥，r 0 是t = 0 时的铂电阻值，即在o 时 电桥平衡。图中输入电压v 。= 1 0 v ，则根据铂电阻工作电流限制在5 m h 以下的要 求，有r i i l r 。取凡：1 0 0 q 的铂电阻，则可取r ：2 k q 。 5 m a 当t 09 c ，电桥不平衡输出电压和电路方程为： v ：v 。堡! 隧! ：圈 ”( r l + r o ) r l + r ( t ) v ：v ，x 里 r 2 电源用三端稳压器7 8 1 0 ，地端g n d 接正反馈电压。正反馈电压经运放儿输 出。运放a ! 选用可吸收7 8 1 0 电流的运放t l c2 7 m 2 c n 。图中v r 用于反馈系数调 节，即线性调节，vr ! 用于零点调节。 3 后向通道配置及电路设计i 后向通道配置电路完成对e c u 对执行器的控制，在本课题中是对喷嘴的喷油 量的控制。 课题中使用的为日本d e n s o 的喷油器，其构造及喷油特性如图2 一1 2 所示。 出图可以看出，喷油时间 a x则x ( i ) = x ( i 一1 )取6 i 次采样值 再采用算术平均虑波法，把n 个采样值求算术平均( 3 l 】f 3 4 1 。 = 专( f ) 式中：y ( k 卜一第k 次n 个采样值的算术平均值 x ( i ) 一第j 次采样值 2 、防止程序失常设计 如果系统的e c u 单元受到干扰侵害，可能导致严重的后果。干扰会使单片 机的p c 值改变，造成程序运行失常，有可能会引起下述后果： a ) 程序飞出 p c 值指向操作数，将操作数作为指令码执行；p c 值超出应用程序区，将非 程序区中的随机数作为指令码运行。不管何种情况，都造成程序的自日运行，最 后进入死循环。 b ) 数据区及工作寄存器中的数据被破坏 程序的盲目运行，将随机数作为指令运行的结果不司避免地会茸目g t t7 _ ：一 些存储器读写命令，从而造成其内部数据的破坏。 为了防止控制系统运行软件失常或者崩溃，在控制软件设计中加入软件陷 阱。所谓的软件陷阱，是指某些类型的c p u 提供给用户使用的软中断指令或者复 位指令。软件陷阱是指令雍余的一种应用形式，用于捕捉