节能车电喷数据优化处理控制策略介绍*

胡兵，要志斌，连晋毅，沈一奇

节能车电喷数据优化处理控制策略介绍*

胡兵，要志斌，连晋毅，沈一奇

（太原科技大学，山西 太原 030024）

随着汽车行业的发展和时代进步，节能、绿色已成为未来汽车行业发展的趋势，而以油燃料的车面对的形式日渐严峻，文章利用EFITune软件进行调谐、设置光印动力电喷ECU的所有参数等方式，根据用户的需求提供给发动机所需的燃油量，既要保证不损失发动机的动力性，又要使发动机以较低的燃油消耗量行驶。

调谐；传感器；ECU

引言

随着汽车行业的发展和时代进步，节能、绿色已成为未来汽车行业发展的趋势，而以油燃料的车面对的形式日渐严峻，企业举办类似节能车的比赛活动，促进汽车行业的改革创新，使未来汽车具有更好的动力性、燃油经济性和更高的排放标准。

以本田提供的125cc发动机为研究对象，通过对发动机的改造主要集中在机体的减重、发动机工作时的保温、机油的循环润滑、压缩比及燃烧效率的提高等几个方面。

1 发动机改造

使用的发动机是赛方所提供的125cc单缸四冲程的汽油机，原机压缩比为9、最低燃油消耗率约为365g/KW·h、最大功率约为6.6KW，采用电启动方式、两气门配气机构、用化油器进行供油、靠曲轴飞溅润滑。

对发动机的改造主要集中在机体的减重、发动机工作时的保温、机油的循环润滑、压缩比及燃烧效率的提高等几个方面。机体的减重：把发动机的变速箱及汽缸体上散热片切除掉，缸盖减薄，排气管做成耐高温的软管。为了确保发动机在熄火后再启动能快速到达最佳工作温度，减少热量的散失，我们用保温材料对发动机包裹进行保温处理。润滑需增加外循环润滑系统。

图1 汽缸盖的改造结果图

利用ANSYS软件中 FLUENT模块对发动机进、排气系统流体仿真分析CFD，以得知改造后发动机内部的工作情况。

图2 发动机进、排气系统主流速的分布图

图3 发动机进、排气系统压力分布图

2 电喷原理

通过修改ECU内设的参数，根据ECU内部的逻辑，使得发动机按照用户的意图更好的运转，使其具有更好的动力性、燃油经济性及排放标准。用户主要通过修改冷车启动喷射量、变速设置、充气效率数据表（VE表）、点火角度数据表等。

图4 电喷系统方案

发动机排量较小时，可以使用怠速控制阀替代步进电机，可以去掉进气温度传感器，去掉进气压力传感器，使用软件预测缺失的信号，在正常情况下也可以满足车辆能的要求，图4为电喷系统方案。

3 电喷的控制策略

3.1 燃油控制逻辑

3.1.1 启动预喷油控制

首次启动发动机、或熄火关机后再次启动、或熄火后未关机但是驻机较长一段时间后，当ECU接通电源后，ECU首先控制喷油器进行自动排气泡，喷油器工作，但不会有燃油喷射出，目的是为了防止发动机在停止工作后再启动，汽油在喷油器内因体积的变化而不能按照ECU的指令正常。排完气泡后紧接着是预喷射，其目的是为了在发动机停止工作后再启动时，让不再湿润的进气歧管内壁重新变得湿润，以减少燃油的损失，以便于更好的启动。预喷油脉宽的大小（包括喷油器开启的时间）由 ECU 内部控制逻辑决定，它是以下变量的函数：启动时的发动机水温传感器（ECT）/缸温传感器（ET）、进气温度传感器（IAT）、油门踏板传感器（AAP）等。

3.1.2 启动发动机燃油控制

根据ECU内设的控制策略，可以将发动机的启动时的燃油加浓控制大致分为三个过程：带动启动加浓控制、启动后加浓控制、暖车加浓控制。带动启动：发动机依靠外界的作用力启动的过程，一般若能在带动启动过程中成功点火运转5次以上，即可认为完成带动启动。启动后：带动启动完成后，发动机可以自己点火运转而不需要外界力作用的启动过程。暖车过程：已完成启动后、向怠速过渡的阶段。

3.1.3 带动启动加浓控制

带动启动加浓控制启动需要一个阈值是，即发动机在冷车的最高与最低温度之间由带动启动的转速控制。

在带动启动时, ECU内设线性插值法LI（Linear Interpo -lation）计算逻辑会根据用户设定的冷车最高低温度对应的两个喷射脉宽，计算出当前温度下的带动启动加浓喷射脉宽。若所设置的带动启动加浓喷射脉宽过大，则会因喷射燃油量太多而造成混合气过浓，使发动机无法启动，还会让燃油“淹没”发动机，即淹缸。

3.1.4 启动后加浓控制

在发动机启动过程、启动成功进入怠速工况的初始时期，考虑到 ECT /ET较低从而燃油的挥发较低，所以需要进行启动加浓控制，控制目的是保证发动机能够“启得起”能够“着得住”。

当发动机完成带动启动后，有ECU内设的阈值——启动后补偿值决定喷油器是否可以进行启动后加浓控制。启动后燃油喷射脉宽随点火次数的增加而逐渐减少到0（由启动后补偿点火次数设定值Number of Ignition Cycles决定），启动后加浓量的大小由 ECU内部控制逻辑决定，它是以下变量的函数：ECT/ET、发动机转速波动、IGN启动后的点火次数相关。

3.1.5 暖机加浓控制

发动机起动后，由于启动加浓控制很快就减小并消失，但是 ECT/ET 可能还处于较低水平，发动机还未完成暖车过程，还需要额外的燃油——暖车加浓，其目的是抵消 ECT /ET较低时进气道内燃油挥发的降低，使得发动机点火爆炸状况比较稳定。暖机加浓量的大小由 ECU 内部控制逻辑决定，它是以下变量的函数：ECT/ET、MAP。

在忽略人为变量因素的干扰下，实践证明，能调节为一触即发的情况最为省油。

图5 启动发动机并燃油控制图

3.1.6 变速设置

节气门体内置节气门传感器、进气负压传感器，把节气门与进气负压的变化信号传递给ECU以用来判断当前发动机是否处于变速的状态，为发动机提供合适的燃油喷射量。 ECU检测到发动机处于变速状态时，就会启动加速补偿输入值（Acceleration Enrichment Bins）对变速时的燃油喷射脉宽进行LI修正，得到接近理论燃油量的实际喷射脉宽。

当发动机处于冷车状态，加速时需要额外的加浓补偿——冷车加速补偿，应满足燃油补偿公式：所有的加速补偿等于基本加速补偿脉宽乘冷车加速补偿的乘数加冷车加速补偿。

图6 加速设置参数关系图

3.1.7 瞬态油膜补偿

节气门体上的喷油器在工作时，进气管内的燃油（由于液体附着的特性）会附着在进气管内壁上形成油膜，当节气门开度突然增大、减小时，进气道内的进气负压也会随之突变，打破原本平衡的油膜黏附量与蒸发量，使得实际的空燃比偏离理论的空燃比（A/F），进气负压正比于节气门开度，而油膜蒸发反比于气门开度。

瞬态油膜补偿模型分为两部分：快速补偿模型与慢速补偿模型。慢速补偿模型的触发变量是进气压力信号，快速补偿模型的触发变量是预测进气压力。之所以说预测进气压力是快速的，是因为当节气门开度的变化率较大时，进气压力变量的变化率一般会滞后一些，而直接根据节气门开度估计的预测进气压力相对快多了。

3.2 进气与转速控制逻辑

3.2.1 启动空气控制

发动机的点火启动需要较大的空气量支持，ECU 在驻车状态下会自动调整旁通气道控制器的开度大小。控制目的是为发动机启动提供足够且合适的空气量。旁通气道控制器的开度大小由 ECU 内部控制逻辑决定，它是以下变量的函数：启动时的 ECT/ET、IAT、AAP。

3.2.2 启动转速稳定控制

当发动机起动后，转速总是首先较大地偏离于怠速目标转速，然后再通过旁通空气量的调节稳定到怠速转速附近。在此过渡状态，需要进行启动后的怠速回归控制，这种控制和正常的怠速稳定控制有所不同。

3.2.3 怠速转速闭环控制

怠速稳定控制的目的是为了稳定并减低汽车的怠速。ECU内设逻辑会根据ECT/ET来确定目标怠速值以及当前实际转速，通过PID控制算法对旁通空气量大小进行修正调整。

3.2.4 怠速进气自学习

怠速转速稳定控制中，目标量是发动机转速，调整量是旁通气道开度， ECU控制逻辑在系统状态稳定时，会把PID算法输出的调整量转移到自学习量中，而自学习量又会被 ECU 永久保存下以便于下次开机后直接使用这个调整量。自学习控制是对闭环控制的补充，使得闭环控制的响应更加迅速。

3.2.5 进气阻尼控制

当驾驶员踩下节气门踏板车辆起步时，旁通空气控制器将提供更大的开度以便于辅助发动机提升扭矩，当驾驶员松开节气门踏板后，发动机速度将下降，为了使发动机能平稳过渡到怠速，系统提供了旁通空气控制的阻尼模拟控制，它能逐步实施旁通空气量的减小，并不取决于转速。

3.3 点火控制逻辑

3.3.1 基本点火角控制

基本点火提前角的计算一般要划分为三种不同的工况：启动工况、怠速工况、驾驶工况，在三种不同的工况下，分别读取不同的标定数据。

3.3.2 怠速转速稳定控制

对于怠速转速的平稳控制，除了对空气量进行调节外，还需要对点火提前角进行调节：转速偏离目标值越大，提前角调节量越大。转速偏高时减小点火提前角以降低扭矩，转速偏低时则增大点火提前角以提高扭矩。

3.3.3 瞬态工况转速稳定控制

在低负荷、急加速的工况下，对发动机转速的稳定控制，而对空气量进行控制难以实现，通过调整提前角实现。

3.3.4 点火线圈充电时间控制

ECU实时监测电压信号，并据此调整线圈充电时间。电压偏低时，延长充电时间，电压偏高时，缩短电时间；另外，在高速时，ECU 会判断充电时间是否前后重叠，并且会处理重叠的情况，以保证系统有充足的起弧燃烧时间。

图5 点火部分控制设置

3.4 空燃比的闭环控制

ECU会利用氧传感器反馈的电势差为信号来计算当前空燃比偏离理论空燃比的程度，通过PID控制算法对当前喷射脉宽修正调整，保持实际空燃比在理论空燃比附近，利用这一特性对充气效率表（VE）自动调谐修正。

4 结论

通过利用EFITune软件进行调谐、设置光印动力电喷ECU的所有参数，利用传感器检测到的信号传给ECU，ECU经过对信号的处理与分析等方式，减少了相应的发动机油耗。为节能、绿化的社会进步方向做出了贡献。

[1] Honda节能竞技大赛组委会. Honda节能竞技大赛规则（燃油组）[M].广东:本田技研工业（中国）投资有限公司,2019.

[2] 史文库,姚为民.汽车构造[M].北京:人民交通出版社,2013（6）.

[3] 徐志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2018（9）.

[4] 谭德荣.小排量汽油机燃油喷射控制系统及其优化技术研究[D]. 武汉理工大学, 2006.

[5] 郗大光.FAI电喷技术的节能策略[J].摩托车技术, 2005(10):21-23.

[6] 藤沢英也,小林久德,小川王幸,棚桥敏雄.最新电控汽油喷射[M],北京:北京理工大学出版社,1998.

[7] Jorge Segars.Analysis Techniques For Race car Data Acquisition [M],USA:SAE International,2008.

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，汉，本科，就读于太原科技大学，研究方向：电控发动机。要志斌（1981-），硕士，讲师，就职于太原科技大学，研究方向：工程机械设计及理论、微机电系统。连晋毅（1964-），男，教授，就职于太原科技大学，研究方向：车辆工程相关领域的设计理论与设计方法。沈一奇（1998-），男，本科，就读于太原科技大学，研究方向：电控发动机。

U464

A

1671-7988(2019)21-84-04

国家级大学生创新创业训练计划项目2019年（2019352）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.029

CLC NO.: U464