汽車發(fā)動機(jī)標(biāo)定技術(shù).doc

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第一章 標(biāo)定過程概述 動力傳動系統(tǒng)的目標(biāo) 每個標(biāo)定過程的第一步是確定動力傳動系統(tǒng)標(biāo)定的目標(biāo)。典型情況應(yīng)包括以下幾方面內(nèi)容： — 發(fā)動機(jī)的功率和輸出扭矩 — 驅(qū)動性能 — 不同溫度下起動時間 — 加速和減速性能 — 期望的燃油特性 — 工作溫度范圍 硬件選擇 在性能指標(biāo)確定后，為了達(dá)到這些目標(biāo)，需要選擇各種各樣的系統(tǒng)硬件。 節(jié)氣門口的直徑 由發(fā)動機(jī)節(jié)氣門全開時的最大空氣流量決定。 油泵流量和噴油器動態(tài)范圍 由怠速和節(jié)氣門全開時發(fā)動機(jī)燃油需要量決定。 排放標(biāo)準(zhǔn) 排放標(biāo)準(zhǔn)可能要求使用外接EGR閥、防燃油蒸氣污染系統(tǒng)、催化轉(zhuǎn)換器的數(shù)量和大小、暖機(jī)催化轉(zhuǎn)換器和輔助空氣閥(脈動空氣/空氣泵等)。 爆震控制 如果需要用最大點火提角來滿足功率和燃油經(jīng)濟(jì)性要求，或者車輛可能使用不同辛烷值的汽油，那么可能需要安裝爆震控制系統(tǒng)。 １．１　發(fā)動機(jī)在測功器上的初步開發(fā) 一旦系統(tǒng)硬件配置確定，就可以利用一或兩臺手工裝配的發(fā)動機(jī)進(jìn)行發(fā)動機(jī)測功器初步開發(fā)。 試驗前，必須安排時間排除測功器硬件的故障，確認(rèn)系統(tǒng)零部件達(dá)到技術(shù)要求，并且實際上通訊系統(tǒng)已正常工作。 發(fā)動機(jī)測功器用于評價發(fā)動機(jī)性能以及制定空燃比分布、所要求的點火提前角和充氣效率圖。 發(fā)動機(jī)性能 —在節(jié)氣門部分開度和全開時測量空燃比分布。 —分析O2傳感器對各缸的響應(yīng)來確定混合氣濃和稀情況下的最佳扭矩點影響。 —確定節(jié)氣門部分開度和功率加濃的燃油精度。 —測定有效燃油消耗率。 發(fā)動機(jī)控制參數(shù)圖 —部分負(fù)荷/節(jié)氣門全開的MBT。 —點火界線與燃油辛烷值關(guān)系。 —點火與冷卻水溫的關(guān)系。 —點火與EGR的關(guān)系。 —EGR圖與發(fā)動機(jī)排放關(guān)系。 —點火圖與EGR和發(fā)動機(jī)排放的關(guān)系。 —燃油經(jīng)濟(jì)性/NOx與HC的折衷選擇。 —充氣效率(VE)圖(速度密度系統(tǒng))。 —空氣流量計校準(zhǔn)(質(zhì)量流量系統(tǒng))。 １．２　車輛驅(qū)動性能的開發(fā) 一旦可以得到足夠數(shù)量的能夠批量生產(chǎn)的零部件，就應(yīng)馬上著手組裝一或兩輛試驗車，作為一個典型的開發(fā)平臺，進(jìn)行早期的標(biāo)定開發(fā)和車輛驅(qū)動性能評價。最重要的一些標(biāo)定工作包括以下幾項： —起動供油量 —冷機(jī)和熱機(jī)供油量 —瞬態(tài)供油量 冷態(tài)試驗 在標(biāo)定過程期間有兩種類型冷機(jī)試驗。第一種類型，稱為冷機(jī)，適用于發(fā)動機(jī)冷卻水溫等于或者接近于環(huán)境溫度的情況。 第二種類型，稱為冷環(huán)境，適用于低溫環(huán)境下進(jìn)行性能實驗。冷環(huán)境試驗，可以用一個冷的或予熱過的發(fā)動機(jī)進(jìn)行；具體根據(jù)試驗技術(shù)要求而定(即模擬整夜停車后或再起動)。 燃油標(biāo)定 燃油標(biāo)定分為兩種主要類型，開環(huán)和閉環(huán)標(biāo)定。 開環(huán)標(biāo)定可進(jìn)一步分為三種，一種對于冷機(jī)和暖機(jī)運(yùn)行是通用的，一種只能用于冷機(jī)運(yùn)行，一種只能用于暖機(jī)運(yùn)行。 １．３　開環(huán)標(biāo)定—冷機(jī)和暖機(jī) —起動燃油控制 —起動后A/F隨時間衰減的控制 —開環(huán)冷機(jī) —開環(huán)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷加濃 這階段的目標(biāo)是保持A/F是理論混合比或在理論混合比附近，使催化轉(zhuǎn)換器效率最高，同時保證良好的驅(qū)動性能。 開環(huán)標(biāo)定—冷機(jī) 開環(huán)冷機(jī)標(biāo)定包括以下功能： —功率 —功率加濃(PE) —加速加濃(AE) 開發(fā)冷機(jī)開環(huán)標(biāo)定時，工作重點應(yīng)該是在保證良好全面的驅(qū)動性能的同時避免過度供油，否則會導(dǎo)致火花塞積碳和產(chǎn)生黑煙。 開環(huán)標(biāo)定—暖機(jī) 開環(huán)暖機(jī)標(biāo)定包括下述功能： —催化劑和發(fā)動機(jī)的保護(hù) —功率加濃(PE) —加速加濃(AE) 根據(jù)時間、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的燃油加濃可用于保護(hù)催化劑，根據(jù)冷卻液溫度的加濃可使動力傳動系冷卻。 功率加濃(PE)供油可以提高發(fā)動機(jī)性能、防止爆震并降低活塞溫度。 １．４　閉環(huán)標(biāo)定 閉環(huán)燃油標(biāo)定的目的是在下述情況下保持空燃比的精確控制： —驅(qū)動性能加濃 —減速減稀(DE) —減速斷油(DFCO) 閉環(huán)A/F比控制的主要目的是保持最優(yōu)A/F比使催化劑的轉(zhuǎn)換效率最高。 驗證 初步標(biāo)定的驗證是通過在冷、熱溫度條件下進(jìn)行的一系列大范圍試驗完成的。 一旦完成了初始發(fā)動機(jī)控制圖和驅(qū)動性能評價，就應(yīng)開始車輛排放性能的開發(fā)，這樣在這一過程結(jié)束后便可確保達(dá)到排放認(rèn)證要求。 １．５　車輛排放試驗 在車輛排放試驗階段，為了獲得最佳排放性能，應(yīng)精細(xì)調(diào)整最初開環(huán)燃油標(biāo)定的數(shù)據(jù)，特別在以下幾個方面： —加速和功率加濃限制 —起動供油量 —點火 —EGR —負(fù)荷和海拔高度對發(fā)動機(jī)排放的影響 —怠速空氣控制系統(tǒng)對總的排放的影響 在排放試驗以后，車輛和控制系統(tǒng)現(xiàn)在的任務(wù)是在惡劣條件下進(jìn)行一系列試驗來確定它的適應(yīng)能力，包括溫度極限和高海拔高度。 低溫室試驗 在低溫室內(nèi)試驗階段，要測量發(fā)動機(jī)的起動轉(zhuǎn)速和燃油消耗量，以及蓄電池電壓下降條件下油泵輸出的油量，還應(yīng)該檢查火花塞是否被淹，這表明起動混合氣是否過濃。 冷機(jī)行車試驗 冷機(jī)行車試驗是為了評價冷機(jī)車輛的起動、起步和在高海拔地區(qū)運(yùn)行時的性能。 在高溫情況下，即在高溫室內(nèi)或在高溫行駛時也要評價車輛的驅(qū)動性能。這種做法是為了確定熱燃油輸送的問題，象燃油蒸氣、怠速不穩(wěn)定或催化轉(zhuǎn)換器的溫度過高等，如果需要應(yīng)進(jìn)行修正。 高溫室試驗 在高溫室內(nèi)試驗期間，評價下述性能： —起動供油量 —在高溫環(huán)境條件下加速加濃和減速減稀的功能 —蒸發(fā)排放性能 熱機(jī)行車試驗 在熱機(jī)行車試驗期間，車輛經(jīng)過一系列定量測試評價下列性能： —熱起動 —熱態(tài)供油 —瞬態(tài)燃油響應(yīng) —高海拔地區(qū)的性能 —蒸發(fā)排放情況 在遇到類似于拖掛或爬陡坡時的大負(fù)荷情況下，測量催化轉(zhuǎn)換器的溫度。 １．６　車輛排放試驗整理 進(jìn)行一系列大量試驗之后，車輛的硬件和軟件標(biāo)定結(jié)果應(yīng)徹底地進(jìn)行全面的整理。 在整個全部的標(biāo)定過程中，為了在性能和排放兩者之間都能很好地兼顧，應(yīng)不斷地對各種燃油和怠速控制的標(biāo)定進(jìn)行精細(xì)的調(diào)整。在提交車輛進(jìn)行系統(tǒng)和標(biāo)定試驗或排放認(rèn)證試驗之前，凍結(jié)軟件和硬件的進(jìn)一步開發(fā)是很重要的。 在整個驅(qū)動性能試驗階段，一定要保持燃油特性的一致。 系統(tǒng)和標(biāo)定試驗 發(fā)動機(jī)管理控制系統(tǒng)的性能和標(biāo)定的精確性在系統(tǒng)和標(biāo)定試驗期間被驗證，這些試驗包括： —冷機(jī)標(biāo)定 —行駛噪音水平 —海拔高度標(biāo)定 —熱機(jī)標(biāo)定 試驗還要評價發(fā)動機(jī)管理控制系統(tǒng)的電氣性能。 電磁干擾(EMI)試驗 EMI試驗可以確定系統(tǒng)對外部產(chǎn)生的電磁干擾是否敏感。 電磁兼容性(EMC)試驗 EMC試驗保證系統(tǒng)內(nèi)部各種電子零部件不產(chǎn)生相互干擾的信號。 １．７　車輛排放認(rèn)證試驗 車輛排放認(rèn)證試驗是標(biāo)定過程的最后一步，通常是最困難的一步。 在認(rèn)證試驗期間，標(biāo)定工程師們將看到他們所作的車輛標(biāo)定開發(fā)究竟結(jié)果如何；然而如果在開發(fā)期間利用了大量的發(fā)動機(jī)臺架試驗，獲得好的試驗結(jié)果應(yīng)當(dāng)完全不足為怪。如果整個標(biāo)定開發(fā)過程都是一步一步扎實地進(jìn)行，那么在提交車輛進(jìn)行排放認(rèn)證之前就可以精確地估計出最終的試驗結(jié)果。 為什么整車試驗不同于發(fā)動機(jī)測功器試驗 整車試驗和發(fā)動機(jī)測功器試驗在有些工況有著明顯的差別。所以在完成初始發(fā)動機(jī)測功器開發(fā)后，進(jìn)行廣泛的整車開發(fā)是很重要的。 一些原因是： 底盤動態(tài)特性－發(fā)動機(jī)測功器試驗不能提供車輛的“駕駛感”。對于許多參數(shù)的標(biāo)定來說這是很重要的，尤其在怠速和接近于怠速的工況。如不進(jìn)行整車標(biāo)定，則許多簡單的瞬態(tài)標(biāo)定也不能有效地進(jìn)行。 進(jìn)氣系統(tǒng)－在測功器試驗中精確地重現(xiàn)車輛進(jìn)氣系統(tǒng)的特性是困難的。車身結(jié)構(gòu)通常會對進(jìn)氣系統(tǒng)的性能有影響。 溫度－發(fā)動機(jī)測功器試驗不能產(chǎn)生與整車相同的溫度變化率。另外大多數(shù)的測功器試驗設(shè)備不能在極端溫度狀況下進(jìn)行發(fā)動機(jī)試驗。 瞬態(tài)試驗－在發(fā)動機(jī)測功器上進(jìn)行瞬態(tài)試驗很復(fù)雜并會花費(fèi)大量時間。在車輛上(道路試驗或底盤測功器試驗)則與開車一樣簡單。同時從車輛上獲得的瞬態(tài)試驗數(shù)據(jù)更有價值(見底盤動態(tài)特性)。 第二章 發(fā)動機(jī)標(biāo)定，穩(wěn)態(tài)測功器試驗 ２．１　基本穩(wěn)態(tài)標(biāo)定 定義發(fā)動機(jī)測功器試驗的試驗工況點，使之容易作為標(biāo)定時的節(jié)點使用。 利用發(fā)動機(jī)測功器試驗得到的數(shù)據(jù)設(shè)定一個標(biāo)定開始的基準(zhǔn)。 盡量減少在車上開發(fā)基本標(biāo)定參數(shù)(燃油，EGR補(bǔ)償和點火)所需的時間。 在車上驗證初始測功器試驗數(shù)據(jù)。 在進(jìn)氣、燃燒或排氣系統(tǒng)中有任何改變，均需對基本燃油、EGR補(bǔ)償和點火表進(jìn)行重新標(biāo)定。 ２．２　基本燃油標(biāo)定 基本噴油脈寬公式中用到以下參數(shù): 基本脈寬常數(shù) 負(fù)荷變量(LV8) 質(zhì)量空氣流量或歧管絕對壓力 A/F比系數(shù) 海拔高度修正系數(shù) EGR補(bǔ)償系數(shù) AE系數(shù) DE系數(shù) 塊學(xué)習(xí)系數(shù) 蓄電池電壓 閉環(huán)修正 點火 基本燃油標(biāo)定下面主要是討論基本脈寬計算中的充氣效率和EGR的補(bǔ)償。它們是發(fā)動機(jī)測功器試驗中得到的基本數(shù)據(jù)。 ２．３　充氣效率 充氣效率(VE)針對泵氣損失對基本噴油脈寬進(jìn)行修正。在軟件中LV8是以轉(zhuǎn)速和負(fù)荷為基礎(chǔ)的三維表。它通常以和系數(shù)值相當(dāng)?shù)挠嫈?shù)值格式來顯示。對每一個轉(zhuǎn)速和負(fù)荷點從發(fā)動機(jī)測功器試驗數(shù)據(jù)中選擇VE值并將它裝入相應(yīng)的表中。發(fā)動機(jī)測功器試驗數(shù)據(jù)不能復(fù)蓋整個表中所有的位置，所以必須進(jìn)行插值計算。 負(fù)荷變化數(shù)據(jù)的驗證 圖1和圖2是進(jìn)行18循環(huán)(FTP)排放試驗和公路燃油經(jīng)濟(jì)性試驗得到的。在x-y繪圖機(jī)上監(jiān)控轉(zhuǎn)速和負(fù)荷點，以確定最高密度區(qū)域。 這些區(qū)域表示要進(jìn)一步標(biāo)定開發(fā)的穩(wěn)定工況點。在排放底盤測功器上按照最初設(shè)定的轉(zhuǎn)速/負(fù)荷點穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，以確認(rèn)和發(fā)動機(jī)測功器試驗結(jié)果完全一致。 圖1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷點-18熱循環(huán)FTP(4.5L) 圖2 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷點--公路燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(4.5L) ２．４　開環(huán)方法 在整個FTP18循環(huán)過程中，不斷調(diào)整A/F直到它變成14.7為止。這是通過改變LV8值(負(fù)荷參數(shù))來實現(xiàn)的。A/F比值用排放A/F分析儀來獲得。在完成此項任務(wù)時必需禁止下列各項，以免相互影響。 加速加濃 減速減稀 功率加濃 閉壞 塊學(xué)習(xí) 碳罐凈化 下游空氣 EGR 整個過程要監(jiān)測以下參數(shù): RPM LV8 脈寬 排氣背壓 MAP或MAF(歧管絕對壓力或質(zhì)量空氣流量) 蓄電池電壓 歧管空氣溫度 ２．５　閉環(huán)方法 除了在開環(huán)方法中相同的那些項外還監(jiān)控閉壞積分項。從VE值和閉環(huán)積分項中可以計算出使A/F達(dá)到14.7的VE值。據(jù)此修改VE表的標(biāo)定值，以適應(yīng)保持理論混合比的需要。在確定VE值時，歧管空氣溫度的修正將是主要因素。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時應(yīng)小心保持工況點在排放測試范圍內(nèi)。 在某些區(qū)域中可能希望發(fā)動機(jī)工作于非理論混合比狀況。數(shù)據(jù)的改變需要逐個進(jìn)行標(biāo)定和試驗，以確定它們對排放的影響。 為了怠速的穩(wěn)定，在MAP和RPM低時將混合氣加濃。為了減速時保護(hù)催化轉(zhuǎn)換器或為了HC的排放和斷油瞬間平順地減速，在MAP低時將混合氣減稀。如果功率加濃供油不隨轉(zhuǎn)速或海拔高度變化，在MAP和RPM高的節(jié)氣門全開(WOT)工況將混合氣減稀。在高海拔高度地區(qū)需進(jìn)行類似的排放底盤測功器試驗。 ２．６　EGR補(bǔ)償 當(dāng)EGR引入系統(tǒng)時，EGR補(bǔ)償改變基本的脈寬。當(dāng)EGR起作用時燃油補(bǔ)償是漸增的，當(dāng)禁止EGR時燃油補(bǔ)償逐漸減少。在軟件中EGR補(bǔ)償是根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的三維表，或map。從發(fā)動機(jī)測功器試驗得到EGR百分比數(shù)值可以裝入這個表中(假設(shè)EGR閥已選擇好)。在排放底盤測功器上發(fā)動機(jī)在主要轉(zhuǎn)速/負(fù)荷點上穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，以保證發(fā)動機(jī)測功器試驗數(shù)據(jù)可在整車上復(fù)現(xiàn)。除了將修改EGR補(bǔ)償值以達(dá)到理論混合比外，其它的方法都與前文所述相同。這種形式的驗證試驗在盡可能多的裝有“普通”零件的車輛上進(jìn)行，以得到平均EGR補(bǔ)償值。修改EGR補(bǔ)償表的標(biāo)定值，以適應(yīng)保持理論混合比的需要。在高海拔地區(qū)需要進(jìn)行類似的排放底盤測功器試驗開發(fā)。 EGR率定義為： CO2在進(jìn)氣道中% CO2在排氣道中% EGR標(biāo)定目標(biāo)(2.5L) ２．７　基本點火標(biāo)定 總的點火提前角＝ EGR"ON"(通)或"OFF"(斷)查表值 大氣壓力補(bǔ)償 冷卻液溫度補(bǔ)償 冷卻液過熱補(bǔ)償 怠速動態(tài)點火 初始點火提前角 圖4 點火正時與EGR%的關(guān)系(1.3L) 基本點火提前角的標(biāo)定主要集中于總點火提前角計算中的EGR ON/OFF(通/斷)項。EGR通時EGR點火提前角加大，EGR斷時減小，如圖4所示，注意MBT隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加和隨負(fù)荷的減少。 EGR ON(通)和OFF(斷)點火提前角被建立為一個以轉(zhuǎn)速和負(fù)荷為座標(biāo)的三維表，典型的點火鉤狀曲線如圖5所示。從發(fā)動機(jī)測功器試驗數(shù)據(jù)中對應(yīng)于每一轉(zhuǎn)速和負(fù)荷點選擇MBT點火提前角值，并將它裝入表中的相應(yīng)位置。在可能的情況下都應(yīng)使用EGR ON(通)或OFF(斷)的MBT點火提前角。在某些情況下不能用MBT: 在怠速時為了保證怠速穩(wěn)定性 為了減少NOx排放 在爆震限制時 使用爆震傳感器的車輛一般將點火表標(biāo)定到接近MBT并追蹤爆震值。通常點火提前角應(yīng)在MBT，但不能超過比爆震界限小3度的安全界限。 ２．８　發(fā)動機(jī)控制圖表和EMS工作 在GM發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)中使用許多標(biāo)定常數(shù)和表。這些表提供了進(jìn)行發(fā)動機(jī)控制的基礎(chǔ)。對于使用速度密度系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)概括如下: 充氣效率 = f (發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,歧管壓力)，如圖6所示 點火提前角 = f (發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,歧管壓力) 控制的A/F比 = f (冷卻液溫度,歧管壓力,發(fā)動機(jī)運(yùn)行時間) EGR補(bǔ)償 = f (發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,歧管壓力) 目標(biāo)怠速 = f (冷卻液溫度) 噴油器補(bǔ)償 = f (蓄電池電壓) 燃油泵補(bǔ)償 = f (蓄電池電壓) 圖5 典型的點火“鉤”狀曲線,2400rpm,無EGR 圖6 充氣效率map 第三章 發(fā)動機(jī)標(biāo)定，閉環(huán)燃油控制 假設(shè):如果A/F被控制在理論混合比附近，排放將滿足目標(biāo)要求并具有良好的驅(qū)動性能。典型的發(fā)動機(jī)排放如圖7所示。 圖7 A/F對發(fā)動機(jī)排放的影響 排放控制策略 車輛排放控制分兩個基本階段： 1). 暖機(jī)－冷機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器不起作用階段，典型的是FTP的第一個50-150秒。 (美國聯(lián)邦試驗程序，排放試驗) 2). 熱機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器工作階段。 ３．１　暖機(jī)目標(biāo) 盡可能快地使催化轉(zhuǎn)換器達(dá)到工作溫度，以減少排放(在催化劑起作用后排氣尾管中排放物濃度是低的)。在暖機(jī)期間，由于催化效率低A/F應(yīng)調(diào)整到稍比理論混合比稀(即A/F=16)，如圖8所示。用這種辦法可以得出以下結(jié)果: 1).混合氣稀發(fā)動機(jī)輸出CO和HC低。 2).車輛運(yùn)行于比NOX最高點更稀的空燃比，相對冷的發(fā)動機(jī)也使得NOX比較低。 3).排氣溫度接近最大值可縮短轉(zhuǎn)換器開始工作所需的時間。 4).為了保持良好驅(qū)動性能，稀的A/F允許大的加速加濃。 5).減速時，運(yùn)行于理論空燃比或混合氣稍濃情況下可避免因混合氣過稀造成的失火。 圖8 典型的催化劑工作圖 ３．２　熱機(jī)和轉(zhuǎn)換器起作用階段的目標(biāo) 　　　　　(穩(wěn)定階段,在催化轉(zhuǎn)換器起作用后) 以下目標(biāo)用于熱機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器起作用階段: 1). 為了HC、CO和NOX的轉(zhuǎn)換效率最高，將A/F保持或接近理論混合比，如圖9所示。 2). 在催化轉(zhuǎn)換器效率最高的A/F混合氣條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。 3). A/F值振蕩的頻率(O2值過零次數(shù))最高。 4). 在節(jié)氣門和轉(zhuǎn)速變化期間，A/F偏離的幅度最小。 5). 在排放試驗期間不允許功率加濃。 6). 為了保持催化轉(zhuǎn)換器良好的性能和使用壽命，應(yīng)保持A/F接近理論混合比。 圖9 三元催化劑轉(zhuǎn)化效率  ３．３　燃油控制 車輛沒有達(dá)到予定的工況時，進(jìn)行開環(huán)燃油控制。當(dāng)已經(jīng)具備閉環(huán)控制條件時，如機(jī)油、充氣和冷卻液溫度達(dá)到最低要求時，系統(tǒng)將進(jìn)入閉環(huán)方式運(yùn)行，A/F將由排氣中氧的含量來控制。 速度密度系統(tǒng)閉環(huán)(C/L)燃油控制 對速度密度系統(tǒng)由下面方法確定燃油輸出量(每熱力循環(huán)的質(zhì)量): 開環(huán)燃油輸出量 =PW * I = I *BPC*MAP*CHARGE*VE*DE*AE*EGR*CORRVOLT+INJOFF 閉環(huán)燃油輸出量 =PW * I = I* BPC*MAP*CHARGE*VE*CORRCL*BLM*PLM*DE*AE*EGR* CORRVOLT+INJOFF 質(zhì)量空氣流量系統(tǒng)閉環(huán)(C/L)燃油控制 對于質(zhì)量空氣流量系統(tǒng)用下面方法確定燃油輸出量(每熱力循環(huán)的質(zhì)量): 開環(huán)燃油輸出量 = *DE*AE*CORRVOLT+INJOFF 閉環(huán)燃油輸出量 = *CORRCL*BLM*PLM*DE*AE*CORRVOLT+INJOFF ３．４　CORRCL(閉環(huán)修正)項 CORRCL系數(shù)包含兩部分：一項是偏離理論空燃比的修正，稱為積分項；另一項稱為比例項，如圖10所示。比例項使催化轉(zhuǎn)換器維持高頻的變化，它可使A/F在理論混合比附近振蕩以改善催化劑的作用。通過使用未濾波的氧傳感器輸出電壓獲得比例項，如圖11所示。比例項階躍變化強(qiáng)迫氧傳感器向與其上一讀數(shù)相反的方向變化。CORRCL項代表了PCM對供油量進(jìn)行的短期修正，是對氧傳感器電壓在450mV門檻值以上或以下所占時間多少的響應(yīng)。如果濾波后氧傳感器電壓主要是在450mV以下，表示A/F混合氣稀，燃油積分值將增加，告訴PCM增加油量。如果氧傳感器電壓主要在門檻值以上，PCM將通過積分項減少供油以校正混合氣過濃的狀況。標(biāo)定目標(biāo)是確定比例增益使燃油從濃到稀的整個變化過程中，尾管輸出的排放最低(典型值為3～5%)。確定積分增益的速度也是標(biāo)定的目標(biāo)，快的增益對排放通常是好的，但可能引起發(fā)動機(jī)波動(由于扭矩變化引起)。 ３．５　塊學(xué)習(xí)值 燃油長期修正項，BLM，是從燃油短期修正項中導(dǎo)出的，用于供油的長期修正。當(dāng)數(shù)值為128表示供油量不需要補(bǔ)償即可保持理論A/F比。當(dāng)數(shù)值低于128表示燃油系統(tǒng)太濃要減少供油量(減少噴油脈寬)。當(dāng)數(shù)值高于128表示混合氣稀PCM通過增加供油量(增加噴油脈寬)進(jìn)行補(bǔ)償。塊學(xué)習(xí)是補(bǔ)償系統(tǒng)固定誤差的有效方法。只有當(dāng)熱機(jī)，中等穩(wěn)定負(fù)荷和閉環(huán)控制方式運(yùn)行時才允許對塊學(xué)習(xí)值進(jìn)行修改。如果閉環(huán)積分值指出混合氣偏濃，塊學(xué)習(xí)值將少量地減少(燃油量較少)，在稀混合氣情況下則相反，如圖12所示。定義了22個單元存儲BLM值。這些單元是根據(jù)BLM濾波后的值，存放在掉電不丟失存儲器(SAM)中。因此，SAM較BLM修改得慢。BLM有4個怠速單元，兩個減速單元(高轉(zhuǎn)速一個，低轉(zhuǎn)速一個)和16個按照負(fù)荷和轉(zhuǎn)速存儲部分節(jié)氣門開度的單元。 塊學(xué)習(xí)值的范圍從0-2: 如果發(fā)動機(jī)在理論混合比條件下運(yùn)行，塊學(xué)習(xí)值 = 128 / 128 = 1 如果發(fā)動機(jī)在稀混合氣條件下運(yùn)行，塊學(xué)習(xí)值 = x/128 式中128＜x≤256 如果發(fā)動機(jī)在濃混合氣條件下運(yùn)行，塊學(xué)習(xí)值 = x/128 式中0≤x＜128 圖10 閉環(huán)(C/L)燃油修正項  圖11 氧傳感器輸出(未濾波) 圖12 對于濃/稀A/F混合氣的典型塊學(xué)習(xí)值 第四章 發(fā)動機(jī)標(biāo)定，瞬態(tài)燃油控制 為什么瞬態(tài)燃油需要補(bǔ)償? 1). 因為傳送延遲，PCM必須用老的信息計算所需的燃油量，并是在發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)最終充滿空氣之前供油 2). PCM有在設(shè)計中固有的時間延遲 3). 傳感器有響應(yīng)延遲 4). 進(jìn)氣量的測量點與供油點不同 TBI系統(tǒng)根據(jù)歧管壓力和溫度在進(jìn)氣歧管處用速度密度法測量空氣流量，測量點在進(jìn)氣歧管，而供油點在節(jié)氣門處 MPFI系統(tǒng)用質(zhì)量空氣流量傳感器在節(jié)氣門處測量空氣流量，而供油點在進(jìn)氣門處 1) - 4)項需要短時間內(nèi)立即修正。它是用節(jié)氣門偏差值調(diào)用加速加濃(AE)子程序?qū)崿F(xiàn)的。 5). 當(dāng)采用TBI系統(tǒng)時，燃油在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管中移動得比空氣慢，特別是附著在進(jìn)氣歧管表面上的液態(tài)部分。 6). 留存在進(jìn)氣歧管中的燃油質(zhì)量隨歧管壓力和轉(zhuǎn)速而變化。歧管中壓力較高時,壁面上液態(tài)燃油增多。 7). 基本燃油的標(biāo)定是在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行的。在瞬態(tài)期間會有一些誤差。 5) - 8) 項是較長時間變化的項。根據(jù)MAP偏差值或LV8偏差值進(jìn)行補(bǔ)償。 圖13 TBI燃油供給系統(tǒng) 瞬態(tài)燃油補(bǔ)償定義： 控制A/F比 根據(jù)工況由PCM計算的預(yù)定A/F比。 實際或排氣A/F比 實際在燃燒室中的并可在排氣中測量的A/F比。在穩(wěn)定工況期間，實際的和控制的A/F比接近于相等。 ４．1　加速加濃(AE) 在發(fā)動機(jī)負(fù)荷增加時提供附加燃料的軟件算法，根據(jù)下列各項增加燃油量: 1. 節(jié)氣門位置(TPS偏差值A(chǔ)E) 2. 負(fù)荷偏差值(MAP偏差值或LV8偏差值A(chǔ)E) 減速減稀(DE) DE是在發(fā)動機(jī)負(fù)荷減小時減少噴油量的軟件算法，根據(jù)下列各項進(jìn)行減稀: 1. 節(jié)氣門位置(TPS偏差值DE) 2. 負(fù)荷(MAP偏差值或LV8偏差值) AE和DE的目的是保持排氣A/F比接近控制A/F比，而不是加濃或減稀混合氣。 ４．2　減速斷油(DFCO) 噴油量為0，汽車行駛反拖發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動(車輛滑行)的一種運(yùn)行方式。 ４．3　功率加濃(PE) 發(fā)動機(jī)在高負(fù)荷時，控制A/F比減小的一種運(yùn)行方式，此時犧牲排放和燃油經(jīng)濟(jì)性使功率最大。功率加濃還被用來降低發(fā)動機(jī)和排放系統(tǒng)中的溫度。對于性能來說最佳A/F比是在13:1和13.5:1之間，這被稱為LBT。PE提高了在節(jié)氣門全開(WOT)時的動力性能，減小了節(jié)氣門全開時爆震的傾向并可防止催化劑過熱。 驅(qū)動性能術(shù)語 下面定義了一些術(shù)語，并附有圖示說明，它們將在本章和以后章節(jié)中被引用。 滯后 節(jié)氣門踩下后明顯反應(yīng)滯后。 (上面的曲線是TPS輸出) 圖14 滯后 下沉 汽車加速變慢，然后再加速，這時節(jié)氣門位置沒有改變。 圖15 下沉 波動 加速率緩慢地重復(fù)改變。 圖16 波動 喘振 傳動系統(tǒng)中扭矩快速變化。 圖17 喘振 瞬態(tài)燃油控制概述 為了計算瞬態(tài)燃油偏差，有兩種瞬態(tài)燃油補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ? 加速加濃(AE)和減速減稀(DE)。另外還有一種算法是減速斷油(DFCO)，在發(fā)動機(jī)不需要燃油時停止供油來幫助改善燃油經(jīng)濟(jì)性(即急減速時使發(fā)動機(jī)制動)。在這些算法中基于冷卻液溫度的算法是一個重要的修正項，因為燃油的蒸發(fā)特性主要和溫度有關(guān)，因此在溫度低時需要進(jìn)行更多的AE和DE。 ４．4　加速加濃(AE)算法 節(jié)氣門打開過程和PCM的響應(yīng)如表所示。 情況變化 操作 1. 節(jié)氣門開始打開 PCM檢測到TPS信號 2. 流入進(jìn)氣歧管的空氣量立即增加，實際流量可能超過最大穩(wěn)態(tài)流量。 PCM計算AE燃油量 3. 歧管壓力開始升高。燃油凝結(jié)在歧管壁上。 噴油量增加 4. 較多空氣和較少燃油進(jìn)入燃燒室導(dǎo)致A/F變稀。 PCM計算的基本噴油量增加 5. 附加的燃油到達(dá)燃燒室。A/F達(dá)到正常。 AE持續(xù)進(jìn)行，但加濃量不斷減少 表1 節(jié)氣門打開瞬間變化過程 注意下面定義的軟件項會在以后的舉例中使用 F21 - (實際TPS) - (濾波后TPS) F22 - (實際MAP) - (濾波后MAP) F34 - 冷卻液溫度 F35 - (實際MAP) - (濾波后MAP) F37 - 冷卻液溫度 F38 - 轉(zhuǎn)速 F210 - TPS TPS偏差值A(chǔ)E 節(jié)氣門位置信號要進(jìn)行軟件濾波。將實測值和濾波后數(shù)值進(jìn)行比較，以檢測節(jié)氣門開度增加的速率，如圖18所示。 TPS偏差值 = (實際TPS) - (濾波后TPS) TPS偏差值A(chǔ)E在以下情況時起作用: 發(fā)動機(jī)正在運(yùn)行 不在高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或高車速斷油方式下運(yùn)行 TPS偏差值>門檻值 TPS偏差值A(chǔ)E公式： F21(TPS偏差值) F38(rpm) F210(TPS) F37(冷卻液溫度)  圖18 加速加濃(AE)模擬 負(fù)荷偏差值A(chǔ)E(此例使用MAP) 歧管壓力信號要進(jìn)行軟件濾波。將實測值和濾波值比較檢測歧管壓力增加的速率，MAP偏差值A(chǔ)E的模擬如圖19所示。 MAP偏差值 = (實際MAP) - (濾波后MAP) MAP偏差值A(chǔ)E在以下情況時起作用: 發(fā)動機(jī)正在運(yùn)行 不在高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或高車速斷油方式下運(yùn)行 MAP偏差值＞門檻值 MAP偏差值A(chǔ)E公式： F22(MAP偏差值) F38(rpm) F37(冷卻液溫度) 在圖20中表示了兩種不同加速加濃的響應(yīng)。式中F22、F37、F38是可標(biāo)定項，MAP偏差值A(chǔ)E計算公式包含在PCM的軟件中。 AE燃油累加值 AE燃油量規(guī)定為程序每循環(huán)一次(12.5ms)噴油脈寬增加幾ms并以異步方式供油。如果這個量太小不足以進(jìn)行燃油精確計量的話，可將每次燃油累加直到能被準(zhǔn)確計量為止。在MPFI系統(tǒng)中，AE燃油也可加到同步燃油脈寬中以正常供油方式供油。 圖19 MAP偏差值A(chǔ)E模擬 圖20 TPS偏差值與MAP偏差值A(chǔ)E對比的模擬 ４．５　減速減稀(DE)算法 TPS偏差值DE TPS偏差值DE定義為： TPS偏差值 = TPS t=n-1 - TPS t=n TPS偏差值DE在以下情況時起作用： 發(fā)動機(jī)正在運(yùn)行 TPS偏差值>標(biāo)定門檻值 TPS偏差值DE公式 (TPS偏差值) KDESCALEF34(冷卻液溫度)； 式中KDESCALE是標(biāo)尺因子。 TPS偏差值DE定義為基本噴油量計算中減少的百分?jǐn)?shù)。 負(fù)荷偏差值DE(此例使用MAP) 歧管壓力信號要進(jìn)行軟件濾波。將實際值和濾波值進(jìn)行比較以檢測壓力減小的速率。 MAP偏差值 = (濾波后MAP) - (實際MAP) MAP偏差值DE在以下情況時起作用： 發(fā)動機(jī)正在運(yùn)行 從AE邏輯得到TPS偏差值＜標(biāo)定門檻值 MAP偏差值＞標(biāo)定的門檻值 DE量 = F35(MAP偏差值)F32(冷卻液溫度) TPS偏差值DE定義為基本噴油量計算中減少的百分?jǐn)?shù)。最大噴油量減少量是100%。 TPS偏差值A(chǔ)E的標(biāo)定 對幅度的大小進(jìn)行標(biāo)定，使得節(jié)氣門快速打開的開始階段，發(fā)動機(jī)響應(yīng)良好。 調(diào)整加濃的持續(xù)時間，使得節(jié)氣門打開較慢時響應(yīng)良好。 為了滿足排放要求，根據(jù)需要減少加濃油量。 負(fù)荷(MAP)偏差值A(chǔ)E的標(biāo)定。 標(biāo)定至中等節(jié)氣門開度時響應(yīng)良好。 為了最好的排放性能調(diào)整加濃燃油量和持續(xù)時間。 TPS偏差值DE的標(biāo)定 標(biāo)定至減少在節(jié)氣門快速關(guān)閉時因混合氣過濃而出現(xiàn)失火。 負(fù)荷偏差值DE的標(biāo)定 主要用于減少排放。 標(biāo)定至在各種節(jié)氣門關(guān)閉速度下均保持實際A/F接近于所要求的A/F。 冷卻液溫度修正系數(shù) 調(diào)整至在所有溫度情況下均保持良好響應(yīng)。 在冷態(tài)運(yùn)行時由于燃油特性附加AE和DE油量的標(biāo)定。 TBI和MPFI標(biāo)定策略 對于TBI和MPFI系統(tǒng)，瞬時燃油標(biāo)定是相同的。但對不同的噴射方法，加濃(減稀)的幅度和持續(xù)時間有明顯的差別。 同步供油 同步噴射在發(fā)動機(jī)循環(huán)中的特定點開始。 同步噴射是以曲軸傳感器提供的參考信號為基準(zhǔn)開始的。 異步供油 異步噴射在PCM程序循環(huán)中的特定點開始。 從節(jié)氣門改變瞬間到噴油開始的時間延遲要減到最小。在MPFI系統(tǒng)中，燃油量在各氣缸之間分配并不均勻。 當(dāng)節(jié)氣門迅速打開時，為了使燃油迅速進(jìn)入氣缸以減輕下沉現(xiàn)象，由TPS偏差值A(chǔ)E決定的異步噴射起著很重要的作用，如圖21所示。 圖21 節(jié)氣門瞬變過程 減速斷油(DFCO) DFCO的目標(biāo) 使燃油消耗減至最低。 避免發(fā)動機(jī)減速時失火，保護(hù)催化轉(zhuǎn)換器。 在裝有催化轉(zhuǎn)換器的車輛上使排氣污染減至最低。 增加發(fā)動機(jī)制動能力。 可以進(jìn)行DFCO的條件 發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 RPM＞表中值(冷卻液溫度的函數(shù)) 。 車速＞標(biāo)定值。 節(jié)氣門關(guān)閉(TPS＜標(biāo)定值) 。 MAP＜標(biāo)定值。 在使能DFCO前必須滿足上述所有條件一段時。應(yīng)避免在換檔時進(jìn)行DFCO。 進(jìn)入DFCO 在一段時間內(nèi)周期將使燃油量逐漸減少到0，使扭矩變化平穩(wěn)。 退出DFCO 如果長時間(即下坡距離很長)進(jìn)行DFCO，進(jìn)氣歧管會變干并且發(fā)動機(jī)會變冷。當(dāng)退出DFCO時，應(yīng)噴入額外的燃料以補(bǔ)償殘留在進(jìn)氣歧管壁面上的液態(tài)燃油。額外增加的燃油量將根據(jù)冷卻液溫度、TPS信號電壓、rpm和DFCO的時間而定。 第五章 發(fā)動機(jī)標(biāo)定，冷態(tài)和熱態(tài)驅(qū)動性能 ５．1　冷態(tài)的供油概念 燃燒要求空氣和燃油蒸氣的比例在稀燃界限和濃燃界限之間。 14.7＝汽油蒸氣的理論空燃比。 稀燃和濃燃界限為： 稀蒸氣當(dāng)量比＝0.6或A/F＝24 濃蒸氣當(dāng)量比＝4.0或A/F＝3.5 當(dāng)量比＝(實際)/14.7。發(fā)動機(jī)的實際界限并沒有那么寬。 冷機(jī)時，噴射燃油的大部分仍保持液態(tài)。 液態(tài)汽油不會燃燒。僅蒸發(fā)為氣態(tài)的那部分噴射燃油能用來達(dá)到稀燃界限。必須限制液態(tài)燃油的量。 液態(tài)燃油過多會淹沒火花塞。 必須盡量提高氣態(tài)/液態(tài)比以使冷起動性能和冷機(jī)驅(qū)動性能達(dá)到最佳。圖22顯示了低溫對起動時間的不利影響以及隨著溫度降低對濃混合氣要求的變化。 圖22 蒸氣當(dāng)量比 冷態(tài)的供油概念(續(xù)) 燃油蒸氣的產(chǎn)生量是下列參數(shù)的函數(shù)： 溫度(PCM輸入) 燃油特性(餾分，蒸氣壓力) 歧管絕對壓力(PCM輸入) 對蒸發(fā)的次要影響因素包括： 液態(tài)燃油的暴露面積 空氣流速 噴油器霧化(PFI) 噴油器噴束(PFI) 噴油器噴油正時(PFI)，圖23顯示了蒸發(fā)對著火時間的重要影響。 冷起動標(biāo)定 冷起動包括三個階段： 1). 拖動階段 從開始拖動到第一個氣缸著火 2). 拖動到運(yùn)轉(zhuǎn)階段 第一個氣缸著火到冷機(jī)轉(zhuǎn)速上升 3). 暖機(jī)階段 冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到穩(wěn)定的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 圖23 燃油蒸發(fā)特性 ５．2　拖動階段 拖動階段從發(fā)動機(jī)開始轉(zhuǎn)動(PCM探測到來自曲軸位置傳感器的參考脈沖)到由于燃燒使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升時為止。圖24為節(jié)氣門體噴射(TBI)系統(tǒng)的空燃比(A/F)在拖動階段的控制規(guī)程，請注意其開始時為濃，逐漸減稀空燃比。請注意系統(tǒng)是可以調(diào)節(jié)的(即變量A-E都可以用標(biāo)定工具來改變)。 拖動階段的狀況： 由于有起動機(jī)負(fù)載，蓄電池電壓低而且有波動。 由于提供給電子燃油泵的電壓不穩(wěn)定，所以燃油壓力低而且有波動。 不可預(yù)測的拖動轉(zhuǎn)速。 不可預(yù)測的空氣流速。 拖動階段的目標(biāo)： 盡快使發(fā)動機(jī)著火。 避免供油過多和火花塞淹沒。 拖動階段的標(biāo)定策略： 要有大的初始基本脈寬使進(jìn)氣歧管濕潤并達(dá)到稀燃界限。 在順序噴射系統(tǒng)中，在識別出判缸信號(凸輪軸傳感器)之前，所有噴油器將同時工作。 在繼續(xù)拖動過程中減小基本脈寬以避免火花塞淹沒。 供油應(yīng)比預(yù)期的量更濃些，以補(bǔ)償由于蓄電池電壓低造成的燃油壓力低和噴油器響應(yīng)時間慢。 圖24 起動階段TBI空燃比規(guī)程 ５．3　拖動到運(yùn)轉(zhuǎn)階段 拖動到運(yùn)轉(zhuǎn)階段始于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速由于第一次燃燒而提高，至發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在某個經(jīng)過標(biāo)定的參考脈沖數(shù)(KERUNCNTR)時期內(nèi)都超過某個經(jīng)過標(biāo)定的轉(zhuǎn)速閾值(KRPMUP)時為止。圖25顯示了空燃比在拖動到運(yùn)轉(zhuǎn)階段中逐漸提高的過程。如果發(fā)動機(jī)在20個參考脈沖后仍未著火，則空燃比將保持在7.5，一旦發(fā)動機(jī)著火，空燃比將迅速提高以防失速。 拖動到運(yùn)轉(zhuǎn)階段狀況： 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速提高(乘10倍)。 進(jìn)氣歧管絕對壓力(MAP)下降使燃油蒸發(fā)加強(qiáng)。 空氣流速提高加強(qiáng)了燃燒室內(nèi)的空氣旋流。 燃燒室溫度上升。 拖動到運(yùn)轉(zhuǎn)階段的目標(biāo)： 在這個嚴(yán)重不穩(wěn)定的工況中提供適量的燃油。 避免供油過多，它會導(dǎo)致失速或排放污染過量。 拖動到運(yùn)轉(zhuǎn)階段的標(biāo)定策略： 隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，迅速減小基本噴油脈寬，以清除進(jìn)氣歧管中積存的液態(tài)燃油。 圖25 拖動到運(yùn)轉(zhuǎn)階段TBI的空燃比規(guī)程 ５．4　暖機(jī)階段 暖機(jī)階段從發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在某個經(jīng)過標(biāo)定參考脈沖數(shù)(KERUNCNTR)時期內(nèi)都超過某個經(jīng)過標(biāo)定的轉(zhuǎn)速閾值(KRPMUP)時開始，至能夠進(jìn)行閉環(huán)控制所要求的條件滿足時為止。圖26顯示了暖機(jī)階段空燃比逐漸上升的過程，從中也可看出系統(tǒng)參數(shù)可通過標(biāo)定員進(jìn)行調(diào)整，具有很大的靈活性。 暖機(jī)階段狀況： 當(dāng)車輛被開動時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和歧管絕對壓力(MAP)都有變化。 冷卻液溫度不斷上升。 穩(wěn)定工況下所需液態(tài)燃油量減少。 過渡工況下所需供油量隨冷卻液溫度上升而緩慢減少。 暖機(jī)階段的目標(biāo)： 在所有駕駛情況下保持良好的驅(qū)動性能(平穩(wěn)性和響應(yīng)性)。 保持空燃比稍稀于理論混合氣以促使催化轉(zhuǎn)換器進(jìn)入工作狀態(tài)。 暖機(jī)過程的標(biāo)定策略： 根據(jù)冷卻液溫度、MAP和發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時間調(diào)整空燃比。 通過很好地控制瞬態(tài)供油來滿足驅(qū)動性能要求，而不是設(shè)定更濃的控制空燃比。 隨著冷卻液溫度的升高逐漸停止瞬態(tài)供油。 調(diào)整基本脈寬以防混合氣偏濃以及排放污染過多。 圖26 TBI 暖機(jī)階段的空燃比規(guī)程 ５．５　脈寬公式(TBI) BPW＝常數(shù)MAPT′A/F′VECLCFF33(速度密度法) BPW＝常數(shù)M空氣A/F′CLCFF33(空氣質(zhì)量流量法) 常數(shù)： 氣缸容積、噴油器大小、廢氣再循環(huán)(EGR)補(bǔ)償、速度密度。 MAP 歧管絕對壓力，單位kPa。 T′ 歧管空氣溫度的倒數(shù)。 A/F′ 控制空燃比的倒數(shù)。 VE 充氣效率項(根據(jù)轉(zhuǎn)速和MAP查表)。 CLCF 閉環(huán)修正系數(shù)。 F33 蓄電池電壓燃油泵修正表(參見圖27)。 M空氣 從空氣質(zhì)量流量計得到的空氣質(zhì)量。 在節(jié)氣門體噴射(TBI)系統(tǒng)中，此基礎(chǔ)脈寬公式在起動和運(yùn)轉(zhuǎn)供油時都使用。在氣道噴射(PFI)系統(tǒng)中，此公式在運(yùn)轉(zhuǎn)供油時使用。 起動供油有時直接用相同形式的查表值，但替換了空燃比。 圖27 典型的燃油泵蓄電池修正系數(shù) ５．６　低溫試驗 冷起動標(biāo)定工作通常在低溫室中進(jìn)行。低溫驅(qū)動性能通常在冬天(溫度低于-20F，-29℃)進(jìn)行試驗，并經(jīng)過設(shè)于加拿大Kapuskasing的GM低溫開發(fā)機(jī)構(gòu)驗證。 ５．７　高溫環(huán)境試驗 高溫試驗通常在亞歷桑那州Mesa的沙漠場地上進(jìn)行，那里的環(huán)境溫度會超過100F(38℃)。 ５．８　熱態(tài)靜置和重新起動試驗 熱態(tài)靜置和重新起動試驗是用來評價車輛長時間放置于熱環(huán)境中以后重新起動的能力和驅(qū)動性能。 按時間表進(jìn)行主動暖機(jī)(在環(huán)形試驗場上)。 在防風(fēng)木屋內(nèi)熱態(tài)靜置5～60分鐘。 使噴油器達(dá)到最高溫度。 重新起動發(fā)動機(jī)，開車行駛。 ５．９　熱怠速穩(wěn)定性試驗 熱怠速穩(wěn)定性試驗在長時間怠速(15～30分鐘，駐車于防風(fēng)木屋內(nèi))過程中進(jìn)行，以判斷發(fā)動機(jī)熱怠速特性的平順性和穩(wěn)定性。 ５．１０　海拔高度補(bǔ)償標(biāo)定 在各種海拔高度條件提供可以接受的驅(qū)動性能和排放性能。海拔高度會影響到對點火正時的要求。 高海拔環(huán)境狀況： 空氣密度較小(相同體積中所含質(zhì)量較少)。 最大功率性能下降。 發(fā)動機(jī)絕對背壓下降。 海拔每升高1000英尺，最大可能的歧管真空度下降約3.5kPa。 高海拔補(bǔ)償 由于在高海拔時廢氣再循環(huán)(EGR)流量較小，故此時需要進(jìn)行廢氣再循環(huán)(EGR)補(bǔ)償。在高海拔時EGR閥兩邊的壓差較小(參見圖28)。(即當(dāng)海拔↑時，[排氣背壓下降-MAP]↓)。 由于EGR量較少，必須推遲點火提前角以防止爆燃(爆震)。 大氣壓力感測 進(jìn)行海拔高度補(bǔ)償需要某種形式的大氣壓力感測。 專用的大氣壓力(Baro)傳感器。 選擇歧管絕對壓力(MAP)傳感器的讀數(shù)，在點火開關(guān)接通但還未起動發(fā)動機(jī)時或者在低轉(zhuǎn)速節(jié)氣門全開時讀取MAP電壓。 根據(jù)其它傳感器(即TPS，MAF和RPM)的信號預(yù)測大氣壓力。 圖28 背壓型EGR(%)與海拔高度的關(guān)系 高海拔的標(biāo)定 供油： 空氣質(zhì)量流量法供油不需要穩(wěn)定工況補(bǔ)償。 速度密度法供油要求限制充氣效率(VE)補(bǔ)償和廢氣再循環(huán)(EGR)補(bǔ)償。 對瞬態(tài)供油，空氣質(zhì)量流量法和速度密度法系統(tǒng)都可能需要補(bǔ)償，取決于供油技術(shù)。 廢氣再循環(huán)(EGR)： 隨著海拔高度的提高，EGR閥兩邊的壓差減小，導(dǎo)致EGR流量減少(排氣背壓降低)。 真空度控制的EGR閥也會受到高海拔的影響。 EGR閥必須開至足夠大以滿足高海拔受EGR影響的NOx排放。 點火： 點火正時的需求隨EGR濃度而改變。 為了優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，點火正時必須隨著EGR濃度的增加而提高，參見圖29。 沒有高海拔補(bǔ)償?shù)能囕v： 由于需要滿足高海拔時的排放要求，所以在低海拔時EGR濃度會比所需要的更大一些。 在低海拔時點火提前角會比最佳值偏小，以避免當(dāng)高海拔時EGR流量減小而出現(xiàn)爆燃。 為避免高海拔時出現(xiàn)爆燃所作的折衷會使低海拔時車輛的驅(qū)動性能和燃油經(jīng)濟(jì)性下降。 圖29 點火正時與海拔高度EGR修正的關(guān)系 第六章 發(fā)動機(jī)標(biāo)定，怠速控制 ６．１　怠速控制 怠速在控制系統(tǒng)中的功能是當(dāng)節(jié)氣門全閉后使發(fā)動機(jī)保持目標(biāo)轉(zhuǎn)速。在GM的車輛中，使用兩種怠速控制系統(tǒng)： 怠速轉(zhuǎn)速控制(ISC)系統(tǒng)，用步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)節(jié)氣門位置，見圖30。 怠速空氣控制(IAC)系統(tǒng)，用步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動機(jī)的旁通空氣量，見圖31和圖32。 怠速質(zhì)量評價 已經(jīng)建立了許多評價怠速質(zhì)量的主觀標(biāo)準(zhǔn)；然而，還沒有一個關(guān)于發(fā)動機(jī)平均怠速的顧客接受程度標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)評價怠速質(zhì)量時，需要考慮以下原則： 系統(tǒng)應(yīng)使怠速保持一定轉(zhuǎn)速，而不使駕駛員覺察有異常。 駕駛員不需了解怠速控制；系統(tǒng)應(yīng)保持平穩(wěn)的操作。 系統(tǒng)應(yīng)使由怠速控制而引起的干擾最小。怠速空氣控制閥在目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近不應(yīng)有動作。 在穩(wěn)定工況操作或瞬時負(fù)荷下不應(yīng)有振蕩或超調(diào)。 轉(zhuǎn)速(RPM)標(biāo)準(zhǔn)偏差 提供對于怠速控制的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 提供對于怠速質(zhì)量或潛在怠速質(zhì)量的定量標(biāo)準(zhǔn)。(不包括發(fā)動機(jī)的安裝與隔振)。 對于比較硬件的改變或不同的標(biāo)定尤其有用。 圖30 怠速控制系統(tǒng) 31 TBI怠速空氣控制系統(tǒng) ６．２　怠速空氣控制(IAC) 怠速期間，發(fā)動機(jī)負(fù)荷會由于動力轉(zhuǎn)向、空調(diào)或其它電力的需求而有所變化。為了負(fù)擔(dān)節(jié)氣門全閉后出現(xiàn)的負(fù)荷，通過一個電子控制的閥提供額外的空氣：即怠速空氣控制閥，或IACV。 IACV安裝在節(jié)氣門體的管道中并與PCM相連。由PCM產(chǎn)生的一系列的電壓脈沖可使步進(jìn)驅(qū)動樞軸(每個脈沖一步)從全開運(yùn)動到全關(guān)。 若要減少空氣流量并降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，則使樞軸伸向軸座。若要增加空氣流量并提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，則使樞軸遠(yuǎn)離軸座。 目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速通過對若干輸入信息計算而得。其中一個輸入信息是作冷卻液溫度的函數(shù)的基本怠速轉(zhuǎn)速。冷機(jī)時，PCM發(fā)出高怠速命令以幫助進(jìn)行暖機(jī)。 在某些狀態(tài)下，需要在基本怠速轉(zhuǎn)速上加上一些修正量。 從停車或空檔狀態(tài)換檔起步，或打開空調(diào)，會增加發(fā)動機(jī)的負(fù)荷。為了負(fù)擔(dān)增加了的負(fù)荷，PCM再額外打開IACV的樞軸若干步以保持穩(wěn)定怠速轉(zhuǎn)速。  圖32 MPFI 怠速空氣控制 怠速空氣控制系統(tǒng)功能 在所有操作工況下保持目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速。 補(bǔ)償發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化。 防止失速。 通過標(biāo)定最低怠速轉(zhuǎn)速(怠速轉(zhuǎn)速每降低100rpm，可提高0.5mile/gallon)及降低減速期間空氣流量(相應(yīng)會降低供油量)來將燃油消耗率降為最低。 使用學(xué)習(xí)功能，為由于老化及車輛之間的正常差異引起的變化提供補(bǔ)償，消除需要周期進(jìn)行的怠速調(diào)整 在節(jié)氣門全閉減速時，通過向發(fā)動機(jī)內(nèi)加額外的空氣而減少排放。 改善車輛的駕駛性能。 在盡量減少對駕駛員的干擾情況下，完成這些功能。 死區(qū)必須設(shè)置得足夠?qū)?，以避免系統(tǒng)在其自振頻率附近發(fā)生振蕩。 ６．３　閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制 閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制用于在節(jié)氣門全閉后對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。GM的大多數(shù)車輛都是根據(jù)下列原則實現(xiàn)閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制： 節(jié)氣門全閉(TPS電壓＜標(biāo)定閾值)。 車輛速度＝0(KPH＜標(biāo)定閾值)。 或 RPM＜目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速(僅自動變速器) 根據(jù)使用情況，還有可能加入以下原則： 冷起動時，為了使系統(tǒng)穩(wěn)定而推遲怠速控制。 負(fù)荷變化時(例如使用空調(diào)壓縮機(jī)離合器或換檔時)，推遲怠速控制。 ６．４　目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速標(biāo)定 在進(jìn)行怠速轉(zhuǎn)速標(biāo)定時，一定要考慮下列各項： 避免將怠速轉(zhuǎn)速控制在車身或變速器的共振范圍內(nèi)。 對沒電的蓄電池充電時需要較高的怠速轉(zhuǎn)速。 怠速轉(zhuǎn)速應(yīng)足夠高以防止失速，尤其是冷機(jī)時。 由IAC閥提供的空氣量到底占發(fā)動機(jī)怠速空氣需求量的百分之幾？有些系統(tǒng)被標(biāo)定為熱機(jī)時IAC閥的步數(shù)為0(閥全閉)，這會引起發(fā)動機(jī)的控制轉(zhuǎn)速過高。典型情況下，IAC閥應(yīng)提供怠速時1/4的空氣量。 在極限空調(diào)負(fù)荷時，需要提高目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速以提供足夠的制冷。 在冷機(jī)時提高怠速轉(zhuǎn)速，對于使催化轉(zhuǎn)換器盡快進(jìn)入工作狀態(tài)是十分有利的。 ６．５　閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制算法 閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制算法包含了三項：積分項，比例項，及微分項。每一項都在算法中提供了一種特殊的功能。 積分 累加控制，由小的、遞增的步數(shù)組成。 比例 瞬時控制，僅依賴于目標(biāo)與實際轉(zhuǎn)速之間的瞬時差值。 微分 瞬時控制，僅依賴于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率及變化方向。 積分項 積分項用于控制IAC閥移動的步數(shù)或脈沖數(shù)而使發(fā)動機(jī)實際轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。 達(dá)到目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速所需的步數(shù)或脈沖數(shù)存儲于四個怠速單元(RAM地址)中的一個之中，見表2。當(dāng)四個學(xué)習(xí)值存儲單元中的某一個單元的條件滿足時，該單元將被用于計算目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速。 四個怠速單元的定義如下： 停車/空檔且空調(diào)關(guān)閉 驅(qū)動檔且空調(diào)關(guān)閉 停車/空檔且空調(diào)打開 驅(qū)動檔且空調(diào)打開 每次只有一個單元被激活。 單元的內(nèi)容經(jīng)常作為基本怠速位置。 只有在激活閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制后，存于單元中的積分項數(shù)值才能被修改(用新的學(xué)習(xí)值)。  變速器 狀態(tài) 停車/空檔(P/N) 倒檔/驅(qū)動檔/低檔 空調(diào)狀態(tài) 空調(diào)關(guān) 單元#1 (學(xué)習(xí)值) 空調(diào)關(guān)-停車/空檔 單元#2 (學(xué)習(xí)值) 空調(diào)關(guān)-RDL 空調(diào)開 單元#3 (學(xué)習(xí)值) 空調(diào)開-停車/空檔 單元#4 (學(xué)習(xí)值) 空調(diào)開-RDL 表2 積分怠速單元構(gòu)成 比例項 為積分項中所建立的基本怠速位置提供一個快速的修正量。修正量的依據(jù)是實際與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速的偏差值(轉(zhuǎn)速偏差)。 比例項在所有狀態(tài)下都被激活，包括怠速及行駛。 由比例項提供的怠速轉(zhuǎn)速的快速調(diào)整提高了發(fā)動機(jī)的負(fù)荷響應(yīng)。 微分項 微分項根據(jù)怠速轉(zhuǎn)速增加或減小的快慢，對積分項提供修正量()。 如果在標(biāo)定期間發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速偏差值超出了標(biāo)定的數(shù)值，則微分項將根據(jù)需要調(diào)整IAC閥位置。 如果轉(zhuǎn)速下降，微分項增加旁通空氣量。 如果轉(zhuǎn)速上升，微分項減小旁通空氣量，圖33為PID實例。 圖33 PID控制舉例 ６．６　閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制限值 由于IAC閥的特性及發(fā)動機(jī)的限制，存在著閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制的限值。 由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的固有變動，轉(zhuǎn)速不可能控制在一個精確值上。對于怠速穩(wěn)定性來說，閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制算法不應(yīng)去追蹤這些固有的轉(zhuǎn)速變動。 根據(jù)發(fā)動機(jī)及應(yīng)用的不同，IAC閥的分辯率為每步15至50rpm。 所有系統(tǒng)都有一個死區(qū)。引起修正的最小轉(zhuǎn)速差為15至50rpm。 點火正時與燃油控制的相互作用是十分重要的?？梢哉{(diào)整點火提前量或燃油供給量來提高怠速質(zhì)量。 ６．７　點火與供油的相互作用 在穩(wěn)定怠速狀態(tài)(沒有負(fù)荷的變動)，IAC閥不應(yīng)有動作。 對IAC閥的邏輯控制不可能提高穩(wěn)態(tài)怠速質(zhì)量。 在正確標(biāo)定IA算法時(適當(dāng)?shù)牡∷僭鲆?，不會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)怠速問題。 ６．７．１　點火 發(fā)動機(jī)對于改變點火提前量的響應(yīng)要比對于改變IA閥位置的響應(yīng)快的多。 典型點火延遲-90曲軸轉(zhuǎn)角。 典型空氣延遲-360曲軸轉(zhuǎn)角。進(jìn)氣歧管的容積會顯著地增大延遲，并會對發(fā)動機(jī)的響應(yīng)產(chǎn)生過濾作用。 根據(jù)轉(zhuǎn)速的偏差改變點火提前量對于減小怠速轉(zhuǎn)速的變化是十分有效的。 ６．７．２　供油 因為空燃比(A/F)的變化會產(chǎn)生許多怠速問題，所以準(zhǔn)確地標(biāo)定開環(huán)及閉環(huán)燃油供給量是十分重要的。 如果轉(zhuǎn)速下降時過稀，發(fā)動機(jī)會發(fā)生顫抖并且變得不穩(wěn)定。 如果怠速時的供油量與空氣流量不匹配，則IA閥將無法控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。 ６．８　怠速空氣閥目標(biāo)位置 根據(jù)下列變量計算目標(biāo)IA閥位置： 基本怠速位置(來自激活了的怠速單元) 比例項 微分項 ＋冷卻液溫度修正 ＋節(jié)氣門跟隨器(或開啟器) ＋失速補(bǔ)救 ＋負(fù)荷變化偏差值 目標(biāo)怠速位置每6.25ms或更長時間計算一次。 IAC閥通過IAC閥電機(jī)運(yùn)動邏輯不斷向目標(biāo)位置運(yùn)動。 目標(biāo)IA閥位置的精確性是十分重要的，以使在閉環(huán)怠速控制起作用前，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)值。由于下列因素，準(zhǔn)確的IA閥位置是十分重要的。 如果開環(huán)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速接近，則可以減少閉環(huán)轉(zhuǎn)速的負(fù)擔(dān)。 可以減少車輛之間的差異。 一些駕駛員很少停車足夠長時間以使怠速控制修正開環(huán)怠速轉(zhuǎn)速的偏差。 ６．８．１　冷機(jī)補(bǔ)償 為了補(bǔ)償冷機(jī)時所增加的摩擦，需要額外的旁通空氣量。在起動后及暖機(jī)期間，為提高冷機(jī)的怠速質(zhì)量，也要提高目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速。 冷卻液修正(冷機(jī)補(bǔ)償項)是加在基本怠速位置上的偏差值。 偏差值是根據(jù)起動時的冷卻液溫度決定的。冷卻液溫度修正的衰減率是時間及冷卻液溫度變化的函數(shù)。這個偏差值可以被閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制邏輯所修改。 ６．８．２　負(fù)荷補(bǔ)償 負(fù)荷補(bǔ)償使得怠速控制系統(tǒng)可以在發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化破壞怠速質(zhì)量之前，對其進(jìn)行補(bǔ)償。 怠速控制不可能對大的瞬時負(fù)荷進(jìn)行足夠快的響應(yīng)。 為提供足夠的響應(yīng)需要增加額外的輸入，或者在系統(tǒng)設(shè)計中采取折衰方案。 ６．８．３　空調(diào)負(fù)荷補(bǔ)償 空調(diào)系統(tǒng)是怠速中發(fā)動機(jī)最大的負(fù)荷。在接合空調(diào)壓縮機(jī)的離合器時，還會產(chǎn)生瞬時負(fù)荷峰值?？照{(diào)負(fù)荷是下列各項的函數(shù)： 環(huán)境溫度 濕度 鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 空調(diào)設(shè)置(最大/正常) 在大多數(shù)應(yīng)用中，由PCM控制空調(diào)壓縮機(jī)離合器的接合。 延遲壓縮機(jī)離合器的接合，直到增加了額外的空氣及燃油以負(fù)擔(dān)瞬時負(fù)荷。 在失速情況下關(guān)掉壓縮機(jī)。 起步時關(guān)掉壓縮機(jī)以提高加速性，尤其是在一些功率不中的車輛上。 在節(jié)氣門全開時關(guān)掉壓縮機(jī)10至30秒，以提高超車能力，尤其是在一些功率不