摩托车电控系统的原理和组成李松

摩托车电控系统的原理和组成李松

李松

（湛江德利车辆部件有限公司）

摘要：如何让发动机有更好的工作能力，这是许多工程师和科学家研究的课题。使发动机提高工作能力的方法有很多，简单的说来就是使发动机更适合自己所需要的那种工作环境或工作状态。发动机的工作能力不可能无限制的提高，每台发动机都有自己的最佳工作能力点，找到相应的发动机的最佳功率点，是需要进行试验对比分析的。在试验中，进气量也是一个很重要的因素，进气量对于燃烧是否充分起着至关重要的作用。

关键词：摩托车；电控系统；解决

一、摩托车电控系统的原理和组成

发动机电子控制技术主要是指电子燃油喷射控制技术和电子点火控制技术，电子控制系统之所以具有良好的性能，主要是因为它使用了微型计算机对发动机进行管理，通过精确控制喷油量能够获得理想的空燃比，通过对点火提前角的精确控制能够精确控制发动机的点火时刻，从而使发动机动力性、经济性、排放性能指标达到最佳。电控技术在汽车发动机上的应用已经比较成熟，而在摩托车发动机上的应用则还是刚刚开始起步，由于摩托车有着与汽车不同的特点，所以汽车发动机的电控系统不能照搬应用在摩托车上，必须根据电控系统的基本原理针对摩托车发动机的特点开发专用的电控系统。

首先摩托车发动机自身成本较低，在保证一定控制精度的条件下，应尽可能地降低电控系统的成本。第二摩托车发动机转速高，可以达到上万转，对电控系统的实时响应要求比较高，要求在高速工况要采用适当简练的控制算法，否则必须选用高速微处理器，从而会增加成本。

此次的研究分析是选用价格较低的电喷元件，满足控制精度要求。由于采用的不是高端的电喷配件，在进展过程中一定会有许多困难，不过会想办法尝试着改善，寻找好的办法。

1．传感器的特点是将发动机相关的运转信号进行感应，然后输送给所需要的感知单元，也就是电控单元。

2．电控单元对信息处理，分析后得到执行参数，发出指令给各种执行器，以此控制发动机。

3．执行器的功能是执行ECU发出的指令，完成喷油和点火任务。执行器主燃油泵、喷油器和点火模块。

电喷结构的工作过程是传感器部件组首先对发动机的运转情况进行采集和确定，经过信号传递部件传输信息到中心控制器后，再统一对电喷系统的操作元件进行控制。电喷的工作过程是由传感器、ECU、操作单元三部分协同完成。电控技术与化油器相比优点就是能更加精确的控制发动机的燃烧过程，化油器的工作过程是被动的，而电控是相对主动的。电控燃油喷射技术可以将空气和燃油的比例控制在一个比较好的范围内，这样可以更好的控制点火的时刻和喷油时间，以及调控喷油量。另外在摩托车减速时，化油器会被动的大量给油，而电喷可以做到尽少量的给油，或者停止给油，这样对排放和油耗都有一定改善。

二、摩托车电控喷射形式的选择

对于电控汽油发动机的特点来讲，燃油喷射方式一般有缸内高压直喷、夹气喷射，还有进气管喷射三种类型：

1．缸内高压直喷（GDI）：这种方式是直接往燃烧室里喷射汽油，是一种缸内喷射的稀薄燃烧方式，因为汽油在进气后期喷入汽缸，通过汽缸内充气得到降温，增强了容积效率，降低了炽热点火的可能性；另外，直接喷射会有利于燃气的分层，便于分层燃烧，改善稀薄燃烧的燃烧环境。汽油机直接喷射主要使用的新技术比较多，包括以下几个特点：第一，GDI发动机禁止节气门和油门踏板之间建立直接的机械联系。所以，必须使用电子油门即导线驾驶（Drive-by-Wire）。第二，现代GDI要求自由选择喷油正时。第三，现代GDI使用高压涡流喷油器，喷油压力需要大幅度提高。第四，GDI需要对活塞凹坑进行设计，便于更好的实现分层燃烧。

2．夹气喷射：夹气喷射使空气通过喷油器与燃油一起喷出，使混合气在燃油微粒的冲击下得到充分的雾化。这一点是与高压喷射方式不一样的。夹气喷射不能够充分利用进气管的真空度来雾化空气，因为发动机低负荷时喷油时间较短，低转速时喷油间隔过长。但它的优点还是非常明显，夹气喷射在辅助空气的帮助下，使燃油雾化的效果更好；调节辅助空气压力与夹入空气时间，能够获得不同雾束形状，适应燃烧室结构特点和火花塞位置；汽油直接喷入汽缸，降低了扫气时燃油的短路损失，可以降低油耗，怠速时效果非常明显。夹气喷射的喷油器中不光有喷油嘴，也需要喷气口，这需要在系统中增加供气单元。

3．进气管喷射：进气管喷射是现在主要使用的汽油喷射模式。按喷油位置进气管喷射可分为节气门前喷射和进气门前喷射，节气门前喷射进入进气管的是空气与燃油的混合气，进气管中存有油膜，这一点与化油器一致。但还有很多化油器的弊端在节气门前喷射中还是存在着。因为进气门前喷射直接把燃油喷在进气门上，降低了进气管上的油膜含量，这样会改善过渡工况、降低油耗。汽油直接喷射所涉及的技术较广，如果要使用于摩托车发动机，从资金、技术上讲都难以实现。夹气喷射现在主要用在二冲程发动机上，澳大利亚的奥必托公司在相关研究方面属于国际领先水平。进气管喷射与前面两种喷射方式相比，因为采用的最广，所以技术最成熟，各种硬件的来源比较充足，开发风险比较低。另外，进气管喷射不需要对发动机本身的结构进行过多的改动，在生产型发动机的电控喷射改造中可实施性最强。

三、摩托车电控系统解决方案

如果要将发动机的各项性能达到一个比较好的指标，这就需要对摩托车的各项性能进行匹配，对于点火时间、喷油时间和喷油量进行精确的控制，需要试验进行确定，这对于电喷车来说是很必要的。

3.1电控喷射系统解决方案

电控喷射发动机有开环和闭环两种控制方法。开环控制需要预先设定MAP图，其控制精度需要根据控制MAP的相关精度，具有实时性强和系统响应速度快的优点。因为开环控制没有反馈调节过程，可以直接做出控制结果，所以不需要太多的传感器对发动机运行状况进行监控，降低了系统的成本；但另一方面，电控单元不能利用反馈信息来控制程序执行的结果，控制精确度比较低。闭环系统解决了开环控制的不足。闭环控制是在开环控制的基础上添加了反馈回路，闭环控制及时对发动机的性能参数进行检测，通过检测到的系统输出量主动更改控制参数，控制精度高。在闭环控制条件下，为了对发动机某项运行数据进行控制，需要增加检测该参数的传感器，那就增加了闭环控制的成本。

为了降低成本，本方案除怠速工况外其他都采用开环控制方式。

3.2对于点火系统的电控方案

发动机的燃烧过程与点火时刻（点火提前角）关系很密切，发动机的动力性、油耗、排放性能都受点火提前角的影响，控制发动机在最佳点火时刻点火是电控系统另一项重要应用。发动机的最佳点火提前角受很多因素的影响，变化规律很复杂。离心式和真空膜片式机械点火提前调节装置只能根据发动机转速及负荷来调节点火提前角，具有自动进角功能的电子点火器只能根据发动机转速调节点火提前角，它们都不能反应进气温度、缸体温度、进气压力等对点火提前角的影响。随着尾气排放标准的日益严格，需要更精确地控制发动机的燃烧过程，所以数字式电子点火系统就这样产生了。数字式电子点火系统应用微处理器可以准确控制点火提前角，根据不同负荷、进气温度、转速温度为发动机提供最佳点火时刻，可以对摩托车不同运行工况下所匹配的点火定时调节。比如，在怠速工况时，点火时刻的及时调整对降低怠速排放和稳定转速有好处；在一定负荷下，点火定时的调节，应突出其燃油经济性与行驶性能；在全负荷运转工况时，点火定时的调节重点是不产生爆燃，且在运行时具有最大的转矩能力。

为了很好地控制发动机的工作过程，提高发动机的性能，电控系统采用在MAP图基础上进行开环控制。通过试验提取各种不同工况下的点火提前角数据，再经过试验进行修正与改善后，组成最好的点火提前角的MAP图。ECU实际工作时还要根据当时的温度等参数进行调整，得到及时的最佳点火提前角。

3.3选择合适的控制参量

在一个复杂的汽车发动机控制系统中，送入ECU的控制信号数目较多，最基本控制信号包括转速信号、进气量信号、曲轴位置信号、节气门位置信号、水温信号、进气温度信号、爆震信号、氧传感器信号等，采集这些信号需要的传感器数目较多，在摩托车发动机控制系统中完全采用这些信号是不现实的。为了简化控制系统，在喷油量和点火提前角控制中采用节气门开度/转速控制法。采用开环控制系统，省去了爆震传感器、氧传感器。这样大大简化了控制系统的硬件，通过对软件和MAP图的优化可以达到所要求的控制精度。

3.4控制系统组合方案的确定

对于以上内容的分析，可以得到这样的控制方式，就是在大多数的情况下采用开环控制，只有在怠速时采用闭环。中心处理器接收发动机的转速信号、曲轴位置信号、节气门开度、进气温度、缸体温度等信号，及时的确定发动机的工作情况，确定适合的工作参数，另外由数据存储单元的MAP图确定相关的信息参数，对执行信号进行控制，确定点火的时间、喷油时间和喷油量。

3.5进气系统的方案分析

进气系统包括空气滤清器和节气门体。在本系统中仍使用原空气滤清器。由于本系统去除了化油器，因此重新设计了一套节气门体来连接空气滤清器和发动机进气门，以实现对进气量的控制和喷油器的安装，新进气管可直接安装在发动机上而不用改动原发动机的任何结构。

结束语

进气阻力较大的发动机其功率会受到很大的影响]。改善进气阻力，提高充气效率，对发动机的动力有很好的改进作用。另外进气量对发动机的燃油消耗和排放都有着很重要的影响。减少进气阻力、提高充气效率可以提高发动机功率、降低燃油消耗量、降低排放。另外，发动机的充气量需要控制在一定的范围内，恰当的充气量可以更好的有利于发动机的工作。过多或过少都会产生不良的影响。如果充气量偏少，就会导致发动机内部燃烧的不完全，发动机动力降低，另外，由于燃烧的不完全，会产生大量的CO、HC，这样就会使排放量提高。如果充气量过多，就会使发动机增加爆燃的可能，温度过高，另外氧气量过多，还会增加氮氧化物的大量生成，而增加排放。与进气相关的部件对于进气过程有着很重要的影响，所以对相关部件要进行合理的选型。空滤器的通过性要合适，阻力过大或过小对发动机功率都有不好的影响，需要试验进行确认。和化油器的摩托车相比，电喷的好处就是可以对相关元件进行更合理的选型，也可以对进气管的结构合理的改进，目的是适当的降低空气阻力，提高充气效率，从而提高发动机功率。

参考文献：

[1]王海龙.车用汽油机低排放技术研究2016

[2]吴军等.车用汽油机怠速排放特性研究2017

[3]冯崇毅.汽车电子控制技术2017