汽车发动机标定技术

第一章标定过程概述动力传动系统的目标每个标定过程的第一步是确定动力传动系统标定的目标。典型情况应包括以下几方面内容：—发动机的功率和输出扭矩—驱动性能—不同温度下起动时间—加速和减速性能—期望的燃油特性—工作温度范围硬件选择在性能指标确定后，为了达到这些目标，需要选择各种各样的系统硬件。节气门口的直径由发动机节气门全开时的最大空气流量决定。油泵流量和喷油器动态范围由怠速和节气门全开时发动机燃油需要量决定。排放标准排放标准可能要求使用外接EGR阀、防燃油蒸气污染系统、催化转换器的数量和大小、暖机催化转换器和辅助空气阀(脉动空气/空气泵等)。爆震控制如果需要用最大点火提角来满足功率和燃油经济性要求，或者车辆可能使用不同辛烷值的汽油，那么可能需要安装爆震控制系统。§１．１发动机在测功器上的初步开发一旦系统硬件配置确定，就可以利用一或两台手工装配的发动机进行发动机测功器初步开发。试验前，必须安排时间排除测功器硬件的故障，确认系统零部件达到技术要求，并且实际上通讯系统已正常工作。发动机测功器用于评价发动机性能以及制定空燃比分布、所要求的点火提前角和充气效率图。发动机性能—在节气门部分开度和全开时测量空燃比分布。—分析O2传感器对各缸的响应来确定混合气浓和稀情况下的最佳扭矩点影响。2—确定节气门部分开度和功率加浓的燃油精度。—测定有效燃油消耗率。发动机控制参数图—部分负荷/节气门全开的MBT。—点火界线与燃油辛烷值关系。—点火与冷却水温的关系。—点火与EGR的关系。—EGR图与发动机排放关系。—点火图与EGR和发动机排放的关系。—燃油经济性/NOx与HC的折衷选择。—充气效率(VE)图(速度密度系统)。—空气流量计校准(质量流量系统)。§１．２车辆驱动性能的开发一旦可以得到足够数量的能够批量生产的零部件，就应马上着手组装一或两辆试验车，作为一个典型的开发平台，进行早期的标定开发和车辆驱动性能评价。最重要的一些标定工作包括以下几项：—起动供油量—冷机和热机供油量—瞬态供油量冷态试验在标定过程期间有两种类型冷机试验。第一种类型，称为冷机，适用于发动机冷却水温等于或者接近于环境温度的情况。第二种类型，称为冷环境，适用于低温环境下进行性能实验。冷环境试验，可以用一个冷的或予热过的发动机进行；具体根据试验技术要求而定(即模拟整夜停车后或再起动)。燃油标定燃油标定分为两种主要类型，开环和闭环标定。开环标定可进一步分为三种，一种对于冷机和暖机运行是通用的，一种只能用于冷机运行，一种只能用于暖机运行。§１．３开环标定—冷机和暖机—起动燃油控制—起动后A/F随时间衰减的控制—开环冷机—开环转速和负荷加浓这阶段的目标是保持A/F是理论混合比或在理论混合比附近，使催化转换器效率最高，同时保证良好的驱动性能。3开环标定—冷机开环冷机标定包括以下功能：—功率—功率加浓(PE)—加速加浓(AE)开发冷机开环标定时，工作重点应该是在保证良好全面的驱动性能的同时避免过度供油，否则会导致火花塞积碳和产生黑烟。开环标定—暖机开环暖机标定包括下述功能：—催化剂和发动机的保护—功率加浓(PE)—加速加浓(AE)根据时间、转速和负荷的燃油加浓可用于保护催化剂，根据冷却液温度的加浓可使动力传动系冷却。功率加浓(PE)供油可以提高发动机性能、防止爆震并降低活塞温度。§１．４闭环标定闭环燃油标定的目的是在下述情况下保持空燃比的精确控制：—驱动性能加浓—减速减稀(DE)—减速断油(DFCO)闭环A/F比控制的主要目的是保持最优A/F比使催化剂的转换效率最高。验证初步标定的验证是通过在冷、热温度条件下进行的一系列大范围试验完成的。一旦完成了初始发动机控制图和驱动性能评价，就应开始车辆排放性能的开发，这样在这一过程结束后便可确保达到排放认证要求。§１．５车辆排放试验在车辆排放试验阶段，为了获得最佳排放性能，应精细调整最初开环燃油标定的数据，特别在以下几个方面：—加速和功率加浓限制—起动供油量—点火—EGR—负荷和海拔高度对发动机排放的影响—怠速空气控制系统对总的排放的影响在排放试验以后，车辆和控制系统现在的任务是在恶劣条件下进行一系列试验来确定它的适应能力，包括温度极限和高海拔高度。4低温室试验在低温室内试验阶段，要测量发动机的起动转速和燃油消耗量，以及蓄电池电压下降条件下油泵输出的油量，还应该检查火花塞是否被淹，这表明起动混合气是否过浓。冷机行车试验冷机行车试验是为了评价冷机车辆的起动、起步和在高海拔地区运行时的性能。在高温情况下，即在高温室内或在高温行驶时也要评价车辆的驱动性能。这种做法是为了确定热燃油输送的问题，象燃油蒸气、怠速不稳定或催化转换器的温度过高等，如果需要应进行修正。高温室试验在高温室内试验期间，评价下述性能：—起动供油量—在高温环境条件下加速加浓和减速减稀的功能—蒸发排放性能热机行车试验在热机行车试验期间，车辆经过一系列定量测试评价下列性能：—热起动—热态供油—瞬态燃油响应—高海拔地区的性能—蒸发排放情况在遇到类似于拖挂或爬陡坡时的大负荷情况下，测量催化转换器的温度。§１．６车辆排放试验整理进行一系列大量试验之后，车辆的硬件和软件标定结果应彻底地进行全面的整理。在整个全部的标定过程中，为了在性能和排放两者之间都能很好地兼顾，应不断地对各种燃油和怠速控制的标定进行精细的调整。在提交车辆进行系统和标定试验或排放认证试验之前，冻结软件和硬件的进一步开发是很重要的。在整个驱动性能试验阶段，一定要保持燃油特性的一致。系统和标定试验发动机管理控制系统的性能和标定的精确性在系统和标定试验期间被验证，这些试验包括：—冷机标定—行驶噪音水平5—海拔高度标定—热机标定试验还要评价发动机管理控制系统的电气性能。电磁干扰(EMI)试验EMI试验可以确定系统对外部产生的电磁干扰是否敏感。电磁兼容性(EMC)试验EMC试验保证系统内部各种电子零部件不产生相互干扰的信号。§１．７车辆排放认证试验车辆排放认证试验是标定过程的最后一步，通常是最困难的一步。在认证试验期间，标定工程师们将看到他们所作的车辆标定开发究竟结果如何；然而如果在开发期间利用了大量的发动机台架试验，获得好的试验结果应当完全不足为怪。如果整个标定开发过程都是一步一步扎实地进行，那么在提交车辆进行排放认证之前就可以精确地估计出最终的试验结果。为什么整车试验不同于发动机测功器试验整车试验和发动机测功器试验在有些工况有着明显的差别。所以在完成初始发动机测功器开发后，进行广泛的整车开发是很重要的。一些原因是：·底盘动态特性－发动机测功器试验不能提供车辆的“驾驶感”。对于许多参数的标定来说这是很重要的，尤其在怠速和接近于怠速的工况。如不进行整车标定，则许多简单的瞬态标定也不能有效地进行。·进气系统－在测功器试验中精确地重现车辆进气系统的特性是困难的。车身结构通常会对进气系统的性能有影响。·温度－发动机测功器试验不能产生与整车相同的温度变化率。另外大多数的测功器试验设备不能在极端温度状况下进行发动机试验。·瞬态试验－在发动机测功器上进行瞬态试验很复杂并会花费大量时间。在车辆上(道路试验或底盘测功器试验)则与开车一样简单。同时从车辆上获得的瞬态试验数据更有价值(见底盘动态特性)。6第二章发动机标定，稳态测功器试验§２．１基本稳态标定定义发动机测功器试验的试验工况点，使之容易作为标定时的节点使用。利用发动机测功器试验得到的数据设定一个标定开始的基准。尽量减少在车上开发基本标定参数(燃油，EGR补偿和点火)所需的时间。在车上验证初始测功器试验数据。在进气、燃烧或排气系统中有任何改变，均需对基本燃油、EGR补偿和点火表进行重新标定。§２．２基本燃油标定基本喷油脉宽公式中用到以下参数:基本脉宽常数负荷变量(LV8)质量空气流量或歧管绝对压力A/F比系数海拔高度修正系数EGR补偿系数AE系数DE系数块学习系数蓄电池电压闭环修正点火基本燃油标定下面主要是讨论基本脉宽计算中的充气效率和EGR的补偿。它们是发动机测功器试验中得到的基本数据。§２．３充气效率充气效率(VE)针对泵气损失对基本喷油脉宽进行修正。在软件中LV8是以转速和负荷为基础的三维表。它通常以和系数值相当的计数值格式来显示。对每一个转速和负荷点从发动机测功器试验数据中选择VE值并将它装入相应的表中。发动机测功器试验数据不能复盖整个表中所有的位置，所以必须进行插值计算。负荷变化数据的验证图1和图2是进行18循环(FTP)排放试验和公路燃油经济性试验得到的。在x-y绘图机上监控转速和负荷点，以确定最高密度区域。这些区域表示要进一步标定开发的稳定工况点。在排放底盘测功器上按照最7初设定的转速/负荷点稳态运行，以确认和发动机测功器试验结果完全一致。图1发动机转速/负荷点-18热循环FTP(4.5L)图2发动机转速/负荷点--公路燃油经济性试验(4.5L)8§２．４开环方法在整个FTP18循环过程中，不断调整A/F直到它变成14.7为止。这是通过改变LV8值(负荷参数)来实现的。A/F比值用排放A/F分析仪来获得。在完成此项任务时必需禁止下列各项，以免相互影响。加速加浓减速减稀功率加浓闭坏块学习碳罐净化下游空气EGR整个过程要监测以下参数:RPMLV8脉宽排气背压MAP或MAF(歧管绝对压力或质量空气流量)蓄电池电压歧管空气温度§２．５闭环方法除了在开环方法中相同的那些项外还监控闭坏积分项。从VE值和闭环积分项中可以计算出使A/F达到14.7的VE值。据此修改VE表的标定值，以适应保持理论混合比的需要。在确定VE值时，歧管空气温度的修正将是主要因素。稳态运行时应小心保持工况点在排放测试范围内。在某些区域中可能希望发动机工作于非理论混合比状况。数据的改变需要逐个进行标定和试验，以确定它们对排放的影响。为了怠速的稳定，在MAP和RPM低时将混合气加浓。为了减速时保护催化转换器或为了HC的排放和断油瞬间平顺地减速，在MAP低时将混合气减稀。如果功率加浓供油不随转速或海拔高度变化，在MAP和RPM高的节气门全开(WOT)工况将混合气减稀。在高海拔高度地区需进行类似的排放底盘测功器试验。§２．６EGR补偿当EGR引入系统时，EGR补偿改变基本的脉宽。当EGR起作用时燃油补偿是渐增的，当禁止EGR时燃油补偿逐渐减少。在软件中EGR补偿是根据转速和负荷的三维表，或map。从发动机测功器试验得到EGR百分比数值可以装入这个表中(假设EGR阀已选择好)。在排放底盘测功器上发动机在主要转速/负荷点上稳态运行，以保证发动机测功器试验数据可在整车上复现。除了将修9改EGR补偿值以达到理论混合比外，其它的方法都与前文所述相同。这种形式的验证试验在尽可能多的装有“普通”零件的车辆上进行，以得到平均EGR补偿值。修改EGR补偿表的标定值，以适应保持理论混合比的需要。在高海拔地区需要进行类似的排放底盘测功器试验开发。EGR率定义为：CO2在进气道中%CO2在排气道中%EGR标定目标(2.5L)10§２．７基本点火标定总的点火提前角＝EGRON(通)或OFF(断)查表值大气压力补偿冷却液温度补偿冷却液过热补偿怠速动态点火初始点火提前角图4点火正时与EGR%的关系(1.3L)基本点火提前角的标定主要集中于总点火提前角计算中的EGRON/OFF(通/断)项。EGR通时EGR点火提前角加大，EGR断时减小，如图4所示，注意MBT随发动机转速的增加和随负荷的减少。EGRON(通)和OFF(断)点火提前角被建立为一个以转速和负荷为座标的三维表，典型的点火钩状曲线如图5所示。从发动机测功器试验数据中对应于每一转速和负荷点选择MBT点火提前角值，并将它装入表中的相应位置。在可能的情况下都应使用EGRON(通)或OFF(断)的MBT点火提前角。在某些情况下不能用MBT:在怠速时为了保证怠速稳定性为了减少NOx排放在爆震限制时使用爆震传感器的车辆一般将点火表标定到接近MBT并追踪爆震值。通常点火提前角应在MBT，但不能超过比爆震界限小3度的安全界限。11§２．８发动机控制图表和EMS工作在GM发动机管理系统中使用许多标定常数和表。这些表提供了进