摩托车电控喷射技术的应用

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1 电喷摩托车 MFI 的开发研究胡春明博士侯圣智博士天津大学 - 英飞凌汽车电子联合实验室天津大学内燃机研究所

2 摘研究背景 ECU 硬件开发 ECU 软件开发匹配标定及试验结束语要 2

3 研究背景 3

4 中国摩托车工业的发展历程 Development of Motorcycle Industry in China 中国已成为世界第一摩托车生产大国, 目前已超过世界总量的 50% 4

5 0,45 NOx 中国摩托车排放法规限值的变化 Emissions Regulation Development for Motorcycle in China 中国的排放法规限值等同于欧洲排放法规, 采用的是 ECER40 ECER47 工况循环 0,3 欧 II 0,15 (g/km) CO (g/km) 欧 Ⅳ 欧 III 4T- 欧 I 2T- 欧 I (g/km) HC 5 5

6 摩托车汽油机技术要求与管理汽油机输出功率的大小燃烧是否完全主要由以下因素决定 : 进排气门关闭后燃烧可以利用的空气质量 ; 与此同时可以利用的燃油质量 ; 火花塞点火并引起空气 / 燃油混合气燃烧的时刻发动机燃烧曲轴输出扭矩输出轴扭矩车轮驱动力新鲜进气充量燃油质量点火时刻泵气损失摩擦功损失离合器损失变速传动损失变速传动损失链条传动损失 6

7 排放法规的进程 Emission Regulations 欧 III UDC+EUDC 测试循环 ( 150ml) 欧 III 市区测试循环 (<150ml)UDC 欧 II 测试循环摩托车工况法排放测试循环 From GB

8 国 III 排放耐久测试循环及里程 Emission Durability Testing Cycle and kilometres for EUROIII From GB

9 HC (ppm C3) TICERI-MFI 应对排放法规的解决方案 Technical Tactics for Motorcycle in Corresponding to the Emission Standard 空燃比精确控制空燃比精确控制混合气形成仿真发动机机内净化技术燃烧室优化设计工作过程仿真催化剂评价系统摩托车国 III 排放与燃油蒸发法规技术应对催化剂耐久小样评价发动机机后处理技术 CO 浓度 (%) 催化器前催化器后转速燃油蒸发控制技术催化器匹配摩托车排放标定燃油蒸发控制 Time (s) 碳罐脱附影响排放 9

10 CO CO TICERI-MFI 应对排放法规的解决方案 Technical Tactics for Motorcycle in Corresponding to the Emission Standard 化油器摩托车国 III 排放控制技术与实施原机性能测试样车改装及标定改装后试验结果 YZT S1 S2-4# S3 系列 4 BS25-68-R/L-CO S3-BS # km/h km/h N/L BS25-50-YZT-26# S1-BS # S2-BS # S3-BS # BS25-50-R/L-CO FO 化油器改装前后 lambda 对比加三元催化器前后 lambda 对比原机排放值改装后样车排放值 CO HC NOX 10

11 国 Ⅳ 循环 ( 世界摩托车测试循环 ) World Motorcycle Test Cycle (WMTC) 城市循环郊区循环高速循环 11

12 应对方案应对排放法规的解决方案 Technical Tactics for Motorcycle in Corresponding to the Emission Standard 1. 化油器 + 三元催化 2. 电喷 + 三元催化化油器方案 / 电喷方案国 I 电喷方案国 II 排放法规国 III 国 IV V 12

13 空燃比控制模块燃油泵组件应对排放法规的解决方案 Technical Tactics for Motorcycle in Corresponding to the Emission Standard 电控单元 ECU HJ125-8 MFI 电喷摩托车传感器 TWC 13

14 MFI 系统组成 1 油箱 2 进油油滤 3 在线燃油输送装置 4 燃油滤网 5 电动燃油泵 6 燃油精滤器 7 节气门体总成 8 点火线圈 9 火花塞 10 喷油器 11 节气门角度传感器 12 空滤器 13 进气温度传感器 14 缸体温度传感器 15 氧传感器 16 同步信号传感器 17 通讯接口 18 故障报警指示灯 19 电控单元 (ECU) 20 大气压力传感器 21 蓄电池 14

15 ECU( 生产确认中 ) 喷油器 ( 生产中 ) 碳罐 ( 采购确认中 ) 高性价比 MFI 电喷摩托车 R2.1 版本湿式在线泵 ( 生产中 ) 节气门体 ( 生产中 ) 氧传感器 ( 采购确认中 ) 15

16 高性价比 MFI 电喷摩托车 R2.1 版本 16

17 ECU 硬件开发 17

18 电喷系统 ECU 硬件系列型谱基于 8 位单片机低成本 ECU (XC888) 基于 16 位单片机中端 ECU (XC164CM) 基于 16 位单片机高端 ECU (XC2000) 基于 32 位单片机高端 ECU (TriCore) 18

19 XC888CM Block Diagram 19

20 MFI DESIGN FOR SINGLE CYLINDER TPS= Throttle Position Sensor CEL/MIL= Check Engine Light or Mulfunction Indicator Light 20

21 TPS= Throttle Position Sensor CEL/MIL= Check Engine Light or Mulfunction Indicator Light 8 位机 ECU 硬件 21

22 XC164CM Block Diagram 22

23 MFI DESIGN FOR SINGLE CYLINDER TPS= Throttle Position Sensor CEL/MIL= Check Engine Light or Mulfunction Indicator Light 23

Signal Conditioning MFI DESIGN FOR 2 CYLINDERS TICERI-MFI CPU Boot Diag Req TPS Air Temp Eng Block Temp Barometric Air Pressure Manifold Air Pressure Lambda sensor Batt Voltage Ign Voltage Engine

24 Signal Conditioning MFI DESIGN FOR 2 CYLINDERS TICERI-MFI CPU Boot Diag Req TPS Air Temp Eng Block Temp Barometric Air Pressure Manifold Air Pressure Lambda sensor Batt Voltage Ign Voltage Engine Position(VR) TPS= Throttle Position Sensor CEL/MIL= Check Engine Light or Mulfunction Indicator Light To sensor/s 5V Tracker TLE 4250 CanBus 5V 5V I/O ports Controller XC164CM 5 & 2.6V Regulator TLE V core CAN Transceiver TLE6250 KW2000 5V TLE6258 6ch Lowside Driver Ch 1 TLE6232 Ch 2 Parallel Ch3 & 4, IGBT BTS2140 IGBT BTS2140 Stepper Driver TLE4208 KWP Bus Ch 3 Ch 4 Hitfet BTS117 Ch 5 Ch 6 Fuel Pump CEL/MIL Spare Out O2 Heater Throttle 24

25 ECU 硬件 25

26 XC2785 Block Diagram 26

27 Signal Conditioning MFI DESIGN FOR 2 CYLINDERS TICERI-MFI CPU Boot Diag Req TPS Air Temp Eng Block Temp Barometric Air Pressure Manifold Air Pressure Lambda sensor Batt Voltage Ign Voltage Engine Position(VR) CanBus To sensor/s Controller XC2785 CAN Transceiver TLE6250 5V Tracker 5 V Regulator SPI L9177 Injector drivers O2 sensor heater Fuel pump relay Stepper driver IGBT CPV Idle speed controlbypass air MIL BTS2147 IGBT BTS

28 ECU 硬件 28

Power Power Supply Supply TICERI-MFI 17ADC 基于 Tricore 的轿车汽油机 ECU Coolant oil temperature Air Temperature Throttle Position 1 Throttle Position 2 Pedal Position 1 Pedal Position 2 Motor Oil pressure

switch Air cond. Pressure switch Ignition Key Signal Digital Crank Shaft Position Interf. Camshaft Position 1 VBAT Ignition Key Kl.

0/1 GPTA I/o SSC0/1 GPTA I/o MSC0 GPTA I/o SSC0/ 1 GPTA I/o GPTA I/o CAN0/1 ASC 0/1 Ignition IGBT H-Bridge Output Output Driver Driver (16) (10) (16) Fuel Pump Relay Air Conditioning Relay Cooling

29 Power Power Supply Supply TICERI-MFI 17ADC 基于 Tricore 的轿车汽油机 ECU Coolant oil temperature Air Temperature Throttle Position 1 Throttle Position 2 Pedal Position 1 Pedal Position 2 Motor Oil pressure Sensor Analog MAP Sensor Interf. Fuel level 5V uref1 5V uref2 Battery Voltage Coil current 1 Coil current 2 Lambda Sensor 1 Lambda Sensor - 2 Knock Sensor Input. Diagnostic request Air cond. switch Air cond. Pressure switch Ignition Key Signal Digital Crank Shaft Position Interf. Camshaft Position 1 VBAT Ignition Key Kl.15 5V Uref2 (TPS1,PPS1) 5V Uref1 (Sensors/TPS2/PPS2) Ground TLE7368 ADC0 32CH TC bit Micro Controller FADC ASC0/1 ML!0/1 GPTA I/o SSC0/1 GPTA I/o MSC0 GPTA I/o SSC0/ 1 GPTA I/o GPTA I/o CAN0/1 ASC 0/1 Ignition IGBT H-Bridge Output Output Driver Driver (16) (10) (16) Fuel Pump Relay Air Conditioning Relay Cooling Fan control Relay Main Relay Lambda Heater 1 Output Lambda Heater 2 Driver (4) (2) TLE8102 (TLE6214 rebrand) Discrete CAN LIN Opt. External IGBT Ignition Coil 1-4 ISL9V3040P3/NGB8202N Throttle Actuator TLE8209 1E Injectors 1-4 Canister Purge Valve Variable Valve Timing TLE8710 Diagnostic Lamp 1 Engine Speed TLE6250GV33 Opt. ISCV TLE4208 Calibration/OBD/data exchange Keyword 2000 TLE7259G Manufacturing test 29

30 基于 Tricore 的轿车汽油机 ECU 30

31 基于 Tricore 的轿车汽油机 ECU 31

32 ECU 软件开发 32

33 功能特点双缸顺序喷油控制双缸顺序点火控制怠速电机控制空燃比闭环控制过渡工况控制温度压力补偿空燃比控制自学习算法 OBD 诊断和故障码存储通信接口 : CAN 通信监控标定诊断和数据流在线软件升级 33

34 应用层软件工况判断发动机基础运行工况包括 : 停机工况 ; 起动工况 ; 怠速工况 ; 部分负荷工况 ; 变速工况 ; 减速断油工况 ; 全负荷工况等 34

35 点火钥匙打开转速 < 最低转速软件设计 - 主函数流程图转速 > 最大起动转速 LV_CT=1 LV_MSR=0 转速 > 最大怠速转速 LV_CT=1 LV_MSR=0 节气门开度减小率大于限值, 且转速大于限值转速 < 最大怠速转速节气门开度 < 最大怠速开度停机工况起动工况怠速工况变速工况减速断油工况转速 > 最低转速油泵开关开关打开第一次喷油执行转速 < 最大起动转速转速 < 最大怠速转速 LV_CT=1 LV_MSR=0 节气门开度减小率小于限值或转速小于限值节气门开度 > 最大怠速开度节气门开度变化率小于限值节气门开度 > 最低怠速开度且转速 > 最大怠速转速部分负荷工况节气门开度变化率小于限值或转速小于限值节气门开度变化率大于限值或转速小于限值节气门开度 < 最低怠速开度且转速 < 最大怠速转速工况判断流程图 35

36 修正子程序电池电压修正子程序缸体温度修正子程序进气温度修正子程序怠速手动修正子程序氧传感器修正子程序空挡修正子程序 36

37 冷起动工况与冷态循环工况的排放控制策略摩托车起动工况时过量空气系数变化示意 37

38 变工况排放控制策略 ( 加速修正及减速断油 ) 电喷摩托车工况法测试循环排放变化示意 38

39 λ λ 闭环控制策略 ( 工况法测试循环 λ 变化 ) 39

40 电喷摩托车及发动机数据采集及燃烧分析软件 40

41 基于 CAN 总线的监控标定诊断系统 ECU 点火 MAP 标定窗口电喷发动机 ECU 标定窗口电喷发动机故障诊断窗口 41

42 模块化电控单元发动机电喷系统 HIL 仿真标定系统电喷发动机信号仿真系统 ECU ECU 执行信号发动机及各传感器仿真信号参数在线监测控制参数在线标定上位机标定系统 42

43 ECU-EOL Testing System 43

44 匹配标定及试验 44

45 仿真标定与代码生成低温起动与暖机标定驾驶性能标定电喷摩托车整车及发动机匹配标定技术电磁兼容标定发动机 MAP 标定国 III排放标定 45

46 电喷摩托车典型特种路面强化可靠性验证 46

47 应对排放法规的解决方案 Technical Tactics for Motorcycle in Corresponding to the Emission Standard 空燃比控制模块燃油泵组件电控单元 ECU HJ125-8 MFI 电喷摩托车传感器 TWC 47

48 结束语采用集成度高的智能型电子元器件是降低 ECU 成本和提高硬件可靠性的有效途径基于高性能的单片机, 采用先进控制算法, 使电喷摩托车具有满足更严排放法规的巨大潜力, 以及更强的使用适应性所开发的 MFI 系统通过了一系列的可靠性测试, 尤其在 16000km 测试中, 在排放指标和可靠性方面表现出突出的性能 48

49 Thank you! 49

二. 气门 VALVE F Intake Valve F Exhaust Valve F Valve Spring Seat F Inner Spring Of Val

二. 气门 VALVE F Intake Valve F Exhaust Valve F Valve Spring Seat F Inner Spring Of Val 一. 气缸头 CYLINDER HEAD 1 12200-F18-0000 Cylinder Head Assy 1 2 70.1-8-20 Screw M8 20 2 3 36550-F68-0000 Water Temperature Sensor Delphi15404280 1 4 16674-6-14 Hex Flange Bolt M6 14 1 5 90601-F11-0000 Gasket