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 2010.09.10 1
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
研究背景 3
3000 2500 2000 1500 1000 500 0 中国摩托车工业的发展历程 Development of Motorcycle Industry in China 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2006 2008 2010 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
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) 14 12 10 8 6 4 2 欧 Ⅳ 欧 III 4T- 欧 I 2T- 欧 I 0 1 2 3 4 (g/km) HC 5 5
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
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 GB14622-2007 7
国 III 排放耐久测试循环及里程 Emission Durability Testing Cycle and kilometres for EUROIII From GB14622-2007 8
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 7 8000 6 5 6000 4 4000 3 2 2000 1 0 0 600 700 800 燃油蒸发控制技术 催化器匹配 摩托车排放标定 2500 2000 1500 1000 500 0 燃油蒸发控制 0 100 200 300 400 500 600 Time (s) 碳罐脱附影响排放 9
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 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 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 YZT S1 S2-4# S3 系列 4 BS25-68-R/L-CO 9 8 7 S3-BS25-50-26# 6 0 10 15 20 24 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 km/h 5 4 3 2 1 0 km/h N/L BS25-50-YZT-26# S1-BS25-50-26# S2-BS25-50-26# S3-BS25-50-26# BS25-50-R/L-CO 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 FO 化油器改装前后 lambda 对比 加三元催化器前后 lambda 对比 7 6 5 4 3 2 原机排放值 改装后样车排放值 1 0 1 2 3 CO HC NOX 10
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
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
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
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
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
高性价比 MFI 电喷摩托车 R2.1 版本 16
ECU 硬件开发 17
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
XC888CM Block Diagram 19
MFI DESIGN FOR SINGLE CYLINDER TPS= Throttle Position Sensor CEL/MIL= Check Engine Light or Mulfunction Indicator Light 20
TPS= Throttle Position Sensor CEL/MIL= Check Engine Light or Mulfunction Indicator Light 8 位机 ECU 硬件 21
XC164CM Block Diagram 22
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 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 7469 2.6V 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
ECU 硬件 25
XC2785 Block Diagram 26
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 BTS2147 27
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 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 TC1766 32bit 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
基于 Tricore 的轿车汽油机 ECU 30
基于 Tricore 的轿车汽油机 ECU 31
ECU 软件开发 32
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
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
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
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
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
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
λ λ 闭环控制策略 ( 工况法测试循环 λ 变化 ) 39
电喷摩托车及发动机数据采集及燃烧分析软件 40
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
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
ECU-EOL Testing System 43
匹配标定及试验 44
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
电喷摩托车典型特种路面强化可靠性验证 46
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
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
Thank you! 49