摘要: 简要介绍了一套由国内高校和企业联合开发的产品级新型电控单体泵燃油喷射系统,建立了面向欧Ⅲ 排放法规的ECU 关键控制参数的匹配标定方法,进行了用国产ECU 替代进口原机ECU 后的发动机性能对比试验, 获得了优于原机性能的匹配标定结果。RSC232 ,CAN ,DBM;电源电压24 V ;外壳散热。在发 动机特性控制策略上,采用油量控制的方法。软件 部分(包括匹配标定系统和状态监控系统) 是面向用 户设计的商业化应用系统,完全为自主开发。 国产ECU 采用国内汽车上常用的24 V 直流作 为其供电电源,原机ECU 则采用12 V 直流电源。由 于采用不同的控制策略和硬件设计,两种ECU 输出 的驱动电流波形不同(见图2) 。从测试结果看,国 产系统具有更快的响应速度和更低的功耗。 试验所使用的仪器主要有:启东Y380S 水力测 功机、HZB2000 转速油耗仪、EMC900 发动机测控单 元、Protech OPAX2000II 动态烟度计、MRU Delta1600D 尾气分析仪、Agilent E8403A 高速数据采集仪等。试 验中所使用的燃油为国产0 # 柴油,机油为国产长城 牌CD 级机油。油定时MAP 和随转速递减的油量控制MAP。 2. 2 　油量控制MAP 的匹配标定 ECU 控制MAP 的匹配标定以法规测试工况为 基础,首先参照原机外特性数据,确定本次匹配标定 的试验工况。 2. 2. 1 　启动油量及怠速运行线的标定 启动油量是指启动机倒拖发动机到喷射始点转 速时,ECU 给出的前若干循环的目标供油量。该供 油量从油量控制MAP 中查表得到。当启动时,油门 处于0 %位置时,启动油量由0 % 油门线给出,随 转速升高而减小。合适的启动油量是整个MAP 图 标定的基础,为使发动机能够顺利启动并稳定进入 怠速,可以采用较大的初始供油量。但是,一旦发动 机顺利启动,启动供油量应按照怠速控制要求重新 调整,即改变0 %线位置,使进入怠速PID 控制时的 实际转速对目标怠速的超调量尽可能小。 2. 2. 2 　确定各种负荷下的调速率 采用时间控制式电控技术的发动机转速波动决 定于油量控制MAP ,其调节频率与发动机工作循环 频率相同。当转速较低时,调节频率也低,因此低速 时的转速波动较大,对油量MAP 中各条运行线的斜 率的标定也相应集中在低速小负荷工况。图3 是油 量变化较大(转速每增加100 r/ min ,循环油量下降 2. 5 mm3) 时,发动机的转速波动情况(无PID 调节, 基于MAP) 。优化以后,转速波动明显减小,在室温 和50 ℃冷却水温条件下,发动机怠速转速波动保持 在±5 r/ min 的范围内。本达到较稳定的发动机运转调速率。 2. 2. 3 　标定外特性曲线 保持已经匹配标定好的油量调速曲线斜率,开 始标定发动机的外特性油量曲线轮廓。根据原发动 机的外特性逐点进行标定,直到完成所有外特性曲 线上的点。图4 是经过标定的发动机油量控制 MAP ,ECU 将根据从该图中查到的供油脉宽控制单 体泵工作。2. 3 　供油定时MAP 的匹配标定 供油定时的优化是建立在燃烧系统优化的基础 上进行的,本研究着重就欧Ⅲ法规13 工况下的喷射 参数进行优化。根据ESC13 测试工况的要求, 计 算出所需测试运行转速及负荷范围即1450r/ min , 1 800 r/ min ,2 150 r/ min 以及怠速的600 r/ min ;负荷 点是除怠速外的上述3 个转速下的25 % ,50 % ,75 %及100 %负荷率。经过反复试验调整,得到优化 后的供油定时MAP(见图5) 。 图从排放测试结果看,采用国产ECU 替代原机 ECU ,对发动机重新标定以后, NOx 和CO 排放与原 机水平相当,在部分工况点的排放结果还优于原机。 虽然在有些工况下配新ECU 标定后的烟度值比原 机稍有增加,但总体的烟度排放值并不高,13 工况 中最大的8 工况也只相当于Bosch 烟度值的0. 2 左 右。由此说明,本文所述的匹配标定方法能够适应 电控单体泵在欧Ⅲ测试工况下的要求,可以实现对 发动机控制参数的准确标定。但发动机的性能因标 定者及方法不同而不同,要获得更好的综合性能需 要一定的经验积累。 从经济性对比结果看,国产ECU 在废气排放与 原机接近的情况下,经济性较好,在大部分工况下的 燃油消耗率低于原机。 因此,从总体评价来看,原发动机配装国产ECU 后,经初步标定使发动机的性能达到或优于原机水 平,剔除掉偶然性因素,本研究所开发的国产ECU 及标定方法可以满足欧Ⅲ标准发动机的要求。 4 　结束语 通过对装配国产威特电控单元的电控单体泵燃 油喷射系统柴油机主油量控制MAP 以及供油定时 控制MAP 的简单匹配标定,在不改变原机的动力性 的基础上,使发动机的排放性能以及经济性达到并.2. 3 　供油定时MAP 的匹配标定 供油定时的优化是建立在燃烧系统优化的基础 上进行的,本研究着重就欧Ⅲ法规13 工况下的喷射 参数进行优化。根据ESC13 测试工况的要求, 计 算出所需测试运行转速及负荷范围即1450r/ min , 1 800 r/ min ,2 150 r/ min 以及怠速的600 r/ min ;负荷 点是除怠速外的上述3 个转速下的25 % ,50 % ,75 %及100 %负荷率。经过反复试验调整,得到优化 后的供油定时MAP(见图5).略优于原机的水平;初步掌握了第2 代时间式电控 单体泵燃油喷射系统柴油机的主要控制MAP 匹配 标定的基本方法;证实了国产威特电控单元在电控 发动机上应用的可行性,为发展我国第2 代和第3 代电控柴油机增添了信心,积累了宝贵的经验。3 　发动机性能测试 依照上述控制MAP ,在发动机试验台架上按照 欧Ⅲ测试工况进行了发动机性能综合测试。原机的 NOx 和CO 排放分别为5. 85 g (kW·h) 和2. 35 g ( kW·h) ,对发动机自主标定后的NOx 为5 . 94g (kW·h) ,CO 为1. 92 g (kW·h) ,烟度排放和燃油消 耗率的测试结果见图6 和图7。本研究的目标是通过对ECU 中控制参数的匹 配与调整,使发动机性能达到原机水平,排放达到欧 Ⅲ标准。因此,在本研究中,上述系统中除了电控单 元以外的其他部分均为原机系统,采用自主开发的 ECU 替换原机ECU 对发动机进行新的参数匹配与 标定。 本次试验所用的电控系统为成都威特电喷有限 责任公司与清华大学联合开发的新型电控系统(以 下简称国产ECU) ,该系统的硬件部分采用了摩托罗 拉MC68376/ 32 位微处理器,辅以512 k FLASH 和 256 k RAM存储器,具有运算速度快、存储容量大、 功能强大的特点,实现了16 路模拟信号和10 路数 字信号输入、8 路喷射控制输出、具备标准串口 通讯和CAN通讯能力的开发目标; 通讯接口为油定时MAP 和随转速递减的油量控制MAP。