單缸電噴摩託車如何準確判斷曲軸相位?

2020-12-05 指尖摩託

在電噴摩託車中,為了實現進入氣缸燃料的微粒化,降低尾氣排放,提升發動機的動力性能,需要使噴油器能夠在最佳的時間段執行噴油動作,減少燃油在進氣道內停留的時間。

同時為了延長系統部件的使用壽命,降低系統工作時的電流消耗,還需要執行隔圈噴油與點火的控制,這將要求ECM模塊不但需要知道活塞在氣缸中的位置,還需要識別出曲軸相位。

對於多缸發動機,可以使用凸輪軸相位傳感器來結合CKP(曲軸位置)傳感器來計算活塞位置與曲軸相位。

對於單缸電噴摩託車,出於製造成本的考慮,往往並沒有設置凸輪軸相位傳感器。

在國產單缸電噴摩託車中,目前僅有嘉陵生產的一款摩託車配置有曲軸相位傳感器。對於四衝程發動機,起動運行時可以有3種方式來獲得曲軸相位信息。

a) 通過進氣行程與作功行程時的發動機轉速對比方式來確定。

在固定轉速下,進氣行程後緊隨的壓縮行程由於受到氣缸壓縮壓力的影響,曲軸轉速會略為下降。而在作功行程後緊隨的排氣行程,由於作功行程的慣性力影響,加之此時排氣門處於打開位置,氣缸內部不存在密封空間,曲軸轉速將相對較高。

這種變化在發動機轉速越低時表現的越明顯。利用這個轉速波動的特性,ECM計算飛輪凸臺經過CKP傳感器的時間變化幅度,即可以分辨出發動機的曲軸相位。

由於活塞上止點位置是預先設定在位於飛輪凸臺上的某個凸臺位置,所以ECM能夠直接計算出此時是壓縮行程上止點或排氣行程上止點。

b)通過MAP(進氣壓力)傳感器的電壓信號變化來確定。

MAP傳感器測量的是進氣道內的壓力,在進氣行程開始時,進氣道內的壓力開始下降形成負壓,空氣流在壓差作用下被壓人進氣道和氣缸(通常描述是空氣被吸入),到進氣行程下止點時,負壓達到最大值。

在隨後的行程時間段內,進氣道內的壓力逐漸回升,直到排氣行程末期達到最大,即負壓最小值的時期。ECM通過MAP傳感器的反饋電壓信號同樣可以得知某一活塞位置時曲軸的相位。

c)在點火線圈二次側的高壓信號上加一個偏壓來確定,這需要二次側的高壓信號傳感器來完成。

在壓縮行程上止點附近高壓電擊穿火花塞跳火時,由於受到氣缸內壓縮壓力的影響,擊穿火花塞間隙需要一個較高的電壓。

一般在怠速工況下,此時的擊穿電壓在8~12 kV左右。在排氣行程上止點附近點火時,氣缸內的壓縮壓力較低,氣缸內的溫度也相對較高,此時的擊穿電壓基本在3 kV左右。根據這一特徵,ECM可以識別出點火時所處的行程位置。

單缸電噴摩託車中,ECM確定曲軸相位是通過MAP傳感或CKP傳感器進行的。不同車型使用的電噴系統,其確定控制程序也不相同。通過對電噴系統的數據進行分析,能夠看到不同的控制策略。

五羊一本田佳御摩託車使用的是本田PGM-Fl電噴系統,該系統配置有MAP傳感器。

圖1為此車型起動開始時的各路波形數據,第1次噴油是屬於額外的起動加濃噴油,僅受起動信號控制,與曲軸是否運轉無關。在隨後的正常運轉首次噴油時,通過MAP電壓波形可以看到此次噴油發生在排氣行程上止點位置,噴油開始的時間是寫人ECM模塊內部的固定程序。

在噴油完成後的下一圈發動機運行時並未進行噴油,而是採取的隔圈噴油控制。當進入到第3次運轉噴油時,ECM通過MAP信號識別出了曲軸相位,將噴油時間直接切換到了壓縮行程上止點位置,這次屬於是切換動作,所以出現一個連續噴油波形。

當切換完成後,ECM繼續執行隔圈噴油的控制,同時會逐次推移噴油開始時間,將噴油結束時間控制在進氣門打開之前完成。與此同時,點火控制也從起動開始時的每圈點火切換成了隔圈點火,僅在壓縮行程段進行有效點火。

此車型丟失MAP傳感器信號後,由於ECM模塊內並未使用依靠CKP傳感器來確定曲軸相位的程序,所以系統無法實現切換。

ECM此時執行後備控制功能,只根據CKP信號來確定噴油與點火的幾始時間,並不進行控制切換,波形測試上的表現為發動機進行的是每圈點火,參見圖2所示。

通過發動機運行時的動態數據波形可以發現,五羊一本田佳御車型的電噴系統是完全依靠MAP傳感器信號來識別曲軸相位的,並不採用CKP傳感器的信號。

五羊一本田優客與新大洲本田飄悅也是使用的本田PGM-Fl電噴系統,這2款車型並未使用MAP傳感器,所以ECM根據計算CKP傳感器的信號變化來確定發動機的曲軸相位。

圖3為此款電噴系統在發動機起動時的控制波形,起動時在起動加濃噴油後執行的是隔圈噴油控制,噴油開始時間在上止點附近位置。

當發動機起動成功開始運行後,ECM計算出曲軸相位,將點火切換成隔圈點火。對於噴油時間,ECM則採取2種不同的控制方式。

在發動機起動時,曲軸首先是從靜止狀態開始轉變為旋轉狀態,在CKP信號輸入ECM後,ECM根據內存程序開始噴油,但是此時ECM還沒有計算出曲軸相位,只是執行的固定程序操作。

會出現2種情況,首次噴油開始在排氣行程上止點附近或是壓縮行程上止點附近。當ECM通過CKP傳感器的輸人信號計算出曲軸相位時,針對2種不同的噴油開始時間,執行不同的控制策略。

圖4為首次噴油開始在排氣行程時的控制方式,ECM通過逐次提前的方式將噴油器的噴油開始時間向前推動,直到噴油開始時間達到ECM內存設定的正確時間位置。

此款電噴系統使用的飛輪是9凸臺,每凸臺間隔為20°,通過對比噴油器波形的峰值電壓與觸發波形的位置移動關係可以看出,ECM每次移動的時間距離在20°曲軸轉角左右。

當起動運轉時的首次噴油發生在壓縮行程時,在ECM通過CKP信號識別出曲軸相位後,對於噴油開始時間執行的是逐次退後控制,參見圖5所示。

每次噴油開始的時間退後20°左右,僅需要數圈的發動機運轉時間即能將噴油開始的時間推移到模塊內存預先設置的時間位置。

新大洲本田自由TODAY內銷版電噴車型使用的是國產電噴系統,該系統配置有MAP傳感器,但是ECM對曲軸相位的識別方法不僅僅是使用MAP傳感器的信號,當MAP傳感器出現故障時,系統能夠通過CKP傳感器信號來進行曲軸相位的識別工作,這與本田的PGM-FI系統不同。

圖6為該車型起動時的各種波形數據,這是在人為斷開MAP信號線的情況下採集的。可以從波形圖中看到,ECM對起動時的噴油執行的是每圈噴油的控制,點火也是如此。

當起動成功後,第11次點火完成時,系統開始進行點火切換,第12次點火總是被切換成隔圈點火,這是程序執行的固定控制操作,無論何種情況下,只要發動機能夠起動運轉,則點火切換點總是固定在第11次點火後開始。

與此同時,噴油控制也轉為隔圈噴油,與點火切換時的圈數相同,噴油開始時間是被固定在飛輪上第巧凸臺的下降沿位置,基本位於壓縮行程上止點後50°左右的位置,在各個轉速區域下,噴油開始的時間不會改變。由此可見該電噴系統對於曲軸相位的識別,使用的是CKP信號來進行。

通過上述3款電噴系統的不同控制方式分析可以得知,對於沒有配置MAP傳感器的系統,使用的是CKP信號來確定曲軸相位。

對於配置了MAP傳感器的車型,則使用MAP信號來確定曲軸相位,但是也同樣可以使用CKP信號來進行相位的確定工作。從而達到延長電噴系統中的部件使用壽命,降低系統工作電流消耗的目的。

俱樂部推出的智能點火器雖然是應用於化油器車型的,但也採用了隔圈點火技術,以保證充足的點火能量,延長電路壽命。

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