李松
湛江德利车辆部件有限公司
摘要：摩托车发动机电子控制系统，也称发动机管理系统（EngineManagementSystem，简称EMS），EMs不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等，提高发动机性能。本章内容包括电控系统总体方案设计、发动机冲程判断的软件实现设计。
关键词：摩托车；发动机；分类
一、电子控制技术分类
1.1按喷射位置分类
摩托车发动机电子控制系统按燃油喷射位置分有三种，即汽油机直接喷射缸内高压喷射、夹气喷射以及进气管喷射。
1.汽油机直接喷射
直接将汽油喷入燃烧室。由于汽油在进气冲程后期喷入气缸，使缸内充气得到冷却，提高了体积效率，减少了炽热点火倾向和爆震倾向。可以利用纯空气扫气。减少了由于燃油进入排气道带来的损失。且直接喷射容易造成充量分层，便于实现稀薄燃烧。
2.夹气喷射
夹气喷射使空气通过喷油器与燃油同时喷出，使空气从周围将燃油罩住，在空气对燃油微粒的冲击下使燃油得到彻底的雾化。夹气喷射借用辅助空气，使燃油雾化质量比纯油更高。调整辅助空气压力与夹入空气时间，可以获得不同雾化形状，适应燃烧室形状和火花塞位置。燃油直接喷入气缸，减少了二冲程发动机扫气时燃油的短路损失，可降低油耗，怠速时效果特别明显，但是夹气喷射不能充分利用由进气管真空度吸入的雾化的空气，因为发动机低负荷时喷油时间太短，低转速时喷油间隔太长。夹气喷射的喷油器上不仅有喷油嘴，也要有喷气口，必须在系统中添加供气单元。
3.进气管喷射
进气管喷射是现在主要采用的汽油喷射形式，由于将燃油喷射在进气门前或者节气门前，并不需要高压供油，是一种低压喷射系统。进气管喷射按喷油地点可分为进气门前喷射和节气门前喷射。节气门前喷射流入进气管的是空气与燃油的混合气，进气管内有油膜，这一点与化油器式相同。化油器的各种弊端，如过渡工况响应迟钝、油耗增加、排放恶化等在节气门前喷射中同样存在，但它能根据进气量实时调节喷油量，达到最佳空燃比。进气门前喷射由于直接把燃油喷在节气门位置，减少了进气管上的油膜，可以改善过渡工况响应性，降低油耗。进气管喷射相对于前面两种喷射方式，应用最广，技术成熟，电控系统硬件供应较丰富，开发风险比较小。同时，进气管喷射不需对发动机缸盖结构进行过多的改动，较适用于已定型发动机的电控系统改造。
二、按喷油控制方式分类
发动机电子控制系统中主要控制参数之一是空燃比，对空燃比的控制有开环控制和闭环控制两种方式。
1.开环控制
开环控制是按照预先制定的喷油MAP进行燃油喷射控制，即将根据试验标定的发动机各个运行工况下的最佳供油参数预先存入ECU，发动机运行时，ECU根据系统中各个传感器的输入信号，判断发动机所处的运行工况，计算出最佳喷油量，输出脉冲信号控制喷油器的开启时刻和持续时间，从而控制混和气的空燃比。
2.闭环控制
闭环控制在发动机排气管上加装氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，与设定的目标空燃比进行比较，根据比较的结果修正喷油量，使空燃比保持在设定值的附近。由于闭环控制是在开环系统的基础上增加了空燃比反馈回路，在发动机工况变化时能自动修正喷油量，故闭环控制的控制精度较开环控制高。
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三、按进气量的测量方法分类
电子控制系统能否正确地将空燃比控制在所需的范围内，决定了发动机的动力性、经济性和排放性能。电子控制系统对空燃比的控制通过调整与进气量相匹配的供油量实现的，因此，进气流量的测量精度直接影响空燃比的控制精度。测量进气空气流量的方法有速度密度法、节流速度法和质量流量法。
1.速度密度法
速度密度法通过测量发动机转速和进气管绝对压力，计算出每一循环吸入发动机的空气量，根据空气量计算出汽油的喷射量。速度密度法的特点是测量手段简单，传感器尺寸小，布置方便，成本较低，缺点是随着发动机的使用磨损，容易带来误差，引起控制精度下降。
2.节流速度法
节流速度法利用节气门开度和发动机转速，计算出每一循环吸入发动机的空气量，根据空气量计算出汽油喷射量。由于是直接测量节气门的角位移，所以过渡响应性能好。但是，由于吸入的空气量与节流门开度和发动机转速是复杂的函数关系，所以不容易准确确定吸入的空气量。
3.质量流量法
质量流量控制法用空气流量计直接测量进气流量，再根据转速算出每循环吸气量，以此算出一个循环所需的喷油量。质量流量法的优点是可以很精确地控制喷油量，缺点是传感器尺寸大、结构复杂及成本高。
四、电控系统总体方案的确定
4.1电控系统技术方案
本研究选择一款华南摩托车厂己定型生产的化油器式摩托车FY125一3P作为样车，进行发动机电子控制系统匹配设计，其发动机型号为FY156FMI，该化油器式发动机与整车的主要。
目前我国摩托车行业价格竞争非常激烈，因此本研究的电控系统技术方案在保证控制精度的前提下，应充分考虑成本因素。从系统开发技术难度与风险看来，汽油缸内直喷和夹气喷射对系统硬件的要求比较高，存在一定的技术风险，另系统成本也较高。进气管喷射方案技术较成熟，各种关键零部件，如喷油器、油泵、各种传感器等市场较成熟，整体成本也最低。本研究电控系统采用进气管喷射方式。为了保证可靠有效地满足国三排放标准的要求，本电控技术采用闭环控制加三元催化净化技术的方案。
考虑到成本与可靠性，本电控系统进气空气流量的测量方法采用速度密度法与节流速度法相结合的方法。通过采集进气管压力与节气门位置两个信号来计算发动机负荷。通常情况下，用进气压力传感器的信号来计算负荷量，在进气压力传感器发生故障时，采用节气门位置传感器信号来计算负荷量。通过控制负荷突变时的喷油量和点火提前角，可实现良好的驾驶舒适性和排放性能。此外，本发动机管理系统，还实现怠速控制、起动控制、滑行断油和超速断油、跋行回家、故障自诊断等功能。为本摩托车发动机管理系统的原理图。本系统结构简单，成本低，可靠性好，具有电子控制系统的普遍优点，如经济性改善，功率提高，加速性能好，冷起动性能好。
4.2电控系统硬件配置
电控系统的配置应考虑对原发动机和整车改动最少、结构紧凑、易于安装、功能健全、成本较低。
电控系统硬件分为ECU、传感器、执行元件三部分。各种传感器监控发动机的运转工况，将发动机进气温度、进气压力、发动机缸温、发动机转速等状况转换成电信号，送入电子控制器ECU。电子控制器将这些信息与其储存信息进行比较后，确定发动机的喷油时刻、喷油量、点火提前角以及怠速空气流量等控制量。将控制量转化为相应的控制信号，经放大后驱动相应的执行机构，完成各种控制功能。
4.3摩托车电控发动机冲程判断的软件实现
出于节约成本的考虑，本研究的摩托车电控发动机上没有安装相位传感器，利用发动机磁电机CDI触发信号判断上止点位置。而为了实现每个工作循环喷油和点火一次，判别压缩上止点和排气上止点的冲程判断功能就显得很有必要了。
五、技术方案
5.1冲程判断技术方案
摩托车电控发动机的磁电机基准信号既是转速信号又是确定上止点的信号，磁电机信号是摩托车发动机电控系统的基准信号。单缸四冲程发动机在一个工作循环中会采集到磁电机两个上止点基准信号，如果不加以区分将会导致发动机在一个工作循环中喷油和点火两次。为了实现发动机每个工作循环喷油和点火各一次，就必须使ECU不仅能够判断曲轴的位置，而且能够判断出发动机所处的冲程。研究表明，通过用软件的方法分析发
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论文作者:李松
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第28期
论文发表时间:2019/8/26
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