浅谈摩托车电喷系统中的曲轴相位确定方式

爱摩托 · 发表于 2016-11-30 22:47:13

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说明：本文整理自网络。
摘要：在电喷摩托车中，为了延长系统部件使用寿命，降低系统工作电流消耗，需要执行隔圈点火与喷油的控制，这将要求ECM模块不但要知道活塞在气缸中的位置，还要识别出曲轴相位。对于单缸车来说，这并不容易做到！

在电喷摩托车中，为了实现进入气缸燃料的微粒化，降低尾气排放，提升发动机的动力性能，需要使喷油器能够在最佳的时间段执行喷油动作，减少燃油在进气道内停留的时间。

同时为了延长系统部件的使用寿命，降低系统工作时的电流消耗，还需要执行隔圈喷油与点火的控制，这将要求ECM模块不但需要知道活塞在气缸中的位置，还需要识别出曲轴相位。

对于多缸发动机，可以使用凸轮轴相位传感器来结合CKP（曲轴位置）传感器来计算活塞位置与曲轴相位。
对于单缸电喷摩托车，出于制造成本的考虑，往往并没有设置凸轮轴相位传感器。

在国产单缸电喷摩托车中，目前仅有嘉陵生产的JH-600摩托车配置有曲轴相位传感器。对于四冲程发动机，起动运行时可以有3种方式来获得曲轴相位信息。

a) 通过进气行程与作功行程时的发动机转速对比方式来确定。
在固定转速下，进气行程后紧随的压缩行程由于受到气缸压缩压力的影响，曲轴转速会略为下降。而在作功行程后紧随的排气行程，由于作功行程的惯性力影响，加之此时排气门处于打开位置，气缸内部不存在密封空间，曲轴转速将相对较高。

这种变化在发动机转速越低时表现的越明显。利用这个转速波动的特性，ECM计算飞轮凸台经过CKP传感器的时间变化幅度，即可以分辨出发动机的曲轴相位。
由于活塞上止点位置是预先设定在位于飞轮凸台上的某个凸台位置，所以ECM能够直接计算出此时是压缩行程上止点或排气行程上止点。

b）通过MAP（进气压力）传感器的电压信号变化来确定。
MAP传感器测量的是进气道内的压力，在进气行程开始时，进气道内的压力开始下降形成负压，空气流在压差作用下被压人进气道和气缸（通常描述是空气被吸入），到进气行程下止点时，负压达到最大值。

在随后的行程时间段内，进气道内的压力逐渐回升，直到排气行程末期达到最大，即负压最小值的时期。ECM通过MAP传感器的反馈电压信号同样可以得知某一活塞位置时曲轴的相位。

c）在点火线圈二次侧的高压信号上加一个偏压来确定，这需要二次侧的高压信号传感器来完成。
在压缩行程上止点附近高压电击穿火花塞跳火时，由于受到气缸内压缩压力的影响，击穿火花塞间隙需要一个较高的电压。

一般在怠速工况下，此时的击穿电压在8～12 kV左右。在排气行程上止点附近点火时，气缸内的压缩压力较低，气缸内的温度也相对较高，此时的击穿电压基本在3 kV左右。根据这一特征，ECM可以识别出点火时所处的行程位置。

单缸电喷摩托车中，ECM确定曲轴相位是通过MAP传感或CKP传感器进行的。不同车型使用的电喷系统，其确定控制程序也不相同。通过对电喷系统的数据进行分析，能够看到不同的控制策略。

五羊一本田佳御摩托车使用的是本田PGM-Fl电喷系统，该系统配置有MAP传感器。

图1为此车型起动开始时的各路波形数据，第1次喷油是属于额外的起动加浓喷油，仅受起动信号控制，与曲轴是否运转无关。在随后的正常运转首次喷油时，通过MAP电压波形可以看到此次喷油发生在排气行程上止点位置，喷油开始的时间是写人ECM模块内部的固定程序。

在喷油完成后的下一圈发动机运行时并未进行喷油，而是采取的隔圈喷油控制。当进入到第3次运转喷油时，ECM通过MAP信号识别出了曲轴相位，将喷油时间直接切换到了压缩行程上止点位置，这次属于是切换动作，所以出现一个连续喷油波形。

当切换完成后，ECM继续执行隔圈喷油的控制，同时会逐次推移喷油开始时间，将喷油结束时间控制在进气门打开之前完成。与此同时，点火控制也从起动开始时的每圈点火切换成了隔圈点火，仅在压缩行程段进行有效点火。

此车型丢失MAP传感器信号后，由于ECM模块内并未使用依靠CKP传感器来确定曲轴相位的程序，所以系统无法实现切换。
ECM此时执行后备控制功能，只根据CKP信号来确定喷油与点火的几始时间，并不进行控制切换，波形测试上的表现为发动机进行的是每圈点火，参见图2所示。

通过发动机运行时的动态数据波形可以发现，五羊一本田佳御车型的电喷系统是完全依靠MAP传感器信号来识别曲轴相位的，并不采用CKP传感器的信号。

五羊一本田优客与新大洲本田飘悦也是使用的本田PGM-Fl电喷系统，这2款车型并未使用MAP传感器，所以ECM根据计算CKP传感器的信号变化来确定发动机的曲轴相位。

图3为此款电喷系统在发动机起动时的控制波形，起动时在起动加浓喷油后执行的是隔圈喷油控制，喷油开始时间在上止点附近位置。
当发动机起动成功开始运行后，ECM计算出曲轴相位，将点火切换成隔圈点火。对于喷油时间，ECM则采取2种不同的控制方式。

在发动机起动时，曲轴首先是从静止状态开始转变为旋转状态，在CKP信号输入ECM后，ECM根据内存程序开始喷油，但是此时ECM还没有计算出曲轴相位，只是执行的固定程序操作。

会出现2种情况，首次喷油开始在排气行程上止点附近或是压缩行程上止点附近。当ECM通过CKP传感器的输人信号计算出曲轴相位时，针对2种不同的喷油开始时间，执行不同的控制策略。

图4为首次喷油开始在排气行程时的控制方式，ECM通过逐次提前的方式将喷油器的喷油开始时间向前推动，直到喷油开始时间达到ECM内存设定的正确时间位置。

此款电喷系统使用的飞轮是9凸台，每凸台间隔为20°，通过对比喷油器波形的峰值电压与触发波形的位置移动关系可以看出，ECM每次移动的时间距离在20°曲轴转角左右。

当起动运转时的首次喷油发生在压缩行程时，在ECM通过CKP信号识别出曲轴相位后，对于喷油开始时间执行的是逐次退后控制，参见图5所示。

每次喷油开始的时间退后20°左右，仅需要数圈的发动机运转时间即能将喷油开始的时间推移到模块内存预先设置的时间位置。
新大洲本田自由TODAY内销版电喷车型使用的是国产电喷系统，该系统配置有MAP传感器，但是ECM对曲轴相位的识别方法不仅仅是使用MAP传感器的信号，当MAP传感器出现故障时，系统能够通过CKP传感器信号来进行曲轴相位的识别工作，这与本田的PGM-FI系统不同。

图6为该车型起动时的各种波形数据，这是在人为断开MAP信号线的情况下采集的。可以从波形图中看到，ECM对起动时的喷油执行的是每圈喷油的控制，点火也是如此。

当起动成功后，第11次点火完成时，系统开始进行点火切换，第12次点火总是被切换成隔圈点火，这是程序执行的固定控制操作，无论何种情况下，只要发动机能够起动运转，则点火切换点总是固定在第11次点火后开始。

与此同时，喷油控制也转为隔圈喷油，与点火切换时的圈数相同，喷油开始时间是被固定在飞轮上第巧凸台的下降沿位置，基本位于压缩行程上止点后50°左右的位置，在各个转速区域下，喷油开始的时间不会改变。由此可见该电喷系统对于曲轴相位的识别，使用的是CKP信号来进行。
通过上述3款电喷系统的不同控制方式分析可以得知，对于没有配置MAP传感器的系统，使用的是CKP信号来确定曲轴相位。

对于配置了MAP传感器的车型，则使用MAP信号来确定曲轴相位，但是也同样可以使用CKP信号来进行相位的确定工作。从而达到延长电喷系统中的部件使用寿命，降低系统工作电流消耗的目的。