轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火與噴油正時(shí)控制策略研究

吳 超 魏民祥 劉 銳

（南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院 江蘇 南京 210016）

引言

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)與傳統(tǒng)的四沖程往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相同，都是由進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程組成。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，取消了傳統(tǒng)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞直線運(yùn)動(dòng)，擺脫了因活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而引起的往復(fù)慣性力的影響，轉(zhuǎn)速可以大幅度地提高，運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)噪聲較小。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)由于沒(méi)有曲柄連桿機(jī)構(gòu)和氣門(mén)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，體積小，質(zhì)量輕。與同功率往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比，升功率是后者的一倍[1-3]。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣行程和作功行程時(shí)間更長(zhǎng)，這就使得發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣更為充分，作功密度更高，輸出功率更大，功重比高[4]。由于上述優(yōu)點(diǎn)，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)在航空領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，某些型號(hào)無(wú)人機(jī)上使用其作為動(dòng)力源，許多增程式電動(dòng)汽車(chē)上也運(yùn)用轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)作為增程器[5-8]。

國(guó)外轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)研究早已開(kāi)展，美國(guó)RPI公司在美國(guó)航天局（NASA）的支持下，研制了適合燃燒多種燃料的電控轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；英國(guó)UVA公司研制出適合無(wú)人機(jī)系統(tǒng)使用的電控轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；日本馬自達(dá)公司已將轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)成熟運(yùn)用到公司的產(chǎn)品中，動(dòng)力性能毫不遜色于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

國(guó)內(nèi)化油器式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)早已有研制，但是對(duì)于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的研究還處于初步階段，可供查閱的資料較少。江蘇大學(xué)潘劍鋒等人建立了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的三維模型，運(yùn)用仿真軟件研究了點(diǎn)火參數(shù)和噴油參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能的影響[2，9]。南京航空航天大學(xué)湯廷孝等人研制了適合轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)并且通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性[10]。北京工業(yè)大學(xué)蘇騰等人研究了氫燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，并與汽油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行了對(duì)比[1，4，11]。國(guó)內(nèi)僅機(jī)械研究院吳進(jìn)軍對(duì)于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元（electronic control unit,ECU）進(jìn)行了研制，將高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)運(yùn)用到柴油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)上，系統(tǒng)地進(jìn)行了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU研究和匹配試驗(yàn)[12]。

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不同，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室為扁平狹長(zhǎng)型[13-19]，這種燃燒室形狀使得燃燒室內(nèi)的氣流速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于火焰?zhèn)鞑ニ俣龋⑶覠o(wú)法使燃料與空氣較好地混合，并且火焰在傳播過(guò)程中容易出現(xiàn)淬熄而導(dǎo)致燃燒室內(nèi)的窄通道內(nèi)殘留大量的未燃烴?；谏鲜鲈?，這就需要優(yōu)化轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制。在相同轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火噴油頻率是四行程往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍，這就對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)及點(diǎn)火系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性提出更高的要求[20]。針對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU在控制邏輯以及時(shí)刻上與傳統(tǒng)往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)有一定的區(qū)別[12]。因此，研究轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的控制策略具有重要的理論意義與工程實(shí)用價(jià)值。

本文針對(duì)某型小排量汽油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，該轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)排量為294 mL，額定轉(zhuǎn)速為7 100 r/min，額定功率35.8 kW，研制適合該轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU。在此基礎(chǔ)上著重研究轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU軟件控制策略，包括ECU的軟件正時(shí)、噴油點(diǎn)火控制策略和雙轉(zhuǎn)速冗余診斷策略，通過(guò)半物理仿真試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)控制策略的有效性。

1 電控單元總體設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)主要由3部分組成：傳感器、電控單元和執(zhí)行器。所需要的傳感器主要是曲軸位置傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器。執(zhí)行器主要是噴油器和電感點(diǎn)火線圈。本文圍繞雙路曲軸位置傳感器對(duì)ECU控制策略進(jìn)行研究。

1.1 電控單元設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制需要輸入多路傳感器信號(hào)和輸出多路控制信號(hào)到執(zhí)行器，本文選用16位高性能微控制器MC9S12XD256作為電子控制系統(tǒng)的核心，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU，如圖1所示。MC9S12XD256擁有多個(gè)用于采集外部傳感器信號(hào)和輸出控制信號(hào)的I/O口，主頻最大可以達(dá)到40 MHz，完全滿足轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。

圖1 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU框圖

1.2 曲軸位置傳感器

本文采用的是霍爾式曲軸位置傳感器，如圖2所示?；魻柺絺鞲衅鞑捎萌芊饨Y(jié)構(gòu)，防潮防塵性能好，工作壽命長(zhǎng)，響應(yīng)快，能夠滿足轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速控制需要。

圖2 霍爾式曲軸位置傳感器示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)由一個(gè)信號(hào)盤(pán)和兩個(gè)完全相同的霍爾式曲軸位置傳感器產(chǎn)生。信號(hào)盤(pán)圓周上分布有一個(gè)凹坑和一個(gè)凸臺(tái)，凹坑深度約為8 mm，凹坑和凸臺(tái)各占圓周180°平均分布。當(dāng)凸臺(tái)接近時(shí)，接近開(kāi)關(guān)輸出低電平，當(dāng)凹坑接近時(shí)，輸出高電平。發(fā)動(dòng)機(jī)上裝有2個(gè)曲軸位置傳感器，2個(gè)傳感器的安裝位置是水平對(duì)置，做轉(zhuǎn)速信號(hào)冗余設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)一周，曲軸位置傳感器產(chǎn)生2個(gè)互補(bǔ)的方波信號(hào)，作為轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入到ECU中。

2 正時(shí)控制策略

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制策略主要包括3個(gè)部分：軟件正時(shí)、噴油點(diǎn)火正時(shí)、故障診斷策略。軟件正時(shí)是控制轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)噴油正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)的基礎(chǔ)。本文對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)控制是基于對(duì)兩路互補(bǔ)轉(zhuǎn)速信號(hào)的處理實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每旋轉(zhuǎn)一周，在固定的曲軸轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生兩個(gè)互補(bǔ)的方波信號(hào)，ECU對(duì)這兩個(gè)信號(hào)采用了輸入捕捉功能，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略如圖3所示。

2.1 軟件正時(shí)

軟件正時(shí)是指ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)上各種傳感器采集的信號(hào)，獲取當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的運(yùn)行位置，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。軟件正時(shí)是實(shí)現(xiàn)噴油脈寬和噴油正時(shí)、點(diǎn)火充磁脈寬和點(diǎn)火正時(shí)精確控制的基礎(chǔ)。從圖4可以看出兩路曲軸位置傳感器輸出信號(hào)示意圖。因?yàn)檗D(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)不同于傳統(tǒng)往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)有明確的上止點(diǎn)定義，所以本文中將轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程缸內(nèi)容積最小的位置定義為轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的上止點(diǎn)，曲軸位置傳感器的安裝位置是和上止點(diǎn)位置相關(guān)的，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)上止點(diǎn)位置距離曲軸位置傳感器產(chǎn)生中斷信號(hào)位置為70°曲軸轉(zhuǎn)角。曲軸位置傳感器每隔360°產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，不能滿足精確控制的需要，需要用軟件延時(shí)的方式來(lái)處理[21-22]。

圖3 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略框圖

2.2 噴油正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)

本文采用的曲軸位置傳感器產(chǎn)生中斷信號(hào)間隔360°，油壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)油壓至0.3 MPa左右。如果每次都在產(chǎn)生中斷信號(hào)處噴油，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，由噴油器噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油不能較好地與空氣混合，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀態(tài)惡化。為此，本文從軟件優(yōu)化方面入手，運(yùn)用軟件延時(shí)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)的精確控制。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程見(jiàn)式（1）和式（2），圖4所示為轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火噴油正時(shí)控制示意圖。

圖4中βInj為噴油提前角，（°）；βig為點(diǎn)火提前角（°）。α為傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號(hào)所對(duì)應(yīng)的曲軸位置與轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)上止點(diǎn)位置的固定角度；Td1為噴油延遲時(shí)間，s；Td2為點(diǎn)火延遲時(shí)間，s；Tinj為噴油脈寬，s；Tig為點(diǎn)火充磁脈寬，s。其中βinj，βig，Tinj，Tig為已知。根據(jù)不同轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門(mén)下的點(diǎn)火提前角和噴油提前角對(duì)應(yīng)的延時(shí)角度可以算得對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間Td1和Td2，s。

當(dāng)ECU檢測(cè)到曲軸位置傳感器轉(zhuǎn)速信號(hào)后，設(shè)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n（r/min），所以：

Td1決定噴油器開(kāi)啟時(shí)刻，Td1時(shí)間過(guò)小，噴油器過(guò)早噴射，噴油器噴出的燃油會(huì)在進(jìn)氣道上凝結(jié)，不能進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室；Td1時(shí)間過(guò)大，噴油器在進(jìn)氣口打開(kāi)之后噴射，會(huì)導(dǎo)致一部分燃油在進(jìn)氣口關(guān)閉之后噴射。噴油器噴油動(dòng)作要在進(jìn)氣口剛好打開(kāi)之前結(jié)束，這樣才能使燃油與空氣在進(jìn)氣道內(nèi)充分混合，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，噴油提前角也相應(yīng)地增大，才能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行需要。Td2決定轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火充磁開(kāi)始時(shí)刻，充磁結(jié)束后火花塞放電點(diǎn)火。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷一定時(shí)，點(diǎn)火提前角隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，點(diǎn)火提前角隨著負(fù)荷的增加而減小。當(dāng)點(diǎn)火提前角過(guò)大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生爆震；當(dāng)點(diǎn)火提前角過(guò)小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生后燃。

圖4 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)噴油點(diǎn)火正時(shí)控制示意圖

2.3 曲軸位置傳感器冗余設(shè)計(jì)與故障診斷

本文采用單轉(zhuǎn)速信號(hào)正時(shí)控制策略，容易實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有復(fù)雜的信號(hào)邏輯處理過(guò)程。ECU是根據(jù)曲軸位置傳感器信號(hào)來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確控制，為保證測(cè)量轉(zhuǎn)速功能的可靠性，本文采用兩路曲軸位置傳感器，做雙路冗余轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)[23]，提出故障診斷方法。兩路曲軸位置傳感器輸出互補(bǔ)的方波信號(hào)，同時(shí)輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU中，一路輸入捕捉上升沿，一路輸入捕捉下降沿，雙路冗余測(cè)速算法以第一路信號(hào)為主，即以捕捉上升沿一路為主，另一路為備用。兩路使用相同的曲軸位置傳感器，ECU上兩路測(cè)速通道使用相同的硬件電路，用Sij表示第i個(gè)通道在j時(shí)刻的測(cè)量值。若某個(gè)測(cè)速通道出現(xiàn)故障，不管是曲軸位置傳感器、ECU上的硬件電路有問(wèn)題，都應(yīng)該反映在該通道測(cè)量轉(zhuǎn)速值異常上，通過(guò)分析測(cè)量值，可以判斷哪路測(cè)速通道產(chǎn)生故障，并對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行判斷。通道1的測(cè)量值為S1j（r/min），通道2的測(cè)量值為S2j（r/min）。

在ECU軟件程序中要限制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在某一上限值Smax，防止因故障而出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然上升失控，即轉(zhuǎn)速測(cè)量值有：

在程序中設(shè)定一個(gè)判斷閥值P1，SmaxP1時(shí)，且該現(xiàn)象出現(xiàn)超過(guò)一定的時(shí)間，則判斷第i個(gè)通道出現(xiàn)信號(hào)異常故障，棄用該通道測(cè)量值，以另一通道測(cè)量值為準(zhǔn)。

若一路測(cè)速通道的轉(zhuǎn)速測(cè)量值為0，另一通道的轉(zhuǎn)速測(cè)量值不為0，為一正常值，即：

該現(xiàn)象出現(xiàn)且持續(xù)一定的時(shí)間，那么程序中即可判斷該通道發(fā)生信號(hào)丟失故障。當(dāng)兩路測(cè)速通道測(cè)量值都為0時(shí)，則程序中應(yīng)該立刻斷油斷火，停機(jī)檢查，檢查傳感器是否損壞，ECU硬件電路是否損壞等。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度一定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定工況，轉(zhuǎn)速測(cè)量值的變化有一定限值P2，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定工況時(shí)，轉(zhuǎn)速測(cè)量值超過(guò)限值P2，即：

該現(xiàn)象出現(xiàn)并且持續(xù)一段時(shí)間，則可以判斷測(cè)速通道i發(fā)生故障，程序中棄用該通道測(cè)量值，以另一通道測(cè)量值為準(zhǔn)。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 仿真試驗(yàn)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制策略的準(zhǔn)確性與可行性，需要對(duì)ECU進(jìn)行硬件在環(huán)半物理仿真試驗(yàn)，硬件半物理仿真平臺(tái)主要包括信號(hào)發(fā)生器、電控系統(tǒng)、執(zhí)行器、測(cè)控軟件等。本文選取了2個(gè)典型工況進(jìn)行驗(yàn)證，分別是轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度為10%工況,轉(zhuǎn)速為4 500 r/min，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度為50%工況，分別列出這兩個(gè)工況下的仿真試驗(yàn)結(jié)果，程序里寫(xiě)入的噴油MAP、點(diǎn)火MAP、點(diǎn)火提前角MAP和噴油提前角MAP值與實(shí)際試驗(yàn)仿真值見(jiàn)表1、表2。

表1 2 500 r/min、10%參數(shù)設(shè)置值與仿真值對(duì)比

表2 4 500 r/min、50%參數(shù)設(shè)置值與仿真值對(duì)比

仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖5～圖8所示，縱坐標(biāo)為電壓（V），橫坐標(biāo)為時(shí)間（ms），圖中通道2均為轉(zhuǎn)速信號(hào)。

圖5 2 500 r/min噴油信號(hào)與轉(zhuǎn)速信號(hào)相位

圖6 2 500 r/min點(diǎn)火信號(hào)與轉(zhuǎn)速信號(hào)相位

圖7 4 500 r/min噴油信號(hào)與轉(zhuǎn)速信號(hào)相位

圖8 4 500 r/min點(diǎn)火信號(hào)與轉(zhuǎn)速信號(hào)相位

表1、表2第一列為寫(xiě)入到ECU噴油MAP、點(diǎn)火MAP、噴油提前角MAP、點(diǎn)火提前角MAP中的理論值，第二列為半物理仿真時(shí)ECU的輸出值。上止點(diǎn)位置距離轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生中斷信號(hào)位置是70°曲軸轉(zhuǎn)角，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度為10%時(shí)，由圖5、圖6所示，測(cè)得噴油信號(hào)上升沿與轉(zhuǎn)速信號(hào)上升沿之間相差0.52 ms，轉(zhuǎn)換為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下上止點(diǎn)前的曲軸轉(zhuǎn)角77.8°CA，噴油提前角實(shí)際值與理論值絕對(duì)誤差為0.2°CA，相對(duì)誤差為0.2%。測(cè)得噴油脈寬實(shí)際值與理論值絕對(duì)誤差為0.01 ms，相對(duì)誤差為0.2%。點(diǎn)火提前角實(shí)際值與理論值相同。測(cè)得點(diǎn)火充磁脈寬實(shí)際值與理論值絕對(duì)誤差為0.02 ms，相對(duì)誤差為0.8%。

同理，當(dāng)轉(zhuǎn)速為4 500 r/min，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度為50%時(shí)，從圖7、圖8可以看出，噴油提前角實(shí)際值與理論值絕對(duì)誤差為0.5°CA，相對(duì)誤差為0.4%。噴油脈寬實(shí)際值與理論值絕對(duì)誤差為0.01 ms，相對(duì)誤差為0.2%。點(diǎn)火提前角實(shí)際值與理論值絕對(duì)誤差為0.2°CA，相對(duì)誤差為0.9%。點(diǎn)火充磁脈寬實(shí)際值與理論值絕對(duì)誤差為0.01 ms，相對(duì)誤差為0.8%。

由上述分析可知，自主設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU能夠在不同工況下準(zhǔn)確控制點(diǎn)火提前角、噴油提前角、噴油脈寬及點(diǎn)火充磁脈寬，誤差均在1%以下。時(shí)序控制正確，并且設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制策略準(zhǔn)確可行。

3.2 臺(tái)架試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)ECU硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的有效性，以及設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的正確性與可靠性，本文搭建了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架，結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備及儀器如表3和表4所示，包括110 kW級(jí)電渦流測(cè)功機(jī)、溫度傳感器、壓力傳感器、空燃比傳感器等，利用發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，完成轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能參數(shù)采集。

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備

表4 中成測(cè)功機(jī)CWF110G設(shè)備參數(shù)

在環(huán)境溫度為24℃，大氣壓力為0.1 MPa下進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)從0%慢慢開(kāi)到100%最大，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡∷? 500 r/min升至7 100 r/min，通過(guò)測(cè)功機(jī)記錄轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)工況下的功率和轉(zhuǎn)矩，結(jié)果如圖10所示，由圖可知，使用自主設(shè)計(jì)的ECU進(jìn)行試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，具有良好的動(dòng)力性。

圖10 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)動(dòng)力性圖

4 結(jié)論

本文針對(duì)汽油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制策略進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下：

1）研制了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，針對(duì)兩路曲軸位置傳感器，設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)ECU單轉(zhuǎn)速信號(hào)控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)噴油點(diǎn)火時(shí)序的精確控制。

2）進(jìn)行了雙路轉(zhuǎn)速信號(hào)冗余設(shè)計(jì)，提出一種轉(zhuǎn)速冗余故障診斷方法，提高轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU可靠性。

3）進(jìn)行了ECU半物理仿真試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)，驗(yàn)證ECU控制策略及算法的有效性和穩(wěn)定性，試驗(yàn)表明：自主開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)ECU使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，設(shè)計(jì)的控制策略準(zhǔn)確可靠。