（光学工程专业论文）电控汽油发动机空燃比控制仿真研究.pdf

simulation for air-fuel ratio control of electronic controlled gasoline engine a dissertation submitted for the degree of master candidate：yan yinxin supervisor：prof. wu kegang changan university, xian, china i 摘 要 快速发展的电子技术和控制技术越来越多的应用到发动机控制系统，使得发动机 朝着提高动力性和节能的目标发展，日益严格的排放法规对发动机控制系统提出了更 高的要求，而提高空燃比控制精度是改善发动机动力性、燃油经济性和降低尾气污染 的关键环节。 本文根据发动机均值模型理论建立了进气通路均值模型和燃油蒸发子模型。利用 en-dyna 发动机动力学仿真软件中的 si_s4 发动机模型对进气通路均值模型进行了仿 真验证；对燃油蒸发子模型的动态特性进行了仿真分析，说明了当发动机在加速和急 减速工况时对燃油传输动态特性进行补偿的必要性并建立了燃油传输动态特性补偿 器，通过仿真验证了燃油传输动态特性补偿器具有良好的效果。 本文研究的空燃比控制目标是无论发动机处于稳定工况还是过渡工况，都能够使 实际空燃比保持在理论空燃比 14.7 附近。对于稳定工况，首先给出了空燃比开环控制 方法，但考虑到开环控制对各种设备精度要求高、易受干扰，因此使用氧传感器对实 际空燃比进行基于 pid 的闭环反馈控制。 对于过渡工况，说明了对空燃比精确控制的关键在于准确预测进气量，而对进气 量的预测是通过对进气压力的预测实现的。因此重点研究了进气压力预测算法，对相 关文献提出的进气压力预测算法进行了改进，并提出了一种变预测范围的进气压力预 测算法。该算法根据发动机转速的大小动态调整预测范围，在低转速时预测范围小， 以提高预测精度； 在高转速时预测范围大， 以保证发动机 ecu 有充足的时间进行预测 算法的运算。仿真试验表明，进气压力预测算法具有较高的精度，因此由进气压力预 测值计算得到的进气量预测值也具有较高的精度，再由目标空燃比计算喷油量，并对 燃油传输动态特性进行补偿，以达到在此工况下对空燃比精确控制的目的。 本文的研究重点不是对各种空燃比控制方法进行介绍，而是从实际应用的角度研 究空燃比的具体控制算法，对控制算法进行了严谨的推导和仿真验证，因此本文对发 动机 ecu 空燃比控制的软件开发具有一定的参考作用。 关键词：汽油机；空燃比控制；仿真计算；均值模型；预测控制 iii abstract rapid development of electronic and control technology applied to the engine control system more and more, so that the engine development towards to the goal of power and energy-saving. increasingly stringent emission regulations put forward higher requirements for the engine control system, and improve the air-fuel ratio control accuracy is the key link to improve the engine power, fuel economy and reduce exhaust pollution. based on the theory of mean value engine model, we establish a inlet channel sub-model and a fuel evaporation sub-model. the inlet channel sub-model was verified by using with the si_s4 engine model which provided by en-dyna engine dynamics simulation software; the dynamic characteristics of the fuel evaporation sub-model was simulated and analyzed, and illustrates the need for compensation on the dynamic characteristics of the fuel transfer when the engine is in the acceleration and deceleration operating, and set up the fuel transfer dynamic characteristics compensator. lastly, the dynamic characteristics compensator with good results is verified by simulation. in our study, the target is that the air-fuel ratio to be the theoretical air-fuel ratio when engine is in stable conditions and transitional conditions. for the stable conditions, the air-fuel ratio open-loop control method was given firstly, but it requires the high accuracy of equipment and be vulnerably disturbed, so we used the oxygen sensor to control the actual air-fuel ratio based on the pid closed-loop feedback. to the transition conditions, the accurately predict the gas flow is the key to precisely control the air-fuel ratio, and the prediction of intake air was via the inlet pressure prediction. so we focused on the inlet pressure prediction algorithm, and improved the inlet pressure prediction algorithm of some relevant literature, and proposed a variation of inlet pressure range forecast prediction algorithm. the algorithm can adjust forecast range by the engine speed, the forecast range is far at low speed, in order to improve the accuracy of the prediction; forecast range is near at high speed, in order to ensure the engine ecu has enough time for the calculation of the prediction algorithm. the simulation results show that iv the inlet pressure prediction algorithm has higher precision, so the inlet pressure to predict the value of the predictive cycle gas mass value also with high precision, and use the target air-fuel ratio to calculate the fuel injection quantity and compensate fuel transmission dynamic characteristics, in order to achieve the accurate air-fuel ratio control in this condition. this study is not to describe the variety of air-fuel ratio control methods, but to study the air-fuel ratio control algorithm for the purpose of practical application, and give a rigorous derivation and validation to the algorithms, so this study can give reference to the air-fuel ratio control development of engine ecus software. keywords: gasoline engine; air-fuel ratio control; simulation; mean value engine model; predictive control v 目目 录录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题背景及研究意义 . 1 1.2 空燃比控制研究现状 . 3 1.3 本文的主要研究内容 . 5 第二章 发动机均值模型的建立及验证 . 6 2.1 发动机均值模型理论概述 . 6 2.2 en-dyna 软件介绍 . 6 2.3 进气通路均值模型 . 7 2.3.1 节气门处空气质量流量子模型 . 7 2.3.2 进气门处空气质量流量子模型 . 9 2.3.3 进气压力子模型 . 10 2.4 燃油蒸发子模型 . 11 2.5 模型参数的获取 . 12 2.5.1 发动机基本参数 . 12 2.5.2 节气门处空气质量流量子模型参数拟合 . 12 2.5.3 充气效率参数拟合 . 13 2.5.4 燃油蒸发子模型的参数 . 13 2.6 模型的验证 . 13 2.6.1 进气通路均值模型的验证 . 14 2.6.2 燃油蒸发子模型的验证 . 18 2.7 本章小结 . 23 第三章 基于 pid 的稳定工况空燃比控制 . 24 3.1 汽油发动机稳定工况对空燃比的要求 . 24 3.2 进气量的测量 . 25 3.2.1 速度密度法 . 25 3.2.2 空气质量流量法 . 25 vi 3.3 基本喷油量的计算 . 25 3.4 基于 pid 的空燃比闭环控制 . 26 3.4.1 空燃比闭环控制原理 . 26 3.4.1 氧传感器的选择 . 26 3.4.3 pid 控制原理 . 29 3.4.4 使用 pid 控制器对空燃比闭环控制 . 29 3.4.5 pid 控制器参数整定 . 30 3.5 仿真验证 . 32 3.6 本章小结 . 34 第四章 基于预测算法的过渡工况空燃比控制 . 35 4.1 汽油发动机过渡工况对空燃比的要求 . 35 4.2 进气压力预测算法 . 36 4.2.1 进气压力预测算法 . 36 4.2.2 变预测范围的进气压力预测算法 . 39 4.3 进气量的预测值 . 39 4.4 喷油量的确定 . 40 4.4.1 基本喷油量 . 40 4.4.2 使用燃油传输动态特性补偿器后的喷油量 . 40 4.5 仿真验证 . 41 4.6 本章小结 . 46 结论与展望 . 47 参考文献 . 49 附 录 . 52 致 谢 . 55 长安大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 课题背景及研究意义 2011 年，我国汽车产销量继续保持良好的增长势头，平均每月超过 120 万辆，全 年销售超过 1850 万辆，再次刷新全球历史记录1。 然而，汽车的高速增长对环境造成了极大的压力。来自环保部的数据显示：目前 全国约 1/5 的城市空气污染严重，1/3 以上的重点城市空气质量达不到国家二级标准。 汽车尾气作为城市空气的重要污染源， 已经备受关注， 相应的排放法规更新速度加快。 面对全球日益枯竭的不可再生资源，各个国家和行业都在倡导节能减排，对于能 耗需求大、排放较高的汽车行业也提出了更高的要求。第阶段乘用车燃料消耗量 评价方法及指标 （报批稿）要求我国乘用车平均燃料消耗量水平在 2015 年下降至 7l/100km 左右，对应二氧化碳排放约为 167g/km。 车用发动机研究的一个重要目标是在不损失动力性的前提下尽量降低燃油消耗和 有害排放物，以满足日益严格的燃料消耗和排放法规的要求。而发动机的动力性、经 济性和排放性能均与其运行过程中的空燃比（或过量空气系数）有很大的关系2。图 1.1 为某一型号发动机在转速不变、 节气门全开时空燃比对其性能的影响。 可见对于该 发动机，当过量空气系数 =1.11 时，燃油消耗率最低，经济性最好；当 =0.88 时， 输出的功率最大。 第一章 绪论 2 图图 1.1 空燃空燃比对发动机性能的影响比对发动机性能的影响 空燃比控制不精确不但会影响发动机的动力性和经济性，而且会导致有害气体排 放的增加。目前，三元催化转化结合电控燃油喷射技术和已经成为车用汽油机降低排 放的最简单有效的方式。然而，为了保证三元催化转化器达到最高的转化效率，必须 使发动机的空燃比控制在较窄的范围内，如图 1.2 所示。此外，在燃油经济性和排放 方面具有很大潜力的稀燃发动机，也需要对其空燃比进行精确控制3。因此，空燃比 的精确控制是发动机控制的关键技术环节。 图图 1.2 催化转化效率同空燃比的关系催化转化效率同空燃比的关系 长安大学硕士学位论文 3 在城市道路行驶中的车辆的发动机大多时间工作在过渡工况，过渡工况下的空燃 比较稳定工况的空燃比控制难度更大，因此研究发动机在稳定工况和过渡工况下的空 燃比精确控制对减少燃油消耗、降低排放具有重大的现实意义。 1.2 空燃比控制研究现状 空燃比控制的研究起源于 20 世纪 60 年代， 德国 bosch 公司在 1967 年根据美国 bendix 公司的专利技术，第一次将空燃比以模拟式计算的控制方式加入到发动机控制 中，并批量生产。随后福特公司和日产等公司也相继在自己的产品中加入空燃比的控 制。此后，各大汽车及零配件企业均把空燃比控制加入发动机控制系统中，并开展了 广泛而深入的研究。 发动机本身存在的制造公差，长期运转后性能参数的改变，系统本身的复杂性都 给控制系统的设计增加了难度。近年来，国内外学者对空燃比的控制算法进行了很多 理论研究45。 车用发动机的运行可分为稳定工况和过渡工况。目前，产品发动机在稳定工况通 常采用闭环控制，其控制系统通常在排气管上安装氧传感器，根据氧传感器测得的废 气中所含的残氧量检测进入发动机气缸内的混合气的空燃比值，将其反馈给发动机 ecu， 发动机 ecu 将空燃比的反馈值即实际值与设定的目标空燃比进行比较后得到偏 差信号，根据该偏差信号对喷油量进行修正，使实际空燃比保持在目标空燃比附近。 空燃比的闭环控制可达到较高精度，并可以消除因产品制造差异和磨损等因素引起的 性能变化，抗干扰能力强且工作稳定性好。前面已经说明三元催化转换器仅在理论空 燃比 14.7 附近较窄的区域才有较高的转化效率， 因此需要将混合气的空燃比控制在理 论空燃比附近。 发动机在过渡工况时一般采用开环控制，先通过大量的发动机试验得到发动机在 各个运行状态下的最佳喷油数据，制作成 map 图形式保存在发动机 ecu 中。在由速 度密度法测量进气量的系统中， 发动机 ecu 通过传感器测得的进气压力和发动机转速 的值查询 map 得到进气量，并根据进气压力和节气门开度的变化情况通过校正因子 增加或减小喷油量。但是采用上述方法对空燃比的控制精度存在如下不足： 需要进行大量的发动机标定试验，开发成本大、周期长； 第一章 绪论 4 发动机所用燃油的品质对空燃比的控制精度有很大的影响； 当发动机的相关传感器和执行器由于生产一致性问题或长期运行、磨损和老化 等因素导致性能出现偏差时，混合气的浓度难以控制在目标空燃比附近。 发动机是一个具有多扰动性和很强非线性的系统，其运行过程中的各种状态参数 随转速、输出功率、路况等因素的变化而变化。又由于燃油传输动态特性等因素的影 响，空燃比经常会发生偏移，因此，对发动机空燃比控制系统的设计和优化难度很大。 随着电子技术和现代控制理论的不断发展和完善，各种先进控制理论和技术已经 应用到发动机空燃比控制系统上来。当前经常使用的空燃比控制方法一般有：基于经 典控制理论的 pid 控制、模糊控制、滑模变结构控制、神经网络控制以及基于模型的 空燃比控制等。 基于经典控制理论的 pid 控制 该控制方法的最大的优点是实现方便，可不必 知道发动机的数学模型，只需根据经验整定控制器的参数。发动机在稳定工况时，通 过氧传感器的反馈量来查询表格以获取控制参数；在过渡工况时，在查询 map 图的 基础上引入各种经验性的修正因子。对于线性非时变系统，使用 pid 控制十分方便， 而对于发动机这种比较复杂的非线性时变系统，为了更好地控制空燃比，可以将模型 线性化或是采取 pid 算法的变形来处理。 模糊控制 发动机系统具有很强的时变性、 非线性和不确定性， 因此难于建立精 确的数学模型6。而模糊控制是基于经验规则的控制，具有不依赖对象的数学模型， 便于利用人的经验知识、鲁棒性强和简单实用等优点，控制规则符合人的思维规律。 缺点是没有有效通用的计算方法，只能依靠设计者的经验进行反复调试。 滑模变结构控制 该控制方法既适用于线性、 连续、 确定、 集中参数、 同步系统， 又适用于非线性、离散、不确定、分布参数、时滞系统1213。近年来，它已被用来解 决较复杂的控制问题，如解决非线性系统的跟踪问题及系统的镇定问题14，并且由于 其设计方法简单，便于理解和应用，已被广泛应用于工程领域。其主要缺点是滑动运 动在换节线附近切换时由于系统的惯性而迭加抖动， 所以在将此方法应用于实际之前， 首先需要解决对系统的抖动问题。 神经网络控制 神经网络具有参数自学习、 自调整的功能， 使得神经网络控制器 能可以随着不同的发动机工况自动调整控制参数78。但神经网络有一个不容忽视的 长安大学硕士学位论文 5 缺点，就是运算量大、在线计算时间长，需要运算速度快的微处理器91011。 基于模型的空燃比控制 该控制方法是通过建立发动机模型， 根据采集到的进气 压力、转速和节气门开度等发动机状态参数来计算进气量，并对燃油传输动态特性进 行补偿来对发动机过渡工况下的空燃比进行精确控制的。 这种控制方法的计算量较大， 需要运算速度较快的微处理器，但不需要制作大量的 map 图，可以减轻标定试验的 工作量，缩短开发周期，降低成本。此外，该控制方法的控制精度主要取决于模型中 参数的标定，因此对标定试验设备的精度要求较高。 1.3 本文的主要研究内容 本文以对电控汽油发动机的空燃比精确控制为目标，建立了发动机均值模型，包 括进气通路均值模型和燃油蒸发子模型。进气通路均值模型包括节气门处空气质量流 量子模型、进气门处空气质量流量子模型和进气压力子模型。对发动机稳定工况和过 渡工况分别考虑， 分别详细推导了空燃比控制算法， 并通过仿真试验验证了控制效果。 具体研究内容如下： 建立进气通路均值模型， 通过与 en-dyna 软件中的 si_s4 发动机模型进行仿真 试验对比，验证了该模型的精度满足空燃比控制算法研究的要求。 建立燃油蒸发子模型，通过仿真试验了解到燃油传输动态特性对实际进入气缸 的燃油量的影响， 因此建立了燃油传输动态特性补偿器并通过仿真试验验证了其效果。 对发动机稳定工况下的空燃比，采用开环控制和闭环修正的控制方法。详细论 述了基于 pid 算法的空燃比闭环控制的实现，并进行了仿真试验验证。 对发动机过渡工况下的空燃比，采用基于预测算法的控制方法。详细论述了进 气压力预测算法的原理，考虑发动机 ecu 执行预测算法的时间，对文献38提出的进 气压力预测算法进行改进。提出了一种变预测范围的进气压力预测算法。该算法根据 发动机转速调整预测范围，在低转速时预测范围小，以提高预测精度；在高转速时预 测范围大， 以保证发动机 ecu 有充足的时间进行预测算法的运算。 然后根据进气压力 的预测值计算进气量的预测值，最后根据目标空燃比计算喷油量并对其使用燃油传输 动态特性补偿器进行补偿。 第二章 发动机均值模型的建立及验证 6 第二章 发动机均值模型的建立及验证 2.1 发动机均值模型理论概述 当前发动机的建模方法很多，其中均值方法以结构紧凑，运算速度快等优点被最 广泛地应用于控制当中。均值建模的概念首次由 rasmussen 在其博士论文中提出，经 过 aquino15、powell16和 moskwa17等人的发展，最后由 hendricks181920进行系统 的归纳给出均值模型的通用表达形式。发动机均值模型（mean value engine model） 主要有三个动态子模型：进气通路子模型、燃油蒸发子模型以及发动机动力输出子模 型21。 发动机模型的复杂度对发动机控制系统的复杂度有很大的影响，通常是希望在满 足控制精度要求的前提下，发动机模型的阶次较低、参数较少，便于调节和参数整定。 由于均值模型具有较低的阶次和较少的参数，不需要很大的模型运算，且具有较高的 整体精度，并能够对发动机的动态响应进行模拟，因而在实际中得到了广泛的应用。 均值模型将发动机看成是一个连续系统，主要考虑在一个或几个发动机工作循环 内相关参数的平均值（实际上，在发动机工作循环内，这些参数是变化的） ，如曲轴转 速、进气压力、燃烧效率和充气效率等。与图表模型采用大量拟合公式和实验图表不 同的是，均值模型以微分方程和代数方程的形式对进气通路进气、燃油通路供油和曲 轴转速等建立动态模型，特别是均值模型对进气通路进气和油膜的动态特性给出了深 入的描述，这对于以空燃比为控制目标的控制系统非常实用。 2.2 en-dyna 软件介绍 en-dyna（engine dynamics analysis）是德国 tesis 公司研究开发的发动机动力 学分析软件，是 tesis dynaware 软件中的一部分。en-dyna 提供的用来对汽车发动 机控制算法进行仿真和测试的汽车发动机模型非常接近实际情况，它主要应用于发动 机硬件在环仿真，离线仿真，以及进行控制算法开发和测试等。 en-dyna 发动机动力学分析软件是基于物理模型和静态 map 构成的一个完整的 发动机模型，为发动机控制系统的开发提供了一个实时的仿真环境。软件的核心包括 一个高精度的发动机模型、一个操纵控制窗和不同的输入输出信号控制窗。该软件具 有模块化的结构，模型是由 simulink 库中系列子模块组成，这样的模块化结构允许用 长安大学硕士学位论文 7 户实现对不同结构的发动机进行构造和仿真。en-dyna 的内核采用 c 语言编写，用 simulink 模块来表示数据流和接口， 这使得加入用户自定义模型或外部模型非常容易， 由于 matlab/simulink 在汽车行业的控制器和控制算法开发中的应用十分广泛，因 此，相关研发人员都非常熟悉这种接口，并能充分利用相关的软件工具箱和函数库进 行仿真前、后处理。matlab/simulink 支持图形化数据流建模以及面向模块的编程， 因而程序设计直观，又由于 tesis dynaware 与 matlab/simulink 的无缝连接，因而 可以利用 real time workshop 控制算法代码的自动生成。 en-dyna 提供的发动机模型是全参数模型， 用户可以导入自己的发动机试验数据 并进行预处理得到发动机的特性参数，如节气门参数、最佳点火角等，从而使该发动 机模型可以模拟真实的发动机工作过程。由于 en-dyna 提供的发动机模型非常接近 实际情况，并且具有高精度及完整性，因此本文建立的发动机均值模型的参数取自 en-dyna 中的 si_s4 发动机模型 （普通 4 缸多点燃油喷射汽油机模型） ， 并利用该模型 对本文建立的发动机均值模型进行验证是较为合理的。 2.3 进气通路均值模型 2.3.1 节气门处空气质量流量子模型 节气门的作用是用来调节进入气缸内的空气量， 文献21提出了如图 2.1 所示的双 通道节气门处空气质量流量子模型， 该模型将节气门处的空气流动分为区域 d 的主流 和区域 s 的从流，两股空气流从节气门两侧经过节气门，并在节气门背面重新汇合成 一股空气流。双通道节气门处空气质量流量子模型由式（2.1）（2.6）表示。 第二章 发动机均值模型的建立及验证 8 图图 2.1 双通道双通道节气门处空气质量流量节气门处空气质量流量子模型子模型 1 , up atmanupambr amb p mpptp t （2.1） 222 1 11 11 rrr ppp （2.2） man r up p p p （2.3） 1 11 11 2 ,max,max )( k rc k rc k k rc k rc pp pxpx x （2.4） 583. 0 1 2 1 k k rc k p （2.5） 23 110111213 cos( )cos ( )cos ( )bbbb （2.6） 式中， up p为节气门前方空气的压力； amb t为空气的温度； man p为进气压力； 长安大学硕士学位论文 9 k 为空气的绝热指数； 10111213 , ,bbbb 为待拟合参数。 2.3.2 进气门处空气质量流量子模型 由理想气体状态方程 m pvnrtrt m ，进气门处空气质量流量可表示为： i vsman s man ap rt mnvp v rt mp m 120 （2.7） 式中， s v为发动机排量； v 为充气效率； i t为进气温度。 在进气门处空气质量流量子模型中，充气效率是一个重要的参数，同时也是函数 关系最复杂的参数， 且受很多因素的影响。 有很多学者探讨过充气效率的函数表达式， 文献23给出了一个不同进排气压力和转速下的充气效率模型，见式（2.8） 。 0.82 0123 ( ,)() ex cmanex man p n ppbbb nb n p （2.8） 式（2.8）含有排气终了压力 pex排气终了压力，该值不便于测量，因此本文采用 文献18提出的更简洁的充气效率经验公式，见式（2.9） 。 2 0123 ( ,) vmanman n paa na na p （2.9） 式中，n 为发动机转速； pman为进气压力； a0，a1，a2，a3为待拟合参数。 将式（2.7）在进气行程内积分，假设 pman为进气行程中的平均进气压力，得到每 缸每发动机工作循环进气量，见式（2.10） 。 c i i apapai n mmm 0 30 （2.10） 式中，i0，ic分别表示进气门打开和全关的时刻； 30/n 表示每缸每发动机工作循环的进气时间。 理论上对于四冲程发动机，在进气行程中，当发动机的活塞运行到上止点时，进 第二章 发动机均值模型的建立及验证 10 气门开启，当活塞运行到下止点时，进气门关闭，因此进气时间占 180 曲轴转角。但 是实际上现代发动机都延长可进气时间，进气门的开启和关闭时刻分别提前和延迟一 定的曲轴转角，即在排气行程接近终了，活塞到达上止点前 角度时，进气门便开始 开启，直到活塞过了下止点重又上行 角度时，进气门才关闭。这样每缸进气时间占 （180 +）曲轴转角24。 虽然进气门的提前打开和延迟关闭会导致通过式（2.10）计算的进气量略小于实 际进气量，但考虑到初始进气时进气门打开不充分，气门重叠导致部分新鲜充量直接 排出，以及部分缸内废气回流至进气管与新鲜充量混合再进入气缸等因素都会使新鲜 充量减小，因此可以近似认为每缸进气时间占 180 曲轴转角25。 2.3.3 进气压力子模型 由于进气歧管是一个封闭的容器，节气门处的空气质量流量 at m 即为流进进气歧 管的空气质量流量，进气门处空气质量流量 ap m 即为流出进气歧管的空气质量流量， 因此整个进气歧管内的空气质量流量 a m 可以用式（2.11）表示。 apata mmm （2.11） 由理想气体状态方程 m pvrt m ，得： manm a p v m m rt （2.12） 式中，vm为进气歧管容积与进气道容积之和。 对式（2.12）两边求导得： 2 rt tmvp rt mvp m mmanmman a （2.13） 由于进气温度 t 相对进气压力 pman变化缓慢，因此可以忽略式（2.13）等号右边 第二项，得到： rt mvp m mman a （2.14） 将式（2.11）代入式（2.14）得到进气压力子模型的表达式，见式（2.15） 。 )( apat mm a man mm mv rt mv rtm p 长安大学硕士学位论文 11 at mm vsman m mv rt v nvp 120 （2.15） 2.4 燃油蒸发子模型 按汽油喷射的位置，电控燃油喷射系统可分为：缸内直喷、节气门体喷射和进气 口喷射。对于节气门体喷射和进气口喷射系统，喷油器喷出的燃油在当前进气行程内 并没有全部进入气缸，而是部分燃油吸附于进气管前端和末端形成油膜，油膜再通过 蒸发形成燃油蒸汽进入气缸，这就是所谓的燃油传输动态特性。描述燃油传输动态特 性的为燃油蒸发子模型，该模型以喷油器所喷出的燃油质量流量为输入量，以进入气 缸的燃油质量流量为输出量。 燃油蒸发子模型的原理图如图 2.2 所示18。喷油器喷出的燃油，一部分（占喷油 器喷出燃油的(1-x)%）直接形成燃油蒸汽随气流进入气缸，其余部分（占喷油器喷出 燃油的 x%）则以液态形式吸附于进气管壁上，形成一层油膜。在此过程中，油膜以 1/ 的速率不断蒸发为燃油蒸汽，该部分燃油蒸汽也不断地随气流进入气缸。当发动机 处于稳定工况时，油膜的附着和蒸发处于动态平衡状态，其存在不会对进入气缸的混 合气浓度产生影响。但当发动机处于过渡工况时，油膜的附着和蒸发的动态平衡被打 破，导致进入气缸的燃油质量流量与喷油器喷出的燃油质量流量不相等：由于油膜蒸 发的惯性，当节气门迅速开启时，进气质量流量随之迅速增大，而实际从油膜蒸发出 来的燃油的增量比进气