第二章控制原理

第一章内燃机电子控制技术概论第二章内燃机控制基础第三章内燃机电控系统的传感器第四章内燃机电控系统的电控单元第五章汽油机电控系统和执行器第六章柴油机电控系统和执行器第七章汽油机电控系统的控制方法与策略第八章柴油机电控系统的控制方法与策略第九章内燃机电控系统的故障自诊断系统第十章车用内燃机集中控制系统实例 内燃机电控技术课程内容 内燃机电子控制技术 第二章内燃机控制基础第一节内燃机的性能要求第二节内燃机的运行工况第三节内燃机电子控制系统需要测定的参数第四节内燃机的控制参数第五节内燃机电子控制系统的控制方式 变速器 主减速器器 第一节内燃机的性能要求 车用内燃机 汽车的动力性通常是由以下三个方面的指标进行评价 最高车速 km h 是指汽车在水平良好路面上以最高档行驶所能达到的最高行驶速度 加速时间 s 指汽车在行驶中迅速增加行驶速度的能力 一般用原地起步到100km h所需时间 s 表示 最大爬坡能力 指汽车在良好的路面上 以1档行驶所能爬行的最大坡度 一 动力性要求 第一节内燃机的性能要求 最大爬坡度用坡度的角度值 以度数表示 或坡度角的正切函数值的百分数来表示 20度 36 是轿车的最大爬坡能力 30度 约60 是越野车的最大爬坡能力 汽车的主要技术参数 F0 Ft ua Mt Mt 驱动力矩R 车轮半径 汽车的速度主要取决内燃机的转速 Ft F0 Mt r 驱动力 t ik i0分别为汽车变速箱的减速比和主传动比 mt为传动系的机械效率 r为驱动轮的工作半径 汽车行驶速度ua km h 与发动机转速n r min 的关系 一 动力性要求 km h 汽车的驱动力Ft N 主要取决内燃机的输出转矩Ttq Nm 汽车的行驶原理 可根据内燃机外特性转矩曲线Ttq n得出变速器不同挡位 ik不同 时 汽车的驱动特性Ft ua曲线族 不同挡位下发动机转速与车速关系线 ua n 内燃机与汽车的匹配 汽车的驱动特性图 一 动力性要求 160 汽车的行驶平衡方程 驱动力 阻力 Ff 滚动阻力Fw 空气阻力Fi 上坡阻力 平路时为零 Fj 加速阻力 Ff fmg Fi mgsin mgi 总阻力 F Ff Fw Fi Fj 一 动力性要求 汽车行驶所受阻力 驱动力线 随道路坡度变化的行驶阻力线 不同挡位下发动机转速与车速关系线 汽车的行驶性能曲线 第一节内燃机的性能要求 汽车的百公里所消耗的燃油量g100 L 100km 内燃机小时耗油量B kg h 二 经济性要求汽车的经济性评价指标常用百公里燃油消耗量来表示 L 100km 内燃机的经济性直接影响汽车的经济性能 km h 内燃机小时耗油量B kg h 三 驾驶性要求四 维修性要求五 排放性要求 第一节内燃机的性能要求 轻型车 排放限值 g km g km 欧洲重型车用柴油机的排放限值 一 动力性要求二 经济性要求三 驾驶性要求四 维修性要求五 排放性要求 第一节内燃机的性能要求 内燃机电子控制技术 第二章内燃机控制基础第一节内燃机的性能要求第二节内燃机的运行工况第三节内燃机电子控制系统需要测定的参数第四节内燃机的控制参数第五节内燃机电子控制系统的控制方式 第二节内燃机的运行工况 一 内燃机运行工况的表示方法内燃机的运行工况通常用它的功率和转速 或扭矩和转速 来表征 有时也用负荷与曲轴转速来表示 20 42 47 32 42 76 42 42 100 46 46 100 27 27 100 节气门100 开度 节气门76 开度 节气门47 开度 全负荷速度特性 负荷 发动机在某一个转速下的负荷就是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比 负荷是量调节 节气门位置 负荷 传统柴油机燃油供给系统工作过程 油箱 滤清器 输油泵 喷油泵 喷油器 负荷是质调节 油量调节拉杆位置或油门踏板位置 负荷 二 汽油机运行工况对混合气浓度的要求 第二节内燃机的运行工况 稳定工况对混合气浓度的要求 稳定工况主要有怠速 小负荷 中等负荷 大负荷和全负荷 怠速 节气门处于接近关闭位置 A F 10 12 小负荷 节气门开度在25 以内 A F 12 14 中等负荷 节气门开度 25 85 A F 15 17 大负荷和全负荷 节气门开度接近或达到全开位置 A F 11 14 2 过渡工况对混合气浓度的要求 1 冷起动工况 要求供给极浓的混合气 通常为A F 2 8的混合气 2 暖机工况 空燃比从起动时的极小值逐渐加大到稳定怠速所要求的数值为止A F 10 12 3 加速工况 为防止发生踩下油门踏板瞬间混合气变稀 内燃机转速降低的现象 应在加速时额外增加供油量以加浓混合气 4 减速工况 为防止减速时混合气过浓 燃烧恶化 暂时切断燃油供应 第二节内燃机的运行工况 点火提前角 火花塞电极间开始跳火时距压缩上止点的曲轴转角 称为点火提前角 最佳点火提前角 发动机发出功率最大和油耗最少 第二节内燃机的运行工况 三 汽油机运行工况对点火提前角的要求 三 汽油机运行工况对点火提前角的要求 第二节内燃机的运行工况 1 内燃机转速 2 内燃机负荷 n 时 点火提前角 负荷 时 点火提前角 3 混合气空燃比 三 汽油机运行工况对点火提前角的要求 第二节内燃机的运行工况 5 汽油辛烷值 空燃比在11 7附近时要求的最佳点火提前角最小 空燃比增大或变小时 点火提前角都必须相应增大 冷却液温度低时 增大点火提前角 4 冷却液温度 汽油的辛烷值高 可适当增大点火提前角 内燃机电子控制技术 第二章内燃机控制基础第一节内燃机的性能要求第二节内燃机的运行工况第三节内燃机电子控制系统需要测定的参数第四节内燃机的控制参数第五节内燃机电子控制系统的控制方式 第三节内燃机电子控制系统需要测定的参数 内燃机转速 上止点位置 曲轴位置传感器和气缸识别传感器 节气门位置 开度及变化率 及加速踏板位置 节气门位置传感器 加速踏板位置传感器三 空气量 空气流量传感器 间接测量负荷 以计算目标喷油量 四 各种温度 进气温度 冷却液温度 修正喷油量 机油温度和排气温度等 五 各种压力 进气管绝对压力 燃油喷射压力 柴油机共轨喷射系统的共轨压力 增压器的增压压力 EGR阀的参考压力以及机油压力 六 气缸的爆震 爆震传感器 电子控制系统需要测定相应的物理量 以确定内燃机的运行工作状况 混合气浓度 废气再循环量 空调开关信号 电源电压信号 起动信号 内燃机电子控制技术 第二章内燃机控制基础第一节内燃机的性能要求第二节内燃机的运行工况第三节内燃机电子控制系统需要测定的参数第四节内燃机的控制参数第五节内燃机电子控制系统的控制方式 第四节内燃机的控制参数 一 汽油机的控制参数 或控制内容 1 混合气浓度 油控方式 根据测量的空气量通过控制燃料量进行控制 混合气浓度要满足工况的要求 2 点火提前角 根据转速和负荷控制3 怠速 控制怠速下的空气量 以维持稳定转速运行 4 排放 三元催化转换器 汽油蒸汽控制系统5 进气 可变配气正时系统 可变气门升程系统和可变进气系统6 爆燃 通过控制点火提前角 二 柴油机的控制参数 喷油量 根据负荷要求调节 喷油压力 根据工况输出要求调节 第四节内燃机的控制参数 喷油提前角对燃烧过程的影响 1 fj过大 2 fj合适 3 fj过小 喷油提前角过大 柴油机工作粗暴 NOx的排放量增加 过早燃烧还会增加压缩负功 降低柴油机的经济性和动力性 喷油提前角过小 燃油不能在上止点附近及时燃烧 对柴油机的经济性和动力性也不利 微粒的排放也会增加 但NOx的排放量 对于每一种工况 均有一个最佳的喷油提前角 此时功率最高 有效燃油消耗率最低 喷油正时 喷油提前角 控制 二 柴油机的控制参数 喷油规律控制5 怠速控制 使怠速稳定运行 进气控制 进气涡流等控制 涡轮增压控制 利用可变截面涡轮增压技术 VGT 满足不同转速下对增压压力的需要 二 柴油机控制参数 先缓后急型 多次喷射 预喷 主喷 后喷 内燃机电子控制技术 第二章内燃机控制基础第一节内燃机的性能要求第二节内燃机的运行工况第三节内燃机电子控制系统需要测定的参数第四节内燃机的控制参数第五节内燃机电子控制系统的控制方式 执行器接收控制器指令并执行某项控制功能 从发动机中获取信号 并将信号传输至控制器ECU 发动机 控制器ECU 含硬件和软件 执行器 内燃机电子控制技术系统组成 信号 指令 传感器和开关 接收并分析得到的信息 根据预先设定的程序发出指令至执行器 信号 参数控制 第五节内燃机电子控制系统的控制方式 采用的控制方法和控制程序将决定控制系统的控制质量和控制精度 并最终影响内燃机性能指标 一 开环控制二 闭环控制三 自适应控制四 学习控制五 模糊控制 第五节内燃机电子控制系统的控制方式 一 开环控制 是指执行器的输出量对控制器输入量没有影响 或控制系统中输出端与输入端之间不存在反馈回路 第五节内燃机电子控制系统的控制方式 开环控制的特点 只有正向控制作用而没有反馈控制作用 ECU根据传感器的信号对执行器进行控制 而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响 二 闭环控制 闭环控制的特点在控制器与被控对象之间 不仅存在着正向作用 而且存在着反馈作用 即在开环的基础上 对控制参数进行检测 并反馈给ECU 进行控制修正 输入量 反馈信号 执行机构 被控对象 传感器 输出量 控制参数 在汽车电子控制系统中 空燃比控制 发动机爆震控制 废气再循环控制 防抱死自动控制等都采用了闭环控制方式 指令修正 第五节内燃机电子控制系统的控制方式 内燃机 ECU 喷油器 空气 空燃比的开环控制和闭环控制 废气 传感器 输入信号 指令 燃油量修正 第五节内燃机电子控制系统的控制方式 内燃机 ECU 喷油器 空气 氧传感器测出排气管中废气的含氧量 得到混合气瞬间的浓度 该结果被转换成电信号传给 电子控制系统将其与目标浓度 理论空燃比 附近 进行对比 输出油量修正信号到喷油器 对供油量进行调整 空燃比的开环控制和闭环控制 废气 传感器 输入信号 指令 燃油量修正 第五节内燃机电子控制系统的控制方式 三 自适应控制 当环境条件或结构参数产生不可预计的变化时 控制系统本身能够自行调整或修改系统的控制参数值 使系统在任何环境条件下都保持有满意的性能的控制系统 海拔高度 工作温度 氧传感器老化 第五节内燃机电子控制系统的控制方式 四 学习控制 如果一个控制系统能够