发动机电子控制技术ppt课件

.,第二章发动机的控制计算模型,发动机的控制逻辑：主要是由探索性或启发性的方法构成，并不完全基于物理模型或控制理论推导出来的。为了便于说明，尽可能从基本的物理法则导出其数学模型，说明发动机控制逻辑的基本概念。发动机控制逻辑设计所采用的数学模型简便地描述操作量和控制量之间的关系式。,.,2.1发动机转矩的计算模型,2.1.1假设条件：对汽油机燃烧过程在上止点瞬间完成；膨胀、压缩行程为绝热过程；进气行程中气缸内的压力等于进气管内压力；排气行程中气缸内的压力等于排气管内压力。,则，一个工作循环由热能转换的机械功：,进气,压缩,膨胀,排气,压缩压力,燃烧压力,.,上式中与V有关的项，积分一个循环时为常数；令aw1、aw2、aw3分别为与pin、Q、pex相关的积分常数,发热量Q与燃料量成正比根据CO、H2、CO2、H2O、O2等5个成分在2000K温度下的化学平衡计算来初步确定。,.,2.1.2进气量和进气压力的关系,设：进气过程缓慢，则进气行程中气缸内的压力等于进气压力pin;Vio/Vic：进气门开/关时刻气缸容积；mcf：气缸内吸入的空气量；mcE：EGR量；k：比热比常数；Ri：混合气气体常数，Ti：进气温度；忽略气缸壁传热损失，则由能量守恒原理：,进气始终缸内的内能变化,进气流动功和EGR流动功及活塞所做的负功之代数和,.,考虑缸壁传热、EGR等混合作用的影响时，实际进入气缸的进气量：,稳定工况：进气量与平均进气压力成正比,EGR率,流动,缸内,EGR量=常数,.,2.1.3平均输出扭矩,设燃烧所产生的热量Q与所供给的燃料量成正比，由,.,令发动机输出扭矩为T，曲轴转角为，,其中，A：气缸横截面积，r：曲柄半径，l：连杆长度。,设缸数i，各缸作功W相等，则循环平均Ttqm为,即，在稀薄混合气，pin，意味着泵气损失减小；若EGR率，pin也，所以，泵气损失。,.,2.2进气压力的计算模型,进气过程：用一维纳维-斯托克斯方程精确描述,边界条件：为构成控制逻辑系统，将气缸容积、进气支管简化成按进气行程进行时间平均的集中常数系统代替实际进气系统。,进气室内新鲜气体变化量：,Vi内EGR变化量：,进气室容积Vi,.,流经EGR阀的流量：,其中，流经节气门的新鲜气体流量：,这里，,pa、a:节气门处气体压力和密度,pE、E:EGR阀处的压力和密度,.,设发动机转速为n，气缸数为i，则,进气系统气体质量、密度、压力及容积分别为：,.,进气过程为绝热：,整理，得：,.,2.3燃料喷射量的数学模型,MPI系统在进气道上喷射的燃料：一部分直接进入气缸，另一部分附在进气道内壁、进气门表面形成油膜后，逐渐蒸发而流入气缸。,加减速时造成缸内混合气变稀或变浓。确定进气道内残存的燃料量，对改善汽油机过渡工况的性能具有重要的意义。,.,每循环残存在进气道内的燃料量的数学模型：,r：喷射燃料附着率,k：循环数,用实验数据确定如下,部分油膜蒸发后进入气缸,.,上2个式中消除fw，得,当改变喷油量fi时,测定排气中氧浓度，并用fc推测缸内瞬时空燃比（fc=Mcf/(A/F)），则上式的误差:,(*),.,设评价指标函数J定义为：,则，用最小二乘法，令J最小确定和r的值。,这种预测方法的缺点：受氧传感器响应特性、排气流动引起的时间迟后、fc的计算精度的影响。,修正方法：设置专用滤波器用逐次最小二乘法实时处理的方法预测怠速暖车时的和r值；并根据预测值，使控制法则逐渐适应状态的变化。叫做间接适应控制（学习控制）,.,不能氧传感器反馈控制的怠速等排气温度低的小负荷工况：需预测怠速时进气门表面油膜附着状态、喷油量，以提高发动机怠速时空燃比的控制精度。,设目标空燃比r，进入气缸的空气量推测值mcf；则，气缸内的目标燃料量fcr为,为达到目标空燃比r，由(*)式，所需喷油量fi为,.,计算燃料喷射量的数学模型：,.,2.4发动机角速度的计算模型,建立此计算模型的目的：求得怠速控制方程。,由E/G运动学：单位时间E/G曲轴旋转角速度变化量,当EGR率和空燃比一定时：,E/G角速度的动态特性,.,怠速时停止EGR，进气压力1,|a|1,.,.,2.5发动机的控制逻辑,一、低排放控制,汽油车排放控制主要措施：“三效催化”+A/F精控。,关键：是精确测量进入气缸的空气量空气流量计、速度-密度法两种。,流量计法：直测质量流量m和n求每循环实际进入气缸的空气质量流量；速度-密度法：测进气压力和温度及n（）推算每循环进入气缸的空气流量m每缸每循环实际进气量：,.,两种方法的比较：进气流量法：稳定工况测量精度高；响应特性快响应过渡工况动态效应造成加/减速工况混合气变稀/浓现象；高负荷区进气脉动大，影响测量精度。速度-密度法：进气量推测精度，受排压和进气温度的影响精度差；进气脉动的影响小；良好地反映过渡工况下进气量的变化；氧传感器反馈控制，修正低频侧控制误差空燃比控制精度足够。,.,MPI喷射时刻：直接影响燃烧。要求进气行程之前完成燃料喷射过程必须在相对进气终了之前的很早时刻确定燃料喷射量。因此需要预测进气压力以及从进气流量的测量时刻开始一直到进气终了为止的进气压力的变化量。,空燃比的控制逻辑系统：由开环控制部和闭环控制部组成。,.,闭环（反馈）控制部：由氧传感器对开环控制不能修正的空燃比控制误差进行反馈修正。,开环控制部：由推测的气缸进气量确定基本喷射量使缸内A/F理论空燃比。,.,二、低油耗高性能控制,提高E/G经济性的两大主要措施：提高燃烧效率通过有效组织缸内气流特性改善燃烧过程；高压缩比化；降低泵气损失EGR、休缸控制技术、配气相位可变控制、可变增压技术等。,.,提高燃烧效率技术：稀薄燃烧技术：,早喷射,晚喷射,A/F=40，=12,A/F=50,.,2000rpmSIHCCI,HCCISIThrottlefullclose,新的燃烧模式：MK、PCCI、HCCISI-HCCI-SIModeTransition,.,SI-CIcombustion,Multi-Injection方式,.,高压缩比：米勒循环+机械增压汽油机稀薄燃烧、燃料调质,.,EGR技术：结合FVVTCCR、EGR扩大HCCI领域,对于运转领域的影响ofCCRandEPR，原因,operationrange扩大,.,停缸或休缸技术排量可变适用于多缸汽油机。柴油机？停缸控制实施：基于VVT技术FVVT、MD适用工况：中小负荷原因：中小负荷，节气门开度小节流损失；多缸输出功几个个别缸做功，做功缸进气量，节气门开度，泵其损失，m,.,MIVEC（MitsubishiInnovativeValvetimingandliftElectronicControl）系统,减小机械损失约44%；热效率可提高17%左右,.,配气相位可变系统的关键：在于怠速时：通过进气相位的设定减小内部EGR保证燃烧稳定性；低中负荷时：通过配气相位的控制进行适当的内部EGR降低NOx排放，并改善燃油消耗率；高速时：通过调整配气相位提高动力性。,.,VVT-i（VariableValveTiming-intell