培训讲义( 发动机电控技术 ).ppt

电气开发部2006年4月,发动机电控技术,东风汽车有限公司研发部门内部培训讲义,东风汽车有限公司研发部门内部培训讲义,主要内容一、现代发动机电控技术的特点二、高压共轨柴油机电控系统结构三、高压共轨柴油机主要功能简介四、发动机电控新技术简介五、DCI11发动机应用网络简介,一、现代发动机电控技术的特点,东风汽车有限公司研发部门内部培训讲义,1.1发动机电控技术的动力,1.2现代发动机控制技术的新特点,进气系统进气增压-废气增压-复合增压-机械、电力、液力驱动的超级增压器进气旋流对油气混合和燃烧有重要影响，在发动机全速全负荷段进气旋流可调无凸轮（可变气阀正时）气阀系统燃油喷射系统高压-喷油率可优化的多次喷射-喷油正时和喷油量可调-喷油压力可调智能化发动机冷却系统电动润滑油泵安装于飞轮上的一体化起动机发电机智能化的控制,现代柴油机对燃油系统的要求,高喷油压力潜能(200MPa)通过压力调制实现“理想”的喷油率可实现靴形喷油率及预喷可柔性选择预喷、主喷及后喷的起始时间可柔性选择喷油时的压力可适当提高主喷开始时的压力在喷油结束时可快速断油可柔性选择喷油的峰值压力可根据发动机转速及负载的变化自动调节喷油率,东风汽车有限公司研发部门内部培训讲义,喷油系统要求：发动机各运行工况下的理想的喷油率,东风汽车有限公司研发部门内部培训讲义,Bootshape,现代电控柴油机已实现的真实喷油率,带后喷的柔性喷油率,预喷：降噪及降NOx,某单缸机上测试结果显示：降噪：从79dB到69dB降NOx：减少大约16%,二、高压共轨柴油机电控系统结构,二、高压共轨柴油机电控系统结构,电子控制系统基本要素柴油共轨电控系统组成传感器及执行器电子控制单元（ECU）,2.1电子控制系统的基本构成,传感器,处理器,执行器,物理量的感受体,管理者控制者,指令执行者,BOSCH共轨系统结构,ECU,转速传感器,燃油计量电磁阀,缸喷油器电磁阀,2缸喷油器电磁阀,3缸喷油器电磁阀,4缸喷油器电磁阀,5缸喷油器电磁阀,6缸喷油器电磁阀,相位传感器,进气温度传感器,轨压传感器,水位传感器,机油温度传感器,机油油位传感器,水温传感器,燃油阻塞传感器,风扇转速传感器,电子油门踏板,其它传感器,风扇控制电磁阀,其它执行器,增压压力传感器,进气预热继电器,发动机制动电磁阀,排气制动电磁阀,起动机电磁阀,机油压力传感器,2.2柴油共轨电控系统组成,BOSCH共轨燃油系统示意图,BOSCH燃油系统实物图,2.3传感器及执行器,水温传感器NTC热敏电阻，与EECU连接在仪表板上显示温度温度报警（指示器）调节某些发动机启动状态的流量调节正时,机油温度传感器NTC热敏电阻，与EECU连接。如果水温传感器有故障提供发动机温度信息。,机油压力传感器MEMS传感器0V-5V信号电平输出EECU激励控制最小压力报警指示灯。,油轨压力传感器压电式与EECU连接测量油轨压力喷油系统重要参数,2.3传感器及执行器,空气温度和压力传感器压电式和NTC热敏电阻与EECU连接并受EECU激励。根据发动机的负荷和空气温度调节流量和正时,2.3传感器及执行器,电子油门踏板类型：电位计和开关告诉ECU驾驶者要求的扭矩值输出电压取决于踏板的位置,发动机转速和相位传感器磁电式传感器，与EECU相连。显示发动机转速（旋转计数器）。将发动机的转速传给EECU。给出发动机的位置。,转速传感器,相位传感器,发动机飞轮58齿,凸轮齿,2.3传感器及执行器,机油液位传感器机油液位探针安装在发动机油低壳上。热金属丝探针，ECU每15s测量一次，在1.75s内送出200mA电流，金属丝的阻抗根据沉浸的长度改变。ECU测量探针终端电压，并得出机油液位。,水位传感器水位探针安装在膨胀水箱上，连接器朝下。在两电极之间EECU循环产生一交替电流。ECU测量恒电流电路提供的电流。电路阻抗与水位相关（探针电极尺寸可变）。当电极不再浸没（最大电阻和最小电流），ECU将这一信息传给VECU点亮液位和指示灯。,2.3传感器及执行器,电子控制风扇发动机风扇离合器是一个带有转速传感器、控制电磁阀和硅油离合器的组合件。根据发动机的要求（温度、跛行回家模式、空气条件下的操作），控制单元通过电磁阀控制离合器的滑移率。,燃油阻塞传感器安装在燃油滤清器上部。常闭开关，压差大于3bars时断开。只能在发动机停机时探测。,流量调节螺钉,燃油阻塞传感器,加热器部件,2.3传感器及执行器,2.3传感器及执行器,喷油器控制,2.4ECU,硬件结构组成,MOTOROLA的MPC555/556型32位的高性能微处理器2MB闪存32KBRAM16个独立可编程的通道或接口16个可自由编程的IO接口22路模拟信号输入通道18路数字信号输入通道20多路执行器和指示灯输出通道等强大的外围子系统,ECU具有每秒约2000万次的运算处理速度。,三、主要控制功能简介,喷油量燃油计量其它发动机功能监控/备用功能诊断系统起动/运行后模式,3.1喷油量,3.1.1起动起动喷油量=f(发动机转速,min(冷却水温,进气温度,燃料温度)通过发动机转速决定起动时燃油喷射量通过发动机转速决定起动油量切换点=f(冷却水温,燃料温度)3.1.2低怠速控制低怠速基本设定值通过巡航控制按钮调节低怠速转速(可存储在EECU中)在切断起动喷油量后的一段时间内增加设定值=f(冷却水温)当加速踏板传感器失效时，增加设定值PID控制器在发动机冷态和热态使用分离的参数控制,3.1喷油量,3.1.3驾驶性能驾驶性MAP=f(发动机转速，踏板位置)3.1.4PTO请求发动机工作于特定的目标转速用巡航按钮可调节PTO的目标转速,3.1喷油量,3.1.5外部接口通过CAN设置受牵引控制和传动控制限制的喷油量和发动机转速3.1.6喷油量限制变速箱各档位的扭矩限制过热保护=f(冷却水温)涡轮增压器保护=f(大气压力)烟度控制=f(发动机转速,进气量(=修正的增压压力)PTO模式下的扭矩限制取决于系统故障级别的扭矩限制,3.2燃油计量,3.2.1温度补偿修正量=f(燃油或冷却水温，发动机转速，喷油量)3.2.2喷射开始点计算主喷射的正时设置点=f（发动机转速，喷油量，冷却水温）主喷射的瞬态正时修正发动机起动期间采用不同的喷油正时MAP,3.2燃油计量,3.2.3喷射持续时间主喷射的持续时间=f(主喷射量，燃油压力)预喷射和后喷射的持续时间=f(预喷射量，燃油压力)3.2.4气缸平衡燃油平衡控制静态修正MAP=f(发动机转速,喷油量)自适应气缸平衡-发动机转速波动修正,3.3其它发动机功能,3.3.1冷起动加热器控制预热阶段/起动阶段/后加热阶段3.3.2增压控制废气门/可变几何结构涡轮VGT(无速度控制)PI-控制设置点的值=f(燃油量，发动机转速，大气压力，增压温度）3.3.3燃油压力控制燃油压力设置点=f(发动机转速，燃油量，增压压力，冷却水温，大气温度，动态状况）带DT1-部件的PI-控制器,3.3其它发动机功能,3.3.4废气再循环EGR率的设定值=f(燃油量，发动机转速，大气压力，大气温度，冷却水温）PI-控制器3.3.5发动机制动激活=f(数字输入，发动机转速，车速，燃油量)3.3.6钥匙停机通过主钥匙控制发动机停机3.3.7外部控制发动机停机通过数字输入方案：公交车门应用时强制低怠速,3.4监控/备用功能,3.4.1监控输入信号和传感器供电对地短接对电源+短接开路多传感器信号的置信度检验缺损传感器的替换默认值利用备份的信号作为替换（例如：第二个发动机转速）3.4.2监控电源对地短接对电源+短接开路,3.4监控/备用功能,3.4.3处理器监控内部看门狗外部硬件监控模块关断多余的耗电途径检查CORE,RAM,ROM,TPUandADCs3.4.4系统监控发动机过热/发动机超速超限运行监控发动机停机时电源无效喷油器故障燃油泄漏/过压增压压力/EGR控制器偏差备用功能控制的中央监控逻辑降低高怠速/燃油量/燃油压力,3.4监控/备用功能,3.4.5燃油压力监控高油轨压力（关断）低油轨压力负偏差正偏差过限运行泄漏燃油量平衡造成的泄漏低怠速泄漏两级释压阀,3.5诊断,3.5.1错误存储错误模式错误发生计数器2个参数的快速记录包括时间标识-第一次错误发生时-最后一次错误发生时错误倒计数/自恢复错误总持续时间3.5.2诊断功能(viaISOKW2000)读ECU标识读/清错误内存读RAM单元压缩测试RunUp测试高压测试,3.5诊断,3.5.3ECU调整/开发(viaISOKW2000/CAN)程序下载数据上载/下载(EOL)读/写RAM单元（通过串行线）3.5.4远程控制(viaISOKW2000/CAN)传感器数值执行器输出内部数值3.5.5运行时间计量发动机总共运行时间ECU总共运行时间/电源上电时间汽车总共运行里程数,3.6系统起动模式、运行后模式,3.6.1起动ROM,RAM,Flash-EPROM,CAN-chip,监控ASIC自检从串行EERPOM读取数据多余关断路径的测试3.6.2运行后模式存储数据到串行EEPROM多余关断路径的测试内部主要继电器的控制和监测,四、发动机电控新技术简介,进气系统控制简介VVTEGRPCRE-Boost柴油机微粒过滤器（DPF）匹配简介,4.1进气系统控制简介,VVT（variablevalvetiming）EGR(Exhaust-GasRecirculation)PCR(PressureChargingRegulation)E-Boost,进气系统控制的基本任务,保持尽可能低的排放保持尽可能低的燃油消耗保护废气涡轮增压器,进气系统控制简介（一个例子),进气系统控制简介（示意图),VVT工作原理,使用VVT（无凸轮气阀）的发动机可以：,减少燃油消耗平均5%提高瞬态响应速度20%增加发动机低速扭矩（多达0.4Mpa）改善起动性能控制排气温度以利于后处理系统减轻重量减少摩擦力节省阀优化燃烧(空燃比，空气运动)内部EGR降低发动机噪音压缩制动,Exhaust-GasRecirculation(EGR),EGR的优点和缺点,EGR是减少柴油机NOx排放的主要措施，其原因在于：废气的导入使燃烧过程中氧浓度下降；废气中CO2物理热吸收能力及CO2分解过程中的化学热吸收能力导致燃烧压力和温度下降，在带冷却器的EGR中，这种作用更明显。EGR导致的缺点：颗粒排放、HC、CO及燃油消耗的增加；影响发动机的使用寿命。,电控EGR执行器,EGR控制的基本策略,加速时关闭EGR。在发动机全负荷工况大幅度减少或关闭EGR。在低空燃比的情况下关闭EGR。,进气系统控制简介（EGR),PressureChargingRegulation(PCR),PCR的主要任务,快速建立增压压力在所有油门位置和发动机全转速范围内，保持增压压力与扭矩的协调。限制增压压力和排气压力以保护发动机,PCR与排放,进气系统控制简介（PCR),PCR工作在两种基本模式下：增压器增压压力调节废气压力调节PCR的执行器有两种：废气放气阀VGT,进气系统控制简介（PCR),进气系统控制简介（PCR),E-Boost匹配（Supercharger）,进气系统控制简介（E-Boost）,传统的涡轮增压器存在不足:,Turbochargerlag,低速低负荷下增压不够,电动增压器（E-Boost）用来克服上述缺点,进气系统控制简介（E-Boost）,采用无刷永磁电机来驱动压缩机。扭矩大，可在一秒钟内将压缩机转速从零提升到超过100,000rpm。可独立或与原有的涡轮增压器串联使用,进气系统控制简介(E-Boost),CAN,ESP,ACC,EDC16C,E-Boost,E_Boost电机由其本身的ECU控制B_ECU与发动机ECU通过CAN相连发动机ECU发送启停控制及目标转速给B_ECU,4.2柴油机微粒过滤器（DPF）简介,PM的特性和危害,SOF-solubleorganicfraction,（多环芳烃）,PM控制限值,DS/LE1548.40d,67,DS/P-CR4391Hn0723,DieselParticulateFilterDPF,Quelle:DS/ENC,DifferentDPF,DS/LE1548.40d,71,DS/P-CR4391Hn0723,DPF系统配置,Quelle:DS/ENC,(optional),DPF再生喷油策略,五、DCI11发动机应用网络简介,东风汽车有限公司研发部门内部培训讲义,5.1、DFL整车网络构架,VehicleECU,EngineECU,Inst.Cluster,PowertrainCAN(J1939),ABSECU,AMTECU,AMTECU,Tacho.ECU,PowertrainCAN(SAEJ1939,250kbit/s)SAEJ1587bus(RS4859.6kbit/s,complywithSAEJ1708physicallayer)DiagnosisonCAN（ISO15765/J1939-73）isneededDashedlinemeansnextapplicationforotherdevicesandelectricbus.,5.2DCI11应用系统结构示意图,EECU,电子油门踏板,行车制动开关,离合器开关,巡航控制开关,起动机起动开关,变速箱空档开关,PTO请求开关,车速传感器,驻车制动开关,驾驶室,空调请求开关,雨刮电机控制,电动门窗控制,数字仪表,ABS/ASR,TCU,CAN,发动机仓,底盘,VECU,VECU处理油门及各种开关信号并决定整车的控制模式，然后将控制指令和参数发送给EECU，EECU受控运行。,5.3采用VECU的优点,VECU实现对整车的控制，EECU接受VECU的指令完成动力的输出。控制层次分明，任务明确。可实现主机厂产品开发专有技术；增强了主机厂产品开发的柔性和开发效率；简化了整车线束，提高了系统可靠性；VECU可作为网关完成信息在整车不同总线（动力总线、