发动机喷油量的计算

1、发动机喷油量的计算第1期20O5年2月内燃机InternalCombustionEnginesNo.1Feb.20o5tl.,?._II.:.豢謦印甥零嫩参叠.0一囊.:.:?一一."一|l-_Il淳云lII;''i,_.l_|il1,謦瞬翥垮'峨麟基和摘要:发动机电控单元ECU对空燃比的控制是通过对燃油喷射量的控制来完成的.发动机工作时,ECU从传感器获得空气流量的信息,通过若干计算后,决定喷油量,从而使混合气的空燃比达到预先设定的值.在整个过程中,ECU输出的控制指令只是一个触发喷油器的控制信号,在这个喷油信号中,ECU控制了信号的脉宽以及时刻,而喷油信号

2、的脉宽决定了喷油量的多少.笔者用C语言开发了一种计算喷油量的方法,该方法的计算结果与实际喷油量结果相符.关键词:空燃比;喷射量;脉宽中图分类号:文献标识码:A文章编号:1咖一6494(0os)ol一002203TheCalculationoftheEngineInjectionMassWANGYun(De.ofMechanicalEIlgiIlef血1g,)(iangInstitute,)【iaIlg441053,China),"lict-"ControlofengineECUtoairfuelratioiscompletedbycontroltoinjectionIIla

3、ss.Inoperation,ECUgaiIlsinformationofairrrmssfromthefllxsoranddecidesinjectionrrmssby8oi'necalculation,therebytomakeairfuelratioofmixedgasreachthevaluesetbeforehand.Duringtheprocess,theinstructionsexportedfromECUisjustasigl1alcontrollingtheinjectorinwhichECUcontrolsthepulsewidthandtime.andthepul

4、sewidthdecidestheinjectionrrmss.ThispaperdevelopsamethodcalculatingtheinjectionrrlassbyusingClanguage.Theresultcalculatedinthismethodisinaccordancewiththepracticalresult.r:airfuelratio;injectionmass;pulsewidth发动机电子控制系统的功用是根据发动机运转状况确定最佳喷油量,以与进气量相匹配,使当时工况的空燃比最佳,所以电控单元ECU对空燃比的控制是通过对燃油喷射量的控制来完成的.发动机工作时,

5、ECU从传感器获得空气流量的信息,通过若干计算后决定喷油量,从而使混合气的空燃比达到预先设定的值.在整个过程中,ECU输出的控制指令只是一个触发喷油器的控制信号,在这个喷油信号中,ECU控制了信号的脉宽以及时刻,而喷油信号的脉宽决定了喷油量的多少.这一脉宽是下列参数的函数:ECU通过计算测定得到的空燃比,空气流量,发动机的其他工况参数(如节气门位置,进气温度,冷却水温度,曲轴位置,负荷和氧气传感器的信息等),喷油器的流量特性.ECU在控制喷油量时可采用两种方式:开环控制和闭环控制.在开环控制中,每一次的喷油脉宽都是由ECU计算出来的.在这一方式中ECU计算基金项目:湖北省教育厅重大项目(200

6、0B50001).作者简介:汪云(1966一),女,湖北襄阳人,副教授.工学硕士,研究方向为发动机智能检测与控制技术.收稿日期:2OO40908-脉宽的目的是为了"配制"出一定空燃比的混合气,但对喷油后实际形成的混合气到底是怎样的空燃比,并不进行检查.在闭环方式中,ECU并不只是计算喷油脉宽,而且要记录当前的喷油脉宽.显然,闭环控制的空燃比控制要比开环控制的更精确,因为闭环控制方式实际上可以补偿喷油系统的各种误差,在这一过程中,ECU首先要计算出气缸充气量的大小,并根据各传感器的信息和事先存入的策略选定目标空燃比;然后根据空燃比计算出所需的喷油量;最后根据事先输入的喷油量特

7、性决定喷油脉宽.在大部分的电控系统中,对空燃比的开环控制和闭环控制都同时存在.笔者用c语言并针对富康系列发动机开发了一种计算喷油量的方法.1气缸充气量的计算要计算气缸的循环充气量需根据所配备的传感器的不同,采用速度一密度法或空气流量法两种方法.由于在实际中,采用速度一密度法受到许多限制,因而其精度不很高.在这里选用热线式空气流量计.采用热线式空气流量计时,由于MAF信号已能表征空气流量质量Q,所以每缸每循环的充气量就可以很方便地表示为:第1期汪云:发动机喷油量的计算口:p×1000/(i×3600×n/2)(1)式中,q为每缸每循环的进气量,rag/ms;i为气缸

8、数;n为转速,r/min;Q为空气流量,kg/h.一般来说,目标空燃比的a(目标)=a(基本量)+口(校正量).为了程序计算得方便,快捷,通常计算出a(基本量)相对应的喷油脉宽,而将a(校正量)用响应的校正因子口代替,并单独列出电源电压的校正量,得到与目标空燃比相对应的喷油脉宽为:T:TP×al×a2+Tu(2)也有的系统不用校正因子,而将各种校正量用脉宽表示,得到:T=TP+1+72+7I3+这两种方式的本质是一样的,只是最后得到的公式的形式不同.2空燃比的开环控制2.1目标空燃比的确定大多数电控系统多采用脉谱(M)的方式来确定a(基本量).MAP图中给出了各种转速和负荷

9、下最优的妃值,这一妃值可以用来确定在特定转速和负荷下的a(基本量).2.2喷油基本脉宽的确定求喷油脉宽也就是计算喷油持续期,它与循环喷油量,喷油截面积,燃油压力等有关.而循环喷油量可由每循环气缸充气量和空燃比来确定.依据燃油燃烧方程式:CNHM+(N+M/4)0+3.76(N+M/4)N=NC0+M/2HzO+3.76×(N+M/4)Nz+热量可知道理想状态下,空燃比为14.7,经验公式:TP=QI(,u×K×S×sqrt(2×D×Pa)(3)式中,Q为循环喷油量,mg/r,可由Q=ql14.7得出;s为喷孔截面积,m;K为常数,K:

10、O.003;为喷油孔的流量系数,约为O.7;D为汽油密度,P:0.7kg/L;Pa为燃油压力.kPa.2.3空燃比的开环控制的校正2.3.1电源电压校正电源电压的校正通常采用加上一段脉冲进行补偿的方式,所以补偿脉宽的长短与喷油器的特性和驱动器的类型有关.电压补偿函数为:f0?756<l0Tu=一O.075×(V一10)+0.7510<V<16(4)【0.3l62.3.2ECT和IAT校正一般情况下,发动机在运行过程中,冷却水温度由冷却系中的节温器自动控制,基本上维持在一个较窄的范围.冷却水温校正因子为:口1:CI(t160)+1(5)式中,C

11、为常数;t为冷却水温度,.进气管内空气温度IAT既影响到进气密度同时也影响混和气的燃烧,因而必须对喷油脉宽作相应的校正,通常也是采用乘一个校正因子的方式.系统采用了质量流量计计量气缸充气量,则进气温度校正因子为:f1.0840<t<一30a2:一0.O016×(t一20)+1.0030<t<50(6)【0.9550<<80式中,t为进气温度,.3空燃比的闭环控制并不是所有的工况都能采用闭环控制,要实现空燃比的闭环控制应满足一定的条件.图1表示了一个空燃比闭环控制过程中各种信号的变化.在这个过程中可知:

12、喷油脉宽一直根据EGO信号的变化而不断地重复增加减少增加减少的过程;空燃比一直在围绕化学计量比波动,即重复浓稀浓稀的变化,永远不可能恒定在化学计量比;当初始状态混和气较浓时,EGO电平阶跃的时刻所感受到的空燃比其实是ECU在若干毫秒之前输出的空燃比.正是为了改善这一滞后,图中采用了带初始阶跃的校正系数.Ir,r/一,化学计量l一限电匠一.,h图1空燃比的闭环控制过程4喷油计算依据前面的各种计算方法,笔者以4缸4冲程富康系列发动机为例进行了喷油量的实际计算,选用的计算参数为:负荷(进气压力)为60kPa;转速为3000r/rain;进气温度为40.冷却水温度为80oC;进气流量为100kg/h;

13、喷孔截面积为10mm;燃油压力为250kPa.?24?内燃机2005年2月由上述公式(1)(6)用C语言求出了每循环的喷油量及相关的参数.运行结果见图1.5结论虽然本结果不是在试验机上进行验证的,但是由于所选用的函数与参数有资料可寻,数据为在转速3000r/rain,每循环20ms,进气压力60kPa情况下的结果,此时每循环每缸机的喷油量Q为18.9mg,喷油时间为6.75ms,计算结果与实际喷油量相符.笔者开发的软件主程序见附录.附录:主程序(其它子程序略).撑include"h.h#include<iostream.h>voidmain()double

14、n,P,tl,t2,v,dO,pa;doubleT,fO,ma,Q,al,a2,f,一at,FO,real;docout"n输入转速n(r/min)/ql进气支管压力P(kPa):"endl;,eiIIIIp;while(!(n>2600&din<34O0)&&(p>30&&p<70);d.cout"输入进气温度tl和冷却水温度t2:,:endl;ciIl:t1t2;While(!(tl>一40&&a

15、mp;amp;tl<80)&&(t2>0&&t2<9o);dotout<<"输人工作电压(伏特)<<endl;cindy;while(!(v>6&&v<16);曲eout<<"输人喷油嘴直径(姗)和燃油压力(kPa)":endl;ciIld()pa;fwhile(!(do>5)&&

16、amp;(d0<20)&&(pa>100)&&(pa<l00o);T=tt(n);f0normal(n,P);眦=airqu(n);Q=fuelqu(ma);al=temp(t1);82=coldtemp(t2);f:volt(v);一angle=angle(n);F0=timel(Q,dO,pa);real=result(F0,al,a2,f);cout<<"输出结果"<:endl;cout<<&q

17、uot;周期"=1"ms/r'':zendl;tout<<每循环的时间=2*T"ms"<<endlcout<<"空燃比="<<f0<<endl;eOUt,"每缸每循环燃油质量=眦"1g,end1;cout<z"每缸每循环燃油质量="Q"mg'endl;cout<<"J气温度

18、校正因子="<<a1<<end1;cout<<"冷却水温度因子="<<a2<<endl;cout<<电压校正=f伏特<<endl;cout<<"喷油初始角=".angle<<"度",endl;tout<<喷油持续期=""ms"<&l