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文档简介

1、汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟汽车对环境有很大的影响,使汽车在服务于人类的同时,改善环境,一直是汽车行业的重要课题;另一方面,人们对驾驶感觉的要求也非常高。主要内容:低排放和低油耗控制系统。排气净化的主流:燃料喷射+三元催化剂发动机控制由降低排放、油耗;提高安全性、可靠性;降低振动噪声;提高动力性等各种各样的要求交织在一起。因此,它是由具有各自控制目的的多个伺服系统而构成的综合控制系统,其主要控制目标如下图所示:汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟发动机主要控制目标基本控制基本控制起动控制连续运转自我保护低油耗低油耗高压缩比减速时燃料削减降低泵气损失降低化学损失降低振

2、动噪声降低振动噪声降低排气声变速控制降低加减速时车辆振动各缸转矩补偿降低排放降低排放提高催化剂的性能催化剂早期加热控制降低废气有害成分降低燃料蒸汽污染提高动力性提高动力性提高充气效率增压控制与车辆运动控制相联系转矩控制汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟发动机控制主要内容:进入气缸的空气量、燃料供给量、点火时刻、缸内EGR量的最佳设定。通过调整这些参数,使发动机适应各种各样的运行工况。4.1.1 低排放低排放L汽车是城市污染的主要来源排气净化是主要课题L低排气污染与动力性是相矛盾的,但电控燃料喷射和三元催化剂所组成的系统,在经过短时间暖机

3、后,就可使其得以两全。L技术开发中的主要课题是降低起动时的HC和CO,但低HC、CO的稀薄燃烧与动力性较好的空燃比重合区域非常小,这就成了控制的焦点,同时发动机本来性能的改进、新装置新结构的开发也很盛行。L最大限度地利用三元催化剂的净化能力、发动机起动后的早期活化,对空燃比的精确控制。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.1.2 低油耗低油耗为了缓解地球温暖化和能源短缺问题,低油耗要求更加突出,不能指望对降低排放有效的发动机精密控制对降低油耗也很有效,但通过降低怠速转速、减速时燃料的削减、EGR率的最优化来减少泵气损失等手段,积少成多,把几个12%的效果累积起来,也可取得较好的效果

4、,这当然 要靠发动机控制才能实现,欲想获得更大的效果,就必须开发新型发动机。4.1.3 舒适性舒适性怠速时地板和方向盘的振动对舒适性有极大影响,振动的原因是发动机各缸扭矩的分散性,要降低其分散性,应该对各缸的点火时刻及空燃比分别加以控制,另外,降低急加减速时因传动系扭转共振所引起的车辆前后振动等不舒服的振动为主要控制内容,同时,圆滑的加减速特性等,能为驾驶员提供满足感的车辆运动特性,也是发动机控制的课题之一。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.1.4 可靠性和安全性可靠性和安全性不发生发动机自动熄火、加速发颤等与车辆安全性有关的故障是首要的要求,其故障的起因是混合气过浓或过稀,化

5、油器式需要反复试验与试制来寻找合适的空燃比,使用电子控制可显著改善这种状况。由于吸入的空气量异常增大,容易引起不必要的急冲,为了确保充分的可靠性,采取硬的和软的双重削减,同时,考虑到传感器和控制器故障时,启动应急行使。 为了提高车辆运动安全性,对处于转向中和易滑行的低路面在加速时过大的驱动力加以限制,进行防止轮胎打滑的转矩控制。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.2 发动机控制系统发动机控制系统4.2.1 进气量进气量调整进气量的操作系统除节气门以外,还有怠速控制阀、燃料蒸汽控制阀、漏气还原装置等。怠速控制阀是设在节气门的旁路中的空气流量控制阀,为调整怠速转速微调进气量。燃料蒸汽

6、控制阀是为使发动机停止时,燃油箱和进气系统内蒸发的燃料不向外泄漏,用活性碳吸附燃料,并相应调节的空气量。由此可见,吸入的空气油多条途径,用多个执行元件,其中一部分是步进电机驱动的流量控制阀,较多则是节流孔和开关型电磁阀的组合控制。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.2.2 燃料燃料 燃料供给系统通过喷油嘴向进气管喷射燃料以外,燃料蒸汽中含有燃料,其数量随吸附状态不同而大幅度变化,要对其进行测量目前还比较困难,炎热的夏天停车及长时间放置时,容器中吸附的燃料较多;相反,长时间行驶后,可能会减少,这也是空燃比控制误差较大的主要原因。4.2.3 点火时刻点火时刻点火时间设在压缩行程终了前

7、0数十度的范围内,也有为了提高排气温度,设在上止点后的情况。点火时刻的测量是利用曲轴转角基准脉冲或曲轴每10转角等脉冲计数来粗略求解,要得到高于曲轴转角脉冲的精度,须并用计时器.汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.2.4 EGREGR量由设在排气管和节气门后方间的连通路上的EGR阀,根据发动机运行工况调整阀芯升程加以控制。把残留在气缸内(未排出)的已燃气体叫作“内部EGR量”,对降低NOx和油耗与EGR有同样的效果,内部EGR量受排气门关闭和进气门开启时的气缸容积的影响,前者决定排气行程气缸内残留的已燃气体容积;后者影响排气行程后期缸内已燃气体向进气系的逆流量,逆流部分在进气行程

8、重又被吸回气缸。“可变配气”能控制内部EGR量。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟发动机:化学能热能机械能发动机本体、车辆、电器等。发动机控制的作用:保护发动机本体和组成部件;实现满足驾驶感觉的动力特性;降低排放等。发动机控制系统的构成:燃料控制系统;点火控制系统;EGR控制系统;怠速控制系统;燃料蒸汽控制系统。发动机控制系统的干扰因素也是各种各样的,如:驱动负荷(空调、前照灯、制动灯、各类控制系统的的执行元件等)对怠速转速会造成影响;同样,为调节怠速转速所产生的进气量变化,对空燃比和油耗可能会有影响。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟简单的发动机模型假定新鲜可燃混合气

9、为理想气体忽略燃气在燃烧后的组成和比热等物理性质的变化,从膨胀性到质量和能量守恒原则推导出模型,再考虑热传导和成分变化的影响,并用实验数据进行补偿。4.3.1 转矩计算模型转矩计算模型介绍通过燃烧由发热量所获得机械能的计算模型和缸内进气量计算模型.从产生热能到机械能的变换量为一个循环间的缸内压力积分:W=PcdV其中,w:机械能;V:气缸容积; Pc:缸内压力.假定进气管和排气管外接无限大容器,压力分别是Pm、 Pe,则进气行程缸内压力等于Pm;排气行程缸内压汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟力等于Pe ,压缩行程中的压力为绝热变化,下死点的气缸容积Vc ,比热比为,燃烧在上死点瞬

10、时进行,发热量为Q,下死点的气缸容积Vt ,则机械能:式中和V有关的项为一个循环的积分,是常数,用系数代替:W=aW1Pm +aW2Q+aW3其中,aW1、aW2、aW3为系数。如果燃烧时刻不在上死点时,只有积分区间发生变化,组成相不变,上式也成立。(排气行程)(作功行程)(压缩行程)(进气行程)dVPdVVVVQVVPdVVVPdVPWtctcVVceVVtttcmcVVcmVVtm)1(汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟发热量Q受空燃比影响,与燃料量成比例,空燃比的可燃范围大约是624,汽油与空气的理论空燃比为14.5,比它小(浓混合气)时未完全燃烧的CO、HC大量排出。发热量

11、可由5种成分CO、H2、CO2、 O2、 H2O在2000K附近的化学平衡方程式粗略计算,与实验数据一致。虽然空燃比在14时燃烧温度最高,但所获得的机械能则因分子量的变化等在12.5附近为最大,以前总是将节气门全开定为最大功率空燃比,现在由于排气污染的原因,全区域使用稀混合气的倾向比较强,为防止排气过热损坏排气系 、使催化剂劣化、敲缸损坏发动机等,对浓混合气加以限制。在稀区单位燃料的发热量基本不变,而获得的机械能在充分燃烧的空燃比范围内因泵气损失的降低而逐渐增加。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟燃烧时刻和点火时刻相当,如果加以改变,可得知和点火时刻相对应的W和排气温度的变化量,燃

12、烧在上死点进行时W为最大,提前或迟后均会降低,燃烧如在上死点前进行,燃烧气体因绝热压缩温度升高,容易发生敲缸,同时未转换成机械能的热能由排气放出,使排气温度上升,其温度可由理想气体的状态方程算出。实际的燃烧过程,从点火到火焰核形成有迟延,燃烧期也是有限的,所以点火在上死点前进行,转速升高时,气缸扰流加大,着火迟延和燃烧燃烧时间缩短,但曲轴每单位角度的时间也缩短,结果点火提前角增大;同时在进气量减少,EGR率增大时,着火迟延和燃烧时间变长,点火提前角也增大。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟进气量与进气压力的关系:如果进气非常慢,进气过程中缸内压力和进气压力相等.一般进气门在上死点前

13、10左右打开,在下死点后50左右关闭,进气门打开时,进气压力稍比缸内压力低,缸内气体膨胀,流向进气管,在进气行程中又全被吸回来,若忽略从排气侧流来的,进气门开启时的缸内残留气体在进气行程终了时依然存在。进气下死点以后气缸容积减小,先被吸入的空气,又从进气管压出去,特别是在转速很低时,进气门开闭时刻对进气量的影响很大。设进气门开启时气缸容积为Vvo,关闭时为Vvc,进入气缸的空气量为Mcf,EGR量为Mce,比热比为一定,进气系的混合气体常数Rt为一定,进气温度为Ti ,忽略从缸壁传来的热量,则能量守恒定理成立:汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟左边第一项为进气行程终了时缸内混合气的

14、内部能量;第二项为进气行程开始时缸内混合气的内部能量;右边第一项为通过进气流入的能量,第二项为EGR流入的能量, 第三项为活塞对缸内气体所作的功.缸壁等传来的热量使进气量下降,残留气体和EGR气体的混合使组成变化及比热比对空气量也有影响,有必要加以考虑:EGR率为E=Mce(Mcf +Mce),可得进入气缸的空气量和EGR量:vcvoVVmceiicfiivoevcmdvPMTRMTRVPVP111111)()(1)(1iimvovcvoevcmcecfTRPVVVPVPMM汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟Mcf +Mce = am1 Pm + am2Mcf =(1-E)(am1

15、 Pm + am2)Mce=E(am1 Pm + am2)进入气缸的空气量使进气压力Pm的一次函数,但由于燃烧使成分变化造成进气压力下降,将不是一次函数。实际的进气压力在转速较高时,进气门的节流效果不能忽视,计算精度会降低。一般进气压力Pm的测量式在进气室内进行,进气又是间断进行的,会产生脉动,使进气压力在空间分布上存在差异,即进气室的压力和进气管压力不同。特别是惯性效应会对进入气缸的空气量造成15%的影响,在进气管测定的进气压力会丢失惯性效应信息,惯性效应的大小受转速影响,压力变动的程度汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟几乎和进气压力成正比,公式中各组成项不变, 但am1 am2

16、因转速不同而变化,实际控制中用实验求出转速和进气压力交叉点数据(使用二维表格的较多)。设空燃比为,则缸内燃料量为Me/,发热量Q与燃料供给量成正比,则W为Pm为的一次函数:Q=(1-E)(am1 Pm + am2)W=am1+(1-E) aw2 am1/ Pm+aw3+(1-E) aw2 am1/ 产生的转矩为Tc,曲轴转角为,则有:其中,A:气缸面积;r:曲拐半径;l:连杆长度。转矩Tc与发动机循环同步地周期变化。设缸数为N,各缸W相同,一个循环中的平均转矩为Tm,则有:cos)sin()(2240rrllrAVVddVPTdTWtCCC汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟Tm=N

17、W/4因此,平均转矩也是Pm的一阶函数:进、排气行程所消耗的能量为“泵气损失”,大致和进排气压力差成正比,从上式可看出,空燃比较大的稀混合气Pm较大,泵气损失会降低。同理,增大EGR率E,有必要加大Pm也能降低泵气损失。能利用的机械能是从W扣除机械损失(低转速时为最小)后所剩的能量,一般能用二次函数近似表示。4.3.2 4.3.2 进气压力计算模型进气压力计算模型进气现象可用进气管内一维Navier.Stokes公式和集中常数代表边界条件的容积、分支部分等的近似模型来精确描述,但用该模型来组成控制系统时较复杂,4/)1 (4/)1 (123121mwwmmwwmaaEaNPaaEaNT汽车电子

18、控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟为了构筑控制系统,使用更加简化的模型,主要的近似是用每进气行程时间上的平均值来代替发动机的间歇动作,用集中常数来近似表达进气系,进气室内的空气质量守恒得:其中,Mtf ,Mte :进气系内新鲜气体和EGR气体的质量. mtf :流过节气门的空气流量; mte :流过EGR阀的EGR流量; mcf :流入气缸的新鲜气体流量; mce :流入缸内的EGR流量, mtf , mte可表示为:cetetecftftfmmdtdMmmdtdMaaeeaeteaaftfPAPAmPAm222汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟其中:上式中假定新气和废气的压力

19、和密度均相同,实际上只有在发动机转速低负荷小时假定才成立,新、废气的比热比也不同,但用来表示现象和控制的思想方法是充分的。 mcf , mce与转速、缸数N有关:11111212112121amamamamPPPPPPPP汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟mcf =N(1-E)(am1 Pm + am2)/4mce =NE (am1 Pm + am2)/4以上两式是一个循环间的平均值,但每曲轴转角的流速变动可粗略地计算:Af = Cf Af 0 (1-cosf )Af 0 =1/4dt2 进气系新气和废气的质量,密度,压力用Mi,i , Pi 表示,容积为Vi,则: Mi=i Vi

20、假设为绝热变化:Pi i- =Const.微分得:于是可得和Pi (Pm = Pif + Pie )有关的微分方程:)(2:音速其中:CCPdtdPdtdPiiiiii4)(1 (2212mmmaafiifaPaENPAVCdtdP汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟整理后得:4.3.3 燃料运动模型喷射到进气管的燃料一部分直接被吸入气缸,但其他的却附着在管壁和进气门表面上形成油膜,然后又慢慢地蒸发并被吸入气缸,从而使按缸内进气量喷射的燃料在加速时变稀,减速时变浓, 对动力性和空燃比控制有很大的影响,有必要考虑进气管内残留的燃4)(2212mmmaaeiifaPaNEPAVCdtdP

21、)(4)(4)(2)(212212iefifemmmiiefifemmmaaefimPAPAPaaVNCPAPAdtdaPaNPAAVCdtdP汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟料量fw,明确每个循环的燃料运动.fw(k+1)=Pfw(k)+k fi(k) fc(k)=(1-P) fw(k)+ (1-R) fi(k)其中,fw:油膜燃料量; fi:喷射燃料量; fc:吸入缸内燃料量;P:油膜残留率;R:喷射燃料附着率;k:循环.消去上两式中的fw可得: fc(k+1)- fi(k+1)=Pfc(k)- fi(k)-Rfi(k+1)-fi(k) 测量fi变动时排气中的氧浓度推测瞬时空

22、燃比,上式的误差由下式计算,采用最小二乘法使评价函数J为最小来推导P,R.e(k)=fc(k+1)- fi(k+1)- Pfc(k)- fi(k)- Rfi(k+1)-fi(k)nkkeJ02)(汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟该方法受氧传感器的响应速度、排放气体流动迟后、fc推测精度的影响,这种“先推测参数,再调整控制原则,使之与所推测的模型参数相适应”控制方法叫“间接适应性控制”;如直接从控制误差不经过模型参数推定地直接改变控制原则的方法叫“直接适应性控制”.“间接适应性控制”在氧传感器尚未活化,空燃比反馈还不能使用的暖机过程使必要的.从发动机起动到达到350以前用电加热,是

23、高精度空燃比控制困难时期,对进气门附着状况和所用燃料进行预测,对提高暖机时的控制精度是非常必要的.缸内燃油量目标值: fcr=Mcf/r (r必目标空燃比)为了达到目标空燃比,所有喷射燃料量:汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟为求出使|P+Rf|1的f,假使控制器内的模型能反馈控制的话,就可建立虚拟的逆模型,避免P.R的不稳定性,可设定任意的目标值fcr逆跟踪速度,这时,燃料喷射量可表示为: fi(k)=f1fw(k)+ f2fcr(k)其中f1 , f2:常数如果从控制原理推出的模型和发动机不一致的,将产生控制误差,精度要求较高时,必须采用反馈(闭环)控制.实际的空燃比控制中,参

24、数的分散、时漂、传感器误差等各种原因均会引起燃料喷射量误差、缸内进气量推测误差、燃料运动推算误差等。RkfPkfkfwcri1)()1 ()()(汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.3.3 4.3.3 发动机转速计算模型发动机转速计算模型通过置换转矩公式,可得每曲轴转角得发动机速度模型: 其中,Tm :图示转矩; Tl:负荷转矩; Tf :机械损失转矩: Tf =af12+ af2+af3机械损失转矩在每个曲轴内也是变化的,上式是平均值.这里控制EGR率.空燃比为一定时,改变转矩与进气压力式中的系数得:Tm =at1Pm+at2从而发动机速度的动特性为:flmTTTdtdfltm

25、tTTaPadtd21汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟一般发动机在怠速控制领域不使用EGR,同时进气室压力在临界压力以下,为一定,从而有:如用Af12+Af3 来近似表示Tf ,对上式在一个行程间积分来改变常数部分得:(k+1) 2 = aa1 (k)2+aa2 Pm (k) +aa3同理, Pm (k+1) = aa4 Pm (k) +aa5Af(k)/ (k) +aa6使用LQ最佳调节器,可得控制原则:ftmtPmPfPmTaPadddddddtdaPaAadtdP22221)(2122321改变式中的变量:用232215)()()()()(kfkPfkfkkAarsmssf

26、a汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟其中,r为目标怠速转速,从而最终的控制原则:实际的控制(如LQI控制)在上式中增加积分控制项.4.4 发动机控制逻辑发动机控制逻辑7080S:最小分散控制、LQ最优化控制理论和实际差距很大,批量生产车辆几乎没用。汽车控制系统中反馈控制比例很大,其原因:动作范围宽;要求响应速度快;传感器异常时,应急工作。4.4.1 低排放污染控制低排放污染控制排气净化:同时净化HC、CO、NOX 、的三元催化剂)()()()(1)(232215kkfkPfkfakArsmssaf汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟和利用电子燃料喷射进行精密空燃比控制。三

27、元催化剂在理论空燃比附近对HC、CO、NOX 三种成分具有高的净化率,从而使排气净化系统的控制焦点是 把空燃比精密地控制在理论空燃比上。为了正确地将缸内空燃比控制在理论空燃比上,必须精确地知道缸内进气量Mcf ,方法有二,其一是“进气流量法”:用安装在节气门前空气流量计所测的流量Q和发动机转速求得;其二是“进气密度法”:用进气室内安装的进气压力传感器所测的进气压力Pm 和求得。进气量Mcf=4Q/N密度法由于“开环”、进气系动效应、高速时节气门的节流效果等影响,由Pm求进气量难以达到高的精度。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟流量法在稳定状态时精度较高,在过渡时误差较大。另一方面,

28、进气密度法对进入气缸空气量得推算精度受排气管压力、进气管温度得影响,并不比流量法高。但对过渡期进气量的变化表示较好,若用进气下死点附近的压力,不易受进气脉动的影响,在排气系统中使用氧传感器构成反馈控制,可对低频的控制误差进行补偿,也能获得非常高的空燃比控制精度。进气行程中喷射燃料会使燃烧恶化,通常在进气行程前完成燃料喷射,应在进气行程终了前决定燃料喷射量,须对进气压力(进气量)的测量时刻开始到进气行程终了的进气压力变化进行预测,节气门阶跃变化时,存在误差,要求精度高时,应进行补偿。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟由于,mtf =Q;Ae(Af+Ae)=Eo,则有:其中Eo为与Af

29、和Ae对应的稳定状态的EGR率。设上式的初始值为Mtf (k),内的Q(k)一定的话, 后的值为:用上式来预测,虽然到进气行程下死点为止能计算,但假定在预测期间Q(k)一定不可能,特别是在转速低时,推算时间变长,推算误差变大;同时节气门开度变化的影响也不可忽视。QVECEaMVNCaddmiomcfimcf)1 ()1 (42121)()()1 ()1 (4exp1)(4exp) 1(212121kkQVECEaVNCakMVNCakMimimcfimcf汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟由进气压力由进气压力Pm推算进气量的方法:推算进气量的方法:根据进气压力模型可得Pm=Pmf

30、+Pme和Pm=AfPme-AfPmf,联立可求得Pmf、Pme ,进行离散化处理:左边的不定积分用G(Af ,Pm)代换,Pm(kC)经曲轴转过时的进气压力为Pm(kC+1),则:假定Pm 一定,离散化得:dVCPNMPPPAAPdimcamaaefm24)(2)(iCmCCeCfCmCCeCfVCkPkkAkAGkPkkAkAG2)(,)()()() 1(,) 1() 1() 1()()()()()(4)(exp)1()1()1()1(212CieCfCifCeCmmmiCCieCfCifCekPkAkPkAkPaaVkNCkPkAkPkA汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟缸内

31、进气量是节气门开度和发动机转速的二维数据表,并采用对各种各样的过渡过程及部件的分散性进行学习补偿。实际空燃比控制由前馈和反馈两部分构成,前馈部分用以推算进入气缸的空气量,使缸内空燃比为理论空燃比来决定基本喷射量:fi(k)=fcr(k)+fi(k)反馈部用氧传感器的输出来修正前馈部分不能修正的控制误差,现在控制系统在三元催化剂前后均设置氧传感器的较多,因为催化剂前的有非平衡的排气成分,造成氧传感器对理论空燃比检测精度下降,)() 1(1)(1) 1(kfkfRRkfRRPkfcrcrii汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟用催化剂后面的传感器加以补偿。由进气压力来求进气量的方法受温度

32、的影响,精度的提高受限;而流量传感器因进气脉动也伴有误差;喷嘴的精度也达不到催化剂要求的精度.这些误差的补偿都由用氧传感器的反馈控制来承担.4.4.2 低油耗和高动力性低油耗和高动力性提高发动机经济性的手段有:提高燃烧效率;降低泵气损失.利用扰流、涡流改善燃烧提高燃烧效率高压缩比大EGR率降低泵气损失稀薄燃烧可变缸数控制系统可变配气相位控制汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟凸轮和曲轴的相位可变的配气相位控制系统,结构比较简单,实用性好,能同时控制进气量和内部EGR量,对降低NOx和泵气损失有效。怠速状态时,为了保证燃烧的稳定性,内部EGR量设定得较小;中小负荷时,主要通过内部EGR

33、来降低NOx和耗油量;高速时,为了提高输出功率,以调节平衡性更好的相位角为重点.关闭角可连续增大的可变配气相位控制系统可代替节气门结构,且能大幅度降低泵气损失,可考虑进气门“提前关闭”和“延迟关闭”两种方式,提前关闭是在吸入了必需的空气时,关闭进气门,进行绝热膨胀,下死点以后,在示功图经过相同的曲线,使泵气损失为零.延迟关闭方式是使在进气下死点后,气缸内残留必需的空气时,关闭进气门.汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟可变气缸数控制系统是让多气缸发动机的一部分气缸停止工作的系统,工作气缸产生的转矩增大,以提高进气压力Pm,从而降低泵气损失.气缸停止方法有:停止供油、锁死进排气门和锁死

34、进气门等。其中锁死进排气门对降低泵气损失的效果最大。可变气缸数控制使发动机转矩变动增大,车辆振动加剧,同时如果不解决好再起动时的冲击,空燃比杂乱等种种问题,所得到的效果和成本相比,就不可取、难以在发动机上实际应用。采用电磁阀控制的液压系统来驱动无凸轮进排气门控制系统能完全实现上述的功能,是比较理想的,但降低驱动能量、消除气门离着座噪声比较困难。低油耗提高输出功率发动机小型化降低摩擦损失和泵气损失。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.5 发动机控制实例发动机控制实例: :柴油机电控喷射系统柴油机电控喷射系统4.5.1 概要概要节能、环保(低排放、低噪声、低烟雾)IDIDI 增压带中

35、冷高压高输油率最佳高精度的电子控制对喷油系统的要求:高压化小型IDI50MPa;小型DI130MPa;大中型DI150MPa;电控化喷射量、喷射时刻、怠速控制、节气门、自动巡航、故障自诊断、惯性增压、EGR、不均匀补偿、中冷、数据通讯、喷射压力、喷射率第一代:将原来的机械式调速器和正时装置换成电控机构,燃料的压力输送机构与机械式相同。喷射量的控制是通过控制油量拉杆或溢流口的位置来实现;正时控制是用ECU的指令通过正时调节器改变发动汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟机驱动和凸轮间的相位差。第二代:比第一代的位置控制有很大的发展,通过采用电磁阀的时间控制,对喷射量、喷射时刻进行控制,由

36、于采用了高速电磁阀,比第一代的控制自由度显著提高。燃料的升压由高压泵或发动机凸轮完成;升压开始(相当于喷射时刻)和升压终了(从升压开始到升压终了的期间相当于喷射量)由电磁阀的ON/OFF控制,实现对喷射量和喷射正时的控制,且喷射由电磁阀分别控制,可实现减缸控制、各缸每次最佳喷射。第三代:在第二代的基础上发展起来的,将原来和喷射量喷射正时控制机构一体的燃料升压机构独立出来,改为可分别针对发动机转速及负荷进行最佳控制的蓄压器,能对喷射压力进行控制.汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.5.2 柴油电控喷射系统控制功能柴油电控喷射系统控制功能基本喷射量控制基本喷射量控制怠速控制怠速控制喷

37、射量控制喷射量控制起动喷射量控制起动喷射量控制加速喷射量控制加速喷射量控制不均匀量补偿控制不均匀量补偿控制基本正时控制基本正时控制喷射正时控制喷射正时控制起动正时控制起动正时控制低温正时控制低温正时控制喷射压力控制喷射压力控制 基本喷射压力控制基本喷射压力控制喷射率控制喷射率控制预喷射控制预喷射控制压力行程控制压力行程控制汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟故障自诊断故障自诊断附加功能附加功能应急运行应急运行传动系传动系数据通讯数据通讯 EGR控制控制节气门控制节气门控制进气量控制进气量控制4.5.3 柴油电控喷射系统的构造和工作原理柴油电控喷射系统的构造和工作原理电控分配型喷油系统

38、电控分配型喷油系统根据对喷射量和喷射正时的控制方式不同,可分为:位置控制方式;时间控制方式。位置控制方式电控分配型喷射系统位置控制方式电控分配型喷射系统ECD-V1(日本电装)波许(Bosch)公司用电控调节器置换VE泵的机械调速器,由Zexel(日)生产,调节器采用旋转电磁铁汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟 (Rotary Solenoid),通过转子的旋转使轴下端的偏心销位置变化,从而控制溢流阻止板的位置.喷射量控制喷射量控制:ECU计算与发动机运转状态相适应的喷射量,其结果传给驱动电路,驱动电路则以此为指令,对执行器进行反馈控制.喷射正时控制喷射正时控制:在正时活塞高压室和

39、低压室的连通路中设有正时控制阀,通过控制占空比使两端压力差发生变化,从而控制喷射时刻,可用传感器检测活塞位置进行闭环控制.时间控制方式电控分配型喷射系统时间控制方式电控分配型喷射系统由于微型机内部有时钟,利用它来控制喷射终了时刻,即可控制喷射量,用电磁阀作喷射终了控制的执行元件,可对每次喷射进行控制,如只控制喷射量不汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟需要其他机构,且时间控制电路也较简单.ECD-V3(日本电装)喷射量由电磁溢流阀控制.喷射量控制A喷射开始: 驱动轴旋转,柱塞上升,开始压力输送燃料,此时,如与驱动轴一起旋转的正时信号发生器处于有齿部分,电磁阀关闭,压力室内的燃料被加压

40、,从喷嘴喷出;B喷射结束:柱塞从开始上升的位置到和目标喷射量相当的喷射持续角sp时,关闭的电磁阀在ECU信号驱动下开启,柱塞室内的燃料又流回储油箱使喷射结束.电磁溢流阀要求承受很高的压力,并有高的响应速度和大的流量特性,该阀由带有小阀座的旁通阀(电磁阀)和带大阀座的主阀(自力阀)两部分组成,小径旁通阀实现高耐压和快速响应;大径主阀实现大的流量特性汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟检测喷射持续角用的角度传感器安装在旋转环上,和旋转环一起转动,使喷射量与喷射正时分别独立控制.喷射正时控制 工作原理与位置控制方式的相同,但反馈控制中的检测方法却不同,在此,用曲轴角位移和泵角信号无齿部分之

41、差来作为喷射时刻,并将其与设定的目标值比较,实现正时控制.EPIC(Lucas:路卡斯)将压送机构的内凸轮、滑靴、柱塞及分配装置的转子配置在泵的中心轴里(如图),利用控制阀的作用改变柱塞的压力行程实现喷射量控制。喷射量控制 EPIC驱动转子上有斜面状限位保持叉,当柱塞靴处在不同位置时,柱塞有不同的行程, 通过液压伺服系统改变转子轴向位置,即可控制喷射量,汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟如利用传感器来检测转子位置,就构成了反馈控制系统,可提高控制精度.喷射正时控制 通过电磁阀调节正时活塞弹簧侧液压室油压,可改变活塞位置,活塞带动内凸轮周向转动,从而改变了喷射时刻,同样也可构成用传感

42、器反馈活塞位置的闭环系统.由于EPIC的喷射量控制是由柱塞的压力行程决定的,具有喷射时刻随喷射量的变化而变化的特性.VP-44(Bosch)喷射量的控制以直接用电磁阀控制泵的高压的时间控制为主流,利用电磁阀开闭控制喷射开始和终了时刻,能利用压送凸轮上不同的部位来改变喷射的气势喷射率;若在喷射过程中电磁阀开启2次,可实现预喷汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟电控直列式喷油系统电控直列式喷油系统Zexel公司的TICS(Timing and Injection rate Control System),以原直列式喷油泵为基础,通过在柱塞部分增加可动的正时滑枕使压力行程可变,对应发动机的

43、转速和负荷控制喷射正时和喷射率.4种结构参数构造:旋转电磁铁驱动正时杆转动,由正时杆带动正时滑枕上下移动.工作原理:压送凸轮旋转时,柱塞上升,当柱塞的油沟被滑枕封闭时,开始压油、喷油,当柱塞上升到回油槽与滑枕溢流孔连通时喷射结束.各缸预行程可分别调整电控一体式喷油系统电控一体式喷油系统一体式喷油系统将油泵的压送机构和喷油器集中在一汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟起而成,由于没有高压油管,把高压系的压力损失降低到了极限状态,特别适合于高压化,喷射量的控制是利用电磁阀接通和断开高压室和低压供油系间的联系,以控制喷射开始和结束来实现的.如:DDEC、EUI油泵部分由高压室、柱塞、推杆组

44、成,高压室的一端连着喷油嘴,另一端通过控制阀与燃料进/回油的低压供油系相连,在凸轮压送的喷油期间内,向控制阀供电,使阀门关闭,高压室内的燃料被加压,从喷油嘴喷出;当经过与希望的喷射量所对应的时间后,终止供电,电磁阀开启,燃料迅速卸压,喷射结束;在凸轮的吸油行程(回程),电磁阀关闭,燃油又被吸入高压室。电控一体式喷油器主要由欧美汽车公司(如Volvo等)用于大型货车发动机上.最高喷射压力可达180MPa汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟Detroit公司的DDEC系统2.Lucas公司的EUI系统结构参数如表53.Bosch公司的PDE系统结构参数如表6由于采用了高速电磁阀,使响应更

45、快。4. Bosch公司的EUP系统 结构参数如表85.MTU公司的ECS系统汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟电控储压式电控储压式(共轨式共轨式)喷油系统喷油系统是由高压供油泵将燃料加压后储存在储压室中,利用电磁阀控制喷油嘴的背压,从而决定喷射开始和结束的系统.燃料压力由设在储压室内的压力传感器和高压油泵中的电磁阀控制.特点:无二次喷射制约地实现高压化和与转速独立的最佳压力自由控制;针阀升程能直接控制;精密的喷射率控制,且无机械结构的限制;喷射时刻可完全电子化;可对喷射系统的构成要素、可燃混合气的雾化时间空间、压力的形成和控制、喷射量/喷射时刻的控制等所有功能进行分解。一、一、

46、ECD-U2(日本电装日本电装)基本构成:基本构成:高压供油泵、储压器、喷油嘴及ECU和各种传感器。喷射量和喷射时汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟刻都是通过电磁阀ON/OFF控制喷油嘴的背压实现的,电磁阀通电,喷油嘴背后的高压燃料流向低压侧,高压燃料产生开阀力,使阀芯上升,开始喷射;停止供电,喷油嘴背后又加上高压燃料而关闭,即结束喷射,因此,电磁阀的通电时刻就是喷射时刻;电磁阀的通电时间就是喷射持续时间(喷射量),若在电磁阀与喷油嘴背压室间设置固定节流孔,可成为具有抑制喷射起始效果的型喷射率模式.喷油器喷油器的工作原理的工作原理在三通电磁阀(TWV)中,有精密配合得额里阀和出油阀阀体,里阀用于控制储压器与喷油器背后的通路,出油阀阀体用于控制喷油器背后与低压回油口间的通道,通过电磁铁的ON/OF

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