发动机系统控制

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车电子控制技术,第,3,章 发动机系统控制,3.1 汽油发动机燃料供给系统,3.2 电子控制燃料喷射,(EFI),系统(简介),3.3 发动机集中控制(简介),3.4,EFI,系统控制(,第四章讲述,),3.1汽油发动机燃料供给系统,3.1.1汽油发动机燃料供给与功率调节,燃料供给系统功用,1,将空气与汽油充分混合后，形成可燃混合气提供给发动机；,2,并对可燃混合气的,供给量,及其,浓度进行有效的控制,，,使发动机在各种工况下都能连续、稳定运转。,1.化油器式燃料供给系统,汽油供给系示意图,空气滤清器,油管,油箱,汽油滤清器,化油器,汽油泵,轿车汽油机供给系示意图,简单化油器的结构,喉管：,空气流通面积的改变，产生真空度，吸出喷管中的燃油。,节气门：,控制混合气流量的开关。,浮子室：,汽油容器，液面通大气压。,空气滤清器：,滤去空气中的微小固体物。,浮子,：,调节浮子室汽油液面高度。,进气阀,排气阀,简单化油器的工作原理,喷雾器的喷雾原理,液体汽油,气态汽油,油气混和,飞机飞行简单原理,雾化蒸发,混合气形成,过程,化油器式燃料供给路线图,油箱,汽油滤清器,汽油泵,空气滤清器,化油器,排气歧管,排气消声器,各气缸,汽油通路,空气通路,混合可燃气通路,废气通路,进气阀门,排气阀门,进气歧管,浮子室,节气门,发动机进气歧管,理论上完全燃烧时相应的A/F值(,约为14.7,)称为理论空燃比，亦称为化学当量比。,汽油发动机燃料配给系统是通过汽油供给和空气供给两个子系统组成，向发动机提供,特定浓度和数量的,可燃混合气,。,A/F,=,可燃混合气中的燃油质量,可燃混合气中的空气质量,空燃比,：进入发动机的可燃混合气中的空气与燃油的质量之比，其数值用,A/F值,表示。,2.空燃比,（A/F,值,）,a,=,完全燃烧,1kg,燃料,所需的理论空气质量,燃烧1kg燃料实际供给的空气量,我国和前苏联等国用,过量空气系数,表示可燃混合气的成分。过量空气系数记为,a,A/F=14.7,或,a,=1,为,标准混合气,；,A/F 14.7,或,a,14.7,或,a,1,为,稀混合气,。,3.发动机功率调节方式,1）量调方式：,进入发动机的可燃混合气的浓度(A/F值)和质量均是变化的。,化油器式燃料供给系统是按量调方式原理设计的,。,2）质调方式：,进入发动机气缸的空气数量基本不变，可燃混合气是在气缸内完成的。进入发动机气缸的燃料取决于混合气的浓度要求。,柴油机燃料供给系统是按质调方式原理设计的,。,转速一定时,，,节气门,开度越大,，喉部空气流速越高、真空度越大，吸出油量越多，产生,功率越大,。,节气门开度一定时,，,发动机,转速越高,，喉部空气流速越高、真空度越大，吸出油量越多，,产生功率,也越大。,可燃混合气中汽油量调节,1.空燃比对发动机性能的影响,3.1.2 汽油发动机工作过程对可燃混合气的要求,1,理论空燃比：A/F,14.7,，理论上完全燃烧。,4,火焰传播上限：,A/F,5.9，,混合气浓到燃烧过程,严重缺氧，火焰无法传播。,2,功率空燃比：,A/F,12.5,，发动机产生的功率和,转矩最大，动力性最好。,3,经济空燃比：,A/F,16,，可降低发动机的油耗。,5,火焰传播下限：A/F,20.6，,混合气稀到燃料分,子之间的距离过大，火焰无法传播。,混合气,种类,A/F,发动机,功 率,耗油率,发 动 机 性 能,过 浓,混合气,6,12.8,减小,激增,燃烧室积炭、排气管冒黑烟。,功 率,混合气,12.5,最大,增大,10-15%,功率和转矩最大，动力性最好。,标 准,混合气,14.7,减小,2%,增大,4%,介于,功率混合气和经济准混合气之间。,经 济,混合气,16,减小,8%,最小,发动机的油耗最小。,过 稀,混合气,16.619.6,显著,减小,显著,增大,回火、发动机过热、加速性变差。,1）空燃比对发动机动力性、经济性的影响,2）空燃比对发动机排放性的影响,影响汽油发动机排放的主要因素是混合气的空燃比。,1,A/F值减少(,浓度增加,)，此时发动机发出的功率,大，但燃烧不完全，生成的,CO、HC增加,。,2,A/F值约为16附近，燃烧效率最高，燃油消耗,量低，但生成的,NOx也最多,。,3,A/F值增大(,浓度减少,)，减少供给稀混合气时，,燃烧速度变慢，燃烧不稳定，使得,HC增多,。,2.发动机工况对混合气空燃比的要求,1）发动机定工况,中等,负荷,：,轿车为,全负荷的,40-60%,货车,为,全负荷的,40-60%,稳定工况：,发动机已完成预热，转入正常运转，且在一段时间内无转速和负荷的突然变化。有,怠速和小负荷、,中等,负荷、大负荷和全负荷,怠 速,：对外无输出功率，汽油机怠速转速一般,为300,-,800r/min。,小负荷,：对外输出功率极小。,冷启动,：汽油机冷启动时，燃料和空气的温度均,很低。,暖 机,：发动机逐渐升温为暖机过程,。,加 速,：所需功率增加，节气门开度加大，进气,管产生 燃油“附壁”现象。,急,减速,：节气门开度突然减小，进气管真空度增,加，进气管附壁的燃油蒸发，,。,过渡工况：,发动机,过渡工况有,冷启动、暖机、加速、急减速,稳定工况,工 况 特 点,A/F,怠 速,节气门近乎全闭，发动机转速低，汽油雾化不良。,约为,9,-,12,小负荷,节气门开度仍很小，发动机转速仍较低。,约为,10,-,13,中等,负荷,节气门有足够的开度。,约为,16,-,17,大负荷,全负荷,节气门全开，发动机发出最大功率。,约为,12.5,2）稳定工况对混合气空燃比的要求,3）过渡工况对混合气空燃比的要求,过渡工况,工 况 特 点,A/F,冷启动,燃料和空气的温度均很低，汽油雾化极不良。,约为,6,-,9,暖 机,燃料和空气的温度较低，汽油雾化不良。,逐渐加大到9,-,12,加 速,产生 燃油“附壁”现象，,混合气浓,度瞬间稀释。,附加燃油,急减速,进气管附壁的燃油蒸发，当空气进气量不足时，,混合气变浓，严重时会熄火,。,减缓,进气不足,3.2 电子控制燃料喷射,(EFI),系统,年份,系统名称,主要控制功能,汽车公司,1967,D-jetronic,燃油喷射,BOSCH,1973,L-jetronic,燃油喷射,1979,Motronic,燃油喷射、点火,1981,LH-jetronic,燃油喷射,1982,KE-jetronic,燃油喷射,1977,EEC,点火、废气再循环,FORD,1978,EEC-,燃油喷射、点火,1979,EEC-,燃油喷射、点火,1980,EEC-,燃油喷射、点火,世界主要汽车公司发动机,EFI,系统,年份,系统名称,主要控制功能,汽车公司,1978,C-4,燃油喷射、点火,GENERAL,1979,ECCS,燃油喷射、点火,NISSAN,1980,TCCS,燃油喷射、点火,TOYOTA,1981,1-TEC,燃油喷射、点火,IZUZU,1982,EMS,燃油喷射、点火,LUCAS,世界主要汽车公司发动机,EFI,系统,1)基本原理,EFI利用各种传感器检测发动机和环境的各,种状态，经ECU判断、计算，使发动机在不同工,况下均能获得合适空燃比的混合气。,3.2.1 电子控制燃料喷射系统的基本原理,电控燃料喷射系统,Electronic Fuel Injection System EFI,2)需实现的控制,1.喷油正时控制 2.喷油量控制 3.断油控制,4.氧传感器反馈燃油修正控制,3.2.2 电子控制燃料喷射特性,1）可直接测量发动机进气量，,精确控制A/F值,；,2）无需喉管进行节流、形成高速气流，,提高发动,机的充气和排气效率,；,3）,提高各个气缸混合气的均匀性,，提高发动机的,燃烧质量和稳定性；,4）提高燃料的雾化质量，提高发动机的,低温启动,性能和抗爆性；,5）提高系统动态响应性，,提高发动机的加速性能,；,6）与化油器式发动机相比，,功率提高,5 10，,油耗降低,515，,排放减少,约20。,7）并且能为车辆的综合控制提供平台。,EFI系统的优点：,3.3.1发动机集中控制系统,1）发动机控制系统的主要子系统有：,燃料喷射系统、点火系统、排放系统,。,2）运行控制参数有：,负荷、转速、A/F值、点火时刻、点火电压等,。,3）,发动机集中控制目的：,统一监测、协调控制、整体优化,。,3.3 发动机集中控制,环境信息,发动机工况信息,控制参数信息,车辆工况信息,车辆传感器,ECU,燃料供给系统,点火系统,其它系统,图3-3 发动机集中控制系统示意图,3.3.2发动机集中控制系统基本组成,信息传感器,中央处理器,1,.信息传感器模块,检测与发动机相关的各种信息，并输送给ECU。,环境信息,大气温度、压力、湿度、海拔高度等,。,发 动 机,工况信息,工作温度、负荷、转速、功率等。,控 制,参数信息,工作循环、进气压力、进气温度、排气压力、,排气温度、点火电压、点火时刻、发电机工作电压电流、机油压力等,。,车 辆,工况信息,车辆速度、传动系统工况、制动与驱动系统工况、辅助系统工况等。,2.中央处理模块,集成化,中央处理模块,作为主控装置，采用,多输,入、多输出的数学模型,、将控制算法和试验运行数,据形成预编程序存放在,ECU,中。对发动机实施,整体,决策,。实现,分层控制,、,交叉控制,集中控制系统只有在网络数据总线技术的支撑,下才能实现。网络数据总线在13章有介绍。,3.网络数据总线,1）分层控制,发动机整体控制目标,传感系统控制,功能子系统控制,执行机构控制,预期动力输出,第一层,：,发动机整体控制目标，,包括动力性、经济性、工况。,第二层,：,监测、获取发动机控,制所需的信息。,第三层:,功能子系统控制，确定,子系统的目标。,第四层,：,使发动机产生预期的,动力输出。,传统的发动机控制技术是对其各子系统进行,单独控制，使其工作性能达到理想状态。,现代ECU,预存模式在统一信息集成的基础上，,视情况采用并行方式对发动机其各子系统实施交,叉控制,2)交叉控制,车辆环境信 息,中央处理,ECU,发动机环境信 息,点火控制,燃料供给控制,排放控制,协调发动机,信 息,协调发动机,与车辆环境,协调车辆,与大环境,其它控制,图3-5 发动机集中系统控制,3.3.3发动机集中控制系统基本控制方式,控制方式：整体、开放、动态；,控制原则：,自上而下、先整体再局部、先宏观再微观。,发动机,系 统 功 能,整体功能,过程集成,工作循环,和,热功转换,等功能的控制：,燃料供应，可燃混合气形成，点火燃烧，以及冷却、润滑等过程的控制。,工作过程,集 成,工作过程及其变化的跟踪和监控：,监测：,环境信息、车辆信息、子系统信息等。,控制：,A/F值、点火时刻、排放等。,与环境,协调性,外部集成,发动机本身的工作环境协调；,发动机与车辆其它系统之间的环境协调；,车辆与外界大环境之间的协调。,发动机集中控制系统特点,1）集成特点,管理层次越高，监控与协调功能越多，具体执行越少。,模 块,功 能,功 能,控制模块,基本运行模块，传统发动机各个机构的控制模块。,基 本,控制模块,对基本运行功能实施控制的模块，发动机控制系统的子系统。,管 理,控制模块,实现对基本模块进行协调，监控的模块。,最 终,控制模块,实现集中决策、管理、监控与协调功能的模块。,2）分层特点,3）性能特点,特 点,设 计,规范性,简化车辆设计过程：设计,规范化、程序化,，实现,一致界面,和,一致性功能,设置。,功 能,扩展性,功能扩展方便迅速：可方便地实现“,即插即用,”的功能扩展方式。,系 统,可靠性,系统的可靠性强：,分层控制方式，上层对下层的监控,提高了系统的容错能力。,软 件,复杂性,控制算法与模型，网络计算机技术地支撑，增加了软件的复杂性,