收藏 分享(赏)

汽油机电控单元原理机的研制及控制策略研究.doc

上传人:weiwoduzun 文档编号:1898048 上传时间:2018-08-29 格式:DOC 页数:87 大小:2.07MB
下载 相关 举报
汽油机电控单元原理机的研制及控制策略研究.doc_第1页
第1页 / 共87页
汽油机电控单元原理机的研制及控制策略研究.doc_第2页
第2页 / 共87页
汽油机电控单元原理机的研制及控制策略研究.doc_第3页
第3页 / 共87页
汽油机电控单元原理机的研制及控制策略研究.doc_第4页
第4页 / 共87页
汽油机电控单元原理机的研制及控制策略研究.doc_第5页
第5页 / 共87页
点击查看更多>>
资源描述

1、上海交通大学硕士学位论文汽油机电控单元原理机的研制及控制策略研究姓名:曹阳申请学位级别:硕士专业:车辆工程指导教师:陈志恒20090201上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密,在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密。 (请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名:曹 阳 指导教师签名:陈志恒 日期:2009 年

2、2月 2 日 日期:2009 年2月 2 日 上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第1页 汽油机电控单元原理机的研制及控制策略研究 摘 要 近年来,随着我国居民生活水平提高,国家产业政策的支持,以及国际汽车厂商进行产业转移,我国汽车工业迎来了高速发展的时期,汽车已成为国民经济的支柱性产业。同时汽车年产量每年大幅提高,已经成为世界第二大汽车生产国。今年金融危机的影响,国外汽车厂家陷于危机,以目前的情况来看,汽车行业必将 “洗牌”。而作为国家大力发展的行业,我们需要努力使产业升级,以图在“洗牌”中占据自己的“制高点”。作为汽车核心的发动机,至今我们还无法完全生产,尤其是其中最主要的控制单元,

3、我们至今都还没有产业化,这已经严重制约着我们的产业发展。 本文正是基于这种状况,希望能在发动机电控部分做处点自己的贡献。论文主要内容包括:剖析国外成熟电控系统、自主设计电控单元原理机的硬软件、搭建试验平台进行模拟测试及台架试验。全文具体工作内容如下: 研究成熟系统:剖析通用赛欧轿车配套的Delphi/ITMS-6F电控系统。通过查阅资料、信号采集与测试等手段,逐一分析ITMS-6F电控系统中传感器输入信号和执行器驱动信号的特征。大致了解ECU的控制功能,并建立自己电控单元原理机的硬软件设计方案。 设计电控单元原理机的硬件电路:包括微控制器的选型、传感器信号处理电路设计、执行器功率驱动电路设计、

4、微控制器系统电路设计等,同时对ITMS-6F原配线束接口进行了改装以便与电控单元原理机连接。 设计电控单元原理机的软件程序:软件的开发采用至顶向下设计的手段,通过采集、分析台架试验相关数据,结合汽油机工作原理等知识,制定软件总体控制框架。完成的软件功能任务主要包括曲轴信号处理任务、点火驱动任务、喷油驱动任务、部分工况任务等。程序采用任务调度方法,各任务功能明确,功能间耦合小,优先等级唯一,具有较好的实时控制功能,同时有较高的可靠性和较好的移植性。 研究非怠速稳定工况的策略:主要研究非怠速稳定工况的喷油策略,点火策略以及MAP图查表。 测试电控单元原理机的软硬件并匹配479QE发动机进行台架试验

5、。第一阶段通过搭建模拟测试平台,利用模拟信号发生装置进行电控单元原理机软硬件前期开发的调试;验证自主设计的电控单元原理机的可行性及可靠性后,匹配479QE发动机进行第二阶段的台架试验,包括发动机的起动性能试验、暖机过渡性能试验和非怠速稳定性试验。 关键词:汽油机,电控单元,嵌入式系统,台架试验,非怠速稳定工况 上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第2页 THE DEVELOPMENT OF ELECTRONIC CONTROL UNIT PROTOTYPE OF GASOLINE ENGINE AND CONTROL STRATEGY RESEARCH ABSTRACT In recen

6、t years, the automobile industry is developping rapidly as the standard of living promoting and international automobile company transferring the industry to the lower cost region ,and now,our country has become the second biggest automobile producer in the world.As now the financial crisis attackin

7、g, the foreign automobile producers are in financial trouble, someone will be out and the automobile world will step into a new situation.So, as a policy support industry, we need to do research in automobile ,upgrade industry and try hard to be in good place in the automobile world. Based on this s

8、ituation, this paper focuses on electronic control unit (ECU), the heart part of gasoline engine.The main work included: referring to the similar mature products abroad, designing hardware and developing software of ECU prototype independently, setting experimental platform for simulation testing an

9、d carrying out bench test. The details are as follows: 1. Delphi/ITMS-6F electronic control system equipped in SAIL car of SGM was completely analyzed at first. As well as the function of ECU, the characteristic of sensor output signals and actuator driving signals were obtained by referring to lite

10、rature, signal sampling and testing. Then the plan of designing the principle ECU software and hardware were established. 2. Designed the hardware of ECU: micro-controller determination, sensor signal processing circuit design, actuator driving circuit design and system circuit design for micro-cont

11、roller. In addition, the original harness of ITMS-6F is modified in order to fit the principle ECU. 3. Developed the software system: program was developed in top-down mode. And general structure was made, fully considering both experiment data from bench test and basic knowledge of internal combust

12、ion engine. The completed tasks consisted of crankshaft signal processing task, spark ignition task, fuel injection task, and work condition task and so on. Program schedules tasks and every task had their own function and only priority, and had good realtime performance. 上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第3页 4.

13、 Control strategy of non-idle steady working condition: focusing on the fuel injection strategy, spark ignition strategy and calculated value from the MAP. 5. The software and hardware of ECU prptptype was tested with simulation equipments and then did bench-test on 479QE engine. At first, simulatio

14、n test platform is configured to debug the software and hardware of ECU prptotype by using simulation signal generators. After the feasibility and reliability were verified, the principle ECU was matched with 479QE engine to continue bench-test. The test work consistd of start performance, warm-up p

15、erformance and non-idle stability test. KEYWORDS: Gasoline Engine, Electronic Control Unit, Embedded system design, Bench Test, Non_idle Stability 上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第7页 第一章 绪 论 引言 随着社会不断的发展,非再生资料日益耗尽,以及环境的日益恶化;节能、环保与可持续发展已经成为当今中国的主题。到年,我国的石油进口依存度达到, 随着工业的不断发展,石油进口依存度 还会进一步的增加,因此保障国家的石油安全也提上日程。保障国

16、家的石油安全大体而言有两种方式:开源和节流。开源是寻找新的能源,节流则是节省能源;而汽车是石油消耗大户,因此汽车的节能有重要的意义,同时汽车也是大气的主要污染源之一,所以环保也是当今汽车行业的一个重要的主题。 从年代国家大力发展汽车行业以来,我国汽车年产量和保有量都持续迅速增长,如图所示,目前全国汽车保有量超过四千万辆【, 】,据估计我国汽车的保有量在年将有望达到亿辆,届 时年石油需求量将达到亿吨,而我国是一个贫油国家,据英国石油公司年发表的资料表明,我国可开采的石油储量为亿吨,可开采年限为年。随着汽 车数量的增多,使得能源的消耗 还得急剧增加。目前,我国汽车汽油的消耗量占整个汽油消耗量的,每

17、辆车平均每年消耗汽油高达吨,而日本只有吨。 汽车保有量的增加,一方面加重了我国石油能源的消耗;另一方面,汽车工业的快速发展加重了环境污染、尤其是城市空气污染。据统计上海市中心区机动车、年年我国汽车产量和保有量(年)(万辆)产量保有量图1-1 中国汽车保有量和生产量2 Fig.1-1 Automotive possessive quantity and production quantity per year in china 上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第8页 、的排放负荷分别占大气污染总负荷的、,北京和广州约的和的均来源于机动车排放,因此限制汽车排放已成为当务之急。在汽车排放控

18、制方面,年月我国颁布新修 订的轻型汽车污染物排放标准,该标准从年月日实施,其第一阶段水平相当于欧洲号标准(但比欧洲晚实施年),第二阶段从年开始实施(比欧洲晚实施年)。我国国标准(相当如欧)年月日批准 颁布,按照国标准要求,自年月日起,所有新定型轻型车必须符合标准中规定的型式核准排放限值的要求,并停止对仅达到国家机动车排污标准第二阶段排放限值(相当于欧洲号标准,以下简 称国标准)轻型车的型式核准,自年月日起,全面停止仅达到国标准轻型车的销售和注册登记。各个汽车生产企业应在年月日前的一年 过渡期内合理安排制造、进口计划,确保年月日前停止制造、进口该类车。表为一些主要国家排放标准实施时间。 汽车的节

19、能与减排是紧密联系在一起的。减少汽车有害物的排放,首先是提高发动机的燃烧效率,降低汽车的燃油消耗量,进而减少汽车排出废气的总量。为了减小燃油的消耗,目前汽车领域做了很多工作,如车身轻量化、新能源等;但到目前为止,发动机电控技术是控制尾气排放,提高燃油经济性,改善动力性能最有效的核心技术之一。 世纪年代中期以来,混合 动力、燃料电池和纯电动汽车的研究迅速兴起,在大众媒体的推动下,不少人怀疑传统内燃机的前途和研究价值。但是传统内燃机仍然有很大的改进余地,仍具有技术成熟、重量轻、售价低、车主熟悉、燃料供应基础设施完善、车辆维修网普及等优点,据估计在年以前传统的内燃机仍然在轿车市场上占据绝对的统治地位

20、。 国内外发动机电控技术的发展现状 发动机电控技术的发展历史 表 各国排放法 规 的实施情况 Table 1-1 Implementation status of regulation in several countries 地区 欧洲 欧 欧 欧 欧 欧 欧 中国 欧 欧 欧 欧 香港 欧 欧 欧 欧 印度 欧 欧 欧 泰国 欧 欧 欧 欧 上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第9页 最初的电控汽油喷射系统是从年美国本迪克()公司试制电控喷油器开始。德国博世() 公司于年着手开发电子控制喷射汽油喷射系统, 年研制出速度一密度式的一电控汽油喷射系统,并装在大众()公司的轿车上,开创了汽

21、油喷射电子控制系统的应用历史。接着在 年公司又开发了一 电子控制喷射系统,该系统采用叶片式空气流量计直接测量进入发动机的空气体积流量来控制空燃比,它比用进气歧管绝对压力间接控制的方式精度高、稳定性好。后来这些技术被不断改进、完善,并在汽车上得到广泛应用。 年,德国公司首先研制出了由氧传感器及三元催化转换器组成的闭环空燃比控制系统,并装配在升 发动机上。进入年代以来,国际上汽车工业微电子技术发展的势头更加迅猛,尤其体现在汽车发动机微芯片控制系统上。在年到年的四年中,发动机电控系统得到了迅速发展,世界上各大汽车生产厂家都推出了自己的产品,除公司外, 还有公司的和系统,公司的()和系统,另外还有公司

22、的系 统,日产的系统,丰田的系统,三菱的系 统和的系统等,都是在这个时期发展起来的,并得到广泛的应用。从控制系统的引入和控制技术的变化。可将发动机电控技术的发展分为三个阶段: 第一阶段 ,从世纪年代,即摇篮期。此时开始应用电子技术,采用二极管、三极管、晶体管等半导体元件,构成独立的控制系统,代替原有器件,来实现发动机的控制功能。 第二阶段 ,从世纪年代,即普及期。此 时(大规模集成电路)以及微机技术开始应用,半导体电控技术已经成熟。实现发达低排放、低油耗、高可靠性,同时还研制出一系列高精度的执行器,利用高的演算精度和复合式判断机能实现多自由度控制,构成最大限度的整车运动性能复合控制。 在此阶段

23、,现代控制理论、多参数控制、数字化控制得到应用,控制理论也得到进展,最大限度地发挥硬件和软件功能。 第三阶段 ,世纪年代以后。在 这一 阶段,主要解决伴随第二阶段的急速发展所出现的诸多问题,期望实现控制系统的综合化、信息的网络化、机能的智能化,这些技术同时也减轻发动机重量,还降低成本。 国外发动机电控技术的发展现状 世纪年代,晶体管开始普及,随后 进入集成电路、单片机应用技术的快速发展阶段;年代,位高性能单片机开始应用在复杂的实时处理、实时控制系统中;年代,为微控制器 问世,硬件上还采用了片上系统()技术,数字信号处理()技术,微处理器外围处理电路也用集成电路代替。这些不仅大大减少了开上海交通

24、大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第10页 发难度、缩短开发时间、减低开发成本,同时也提高了系统功能、精度和稳定性。 不仅控制芯片相比以前有很大的提高,控制手法和开发手段也有极大提高。在智能控制方法上引入自适应控制、模糊控制、神经网络控制、鲁棒控制、最优控制;这些控制策略极大提高了系统的控制精度。在开发手段上引入快速原型法、等手段和工具,极大的提高了开发的速度,同时也降低了开发难度。 随着科技的发展,国际上汽车厂商的发展规模与模式日趋壮大和成熟。大多数国际知名品牌汽车的背后都有专业化的汽车配件厂商,为其提供全套的汽车配件产品;其不仅生产,同时还生产配套传感器以及处理电路,这不仅大大简化了研发时

25、间 ,增强了专业化程度,同时也加强了行业垄断。其主要特点概括为以下几个方面: 产品系列化,每个公司的产品几乎涵盖常用发动机 分工专业化、集成配套、基本上形成完整成熟的产业链体系 既掌握最新技术发展,又有大量经验和数据积累 掌握行业话语权,控制行业标准制定 这些特点使得行业内很难再有新兴的势力加入,所以这对我们国家的汽车发展有 很大阻碍作用。 国内发动机电控技术的发展现状 目前,汽油机电控系统的研究在国外发达国家己基本上达到了相当成熟的地步,并且还有新产品不断的推出。而在我国,从年代才开始此领域的研究,研究开发和生产能力还相当的薄弱,只有欧美七八十年代的水平。为了缩短与国外先进水平的差距,国内很

26、多研究所和高校都纷纷投入了电控系统的研究,比如清华大学、北京理工大学、吉林大学、天津大学、上海交大、太原理工大学、西安交大、武汉理工、浙江大学、中南大学等等,并且都取得了一定的进展。例如,西北工业大学所与西安交通大学联合研制出一种适用于小排量汽油发动机的电控燃油喷射系统,该系统采用系列单片机,在一台型发动机上做了台架匹配标定试验。结果表明试验可以达到欧标准。西安交通大学的曾科、刘兵等人,开发出了一套位电控系统,经初步试验,能够满足相当于欧排放标准。清华大学的范本正、张云龙等人将摩托罗拉的位单片机用到高压共轨式双转子柴油发动机的控制系 统中,取得了较好的控制效果,据报道正在向产业化迈进。大连理工

27、大学的孔峰、宋希庚、张育华等提出一种采用单片机设计车用位多功能电控单元的方法,最后在一台配有高压共轨燃油喷射系统的 型柴油机上进行了控制试验,试验结 果证明了其可行性。天津大学针对位展开了一系列的研究,也取得较大进展,对 象主要针对柴油机或双燃料发动机,但还处于试验研究阶段。除此之外还有一些其他高校和研究所都有不同程度的研究成果。 上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第11页 应当指出的是,研制处电控单元只是第一步,而电控系统的匹配标定虽然属于电控系统开发的后期阶段,然而也是一个非常重要和关键的,从某种意义上来讲它制约着电控系统的发展和性能。 自主研发电控技术的任务是艰巨的,道路是曲折的

28、。由于国外技术的严格封锁,使我们的研究大都不得不从零开始。这也是造成我国目前技术相对落后的一个重要原因。目前我们国内自主研发的产品多是单一功能控制的第代汽车电子产品,一般采用的是位单片机,并且多是针对小排量的发动机。采用位或位微 处理器的发动机集成控制系统大都处于研究阶段,虽然取得了一定的成果,但距世界先进水平还有很大的差距,还没有成熟的产品问世。对于传感器方面的研究与国外的差距也比较大,目前国内汽车传感器还停留在日本年代的水平,具体表现在品种不配套、精度低、寿命短等缺陷。 总的来说 ,我国的汽 车电控技术与世界先进水平的主要差距在于:传感器、执行器和电控单元(系统硬件),优化的控制理论和控制

29、策略(控制软件),可靠性和精度(匹 配与标定)这三个方面。 目前,不仅技术上与国外的大公司存在巨大的差距,而且国内市场以上的汽车发动机电控产品市场份额被国外企业如德尔福、日本电装、博世三家占领,剩余的也主要被玛瑞利、大陆、西门子、京滨电子,伟世通等所垄断,具体份额如图所示。所以要想在国内分到一部分份额,国内零部件商还需要努力才行。 发动机的研发是一个系统工程,不仅仅需要一些研究机构的努力,更需要国产整车厂商的努力和配合。虽然我们汽车行业面临着巨大的压力和挑战,但随着奇瑞、吉利等民营汽车制造企业的崛起、国家汽车产业发展政策的支持和国内汽车市场的发展潜力将给汽车发动机电控系统的开发和应用带来机遇。

30、只有努力突破汽车发动机电控系统的关键技术,并推进产品的产业化,才能逐步掌握发动机电控系统的技术,形成发动机电控技术的自主开发能力,才能摆脱整车受制于国外汽车厂商的局面。也只国内汽车电子厂商份额博世莫比斯德国大陆德尔福伟世通电装西门子其他航胜 图1-3 2006年国内汽车电子市场结构 Fig.1-3 Automotive electronic market structure of china in 2006上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第12页 有这样我们才能真正赚取汽车行业最大的利润。 课题的意义及主要工作 课题的意义 本课题基于以上国内外发动机电控技术发展和应用的基本现状,旨在

31、以下几个方面产生积极意义: 国内发动机电控单元还处于研究和试制阶段,该课题的成果又将是在该领域一次新的探索,同时可能会增加国内经验的积累。 使用 单片机作为发动机电控单元的控制芯片,希望今后能用该芯片做更多的事情。 利用原配发动机以及配套线束和传感器,执行器做自己的研究,有利于今后的产业化。 发动机控制器有很多相似之处,本次对汽油机的研究,可能会有利于其他燃料发动机研究。 课题的主要工作 本文利用电控单元,以及与之配套的传感器和执行器,自主设计电控单元原理机的硬件电路和软件系统,以及非怠速稳定工况的控制策略。硬件方面包括输入信号处理电路、系统电路、输出信号驱动电路等;软件方面包括曲轴信号处 理

32、逻辑、喷油控制、点火控制及起动、暖机、非怠速稳定工况的控制程序等。经台架试验验证,达到开题报告及本项工作的任务要求,为本课题的后续开发工作奠定基础。具体工作内容包括: )分析电控系统工作原理以及与之配套的传感器和执行器特性。通过查阅资料与测试等手段,逐一分析电控系统中传感器输出信号和执行器驱动信号的特征以及的控制功能、控制原理,建立电控单元软硬件设计方案。 )设计电 控单元原理机的硬件电路。包括单片机的选型、输入传感器信号处理电路设计、输出执行器功率驱动电路设计、单片机系统电路设计等,同时对原配线束接口进行了改装以便与电控单元连接。 )设计电 控单元原理机的软件程序。电控单元软件的开发采用自顶

33、向下的设计手段,通过采集、分析台架试验相关数据,结合汽油机工作原理等知识,制定软件控制策略。完成的软件功能主要包括:软件的系统功能、曲轴信号控制逻辑、点火控制、喷油控制及起动、暖机、非怠速稳定工况控制、上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪 论 第13页 图查表等。 )测试电 控单元原理机的软硬件并匹配发动机进行台架试验。第一阶段通过搭建模拟测试平台,利用模拟信号发生装置进行电控单元原理机软硬件前期开发的调试;验证自主设计的电控单元原理机的可靠性与可行性后,匹配发动机进行第二阶段的台架试验,包括发动机的起动性能试验、暖机过渡性能试验和非怠速稳定工况的扭矩特征试验。 上海交通大学硕士学位论文 第二

34、章 ITMS-6F电控系统构成与分析 第14页 第二章 电控系统 构成与分析 ITMS-6F电控系统为美国德尔福(Delphi)所开发的发动机管理系统,主要由传感器、电控单元和执行器三大部分组成。它以一个发动机电子控制单元(ECU)为核心,利用安装在发动机不同部位的传感器测得发动机的相关状态参数,按照发动机电控单元(ECU)中设定的控制程序,精确地控制发动机各执行器,使发动机在各种工况下都能以较佳状态运行。 本文的主要工作是自主设计发动机电控单元原理机,而电控系统的其他部分,如传感器、执行器、线束等沿用ITMS-6F配套的电控系统部件,图2-1是ITMS-6电控系统结构示意图。 以上部分是IT

35、MS-6F电控系统总体构架,以下部分则是对其具体分析,其中包括:传感器信号特征、微控制器的基本控制原理、控制策略、执行器驱动信号特征等分析。 图2-1 ITMS-6电控系统示意图 Fig.2-1Diagram of ITMS-6 electronic control system 上海交通大学硕士学位论文 第二章 ITMS-6F电控系统构成与分析 第15页 电控系统功能及特点 电控系 统采用速度一密度法来计算空气量,系统具有如下功能:分组燃油喷射、无分电器直接点火、闭环怠速控制、空燃比闭环控制、爆震闭环控制、燃油学习值控制、蒸发排放物控制、汽车附件控制(空调及电动风扇控制)、故障诊断功能和选装

36、的电子防盗功能等,如图2一1所示。 分组燃油喷射:本系统采用的是1、4缸和2、3缸分组来喷射燃油,即一次同时对1、4缸或者2、3缸喷射一定量的燃油。这种喷射方式相对简单容易实现,同时有较高的精度。 无分电器直接点火:是指取消原有的分电器,而直接采用IC控制的电子点火。相比分电器点火,其优点为提高了发动机结构的紧凑性,减少了能量损失,提高了系统精度,干扰小,无须调整。 闭环和学习值控制系统能够消除系统及相关机械零部件的制造差异、磨损差异和燃料品质差异,提高整车的综合一致性和系统工作的稳定性。闭环控制包括怠速闭环控制、空燃比闭环控制和爆震闭环控制。闭环怠速控制,以发动机转速为目标,通过调节怠速步进

37、电机来控制进气量,进而控制喷油量,以此达到稳定怠速目标转速。空燃比闭环:是指在排气系统安装氧传感器,当排气温度达到氧传感器工作温度的时候,氧传感器会感测排气中氧含量的浓稀变化并向ECU提供高或者低电平,ECU依据当前的工况,实时地对发动机燃油喷射进行修正和补偿,以保证三元催化器的转化效率。爆震闭环控制:是指ECU根据爆震传感器的频率信号,来探测发动机是否处于爆震状态,同时依据相关工况策略来调整点火提前角。 燃油学习值控制,当喷油修正值超出正常范围时,ECU对实际空燃比与理论空燃比之间的偏离值(也称学习修正系数)进行计算,然后利用计算得到的偏离量对基本喷油持续时间进行修正,并把这些值保存在RAM

38、,或者ROM中做为以后的预置值。 除上面的一些主要功能外,ITMS-6F控制系统还有一些其他功能,例如,汽车空调的控制功能、发动机电动冷却风扇的控制功能、燃油蒸发排放系统控制功能、先进的电子防盗器功能、系统自我诊断功能、系统出现故障时警示灯提供指示、保存故障代码功能、跋行回家功能以及外接诊断数据的串行输出接口,以满足各种使用要求。 燃油喷射 喷射位置:电控燃油喷射有缸内直接喷射和进气管喷射两种方式,而进气管燃油喷射又可分为单点式燃油喷射和多点式燃油喷射。缸内直接喷射为当前发动机正在研究的领域,具有较高的技术难度,而ITMS-6F采用进气管喷射方式。进气管喷射时,因喷油器不直接受气缸内高温高压的

39、作用,使其设计和制造相对容易,并且喷油器容上海交通大学硕士学位论文 第二章 ITMS-6F电控系统构成与分析 第16页 易安装,不需对发动机结构做大的改动,相比缸内直喷容易实现。 对于进气管喷射,又可采用多点和单点两种喷射方式。单点喷射系统(简称SPI)又称节气门体喷射系统(简称TBI)或中央喷射系统(简称CFI),这种汽油喷射系统在结构布置上与化油器式相似,即在多缸发动机上只用一个喷油器,将汽油喷入节气门上方的节气门体中,空气和喷出的燃油在进气管形成燃油混合气,在进气行程时通过进气歧管被吸入各个气缸。 多点喷射方式(MPI),因每个气缸均对应装有一个喷油器,将燃油分别喷入到各缸进气门前方,空

40、气和喷出的燃油在进气门处形成燃油混合气,在进气行程时被吸入气缸中。与单点喷射方式相比多点喷射避免了进气歧管结构和湿壁效应对各缸混合气均匀性的影响,因而各个气缸之间燃油分配均匀,有利于改善发动机的燃油经济性和排放性能,同时多点喷射因为喷在进气门上面,发动机汽缸的高温有利于燃油的汽化。 喷射次序:按各缸喷油起始时刻的不同,发动机燃油喷射可分为顺序喷射和同时喷射两种方式。顺序喷射是根据各个气缸的工作次序使喷油器顺序喷油,将各缸所需燃油分别在适当的时间喷出,同时喷射是指全部喷油器同时喷油,或者将其分为两组,每组的喷油器同时工作。同时喷射相对顺序喷射来说,喷油量控制精确稍差,这是因为在喷油器开启或关闭时

41、引起油路中的压力突然升降,使油路中产生压力波动,因此造成喷油量控制的误差。采用顺序喷射方式,一次仅有一个喷油器开启或关闭,所引起的压力波动幅度小,不会造成太大的喷油误差。与此同时,同时喷射时,各缸因为冲程的关系,造成油气混合时间不一样,这也会造成各缸之间的差异。 顺序喷射可以保证按发动机各个气缸在进气行程同步地进行喷射,有利于燃油与空气的混合;同时,由于其控制的是实时性强,使得空燃比的控制更为精确,有利于提高发动机的动力性并改善发动机排放性能。但顺序喷射会导致喷油器驱动电路的增加及ECU 软件、硬件设计的复杂化,对微处理器的性能要求更高,使电子控制系统的成本增加。ITMS-6F采用同时和顺序喷

42、射结合的办法:分组顺序喷射,同一组内采用同时喷射。 综合上述,ITMS-6F采用了多点进气管喷射和分组顺序喷射的方式,将喷油器分为1缸和4缸一组,2缸和3缸一组。另外考虑到各个气缸工作的均匀性,每循环每缸喷油两次,每缸均在排气和压缩冲程末期喷油,燃油蒸发时间相等,各缸工作均匀性好。 点火控制 传统点火方式为分电器点火,次级线圈产生高压通过分电器分配到各缸,从而实现点火。因为使用分电器,导致点火提前角只能在很小的范围内变动,这极大影响发动机的动力性和经济性,所以目前这种方式基本被淘汰9,10。ITMS-6F采用了两缸同时点火的无分电器点火技术,即取消原有的分电器,而直接采用IC控制的分组电子点上

43、海交通大学硕士学位论文 第二章 ITMS-6F电控系统构成与分析 第17页 火。也就是把1和4、2和3连在一起实现两缸同时点火。而1、4缸和2、3缸工况处于相对,也就是1缸处于压缩冲程的时候,4缸处于排气冲程,2、3缸也是这样。分组的两汽缸同时点火的时候,其中一缸是在接近排气上止点时发火,这时气缸内部的气压很低,因此仅需要很少的点火能量(约占总能量的5%左右)即可使得火花塞的电极击穿点火,为无效火花,而另一缸是在接近压缩上止点时发火,这时气缸内部混合气的压力和密度很高,因此需要很高的点火能量(约占总能量的95%左右)方能使得该气缸的火花塞点火,为有效火花,这样分组正好能适应系统点火要求,同时控

44、制相对简单。 电控系统主要传感器类型及其信号特征 传感器是一种信号转换装置,狭义来讲是将光、时间、电、温度、压力、及气体等物理化学量转换成电信号的变换器11。ITMS-6F的传感器是将ECU无法直接测量的信号转换成可以测量的电信号,ECU探测这些信号量,同时依据适当的算法,感知发动机所处的状态,控制发动机执行器工作。因此,传感器信号的准确性、可靠性、再现性和实时性直接决定了发动机控制性能的好坏。 ITMS-6F电控系统所用到的传感器包括:曲轴位置传感器(CPS, Crankshaft Position Sensor)、进气歧管绝对压力传感器(MAP, Manifold Absolute Pre

45、ssure Sensor)、冷却水温传感器(CTS, Engine Coolant Temperature Sensor)、进气温度传感器(IAT, Intake Air Temperature)、节气门位置传感器(TPS, Throttle Position Sensor )、排气氧传感器(EGO, Exhaust Gas Oxygen Sensor)、爆震传感器(KS, Knock Sensor)和车速传感器(VSS,Vehicle Speed Sensor)。 曲轴位置传感器() 曲轴位置传感器(58X)为电磁感应式,系统使用它判定曲轴的位置和计算发动机旋转速度,曲轴位置传感器安装在变速

46、箱离合器壳上,与飞轮上的58X齿轮盘共同工作。齿轮盘按60个齿周向均匀分布,但是其中空缺2个齿,缺齿对应1、4缸上止点前111(=129-18)。在发动机转动的时候,齿轮盘随之转动,58X的齿顶和齿槽以不同的距离经过传感器,传感器感应到磁阻的变化,这个交变的磁阻,产生57个规则的交变电压输出信号和一个畸变的交变电压信号如上图2-212,发动机转速图2-2 曲轴位置传感器输出特性 Fig.2-2 Output characteristic of crankshaft position sensor 上海交通大学硕士学位论文 第二章 ITMS-6F电控系统构成与分析 第18页 越高,曲轴信号电压幅值越大。通过适当的变换,该交变信号可以转变成为方波信号,用来计算发动

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 企业管理 > 经营企划

本站链接:文库   一言   我酷   合作


客服QQ:2549714901微博号:道客多多官方知乎号:道客多多

经营许可证编号: 粤ICP备2021046453号世界地图

道客多多©版权所有2020-2025营业执照举报