控制策略

发动机电子控制系统的控制策略摘要汽油机电子控制系统的控制软件的各种控制方法，以及与特定汽油机匹配时各种参数的标定技术均被汽油机控制管理系统的供应商视为核心机密，很少有公开的资料。

国产整车制造商要想真正有所发展，就必须解决国外对汽油机控制管理系统的技术封锁，设计出自己的控制管理系统。

国家每年也不断加大对汽油机控制管理系统的研究的投入，以不断缩短在这方面与国外的差距。

关键字引言发动机的工作过程是一个非常复杂的燃烧过程也是热能与机械能的能量转换过程,影响发动机性能的主要因素是空燃比和点火定时,所以发动机控制的主要内容是空燃比和点火提前角,本章主要研究发动机的控制策略,以使发动机具有良好的动力性、经济性、排放性和起动性能。

国内的研究还主要集中在8位单片机，上述研究取得了不少成果，但生产的只是一些控制系统的原件还没有达到全部配套的水平。

国外，在控制策略和理论方面，己由过去的简单的开环控制发展到闭环反馈控制，由传统的PID调节控制发展为模糊PID控制，自适应学习控制等等。

而且电控系统不断向集成化、智能化发展，其控制精度越来越高，控制范围越来越广。

1、空燃比控制策略从理论上讲,空燃比在14.7时,燃油可以完全燃烧,此时发动机具有较好的经济性和排放性,但考虑到发动机的综合性能,在不同的工作状况需要不同的空燃比.因此,燃油系统的功能是控制混合气的空燃比。

电控汽油机的空燃比控制策略按控制方式可以分为两种：开环控制和闭环控制。

在开环控制系统中，不需要将输出量的反馈量与输入量进行比较，因此开环控制容易实现，在发动机实际运行过程中，ECU依据当前工况查找喷油MAP得到相应的喷油脉宽值。

再根据传感器检测的冷却水温度、进气温度、蓄电池电压、节气门开度等参数，对基本喷油脉宽进行修正，确定出最佳的喷油持续时间。

开环控制具有方法简单、响应速度快的优点，但控制精度直接取决于ECU储存的基本数据的准确度、程序及处理方法的适用度、各种传感器的性能和精度，以及电磁喷油器的调整精度等。

当喷油器和传感器性能发生变化时混合气就不能保持在原预设的空燃比上，其不能通过反馈进行喷油量的自行修正。

因此，它对发动机及控制系统的各个组成部分精度要求高，无法对外界干扰因素进行补偿修正，系统需要非常强的抗干扰能力，当使用工况超过预定范围时，不能实现有效的控制闭环控制方式闭环控制是在开环控制的基础上增加反馈回路形成的，闭环控制通过对发动机的性能参数进行不断的检测，通过检测到的系统输出量主动修正控制量。

闭环控制方式是在排气管上加装一个氧传感器，以随时检测废气中的氧含量，并将检测结果转变为电信号及时反馈给ECU。

ECU根据电压值的大小可随时修正喷入的燃油量。

但不是在所有的工况都可以采用闭环控制,在起动工况、全负荷工况、瞬态工况、断油工况、氧传感器(EOO)故障等运行状况时,系统将进入开环控制,这是因为氧传感器己经不能够正确的反映混合气的空燃比。

要进行空燃比闭环控制,必须配备反馈空燃比信息的氧传感器EGO。

闭环控制的目的是为了混合气的空燃比维持在理想空燃比附近,以保持三元催化器的最高转化效率。

所以,空燃比闭环控制必须有三元催化器。

闭环控制的优点是：空燃比控制精度高，可消除因发动机元器件质量、装配误差和磨损等。

汽油机电控燃油喷射系统ECU技术使工作稳定性好，抗干扰能力强。

总之，虽然闭环控制方式有许多有点，但也有不足之处，例如控制周期长，且有滞后现象。

从混和气形成并吸入气缸，经过燃烧，排气，再经氧传感器检出排气中的含氧浓度，需要一定的时间，即存在时间滞后。

因此，实际闭环控制中，混和气的空燃比总保持在理论空燃比附近的一个很窄的范围内即在14.7附近，以使三元催化装置对排气净化处理达到最效果。

在实际中，开环控制方式或闭环控制方式是要根据发动机的具体工况，一般在起动期间、冷却水温度较低时、暖机期、加减速工况、负荷、断油控制或在氧传感器准备不充分或发生故障时，需要控制系统停止反馈控制，采用开环方式提供较浓的混合气来保证发动机的种性能。

其他稳定工况采用闭环控制。

因此，发动机电控汽油喷射系统中，一般采用开环与闭环控制相结合的混合控制方式。

1)起动工况起动工况包括起动拖转期和暖机期冷起动特点:冷起动时进气量很小,汽缸内混合气的密度较低,起动转速也低,汽缸的温度和混合气的温度及压力都比较低,混合气的汽化不完全,因此混合气的着火和燃烧有一定的困难,为了快速起动,需要较浓的混合气。

起动以后,发动机进入暖机期。

但汽缸壁和燃烧室的温度仍然不高,燃油的汽化还是不好,因此在暖机期,仍然需要较浓的混合气。

起动拖转期控制策略:当发动机起动,起动电机拖动发动机运转,EUC检测到曲轴转动信号,开始喷油、点火、燃烧,发动机转速增加,当发动机转速大于起动机转速时拖转期结束。

在起动初期一段时间内采用固定空燃比,由起动水温查表确定,随着温度升高逐渐增加空燃比。

暖机期控制策略:起动拖转结束,进入暖机期,空燃比进一步增加但仍然需要较浓的混合气,由于水温与燃烧室升温过程不一致,不能用水温作为修正标准,采用时间函数修正,在规定的时间内,逐步降低喷油脉宽。

怠速暖机期控制策略:在怠速暖机阶段发动机仍然需要较浓的混合气.通常采用与冷却液温度有关的加浓因子进行加浓,空燃比随着温度的提高逐渐增大,一直过度到正常工况。

2).怠速工况发动机的怠速工况是指发动机在对外基本上无功率输出的情况下,以最低转速进行稳定运转。

发动机怠速工况是一种常见工况,汽车在城市中运行,30%消耗在怠速工况。

因此,怠速工况是发动机的主要工况之一。

怠速控制的目标是经济性、排放性和平稳的过渡特性化油器式发动机,在怠速时,需要较浓的混合气,甚至在发动机已充分预热,仍然需要在12左右。

怠速控制的实质是对怠速时充气量的控制。

此时对喷油量的控制是为使其与怠速时的充气量匹配,满足怠速空燃比的要求。

电控单元通常根据节气门位置信号、空调开关信号、动力转向开关信号、空挡位置开关信号、温度信号、发动机转速反馈信号等对节气门全闭时的旁通气道的空气量进行调节,稳定怠速转速。

怠速空燃比的控制,采用基于氧传感器特性的闭环控制。

3)部分负荷工况采用基于氧传感器特性的闭环控制。

控制目标是较低的油耗和良好的排放.在开环控制方式,空燃比为经济混合气16左右,但排放性不好。

为了满足排放的要求采用基于氧传感器特性的闭环控制。

在闭环控制方式,混合气的空燃比控制在14.7左右,以满足三元催化效率的需要。

4)全负荷工况当发动机处于个负荷工况时,即节气门开度大于劝%时,发动机控制的日标是最大的输出功率。

空燃比控制的目标转向功率混合气,以获得最大的扭矩,对混合气的加浓程度与节气门开度有关,一般控制在12左右。

全负荷工况的控制采用PDI查表控制的方法。

5)加速工况车用发动机在车辆行使过程中遇到加速工况时,特别是急加速时,节气门开度突然变大,进气流速变化较快,而燃油以气态、油粒和油膜三种形态存在,其加速滞后于空气,混合气会突然变稀,需要加浓,加速加浓因子与节气门开度的变化率和进气管压力温度有关。

6)减速工况减速时节气门开度迅速减小,由于活塞的抽吸作用,使进气管真主度急剧升高,绝对压力降至很低,促使附在进气管、进气道和进气门表面以及缝隙中的燃油加速气化,随之进入气缸,而此时进气缸的空气量很少,结果导致混合气瞬间过浓,需要减少喷油量。

7)安全保护工况(l)高速断油当转速高于最高转速时,中断供油.当转速下降到恢复供油的转速时,恢复供油。

采用这样的策略可以防止发动机转速过高而引起的破坏。

(2)减速断油当发动机高速行驶时,节气门突然关闭,停止供油,同时发动机转速也逐渐下降,转速下降到某一预设置时恢复供油。

采用断油策略比较可以降低油耗,还可以改善不稳定燃烧造成的排放。

2、喷油正时控制策略发动机燃油喷射系统按喷油器安装部位分为单点喷射系统(SPFI或SPI)和多点燃油喷射系统(MPFI或MPI)两类。

单点喷射系统只有一只或两只喷油器，安装在节气门体上，发动机一旦工作就连续喷油，例如国产富康。

多点燃油喷射系统每个气缸配有一只喷油器，安装在燃油分配管上，例如国产桑塔纳和捷达等型轿车均采用了多点顺序喷射方式。

多点燃油同步喷射可分为同时喷射、分组喷射6和顺序喷射三种形式。

对于同时喷射和组喷射来说，喷油正时的影响不大，但顺序喷射对喷油正时有一定的要求。

对于顺序喷油是按照各缸进气门开启的顺序依次喷油的．发动机的喷油定时除特殊工况外(启动工况和加速喷油),总是在压缩上止点前对混合气形成有利的某一转角处。

因此,顺序喷油必须具有定时和判缸俩个功能。

电控单元通过曲轴转角位置信号,确定向上止点运行的缸号和曲轴转角位置,确定喷油他时刻。

顺序喷射方式:喷油器按一定顺序喷油,必须和发动机的工作顺序相适应。

3、点火控制策略点火控制系统的功能就是发动机在最佳的曲轴位置使火花塞发出足够能量的电火花，去点燃可燃混合气。

因此点火系统的控制涉及到两方面的内容，一是精确控制点火提前角，使火花塞具有最佳的点火时亥O；是火花能量的控制。

对汽油机来说,始终保持可靠的点火是正常运行的基本前提,特别是对于装有三效催化转换器的发动机更为重要。

因为缺火会导致未燃烧碳氢在转换器内部燃烧,并由于温度过高而使催化转换器失效。

由于燃烧起始点的不同,燃烧过程以及汽缸压力变花都会不同,结果导致发动机性能的变化。

点火过早,可以产生这样的后果:a.由于混合气的压力尚未充分上升,着火延迟期变长。

b不规则燃烧废气在气缸内的滞留时间延长,热损失增大。

c使压缩行程后期的阻力加大,压缩功加大。

d气缸内最高压力增加、噪声加剧。

点火过迟同样会产生不良影响:a.由于后燃期增加,产使等容度降低热效率下降。

b.排气温度上升一,使冷却系统负担加重。

所以,点火提前角过早或过迟都会导致汽油机的功率下降。

点火提前角对燃汕消耗也有很大影响,转矩最大的点火提前角非常接近于燃油消耗最低的点火提前角。

因此,发动机对点火的基本要求是:l)最大的发动机输出转矩。

2)较好的经济性。

3)良好的排放。

4)一不发生燃暴。

考虑到发动机的综合性能和多种工况的特点,在不同的工况对点火提前角有不同的要求。

为了适应发动机的各种工况条件,需要对点火提前角进行相应的调节,一般根据发动机的转速和负荷决定点火提前角。

3.1起动时的点火控制在起动期间,发动机转速较低,此时点火提前角过大,在低速时可能导致反转扭矩,引起反转而损害起动机,甚至不能起动.在起动过程中一旦着火,发动机转速的变化很大,ECU不能正确计算点火提前角。

因此,本系统采用固定点火提前角的方法,即在15度。

3.2其他工况的点火控制1)点火提前角控制电控单元根据发动机转速和负荷信号,一般按点火提前角琳P图确定基本点火提前角,然后根据冷却液温度信号、爆震传感器反馈信号等进行修正,确定点火提前角,在根据曲轴转角位置信号确定点火时刻,向点火器输出点火信号。