Контроллер механизма воспламенения Spark, который использует запрос крутящего момента драйвера
Powertrain Blockset / Движение / Контроллеры Двигателя внутреннего сгорания
Блок SI Controller реализует контроллер воспламенения искры (SI), который использует просьбу крутящего момента драйвера вычислить воздух разомкнутого цикла, топливо и команды привода искры, которые требуются, чтобы удовлетворять требованию драйвера.
Можно использовать блок SI Controller в проекте управления двигателем или производительности, экономии топлива и исследованиях компромисса эмиссии. Базовый механизм, дроссель и турбокомпрессор wastegate подсистемы требуют команд, которые выводятся от блока SI Controller.
Блок использует крутящий момент, которым управляют, и скорость вращения двигателя, чтобы определить эти команды привода разомкнутого цикла:
Отрегулируйте процент положения
Процент области Wastegate
Длительность импульса инжектора
Усовершенствование Spark
Впустите угол фазовращателя бегунка
Выхлопной угол фазовращателя бегунка
Процент области клапана рециркуляции выхлопного газа (EGR)
Блок SI Controller имеет две подсистемы:
Controller
подсистема — Определяет команды на основе крутящего момента, которым управляют, измеренной скорости вращения двигателя и оцененной цилиндрической массы воздуха.
Estimator
подсистема — Определяет предполагаемый поток массы воздуха, крутящий момент и температуру выхлопного газа от давления газа впускного коллектора, температуры газа впускного коллектора, скорости вращения двигателя и положений фазовращателя бегунка.
Фигура иллюстрирует поток сигналов.
Фигура использует эти переменные.
N | Скорость вращения двигателя |
MAP | Среднее давление впускного коллектора цикла |
IAT |
Впустите температуру воздуха |
Tin,EGR |
Температура в клапане EGR вставляется |
MAT | Средняя абсолютная температура газа впускного коллектора цикла |
, |
Впустите угол фазовращателя бегунка и впустите угловую команду фазовращателя бегунка, соответственно |
, |
Выхлопной угол фазовращателя бегунка и выхлопная угловая команда фазовращателя бегунка, соответственно |
EGRap, EGRapcmd |
Процент области клапана EGR и команда процента области клапана EGR, соответственно |
ΔPEGR |
Перепад давлений во входе клапана EGR и выходе |
WAPcmd |
Турбокомпрессор wastegate команда процента области |
SA |
Усовершенствование Spark |
Топливная длительность импульса инжектора | |
TPPcmd |
Отрегулируйте команду процента положения |
Model-Based Calibration Toolbox™ использовался, чтобы разработать таблицы, которые доступны с Powertrain Blockset™.
Блок определяет загрузку механизма, которой управляют (то есть, нормированная цилиндрическая масса воздуха) от интерполяционной таблицы, которая является функцией крутящего момента, которым управляют, и измеренной скорости вращения двигателя.
Чтобы достигнуть загрузки, которой управляют, контроллер устанавливает процент положения дросселя и турбокомпрессор wastegate процент области с помощью канала прямые интерполяционные таблицы. Интерполяционные таблицы являются функциями загрузки, которой управляют, и измеренной скорости вращения двигателя.
Чтобы определить угловые команды фазовращателя бегунка, блок использует интерполяционные таблицы, которые являются функциями предполагаемой загрузки механизма и измеренной скорости вращения двигателя.
Блок вычисляет желаемую загрузку механизма с помощью этого уравнения.
Уравнения используют эти переменные.
Lest | Предполагаемая загрузка механизма |
Lcmd | Загрузка механизма, которой управляют, |
N | Скорость вращения двигателя |
Tcmd | Крутящий момент механизма, которым управляют, |
TAPcmd | Отрегулируйте команду процента области |
TPPcmd | Отрегулируйте команду процента положения |
WAPcmd | Турбокомпрессор wastegate команда процента области |
Обороты коленчатого вала на диапазон степени | |
Стандартное давление | |
Стандартная температура | |
Идеальная газовая константа для воздуха и записанная газовая смесь | |
Перемещенный объем | |
Предполагаемый поток массы воздуха механизма |
Подсистема контроллера использует эти интерполяционные таблицы в воздушных вычислениях.
Интерполяционная таблица команды процента области дросселя, , функция загрузки, которой управляют, и скорости вращения двигателя
где:
TAPcmd является командой процента области дросселя в проценте.
Lcmd =L является загрузкой механизма, которой управляют, безразмерной.
N является скоростью вращения двигателя в об/мин.
Чтобы составлять нелинейность положения дросселя, чтобы отрегулировать область, интерполяционная таблица процента положения дросселя линеаризует управление потоками массы воздуха разомкнутого цикла.
Интерполяционная таблица команды процента положения дросселя, , функция команды процента области дросселя
где:
TPPcmd является командой процента положения дросселя в проценте.
TAPcmd является командой процента области дросселя в проценте.
wastegate интерполяционная таблица команды процента области, , функция загрузки механизма, которой управляют, и скорости вращения двигателя
где:
WAPcmd является wastegate командой процента области в проценте.
Lcmd =L является загрузкой механизма, которой управляют, безразмерной.
N является скоростью вращения двигателя в об/мин.
Механизм, которым управляют, загружает интерполяционную таблицу, , функция крутящего момента, которым управляют, и скорости вращения двигателя
где:
Lcmd =L является загрузкой механизма, которой управляют, безразмерной.
Tcmd управляют крутящий момент в N · m.
N является скоростью вращения двигателя в об/мин.
Угловая интерполяционная таблица команды фазовращателя бегунка потребления, , функция загрузки механизма и скорости вращения двигателя
где:
управляется угол фазовращателя бегунка потребления, в градусах проверните усовершенствование.
Lest =L является оцененной загрузкой механизма, безразмерной.
N является скоростью вращения двигателя в об/мин.
Выхлопная угловая интерполяционная таблица команды фазовращателя бегунка, , функция загрузки механизма и скорости вращения двигателя
где:
управляется выхлопной угол фазовращателя бегунка, в градусах проверните умственно отсталого.
Lest =L является оцененной загрузкой механизма, безразмерной.
N является скоростью вращения двигателя в об/мин.
EGR обычно выражается как процент общего потока порта потребления.
Чтобы вычислить команду процента области EGR, блок использует уравнения и интерполяционную таблицу.
Уравнения |
|
Интерполяционная таблица |
Команда процента области EGR, EGRapcmd, интерполяционная таблица является функцией нормированного массового потока и отношения давления где:
|
Уравнения и таблица используют эти переменные.
EGRap, EGRapcmd |
Процент области клапана EGR и команда процента области клапана EGR, соответственно |
EGRpct,cmd |
Команда процента EGR |
Стандартный массовый поток, которым управляют, | |
Максимальный стандартный массовый поток | |
Массовый поток, которым управляют, | |
Предполагаемый поток массы порта потребления | |
Tstd, Pstd |
Стандартная температура и давление |
Tin,EGR |
Температура в клапане EGR вставляется |
Pout,EGR, Pin,EGR |
Давление во входе клапана EGR и выход, соответственно |
Состав топливно-воздушной смеси (AFR) влияет на эффективность преобразования трех дорожных катализатора (TWC), производство крутящего момента и температуру сгорания. Контроллер механизма управляет AFR путем управления длительностью импульса инжектора от желаемого относительного AFR. Относительный AFR, , отношение между AFR, которым управляют, и стехиометрическим AFR топлива.
Блок SI Controller составляет дополнительное топливо, поставленное двигателю с искровым зажиганием во время запуска. Если скорость вращения двигателя больше скорости проворота механизма запуска, блок SI Controller обогащает оптимальный AFR, lambda, с экспоненциально затухающим lambda дельты. Чтобы инициализировать lambda дельты, блок использует температуру хладагента механизма при запуске. Lambda дельты экспоненциально затухает, чтобы обнулить на основе постоянной времени, которая является функцией температуры хладагента механизма.
Можно сконфигурировать блок для разомкнутого цикла и управления AFR с обратной связью.
К | Использование | Controls> Fuel> Установка параметра Closed-loop feedback |
---|---|---|
| Регулирование без обратной связи (по умолчанию) |
|
| Управление с обратной связью |
|
Регулирование без обратной связи
Чтобы создать входной порт для AFR, которым управляют (lambda), на Controls> Fuel> панель Open-loop fuel, выбирают Input lambda.
Можно вручную настроить катализатор для максимальной производительности во время управления AFR разомкнутого цикла с или без dither. Если вы хотите реализовать dither во время регулирования без обратной связи, на вкладке Fuel, на панели Closed-loop fuel, выберите Dither.
По умолчанию блок сконфигурирован, чтобы использовать интерполяционную таблицу в AFR, которым управляют.
Lambda, которым управляют, , интерполяционная таблица является функцией предполагаемой загрузки механизма и измеренной скорости вращения двигателя
где:
управляется относительный AFR, безразмерный.
Lest =L является оцененной загрузкой механизма, безразмерной.
N является скоростью вращения двигателя в об/мин.
Блок вычисляет предполагаемую топливную скорость потока жидкости массы с помощью lambda, которым управляют, , стехиометрический AFR и оцененная скорость потока жидкости массы воздуха.
Блок принимает, что напряжение батареи и топливное давление при номинальных настройках, где коррекция длительности импульса не необходима. Топливная длительность импульса инжектора, которой управляют, пропорциональна топливной массе на инжекцию. Топливная масса на инжекцию вычисляется от топливной скорости потока жидкости массы, которой управляют, скорости вращения двигателя и количества цилиндров.
Управление с обратной связью
Конвертеры TWC являются самыми эффективными, когда выхлопной AFR около стехиометрического AFR, где воздух и топливо горят наиболее полно. Вокруг этой идеальной точки AFR в окне катализатора, в котором катализатор является самым эффективным при преобразовании угарного газа, углеводородов и оксидов азота к невредным выхлопным продуктам. Эмпирические исследования показывают, что, колеблясь AFR вокруг стехиометрии на оптимизированной частоте AFR, амплитуде и смещении расширяет окно TWC, увеличивая эффективность преобразования катализатора в присутствии неизбежных воздействий.
Чтобы подавить производственные затраты на аппаратное обеспечение, системы управления AFR включают недорогие кислородные датчики переключения, расположенные в поток выхлопа механизма в восходящем направлении и в нисходящем направлении катализатора. Кислородные датчики имеют узкий диапазон. По существу они переключаются между слишком скудным (т.е. больше воздуха доступно, чем требуется, чтобы записывать доступное топливо), и слишком богатый (т.е. больше воздуха доступно, чем требуется, чтобы записывать доступное топливо).
Блок реализует основанный на периоде метод, чтобы управлять средним AFR в значении в окне катализатора для максимальной эффективности преобразования. Основанное на периоде управление AFR независимо от транспортной задержки через механизм от точки системы впрыскивания топлива до точки измерения датчика. Для получения дополнительной информации о методе, смотрите Разработку Основанного на периоде Контроллера Состава топливно-воздушной смеси Используя Недорогой Датчик Переключения.
Усовершенствование Spark является угловым перед верхней мертвой точкой (BTDC) заводной рукоятки диапазона степени, когда искра поставляется. Усовершенствование искры оказывает влияние на КПД механизма, крутящий момент, выхлопную температуру, удар и эмиссию.
Интерполяционная таблица усовершенствования искры является функцией предполагаемой загрузки и скорости вращения двигателя.
где:
SA является усовершенствованием искры в степенях усовершенствования заводной рукоятки.
Lest =L является оцененной загрузкой механизма, безразмерной.
N является скоростью вращения двигателя в об/мин.
Уравнения используют эти переменные.
Lest | Предполагаемая загрузка механизма, на основе нормированной цилиндрической массы воздуха |
N | Скорость вращения двигателя |
Интерполяционная таблица для усовершенствования искры | |
N | Усовершенствование Spark |
Когда крутящий момент, которым управляют, ниже порогового значения, контроллер скорости холостого хода регулирует скорость вращения двигателя.
Если | Контроллер скорости холостого хода |
---|---|
Trqcmd,input <Trqidlecmd,enable | Enabled |
Trqidlecmd,enable ≤ Trqcmd,input | Не включенный |
Диспетчер скорости холостого хода использует дискретный ПИ-контроллер, чтобы отрегулировать целевую скорость холостого хода путем управления крутящим моментом.
ПИ-контроллер использует эту передаточную функцию:
Скорость холостого хода управляла, чтобы крутящий момент был меньше максимального крутящего момента, которым управляют:
0 ≤ Trqidlecomd ≤Trqidlecmd,max
Управление скоростью холостого хода активно при этих условиях. Если входной крутящий момент, которым управляют, опускается ниже порога для включения контроллера скорости холостого хода (Trqcmd,input <Trqidlecmd,enable), крутящим моментом механизма, которым управляют, дают:
Trqcmd = макс. (Trqcmd,input, Trqidlecmd).
Уравнения используют эти переменные.
Trqcmd | Крутящий момент механизма, которым управляют, |
Trqcmd,input | Введите крутящий момент механизма, которым управляют, |
Trqidlecmd,enable | Порог для включения контроллера скорости холостого хода |
Trqidlecmd | Диспетчер скорости холостого хода управлял крутящим моментом |
Trqidlecmd,max | Максимальный крутящий момент, которым управляют, |
Nidle | Основная скорость холостого хода |
Kp,idle | Контроллер скорости холостого хода пропорциональное усиление |
Ki,idle | Контроллер скорости холостого хода интегральное усиление |
Чтобы предотвратить по газованию на механизме, блок реализует предельный контроллер скорости вращения двигателя, который ограничивает скорость вращения двигателя значением, заданным параметром Rev-limiter speed threshold на вкладке Controls> Idle Speed.
Если скорость вращения двигателя, N, превышает предел скорости вращения двигателя, Nlim, блок устанавливает крутящий момент механизма, которым управляют, на 0.
Чтобы гладко перейти команду крутящего момента к 0 как, скорость вращения двигателя приближается к ограничению скорости, блок реализует множитель интерполяционной таблицы. Интерполяционная таблица умножает команду крутящего момента на значение, которое лежит в диапазоне от 0 (скорость вращения двигателя превышает предел) к 1 (скорость вращения двигателя не превышает предел).
Подсистема средства оценки определяет предполагаемый поток массы воздуха, крутящий момент, поток массы EGR и выхлопную температуру на основе обратной связи датчика и калибровочных параметров.
Предполагаемый поток массы воздуха механизма | |
Trqest |
Предполагаемый крутящий момент механизма |
Texh,est |
Предполагаемая температура выхлопа механизма |
Предполагаемое низкое давление поток массы EGR |
Чтобы вычислить поток массы воздуха механизма, сконфигурируйте двигатель с искровым зажиганием, чтобы использовать любую из этих моделей потока массы воздуха.
Модель потока массы воздуха | Описание |
---|---|
Модель потока массы воздуха плотности скорости двигателя с искровым зажиганием |
Использует уравнение плотности скорости, чтобы вычислить поток массы воздуха механизма, связывая поток массы воздуха механизма с давлением впускного коллектора и скоростью вращения двигателя. Рассмотрите использование этой модели потока массы воздуха в механизмах с фиксированными проектами valvetrain. |
Двигатель с искровым зажиганием двойная независимая модель потока массы воздуха фазовращателя бегунка |
Вычислить поток массы воздуха механизма, двойное независимое использование модели фазовращателя бегунка:
В отличие от типичных встроенных вычислений потока массы воздуха на основе прямого измерения потока массы воздуха с потоком массы воздуха (MAF) датчик, эта модель потока массы воздуха предложения:
|
Чтобы определить предполагаемый поток массы воздуха, блок использует часть массы воздуха потребления. Массовая часть EGR в порте потребления изолирует массовую часть около выхода клапана EGR. Чтобы смоделировать задержку, блок использует систему первого порядка с постоянной времени.
Остаток от газа является воздухом.
Уравнения используют эти переменные.
yintk,EGR,est |
Предполагаемый впускной коллектор часть массы EGR |
yintk,air,est |
Предполагаемая часть массы воздуха впускного коллектора |
Предполагаемое низкое давление поток массы EGR | |
Предполагаемый поток массы порта потребления | |
τEGR | Постоянная времени EGR |
Чтобы вычислить момент привода, сконфигурируйте двигатель с искровым зажиганием, чтобы использовать любую из этих моделей крутящего момента.
Модель момента привода | Описание |
---|---|
Модель структуры крутящего момента двигателя с искровым зажиганием |
Для структурированного вычисления момента привода двигатель с искровым зажиганием использует таблицы во внутреннем крутящем моменте, моменте трения, оптимальной искре, КПД искры и КПД lambda. |
Двигатель с искровым зажиганием простая модель крутящего момента |
Для простого вычисления момента привода блок SI engine использует карту интерполяционной таблицы крутящего момента, которая является функцией скорости вращения двигателя и загрузки. |
Контроллер оценивает поток массы низкого давления, входное давление клапана EGR и давление выхода клапана EGR с помощью алгоритма, разработанного Ф. Лю и Дж. Пфайффером. Средство оценки требует измеренного дифференциального давления клапана EGR, процента области клапана EGR, температуры воздуха потребления и входной температуры клапана EGR.
Оценить команды клапана EGR, использование блока:
Уравнения
Таблицы
Интерполяционная таблица потока массы стандарта клапана EGR является функцией процента области клапана EGR и отношения давления
где:
поток массы стандарта клапана EGR, безразмерный.
EGRap является процентом площади потока клапана EGR в проценте.
отношение давления, безразмерное.
Отношение давления является функцией стандартного массового потока
где:
стандартный массовый поток, в g/s.
отношение давления, безразмерное.
Уравнения используют эти переменные.
EGRap |
Команда процента области клапана EGR |
IAT |
Впустите температуру воздуха |
, |
Стандартный воздух и поток массы клапана EGR, соответственно |
, |
Предполагаемый воздух и поток массы клапана EGR, соответственно |
Tstd, Pstd |
Стандартная температура и давление |
Tamb, Pamb |
Температура окружающей среды и давление |
ΔPEGR |
Перепад давлений во входе клапана EGR и выходе |
Tin,EGR, Tout,EGR |
Температура во входе клапана EGR и выходе, соответственно |
Pin,EGR, Pout,EGR |
Давление во входе клапана EGR и выход, соответственно |
Выхлопная температурная интерполяционная таблица, , функция загрузки механизма и скорости вращения двигателя
где:
Texh является температурой выхлопа механизма в K.
L является нормированной цилиндрической массой воздуха или загрузкой механизма, безразмерной.
N является скоростью вращения двигателя в об/мин.
[1] Герхардт, J., Hönninger, H. и Bischof, H., новый подход к функциональному и структуре программного обеспечения для систем управления Engine — BOSCH ME7. Технический документ 980801, 1998 SAE.
[2] Хейвуд, основные принципы двигателя внутреннего сгорания Джона Б. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1988.
[3] Леон, Т. Кристенсон, E., Глиняная кружка, R., Сравнение Переменных Стратегий Синхронизации Распредвала при Загрузке Части. Технический документ 960584, 1996, doi:10.4271/960584 SAE.
[4] Лю, F. и Пфайффер, J., Алгоритмы Оценки при Низком Давлении Охлажденный EGR в Механизмах Воспламенения Spark. SAE INT. J. Механизмы 8 (4):2015, doi:10.4271/2015-01-1620.