Контроллер зажигания при сжатии, который включает массовый расход воздуха, крутящий момент и оценку EGR
Блок-набор силовых агрегатов/Двигатель/Регуляторы Engine Сгорания
Блок CI Controller реализует контроллер воспламенения сжатия (CI) с массовым расходом воздуха, крутящим моментом, потоком рециркуляции выхлопных газов (EGR), противодавлением выхлопных газов и оценкой температуры выхлопных газов. Можно использовать блок CI Controller в системе управления двигателем или эффективности, экономии топлива и исследованиях компромисса выбросов. Блок основного двигателя требует команды, которые выводятся из блока CI Controller.
Блок использует командный крутящий момент и измеренную скорость вращения двигателя, чтобы определить эти команды разомкнутого контура:
Импульсная ширина инжектора
Время впрыска топлива
Положение статива турбонагнетателя переменной геометрии (VGT)
Процент площади клапана EGR
Блок CI Controller имеет две подсистемы:
The Controller
подсистема - Определяет команды на основе таблиц, которые являются функциями командированного крутящего момента и измеренной скорости вращения двигателя.
Основанный на | Определяет команды для |
---|---|
Командный крутящий момент Измеренная скорость вращения двигателя |
Импульсная ширина инжектора Время впрыска топлива Положение стойки VGT Процент площади клапана EGR |
The Estimator
подсистема - Определяет оценки на основе этих атрибутов двигателя.
Основанный на | Оценки |
---|---|
Измеренная скорость вращения двигателя Время впрыска топлива Среднее давление и температура входного коллектора цикла Импульсная ширина топливного инжектора Абсолютное давление окружающей среды Процент площади клапана EGR Положение стойки VGT Скорость VGT |
Массовый расход воздуха Крутящий момент Температура выхлопных газов Противодавление выхлопных газов Массовый расход газа в клапане EGR |
Рисунок иллюстрирует поток сигналов.
Рисунок использует эти переменные.
N | Скорость вращения двигателя |
MAP | Среднее значение входного коллектора цикла абсолютное |
MAT | Среднее значение газа впускного коллектора цикла абсолютная |
EGRap, EGRcmd | Команда процента площади клапана EGR и процента площади клапана EGR, соответственно |
VGTpos |
Положение стойки VGT |
Nvgt |
Скорректированная скорость турбонагнетателя |
RPcmd |
Команда положения стойки VGT |
Импульсная ширина топливного инжектора | |
MAINSOI | Начало времени впрыска основного импульса впрыска топлива |
Этот Model-Based Calibration Toolbox™ использовался для разработки таблиц, которые доступны с Powertrain Blockset™.
Контроллер управляет процессом горения, командуя положением стойки VGT, процентом площади клапана EGR, временем впрыска топлива и шириной импульса инжектора. Интерполяционные таблицы с feedforward, которые являются функциями измеренной скорости вращения двигателя и командованного крутящего момента, определяют команды управления.
Контроллер управляет процентом площади клапана EGR и положением стойки VGT. Изменение положения стойки VGT изменяет характеристики потока турбины. При низких крутящих моментах положение стойки может уменьшить противодавление выхлопных газов, что приводит к низкой скорости турбонагнетателя и давлению наддува. Когда командованное топливо требует дополнительного массового расхода воздуха, положение стойки устанавливается таким образом, чтобы закрыть лопатки турбонагнетателя, увеличивая скорость турбонагнетателя и повышающее давление впускного коллектора.
Интерполяционная таблица положения турбонагнетателя переменной геометрии (VGT) является функцией командного крутящего момента и скорости вращения двигателя
где:
RPcmd - команда положения стойки VGT, в процентах.
Trqcmd управляемый крутящий момент двигателя, в Н· м.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Командная интерполяционная таблица процентов площади клапана рециркуляции отработавших газов (EGR) является функцией командного крутящего момента и скорости вращения двигателя
где:
EGRcmd EGR - процент площади клапана, в процентах.
Trqcmd управляемый крутящий момент двигателя, в Н· м.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Чтобы инициировать сгорание, двигатель CI впрыскивает топливо непосредственно в ёмкость сгорания. После впрыска топливо самопроизвольно воспламеняется, увеличивая давление в гидроцилиндре. Общая масса впрыскиваемого топлива и основное время впрыска определяют крутящий момент.
Принимая постоянное давление топливного рельса, контроллер CI командует импульсной шириной форсунки на основе общей запрашиваемой массы топлива:
В уравнении используются эти переменные.
Импульсная ширина топливного инжектора | |
Sinj | Наклон топливной форсунки |
Fcmd,tot | Командная общая масса топлива на впрыск |
MAINSOI | Основной момент запуска закачки |
N | Скорость вращения двигателя |
Командная общая масса топлива на таблицу впрыска является функцией команды крутящего момента и скорости вращения двигателя
где:
Fcmd,tot = F командует общая масса топлива на впрыск, в мг на цилиндр.
Trqcmd управляемый крутящий момент двигателя, в Н· м.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Основная интерполяционная таблица запуска впрыска (SOI) является функцией командной массы топлива и скорости вращения двигателя
где:
MAINSOI - основной момент начала впрыска, в степенях угол кривошипа после верхней мертвой точки (град. ATDC).
Fcmd,tot = F является командной массой топлива, в мг на впрыск.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Когда командный крутящий момент ниже порог значения, контроллер малой скорости регулирует скорость вращения двигателя.
Если | Контроллер малой скорости |
---|---|
Trqcmd,input <Trqidlecmd,enable | Позволенный |
<reservedrangesplaceholder1> ≤ <reservedrangesplaceholder0> | Не включен |
Контроллер холостого хода использует дискретное ПИ-контроллер, чтобы регулировать целевую скорость холостого хода, командуя крутящим моментом.
В ПИ-контроллер используется эта передаточная функция:
Крутящий момент, которым командуется скорость холостого хода, должен быть меньше максимального крутящего момента:
0 <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0>
Регулирование скорости на холостом ходу активно в этих условиях. Если командированный входной крутящий момент падает ниже порога для включения контроллера скорости холостого хода (Trqcmd,input < Trqidlecmd,enable), крутящий момент двигателя задается:
Trqcmd = max (Trqcmd,input, Trqidlecmd).
В уравнениях используются эти переменные.
Trqcmd | Командный крутящий момент двигателя |
Trqcmd,input | Входной крутящий момент двигателя с командами |
Trqidlecmd,enable | Порог для включения контроллера малой скорости |
Trqidlecmd | Контроллер малой скорости командовал крутящим моментом |
Trqidlecmd,max | Максимальный командный крутящий момент |
Nidle | Базовая скорость холостого хода |
Kp,idle | Пропорциональная составляющая контроллера малой скорости |
Ki,idle | Интегральная составляющая контроллера малой скорости |
Чтобы предотвратить перегрузку двигателя, блок реализует контроллер предела скорости вращения двигателя, который ограничивает скорость вращения двигателя значением, заданным параметром Rev-limiter speed threshold на вкладке Controls > Idle Speed.
Если скорость двигателя, N, превышает предельную скорость двигателя, Nlim, блок устанавливает командный крутящий момент двигателя на 0.
Чтобы плавно переключиться с команды крутящего момента на 0, когда скорость вращения двигателя приближается к пределу скорости, блок реализует умножитель интерполяционной таблицы. Интерполяционная таблица умножает команду крутящего момента на значение, которое колеблется от 0 (скорость вращения двигателя превышает предел) до 1 (скорость вращения двигателя не превышает предела).
Используя блок CI Core Engine, блок CI Controller оценивает массовый расход жидкости воздуха, EGR клапана массовый расход, противодавление выхлопа, крутящий момент двигателя, AFR и температуру выхлопа от обратной связи датчика. The Info
порт предоставляет оценочные значения, но блок не использует их для определения разомкнутого контура команд привода двигателя.
Чтобы вычислить массовый расход воздуха, двигатель с воспламенением от сжатия (CI) использует модель массового потока воздуха со скоростью-плотностью двигателя CI. Модель плотность-скорость использует уравнение скорость-плотность, чтобы вычислить массовый расход воздуха в двигателе, связывая массовый расход порта всасывания двигателя с давлением впускного коллектора, температурой впускного коллектора и скоростью вращения двигателя.
Чтобы вычислить расчетный массовый расход клапана рециркуляции отработавших газов (EGR), блок вычисляет поток EGR, который происходил бы при стандартных условиях температуры и давления, а затем корректирует поток к фактическим условиям температуры и давления. В расчете EGR блока используются расчетное противодавление выхлопных газов, расчетная температура выхлопных газов, стандартная температура и стандартное давление.
Стандартный массовый расход рециркуляции отработавших газов (EGR) является интерполяционной таблицей, которая является функцией стандартного отношения давления потока и площади потока клапана EGR
где:
- стандартный массовый расход клапана EGR, в г/с.
Pexh,est - расчетное противодавление отработавших газов, в Па.
MAP - среднее абсолютное давление входного коллектора цикла, в Па.
EGRap - измеренная площадь клапана EGR, в процентах.
В уравнениях используются эти переменные.
Расчетный массовый расход клапана | |
Стандартный массовый расход клапана | |
Стандартное давление | |
Стандартная температура | |
Texh,est | Расчетная температура газа выхлопного коллектора |
MAP | Измеренное среднее давление впускного коллектора |
Pexh,est | Расчетное противодавление выхлопных газов |
Абсолютное давление окружающей среды | |
EGRap | Измеренный процент площади клапана EGR |
Чтобы оценить EGR клапана массовый расход, блок требует оценки противодавления выхлопа. Чтобы оценить противодавление выхлопа, блок использует давление окружающей среды и отношение давления турбонагнетателя.
Для вычисления рациона давления турбонагнетателя, блок использует две интерполяционные таблицы. Первая интерполяционная таблица определяет приблизительное отношение давления турбонагнетателя как функцию от массового расхода турбонагнетателя и скорректированной скорости турбонагнетателя. Используя вторую интерполяционную таблицу, блок корректирует приблизительное отношение давления турбонагнетателя для положения стойки VGT.
В уравнениях используются эти переменные.
Расчетный массовый расход клапана | |
Стандартный массовый расход клапана | |
Расчетный порт всасывания массового расхода жидкости | |
Стандартный массовый расход воздуха | |
EGRap | Измеренная площадь клапана EGR |
MAP | Измеренное среднее давление впускного коллектора |
MAT | Измеренная средняя абсолютная температура газа входного коллектора цикла |
Стандартное давление | |
Стандартная температура | |
Texh,est | Расчетная температура газа выхлопного коллектора |
Prvgtcorr | Коррекция коэффициента давления турбонагнетателя для положения стойки VGT |
Prturbo | Отношение давления турбонагнетателя |
Pexh,est | Расчетное противодавление выхлопных газов |
Абсолютное давление окружающей среды | |
Nvgtcorr | Скорректированная скорость турбонагнетателя |
VGTpos | Измеренное положение стойки VGT |
При вычислении давления отработавших газов используются следующие интерполяционные таблицы:
Отношение давления турбонагнетателя, скорректированное для переменной скорости турбонагнетателя геометрии (VGT), является интерполяционной таблицей, которая является функцией стандартного массового расхода воздуха и скорректированной скорости турбонагнетателя, , где:
Prturbo - коэффициент давления турбонагнетателя, скорректированный для скорости VGT.
- стандартный массовый расход воздуха, в г/с.
Nvgtcorr - скорректированная скорость турбонагнетателя, в об/мин/К ^ (1/2).
Чтобы вычислить стандартный массовый расход воздуха через турбонагнетатель, блок использует сохранение массы, предполагаемого порта всасывания и массовых потоков EGR (из последнего расчетного вычисления). Расчет принимает незначительную динамику заполнения вытяжного коллектора.
Коррекция отношения давления турбонагнетателя переменной геометрии является функцией положения стойки, Prvgtcorr =, (VGTpos), где:
Prvgtcorr - коррекция отношения давления турбонагнетателя.
VGTpos - положение статива турбонагнетателя переменной геометрии (VGT).
Чтобы вычислить крутящий момент двигателя, можно сконфигурировать блок, чтобы использовать любую из этих моделей крутящего момента.
Момент привода модель | Описание |
---|---|
Модель структуры крутящего момента Engine CI |
Модель структуры крутящего момента CI основного двигателя определяет крутящий момент двигателя путем уменьшения максимального потенциала крутящего момента двигателя, поскольку эти условия двигателя варьируются от номинальных:
Чтобы учесть эффект последующего впрыска топлива на крутящий момент, модель использует калиброванную таблицу смещения крутящего момента. |
Простая модель крутящего момента Engine CI | Для вычисления простого крутящего момента двигателя двигатель CI использует карту интерполяционной таблицы крутящего момента, которая является функцией скорости вращения двигателя и впрыскиваемой массы топлива. |
Расчет температуры выхлопных газов зависит от модели крутящего момента. Для обеих моделей крутящего момента блок реализует интерполяционные таблицы.
Модель крутящего момента | Описание | Уравнения |
---|---|---|
| Интерполяционная таблица температуры выхлопных газов является функцией от массы впрыскиваемого топлива и скорости вращения двигателя. |
|
Torque Structure |
Номинальная температура выхлопных газов, Texhnom, является продуктом этих эффективностей температуры выхлопных газов:
Температура выхлопных газов, Texhnom, компенсируется эффектом после температуры, ΔTpost, который учитывает постинъекции и поздние впрыски во время штрихов расширения и выхлопных газов. |
|
В уравнениях используются эти переменные.
F | Масса топлива, впрыскиваемого штрихом сжатия |
N | Скорость вращения двигателя |
Texh | Температура газа вытяжного коллектора |
Texhopt | Оптимальная температура газа выхлопного коллектора |
ΔTpost | Эффект после инъекции температуры |
Texhnom | Номинальная температура выхлопных газов |
SOIexhteff | Основная температура выхлопа SOI эффективности множитель |
ΔSOI | Основная синхронизация SOI относительно оптимальной синхронизации |
MAPexheff | Множитель эффективности газового давления впускного коллектора |
MAPratio | Отношение давления газа во входном коллекторе к оптимальному отношению давления |
λ | Лямбда газа впускного манифольда |
MATexheff | Множитель эффективности температуры газа впускного коллектора |
ΔMAT | Температура газа впускного коллектора относительно оптимальной температуры |
O2Pexheff | Множитель эффективности газообразного кислорода впускного коллектора |
ΔO2P | Процент кислорода всасывания газа относительно оптимального |
FUELPexheff | Топливный рельс давления температура выхлопных газов эффективности множитель |
ΔFUELP | Давление топливного рельса относительно оптимального |
Измеренные скорости вращения двигателя и импульсная ширина топливной форсунки определяют командный массовый расход жидкости топлива:
Командованный общий массовый расход топлива и расчетный порт массовых расходов жидкости определить предполагаемый AFR:
В уравнениях используются эти переменные.
Импульсная ширина топливного инжектора | |
AFRest | Расчетный состав топливно-воздушной смеси |
Командное топливо массового расхода жидкости | |
Наклон топливной форсунки | |
N | Скорость вращения двигателя |
Ncyl | Количество цилиндров двигателя |
Cps | Обороты коленчатого вала на штрих степени, об/ход |
Общий расчетный массовый расход воздуха в портах всасывания |
[1] Хейвуд, Джон Б. Основные принципы Engine внутреннего сгорания. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1988.