Контроллер двигателя зажигания искры, который использует запрос крутящего момента драйвера
Блок-набор силовых агрегатов/Двигатель/Регуляторы Engine Сгорания
Блок SI Controller реализует контроллер искрового зажигания (СИ), который использует запрос крутящего момента драйвера для вычисления команд двигателя воздуха, топлива и искрового привода без обратной связи, которые требуются для удовлетворения драйвера потребности.
Можно использовать блок SI Controller в системе управления двигателем или эффективности, экономии топлива и исследованиях компромисса выбросов. Основные подсистемы двигателя, дросселя и турбонагнетателя требуют команд, которые выводятся из блока SI Controller.
Блок использует командный крутящий момент и скорость вращения двигателя, чтобы определить эти команды разомкнутого контура:
Процент положения дросселя
Процент площадей отходов
Импульсная ширина инжектора
Искровое усовершенствование
Угол фазера впуска кулачка
Угол выхлопного кулачка-фазера
Процент площади клапана рециркуляции отработавших газов (EGR)
Блок SI Controller имеет две подсистемы:
The Controller
подсистема - Определяет команды на основе командованного крутящего момента, измеренной скорости вращения двигателя и расчетной массы воздуха гидроцилиндра.
The Estimator
подсистема - определяет расчетный массовый расход воздуха, крутящий момент и температуру выхлопных газов от давления газа впускного коллектора, температуры газа впускного коллектора, скорости вращения двигателя и положений кулачкового устройства.
Рисунок иллюстрирует поток сигналов.
Рисунок использует эти переменные.
N | Скорость вращения двигателя |
MAP | Среднее давление впускного коллектора цикла |
IAT |
Температура всасываемого воздуха |
Tin,EGR |
Температура на входе в клапан EGR |
MAT | Среднее значение газа впускного коллектора цикла абсолютная |
, |
Команда угла кадра всасывания и угла кадра всасывания, соответственно |
, |
Команды Угол кулачка выхлопа и Угол кулачка выхлопа, соответственно |
EGRap, EGRapcmd |
Команда процента площади клапана EGR и процента площади клапана EGR, соответственно |
ΔPEGR |
Различие давления на входе и выходе клапана EGR |
WAPcmd |
Команда процента площади отходов турбонагнетателя |
SA |
Искровое усовершенствование |
Импульсная ширина топливного инжектора | |
TPPcmd |
Команда процента положения дросселя |
Этот Model-Based Calibration Toolbox™ использовался для разработки таблиц, которые доступны с Powertrain Blockset™.
Блок определяет командную нагрузку двигателя (то есть нормированную воздушную массу цилиндра) из интерполяционной таблицы, которая является функцией командного крутящего момента и измеренной скорости вращения двигателя.
Для достижения командной нагрузки контроллер устанавливает процент положения дросселя и процент площади отходов турбонагнетателя с помощью интерполяционных таблиц. Интерполяционные таблицы являются функциями командной нагрузки и измеренной скорости вращения двигателя.
Чтобы определить команды угла кулачка, блок использует интерполяционные таблицы, которые являются функциями предполагаемой нагрузки двигателя и измеренной скорости вращения двигателя.
Блок вычисляет необходимую нагрузку двигателя, используя это уравнение.
В уравнениях используются эти переменные.
Lest | Расчетная нагрузка на двигатель |
Lcmd | Командная нагрузка на двигатель |
N | Скорость вращения двигателя |
Tcmd | Командный крутящий момент двигателя |
TAPcmd | Команда процента площади дросселя |
TPPcmd | Команда процента положения дросселя |
WAPcmd | Команда процента площади отходов турбонагнетателя |
Обороты коленчатого вала на штрих степени | |
Стандартное давление | |
Стандартная температура | |
Идеальная газовая константа для воздуха и сжигаемой газовой смеси | |
Перемещенный объем | |
Расчетный массовый расход воздуха в двигателе |
Подсистема контроллера использует эти интерполяционные таблицы для вычислений воздуха.
Процент площади дросселя команды интерполяционной таблице, , является функцией командной нагрузки и скорости вращения двигателя
где:
TAPcmd - команда процента площади дросселя, в процентах.
Lcmd = L командует нагрузкой двигателя, безразмерно.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Для расчета нелинейности положения дросселя к площади дросселя, интерполяционная таблица процентного процента дросселя линеарирует регулирование массового расхода воздуха без разомкнутого контура.
Интерполяционная таблица процента команд положения дросселя, , является функцией команды процента площади дросселя
где:
TPPcmd - процент команды положения дросселя в процентах.
TAPcmd - команда процента площади дросселя, в процентах.
Процентное значение площади отхода, командная интерполяционная таблица, , является функцией командной нагрузки двигателя и скорости вращения двигателя
где:
WAPcmd - команда процентного значения площади стока, в процентах.
Lcmd = L командует нагрузкой двигателя, безразмерно.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Командная интерполяционная таблица нагрузки двигателя, , является функцией командного крутящего момента и скорости вращения двигателя
где:
Lcmd = L командует нагрузкой двигателя, безразмерно.
Tcmd командуемый крутящий момент, в Н· м.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Интерполяционная таблица команд угла кулачка всасывания, , является функцией нагрузки на двигатель и скорости вращения двигателя
где:
командует угол фазера приемного кулачка, в степенях усовершенствования кривошипа.
Lest = L - расчетная нагрузка двигателя, безразмерная.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Интерполяционная таблица команд угла кулачка выхлопа, , является функцией нагрузки на двигатель и скорости вращения двигателя
где:
командует угол кулачка выхлопа, в степенях задержки кривошипа.
Lest = L - расчетная нагрузка двигателя, безразмерная.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
EGR обычно выражается в процентах от общего расхода порта всасывания.
Чтобы вычислить команду процента площади EGR, блок использует уравнения и интерполяционную таблицу.
Уравнения |
|
Интерполяционная таблица |
Команда, EGRapcmd, интерполяционная таблица процента площади EGR является функцией нормализованного отношения массового расхода и давления где:
|
В уравнениях и таблице используются эти переменные.
EGRap, EGRapcmd |
Команда процента площади клапана EGR и процента площади клапана EGR, соответственно |
EGRpct,cmd |
Команда процента EGR |
Командуемый стандартный массовый расход | |
Максимальный стандартный массовый расход | |
Командный массовый расход | |
Расчетный массовый расход порта всасывания | |
Tstd, Pstd |
Стандартная температура и давление |
Tin,EGR |
Температура на входе в клапан EGR |
Pout,EGR, Pin,EGR |
Давление на входе и выходе клапана EGR, соответственно |
Состав топливно-воздушной смеси (AFR) влияний эффективность преобразования трехстороннего катализатора (TWC), крутящий момент и температуру горения. Контроллер двигателя управляет AFR, командуя шириной импульса инжектора от желаемой относительной AFR. Относительный AFR, , - отношение между командованным AFR и стехиометрическим AFR топлива.
Блок SI Controller учитывает дополнительное топливо, поданное в двигатель с искровым зажиганием во время запуска. Если скорость вращения двигателя больше, чем скорость прокрутки двигателя запуска, SI Controller блок обогащает оптимальную AFR, лямбду, с экспоненциально затухающей дельта-лямбдой. Чтобы инициализировать дельта-лямбду, блок использует температуру охлаждающей жидкости двигателя при запуске. Дельта-лямбда экспоненциально распадается до нуля на основе постоянной времени, которая является функцией от температуры хладагента двигателя.
Можно сконфигурировать блок для управления AFR без разомкнутого контура и с обратной связью.
Кому | Использовать | Controls > Fuel > Closed-loop feedback значение параметра |
---|---|---|
| (по умолчанию) Разомкнутый контур |
|
| Управление с обратной связью |
|
Управление разомкнутым контуром
Чтобы создать вход порт для командуемого AFR (лямбда), на панели Controls Fuel > Open-loop fuel > выберите Input lambda.
Можно вручную настроить катализатор на максимальную эффективность во время регулирования AFR без разомкнутого контура с сглаживанием или без него. Если вы хотите реализовать dither во время регулирования без разомкнутого контура, на вкладке Fuel, на панели Closed-loop fuel, выберите Dither.
По умолчанию блок сконфигурирован так, чтобы использовать интерполяционную таблицу для командного AFR.
Командованная лямбда, , интерполяционная таблица является функцией от предполагаемой нагрузки на двигатель и измеренной скорости вращения двигателя
где:
командуется относительно AFR, безразмерно.
Lest = L - расчетная нагрузка двигателя, безразмерная.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
Блок вычисляет расчетный массовый расход жидкости топлива, используя командную лямбду, , стехиометрический AFR и расчетный массовый расход жидкости воздуха.
Блок принимает, что напряжение батареи и давление топлива находятся в номинальных настройках, где коррекция ширины импульса не требуется. Импульсная ширина командного топливного инжектора пропорциональна массе топлива на впрыск. Масса топлива на впрыск вычисляется из командного топливного массового расхода жидкости, скорости вращения двигателя и количества цилиндров.
Управление с обратной связью
Преобразователи TWC наиболее эффективны, когда вытяжные системы AFR находятся вблизи стехиометрической системы AFR, где воздух и топливо горят наиболее полностью. Вокруг этой идеальной точки AFR находится в каталитическом окне, в котором катализатор наиболее эффективен при превращении монооксида углерода, углеводородов и оксидов азота в неопасные выхлопные продукты. Эмпирические исследования показывают, что колебание AFR вокруг стехиометрии с оптимизированной частотой, амплитудой и смещением AFR расширяет окно TWC, увеличивая эффективность превращения катализатора в присутствии неизбежных нарушений порядка.
Для снижения затрат на производственное оборудование системы управления AFR включают недорогие датчики кислорода переключения, расположенные в потоке выхлопных газов двигателя выше по потоку и ниже по потоку от катализатора. Датчики кислорода имеют узкую область значений. По существу, они переключаются между слишком постным (т.е. доступно больше воздуха, чем требуется для сжигания имеющегося топлива) и слишком богатым (т.е. доступно больше воздуха, чем требуется для сжигания имеющегося топлива).
Блок реализует основанный на периоде метод, чтобы контролировать среднее значение AFR при значении в каталитическом окне для максимальной эффективности преобразования. Основанное на периоде управление AFR не зависит от задержки перемещения через двигатель от точки впрыска топлива до точки измерения датчика. Для получения дополнительной информации о методе смотрите Разработку основанного на периодах контроллера состава топливно-воздушной смеси с использованием недорогого датчика переключения.
Усовершенствование искры - это угол кривошипа перед верхней мертвой точкой (BTDC) штриха степени, когда искра подается. Искровое усовершенствование имеет влияние на эффективность двигателя, крутящий момент, температуру выхлопных газов, детонацию и выбросы.
Интерполяционная таблица усовершенствования искры является функцией от предполагаемой нагрузки и скорости вращения двигателя.
где:
SA - искровое усовершенствование, в степенях усовершенствования.
Lest = L - расчетная нагрузка двигателя, безразмерная.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
В уравнениях используются эти переменные.
Lest | Расчетная нагрузка на двигатель, основанная на нормированной массе воздуха в гидроцилиндре |
N | Скорость вращения двигателя |
Интерполяционная таблица для усовершенствования | |
N | Искровое усовершенствование |
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).
Подсистема оценщика определяет расчетный массовый расход воздуха, крутящий момент, массовый расход EGR и температуру выхлопа на основе обратной связи датчика и калибровочных параметров.
Расчетный массовый расход воздуха в двигателе | |
Trqest |
Расчетный крутящий момент двигателя |
Texh,est |
Расчетная температура выхлопных газов двигателя |
Расчетный массовый расход EGR низкого давления |
Чтобы вычислить массовый расход воздуха в двигателе, сконфигурируйте двигатель с искровым зажиганием, чтобы использовать любую из этих моделей массового расхода воздуха.
Модель массового расхода воздуха | Описание |
---|---|
Модель массового потока воздуха со скоростью-плотностью двигателя с искровым зажиганием |
Использует уравнение плотность-скорость, чтобы вычислить массовый расход воздуха в двигателе, связывая массовый расход воздуха двигателя с давлением впускного коллектора и скоростью вращения двигателя. Рассмотрите использование этой модели массового расхода воздуха в двигателях с фиксированными проектами клапанов. |
Модель воздушного массового потока двухфазного кулачка двигателя с искровым зажиганием |
Чтобы вычислить массовый расход воздуха в двигателе, модель двойного независимого кулачка-фазера использует:
В отличие от типичных вычислений массового расхода воздуха, основанных на прямом измерении массового расхода воздуха с датчиком массового расхода воздуха (MAF), эта модель массового расхода воздуха предлагает:
|
Чтобы определить предполагаемый массовый расход воздуха, блок использует массовую долю всасываемого воздуха. Массовая доля EGR в порте всасывания отстает от массовой доли около выхода клапана EGR. Чтобы смоделировать задержку, блок использует систему первого порядка с постоянной времени.
Остальная часть газа - воздух.
В уравнениях используются эти переменные.
yintk,EGR,est |
Расчетная массовая доля EGR манифольда всасывания |
yintk,air,est |
Расчетная массовая доля воздуха впускного манифольда |
Расчетный массовый расход EGR низкого давления | |
Расчетный массовый расход порта всасывания | |
τEGR | EGR временная константа |
Чтобы вычислить крутящий момент привода, сконфигурируйте двигатель с искровым зажиганием, чтобы использовать любую из этих моделей крутящего момента.
Момент привода модель | Описание |
---|---|
Модель структуры крутящего момента двигателя с искровым зажиганием | Для вычисления структурированного момента привода двигателя с искровым зажиганием использует таблицы для внутреннего крутящего момента, крутящего момента трения, оптимальной искры, искровой эффективности и лямбда- эффективность. Если вы выбираете Crank angle pressure and torque на вкладке Torque блоков, то можете:
|
Простая модель крутящего момента двигателя с искровым зажиганием |
Для вычисления простого момента привода блок SI engine использует карту интерполяционной таблицы крутящего момента, которая является функцией скорости вращения двигателя и нагрузки. |
Контроллер оценивает массовый расход низкого давления, давление на входе в клапан EGR и давление на выходе клапана EGR с помощью алгоритма, разработанного Ф. Лю и Дж. Пфайффером. Для оценки требуется измеренное перепадное давление клапана EGR, процент площади клапана EGR, температура всасываемого воздуха и температура на входе клапана EGR.
Чтобы оценить команды клапана EGR, блок использует:
Уравнения
Таблицы
Стандартная интерполяционная таблица массового расхода клапана EGR является функцией процента площади клапана EGR и отношения давления
где:
- стандартный массовый расход клапана EGR, безразмерный.
EGRap - процент площади потока клапана, в процентах.
- отношение давления, безразмерное.
Отношение давления является функцией стандартного массового расхода
где:
- стандартный массовый расход, в г/с.
- отношение давления, безразмерное.
В уравнениях используются эти переменные.
EGRap |
Команда процента площади клапана EGR |
IAT |
Температура всасываемого воздуха |
, |
Стандартный массовый расход воздуха и клапана EGR, соответственно |
, |
Расчетный массовый расход воздуха и клапана EGR, соответственно |
Tstd, Pstd |
Стандартная температура и давление |
Tamb, Pamb |
Температура и давление окружающей среды |
ΔPEGR |
Различие давления на входе и выходе клапана EGR |
Tin,EGR, Tout,EGR |
Температура на входе и выходе клапана EGR, соответственно |
Pin,EGR, Pout,EGR |
Давление на входе и выходе клапана EGR, соответственно |
Интерполяционная таблица температуры выхлопных газов, , является функцией нагрузки на двигатель и скорости вращения двигателя
где:
Texh - температура выхлопных газов двигателя, в К.
L - нормированная масса воздуха в гидроцилиндре или нагрузка на двигатель, безразмерная.
N - скорость вращения двигателя, в об/мин.
[1] Gerhardt, J., Hönninger, H., and Bischof, H., Новый подход к функциональной и программной структуре для систем управления Engine - BOSCH ME7. Технический документ SAE 980801, 1998.
[2] Хейвуд, Джон Б. Основные принципы Engine внутреннего сгорания. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1988.
[3] Leone, T. Christenson, E., Stein, R., Comparison of Variable Camshaft Timing Strategies at Part Load. Технический документ SAE 960584, 1996, doi: 10.4271/960584.
[4] Liu, F. and Pfeiffer, J., Estimation Algorithms for Low Pressure Cooled EGR in Spark-Ignition Engines. SAE Int. J. Двигатели 8 (4): 2015, doi: 10,4271/2015-01-1620.