发动机怠速控制系统的研究

发动机怠速控制系统的研究

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一、绪论：

发动机怠速工况是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速稳定运转的工况。城市内运行的车辆，怠速运转时间约占三分之一，约有30％ 的燃油消耗，所以怠速工况是发动机的主要工况之一。同时怠速也是发动机排放污染最严重的工况之一。在汽车工况法排放测试中，怠速排放的CO和HC量通常占总排放量的70％左右。怠速转速过高，CO和HC排放下降，燃料消耗增加，造成不必要的浪费。而怠速转速过低则使废气对缸内混合气的稀释作用明显增强，若负荷或阻力稍有变化将导致发动机运转不稳甚至熄火。

影响发动机怠速性能的因素主要有两个方面。一个是控制进入汽缸的混和气流量。因为混合气流量直接影响混合气在燃烧室内燃烧的速度，压力和温度，从而对发动机的动力性，燃料经济性和排气污染物的成分有着很大的影响。另一方面是对汽缸可燃混合气进行点火的时刻，不同的点火时刻同样能够对汽缸内燃烧的过程产生很大的影响，从而影响发动机的动力性能。因此，我们需要的发动机怠速控制系统既要满足日益严格的排放法规的要求，又要尽可能的降低怠速转速并保持怠速转速的稳定性。

二、国内外研究现状及发展趋势：

2.1实际应用：

发动机怠速控制是汽车发动机电子控制的一个重要的内容，怠速性能的好坏不仅直接关系到发动机的性能，而且对汽车的驾驶性能有着极为重要的影响。怠速控制技术的发展与发动机控制方式是密不可分的。传统化油器式汽油发动机怠速工作时，节气门位置处于关闭状态，怠速工作的空气量是通过节气门缝隙及空气旁通道进入发动机的。怠速的调整只能是在停车状态下，由维修人员根据经验进行调整。而在实际使用中，运行条件的变化将使怠速转速远远偏离原来的值。

20 世纪 60 年代后由于环保和节能需求，限制排放标准越来越严格。国外许多汽车厂商把主要的注意力放在发动机电子控制上，以汽油喷射和电子点火为主要研究方向的研究成果不断出现。

1967 年德国 Bosch 公司研制的 D-型电子控制的汽油喷射系统是最先得以应用在发动机电子控制中，该系统通过电子系统可以实现对空燃比的精确控制，同时，燃油喷射带来的优良雾化品质，也是以前化油器式发动机无法比拟的。1979 年 Bosch 公司研制出 Motronic 系统，实现了对点火控制和汽油喷射控制的一体化。从Bosch公司的汽油喷射系统中受到启发，美国和日本的汽车制造商们也开始加紧研制各自的发动机电子控制系统，1980 年，美国GM汽车公司研制出TBI系统。

目前国外主要汽车厂商进行发动机怠速控制的通常做法是将事先测得的发动机性能数据 MAP 图以数据的方式存储在 ECU 里。发动机进入怠速工况后，根据传感器测得的物理信号，包括发动机转速，空气流量，进气温度等数值，从 MAP

图中找到相应的喷油量和点火提前角等数据，然后调用一定的控制算法来进行补偿，最后由执行器进行响应的操作。

国内也有一些院校企业开始了发动机控制的研究，取得了一定的进展，但由于发动机电子控制的复杂性，目前为止，还没有相关的实际成果公布。

2.2理论研究：

怠速控制问题由于其目标明确，在不确定性干扰的情况下，保证发动机转速对参考转速的好的稳态性能和动态性能，可以说是一个很典型的闭环反馈控制问题。可以将发动机怠速控制问题作为一个基准的控制问题来进行研究，并且还用来评估各种先进控制算法。怠速控制的算法方面，比较典型的是已经一个比较核心的研究点。对发动机怠速控制进行理论研究是在 Bosch 公司研制出第一个发动机电子控制喷油系统之后大规模开始的。最早对怠速控制系统的建模进行研究是 1979 年的 Powell, 1980 年的Dobner, 1981 年的Powell和Powers, 1983 年的Coats和Fruechte。比较典型的做法是首先对发动机燃烧(平均) 扭矩动力学进行非线性描叙。这个模型的建立是综合了发动机空气流量质量，发动机转速，节气阀和空气旁通阀开度，进气歧管压力，空燃比和点火提前角等物理量之间的基本原理，物理学定律，传感技术，基于经验的辨识技术等基础上建立的。比较典型的是 1995 年Butts提出的非线性发动机扭矩产生模型。比较全面的分析了各种可能的非线性因素，包括扭矩产生对空气流量和燃油量变化产生的延迟等。但是这个模型没有考虑EGR(废气再循环)的动力学效应，因为当时EGR还没有用在怠速控制上。同时他忽略了燃油管粘油效应，同时还假定了节气阀在声速流范围内运转(通常是在低负载情况下)，流速与阀门处的压降没有考虑。控制算法方面，在电控汽车发动机工作在怠速工况下，存在两个控制变量：点火提前角和怠速阀占空比(控制进气量)。就控制算法而言，经典控制理论、现代控制理论以及各种智能控制理论在汽车发动机怠速控制领域中都有应用，最典型的是变参数 PID 控制方式、模糊控制、预测控制和神经网络控制方式。

2.3存在问题：

随着汽车电子控制技术的不断普及，目前国内外主要汽车厂商越来越多的将发动机管理系统引入汽车中。对于控制算法，普遍利用已经测试好的 MAP 图，存储在 ECU 内，供每次数 …… 此处隐藏：7601字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……