汽油机点火提前角控制方式的优化

汽油机点火提前角控制方式的优化 1, r7 汽油机点火提前角控制方式的优化/ 1 OptimizationofControlinIgnitionAdvanceAngle 可'一.{G asolineEngine U/f春兰动力制造有限公司胡建华 摘赛长文舟绍1目前汽油机.最火皋统的常用控制方式噩喜优劣.提出将计算机开 帮控制和 '自适应控制相结合以解.袅自适应控.1方式动态特性盖的缺点.. 美奠调:璺墨塾过塞垫塑皇皇垫塑;;jj自并=H/ 点火提前角对汽油机的工作性能影响较 大,提前角偏离最佳值将会使发动机热效率 下降.据统计,如果点火提前角偏离最佳值 lO?A.热效率下降5%;点火角过大时还会 有爆震现象.点火角的优化控制是汽油机设 计领域中的一个重要课题.. 汽油机的点火提前角最佳值是随其工况 的改变而改变的.影响最佳值的因素包括转 速,负荷,大气压力,大气温度,湿度,空燃比, 残余废气系数等.传统的调节装置一般是根 据发动机转速和负荷两个参数调节.目前摩 托车用小型汽油机常用cDI模块根据发动 机转速调节提前角.但没有考虑负荷的影响; 车用汽油机较多使用离心调节器和真空调节 装置共同控制点火提前角,工作可靠性较好, 但只考虑转速和负荷两个因素,控制精度较 低.目前新发展的点火提前角电控装置大体 上分作两类.一类是计算机开环控制;一类是 自适应控制,这是一种闭环控制或反馈控制. 计算机开环控制是一种预定程序控制. 首先通过试验确定发动机在整个工作范围内 -17 收稿日期:1~6-04 多个工况点上的最佳点火提前角数值,形成 标准数据库存入只读存储器中.发动机工作 时根据转速传感器和负荷传感器测得的转速 和负荷信号,在其读存储器中找出相邻工况 的提前角数值,运用捕值算法计算出该工况 的提前角控制点火系统.其逻辑控制过程如 图1. 圈1计算机开环控嗣系统 自适应控制是根据反馈量确定下次点火 提前角的调节方向,它首先预定,个点火提 前角e.以反馈置是转速为例,若调节0后转 速增加.则0角继续朝原方向调节(原来0在 增加则继续增加.e在减小则继续减小);调 节e后若转速下降,则e角朝反方向调节,直 至转速达到该油门开度下的摄大值.也有以 爆震与否作为反馈量的. 开环控制的优点是响应速度快.系统动 态特性好;缺点是无法将全部的影响因素考 虑进去,否则传感器增多,价格昂贵,系统可 ? 31? 靠性也降低;只读存储器的存储容量有限且 数据库中工况点数量也是有限的,插僵运算 值和最佳值存在误差.自适应控制可以使点 火角自动跟踪到最佳值.所需传感器少.可靠 性提高.成本低;但根据控制理论的分析.单 纯积分控制的控制作用较慢.过强的积分作 用又会使系统动态特性变坏,甚至发生振荡, 因此整个系统动态特性较差.发动机工况变 化较大时系统的跟随性不好.反映到整车上 就是加减速性能恶化. 克服上述两种控制模式缺点的一个有效 是将计算机开环和自适应控制结合使 用.即在自适应控制的基础上引入开环控制. 在控制系统中引入一判别值K.K值由发动 机工况的变化速率决定.系统再根据K值进 行两种控制方式的切换.当工况变化速率较 大时,控制系统切换成计算机开环控制.根据 转速,油门开度(负荷)决定提前角;工况无改 变或小幅波动时.转入自适应控制.控制流 程囝如图2所示.图中T为取样时间.下标 l代当前取样值.下标O代表上次取样值, n为发动机转速.a为油门开度.Kn,Ka为判 别值. 田2点火系统的优化控制 ? 32? 根据自动控制原理建立汽油机模型和自 适应点火系统的数学模型.在计算机上进行 仿真. 4.1汽油机运动方式的描述 汽油机的运动可用以下方程描述: Tay(t)()=日(f—r)+(t一,r) 一 (t) 式中Y(t)——汽油机转速的无匿次量 Y(f)——(f)的一阶导数 (t)——化油器节气门开度的无因 次量 f(t)一点火提前角的无因次量 ^(t)——扰动的无园次量 t——时间,s r——化油器节气门开度的纯滞后时 涧.s —— 点火提前角的纯滞后时间.s Ta——汽油机的时间常数,s 将上式拉氏变换得汽油机的简化传递函 数: i》——:——L e-~H(s)+e-raG()一A(5)TaS+l 式中Y(5)——对(t)拉氏变换的结果 H(5)——对(f)拉氏变换的结果 G(s)——对(f)拉氏变换的结果 A()——对^(f)拉氏变换的结果 比照柴油机可取Ta=2.7s.f=0.037 s.=0.01s;由上式不难看出.当油门开度 不变时.发动机的运动由点火提前角和宴卜界 扰动决定.扰动(t)较大时,优化控制方 式中点火提前角的滞后时间由两个环节 决定.一个开环控制时间,rl,这个时间.系 统使提前角找到一个较合适的值.另一个是 自适应控制时闻2.在这个时间内控制系 统使点火提前角自动跟踪到最佳懂. 4.2自适应控制规棹的设计 考虑到汽油机运动的非线和时变特性, 为了保证发动机在整个工作范围内的稳定 性,可采用李雅普诺夫稳定性理论设计自适 应控制规律.这里不再赘述. … 优化控翩方式的动惫过程 ,纯自适应控制方式的动态 圈3动志过程的仿真 4.3讨论 从计算机仿真结果(图3)可以看出,点 火系统在自适应控制的基础上引入计算机开 环控制作为一种粗调,可以大大改善点火系 统的动态特性,并能使点火提前角自动跟踪 到最佳值.这种控制方式在单片机广为普及 的今天是较易实现的.技术上已没有问题. 参考文献 l蒋德明内燃机原理北束:机械工业出版牡. 1988 2K』Astf6m,BW[ttenmork(李清泉等译).自适应 挂.北京:科学出版牡,1992 3赵光宙等柴油机模型参考自适应调整亲统的研 究.内燃机工程,1995(4)26,34 f上接第30页) 速强力电磁阀工作特性的研究得出如下结 论: ? 为满足电磁阀的快速响应特性,设计 电磁阀时应充分考虑功率驱动模块决定的电 磁线圈电流变化规律,导磁体中的涡流,机械 结构决定的运动质量加速度以及高压燃油液 力过程对电磁阎响应特性的影响. ? 为提高电磁阀工作性能的鲁棒性,确 保阀座处的座面密封,电磁铁设计应提供足 够大的电磁作用力. ? 为保证电磁阀的可靠工作,设计时应 充分考虑其良好的散热性能. - 为保证油量标定的线性性和可重复 性.电磁阀的控制阀升程应基本无振动. - 应保证电磁阀的旁通溢流控制阀有足 够的流通面积和较高的泄流速率. 参考文献 1欧阳明高汽车柴油机电于垃制清华大学博士 后出站,19955 2宓浩祥国内外柴油机电控技术发展动态及我国 夸后发展的方向,内燃机燃油喷射和控制.1996.1 3卢启龙电控泵一管一阀.嘴燃油喷射控制隶统的研 究与开发清华大学硕士学位艳文,1995.10 4AHSe~llyHEIENOIDActuators—ANew ConceptinExtreme|yFastActingSolenoids.SAE paper79O1l9 . 5KHKIoD{er.美国Stanadyne公司的DS型柴油 喷射系统.内燃机燃油喷射和控制.1996.1 33?