动力装置自动化复习概要

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1、传统分析方法（小扰动分析）,根据达朗贝尔原理，柴油机的惯性力矩与所有作用于刚体的力矩的合力矩相等，即： 写成增量式：,输出扭矩是喷油量和曲轴角速度的函数，而喷油量与喷油泵齿条位置有关，故输出扭矩是齿条位置和曲轴角速度的函数，即： 将其泰勒展开，并线性化，得到：,一般情况下，阻力矩可以写成角速度和其负载特性的函数，类似地，也可展开成：,根据小扰动线性化： 结合前面推导可得： 令： 公式变化为：,根据前面的推导： 与额定工况进行比较，令： 得到： 针对额定工况，统一除以额定扭矩,根据 设定参数： 柴油机加速时间常数，指空载条件下，喷油泵齿条在额定供油量位置，柴油机从速度为零到达额定转速需要的时间。

2、 柴油机自稳定系数，指没有调速器时，柴油机自动维持转速稳定的能力。 发动机特性系数，表示发动机喷油泵齿杆单位行程引起的输出转矩变化大小。 阻力矩系数，表示发动机阻力矩变化的大小 得到公式：,对于公式： 简化处理认为 ， 是柴油机负载变化量相对于标定工况即额定工况下负载的比值，其值范围为01。 将式进行拉氏变换，得到：,至此，我们可以得到柴油机转速与齿条位移及负载变化率（可以视为扰动）的关系。 柴油机是周期性工作的，从喷油泵齿条位移改变到柴油机发出相应地扭矩必然有延迟时间。因此，还需在上式加入一个延时环节，假定为纯滞后环节；此外，柴油机的输出转速与喷油泵齿条位移之间应有一个放大环节，设放大倍数为

3、K，则上式变为：,公式中几个参数的确定,延迟时间： 喷油开始于发火上止点之前，而柴油机在发火上止点之后开始做功，最大扭矩发生在上止点之后约90曲轴转角处，这会造成时间滞后;此外，当齿条位移变化时，若某缸恰好喷油完毕，则此时其工作扭矩与齿条位移无关，这段延迟时间取决于柴油机的转速、气缸数以及冲程数。可用下式估算： 自平衡系数Tg： 理想化地，使柴油机自平衡系数为1 加速时间常数Ta: 由下式计算：,ECU的技术特征,抗干扰性 驱动能力 控制策略 稳定性 通讯能力 鲁棒性,抗干扰性,传感器产生的信号全部输入到ECU，因此，对传感器的有效信号和噪音信号应进行区分和处理，ECU必须包括高信噪比的处理电

4、路。 对于所有I/O都应当具备好的抗干扰性。 ECU接受的信号最终全部要变成数字量，因此，对于模拟量信号，应进行A/D转换。,驱动能力,驱动电路集成在ECU当中，其驱动能力直接影响着执行部件的工作性能。大的驱动能力取决于大的电能，因此，散热等问题是需要考虑的一个重要问题,控制策略,控制策略的制定取决于两个因素：算法的复杂性和控制效果。 算法的复杂性又与控制器的处理能力有关，取决于嵌入式系统的硬件处理速度和实时操作系统的实时精度,稳定性,由于ECU采用嵌入式系统技术，硬件的故障率和软件的故障率都会影响系统的稳定，这个意义上的稳定性应当与控制策略的稳定性一起综合考虑,通讯能力,当前的电控技术是以集

5、中控制为主要技术特征，但是控制的复杂程度不是某一个ECU可以完全处理的，因此，发展出了多ECU形成网络通讯，共享信息，协调处理的格局。 通讯能力是ECU技术的一项重要指标，当前，CAN总线技术是应用最多的通讯技术。,鲁棒性,鲁棒性是指系统的一种抗干扰能力，这种抗干扰能力是指：在整个大系统的某个部分出现故障时，系统的工作性能。 对于发动机控制来说，从输入、输出、执行一直到发动机的工作性能，任一环节出现故障都要有一定的应对措施。,螺旋桨与柴油机的配合特性,调距桨的推力,调距桨产生的总推力为： Tp=Ts(1-t) Ts=KTn2D4 其中，Ts是敞水时调距桨的推力，t为推力减额系数，Tp为调距桨的

6、有效推力，KT为推力系数。n为柴油机的转速，D为调距桨的直径，为水的密度。,汽车动力特性,汽车动力性评价指标 汽车驱动力和行驶阻力 汽车行驶驱动力附着条件以及汽车附着力 汽车驱动力行驶阻力平衡图 汽车功率平衡,行驶阻力,行驶阻力主要有滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力、加速阻力等。,滚动阻力,滚动阻力Ff：轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶 式中，m为汽车总质量；g为重力加速度；f为轮胎滚动阻力系数，对货车可取f=0.020.03，对轿车为f=0.0131+0.01(va-50) ；va为汽车的行驶速度(km/h)；为坡道角，当不大时，COS1,轮胎的形变与受力,车轮

7、受力与滚动摩擦系数,滚动阻力系数的试验确定法：牵引法、滑行法和转鼓法,影响滚动摩擦系数的因素,汽车速度ua对 f 的影响 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低,f的经验公式,汽车空气阻力,定义：汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。 分类： 压力阻力主要受形状、扰动和诱导阻力组成 形状阻力主要与汽车的形状有关，约占58 干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等，约占14。 内循环阻力：发动机冷却系、车身通风等气流流过汽车内部，占12。 诱导阻力：空气升力在水平方向的分力，占7。 摩擦阻力：9。,汽车空气阻力公

8、式,与汽车迎风投影面积和汽车对空气相对速度的动压 成正比。CD为汽车的空气阻力系数，轿车取0.40.6，客车取0.60.7，货车取0.81.0；A对货车为前轮距总高，轿车为0.78总宽总高；a为空气密度，在常温下可取=1.226kgm3,影响 Fw 的因素：CD 和 A,由于乘坐空间的制约A变化不大；但CD变化较大 CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大 帕萨特 (Passat) CD= 0.28,降低风阻系数CD的方法,前部低， 过渡平滑， 后部加扰流板， 掠背式， 底部导流，平整化，向后应逐步升高， 整车俯视形状为腰鼓式， 改进通风进口、出口位置， 商用车顶部安装导流罩系统。,加速阻力,

9、为汽车旋转质量换算为平移质量的换算系数,柴油机喷油泵的速度特性,柴油机与汽油机扭矩的速度特性,内燃机扭矩的速度特性分析,内燃机的扭矩可由下式表示：,进气空气密度,非增压机的进气密度不变 增压机的进气 密度随增压度和 中冷度而变化：,充气系数（最大节气门位置）,汽油机Q 增压汽油机ZQ 柴油机C 增压柴油机ZC,汽油机节气门开度不同时的充气效率,过量空气系数、指示效率,机械效率,内燃机速度特性曲线,柴油机的燃烧特征,柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸的，它处于一边与空气混合、一边燃烧的情况下，由于混合过程比反应速率慢，因此燃烧速率取决于混合速率。换句话说，混合过程控制了燃烧速率，这就是所谓的扩

10、散燃烧。 柴油机是以扩散燃烧为主的燃烧模式。,柴油机着火的单液滴模型,返回,热自燃与链式反应 反应放热的规律： 传热规律：,内燃机的着火条件,自燃的临界条件,放热规律,放热规律是燃料的燃烧放热速度与时间的变化关系,不同放热规律对性能的影响,放热率的求解,采用单区模型方法，根据热力学第一定律： 其中，净放热量是燃烧放热量与散热量之差。,热传导规律,其中，导热系数采用Woschni公式：,由克拉伯龙方程得到：,柴油机中的预混燃烧,柴油机在滞燃期内喷入气缸的燃油在经历物理和化学准备期间形成了一定的积聚，这种积聚的油气混合气在燃烧开始的时候会以预混燃烧的方式进行反应，放出热量。,放热规律的韦伯公式表达

11、,最常见的方法是利用半经验公式，韦伯公式就是其中的一种，也称为韦伯燃烧规律。 链式反应的化学性质是由反应过程中形成的话化中心的数量来确定的。50年代，韦伯根据链反应理论提出了描写内燃机燃烧速度的半经验公式，认为参与化学反应的原始物质的分子数与能引起有效反应的活化中心的数目成正比。,反应速度,dN和dNef别表示从t到t+dt时间间隔内参与有效反应的原始物质的分子数和有效活化中心的数目，则 n是比例系数 上式表明：链式化学反应的速度正比于有效活化中心的产生速度。,燃烧速度,有效活化中心产生的速度对原始物质分子数的比值，称为这一时刻有效活化中心的相对密度 结合前式得到 燃烧速度：,柴油机的当量燃烧

12、规律,柴油机中的链式反应是在复杂的条件下进行的，因为在燃烧过程中，可燃混合气的容积压力、温度和浓度都在改变，即使是在同一时刻，燃烧室中可燃混合气的温度和浓度也是不均匀的；另外，在燃烧过程中，可燃混合气也并不全是单相气体状态，因此，完全应用链式反应来描述柴油机燃烧过程的放热规律还不完全符合燃烧过程，但是，考虑到柴油机燃烧的特殊性，根据柴油机燃烧过程的有关试验资料，利用韦伯公式的基本形式，建立起能反映柴油机燃烧过程的当量燃烧规律，实践证明还是可行的。,燃烧过程,考虑到柴油机中燃烧过程进展的特性，函数f(t)主要应满足下述条件： 当t=0，即化学反应开始时，已燃烧的燃油的百分数x=0。为满足这个条件

13、，当to时，f(t)=0，即函数f(t)的曲线应当从坐标原点开始。 在化学反应过程中，有效活化中心的相对密度没有突变，因此，f(t)应当是连续函数。 在化学反应过程中心从0单调变化到1，f(t)是增函数。 在化学反应过程中，燃烧速度有最大值，而当t趋于无穷大时，化学反应趋于停止，燃烧速度为0。 燃烧速度曲线下面的面积应当等于1。,燃烧规律的半经验公式,燃烧百分数,设定燃烧持续期终了时，已燃烧燃油的百分数为0.999,燃烧品质系数m对燃烧速度的影响,燃烧放热规律,柴油机燃烧放热规律一般采用双韦伯曲线模拟，可以较好的反映柴油机燃烧特点,预混燃烧比,其中，a=0.37, b=0.26, c=0.92

14、6,燃烧品质系数和预混燃烧比 与转速和负荷的关系,汽油机电控发展历史,控制方式的种类是按空气量的检测方式划分 直接检测方式： 质量流量方式 间接检测方式：空气流量与被测量函数关系比较复杂 速度-密度方式 节气门-速度方式,汽油机电控发展历史,三种控制方式的特点： 质量流量方式：通过空气流量计直接测量进气空气流量 速度-密度方式：通过转速和进气管压力推算空气量，发动机转速变化范围为10倍，油量调节范围为80倍，因此有较好的调节精度 节气门-速度方式：直接检测节气门开启动作，过渡响应好。,汽油机电控发展历史,按喷射方式分类： 按喷射位置分 按喷射时间分,汽油机电控发展历史,按喷射位置分类 缸内喷射

15、 进气道喷射 多点喷射（MPI） 单点喷射（SPI）,汽油机电控发展历史,按喷射时间分类 连续喷射 间歇喷射 与转速同步喷射 独立喷射（可用于缸内喷射和进气管喷射） 每转同时喷射 分组喷射 分2组喷射 分3组喷射 非同步喷射频率同步喷射,汽油机电控发展历史,汽油喷射与化油器比较的优点： 可以设计出提高发动机功率的进气系统 各缸汽油分配均匀性好 不易发生结冰现象 不易产生汽阻现象 加减速时的过渡响应特性好 启动、暖机性能好 可以相对进气温度和大气压力的变化修正空燃比,汽油机电控发展历史,汽油机电控的里程碑和关键环节 机械喷射 Bendix公司的电控喷射 大功率晶体管的应用 Bosch公司的开发研制 GM公司应用微机技术的ECU,汽油机电控发展历史,汽油机控制实现微机化的优点 实现复杂的控制和自由的特性，提高整机性能 共用同一运转参数，集中控制燃油、点火系统 通过控制特性的数字化，提高稳定性 实现各种不同发动机硬件的通用化,汽油机电控发展历史,电控的数字化时代特点： 各子系统实现集中控制，改善了发动机性能 在反馈控制基础上，增加了学习控制 速度-密度方式的控制方法开发广泛化 出现了采用独立喷射方式的稀燃系统,