混合动力汽车发动机起动_停机控制
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为了更好地适应混合动力条件下的工作 ,发动 机原有的减速断油工况需要有一些改变 。一是希望 更大范围地利用减速断油工况 ,满足燃油经济性和 排放性能的要求 。如原有进入减速断油条件中车速 必须在 15 km/ h 以上 ,如果降低车速阈值 ,将扩大 减速断油工况使用范围 ;二是希望降低减速断油退 出转速 。减速断油工况与怠速工况具有一些相同的
result of experimentation indicated t hat by using software t he act ual p rocess of t he circuit ry co uld be displayed accurately and
rapidly , t he period of research is decreased , as t he same time t he co st is reduced.
根据混合动力汽车结构参数 、控制策略和行驶 工况的不同 ,在行驶过程中发动机可能需要多次起 动/ 停机操作 。以目前已经成功推向市场的混合动 力汽车 ———丰田公司的 Prius 和本田公司的 Insight 为例 ,根据文献介绍 ,Insight 是轻度混合型 ,起动时 起动/ 发电一体机 ( IS G) 将发动机带到约 950 r/ min 的怠速转速附近 ,发动机开始喷油点火工作 ;发动机 冷却液温度处于正常工作范围且空挡停车或者汽车 减 速过程中车速低于16km/ h时发动机便停机 ;
第20046期年(总8 月第 16 4 期 )
车 用 发 V EH ICL E
动 机 EN GIN E
N o . 4 (ASuegri.a2l 0N0o6. 16 4)
混合动力汽车发动机起动 /停机控制
黄开胜 , 金振华 , 张云龙
(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 , 北京 100084)
进入减速断油工况后 ,基本喷油脉宽按照一定 斜率逐渐减小直到为 0 。如果由于进气歧管绝对压 力 、车速或者发动机转速等不再满足上述条件 ,发动 机就退出减速断油工况 ,基本喷油脉宽开始从 0 按 照一定的斜率逐渐增大 ;如果由于节气门或离合器 分离的原因导致退出减速断油工况时 ,燃油便以加 速加浓的方式喷入 ,混合气加浓的速度要远高于斜 率退出减速断油的加浓速度 ,用来补偿在减速断油 期间进气歧管内汽化挥发的燃油量 ,使喷射的燃油 与进入气缸内的燃油在数量上保持平衡 ,以满足动 力输出的需要 。
电 ,使发动机停机 。
图 1 发动机起动控制框图
2 减速断油工况的控制
当汽车减速且节气门关闭时 ,进气歧管绝对压 力很低 ,缸内易发生不完全燃烧 ,结果使发动机排出 未燃烧的混合气 ,这些混合气在催化转化器中继续 燃烧 ,使排气温度更高并可能会损坏催化转化器 ,而 且还会导致 HC 和 CO 等排放的增加 。因此 ,此时 切断燃油的喷射可以增加发动机的制动能力 ,提高 燃油经济性和排放性能 ,并能保护催化转化器 。 在德国的控制软件中 ,进入减速断油工况的主 要条件有发动机正在运转 ;催化转化器已经起燃 ;节 气门已经关闭 ; 车速大于阈值 ; 发动机转速大于阈 值 ;离合器没有分离 ;目前不在减速断油工况中 ;从 最近一次减速断油工况中退出的时间超过了阈值 。
Key words : diesel engine ; elect ro nic co nt rol ; MUL TISIM ; EWB ; calibrated
[ 编辑 : 段金栋 ]
· 46 · 车 用 发 动 机 2006 年第 4 期
当加速踏板抬起汽车减速时 ,不需要发动机输 出动力 ,可以充分利用原有发动机管理系统的减速 断油功能 ,减少燃油的消耗和排放污染物的排出 ,同 时保护发动机 。当发动机冷却液温度处于正常工作 范围 、发动机节气门关闭时间超过阈值 、车速低于阈 值 、发动机转速低于阈值时 ,整车控制器控制发动机 ECU 启动继电器切断 ECU 点火开关端口线路的供
由于混合动力汽车希望发动机在较高效率区工 作 ,因此 ,在汽车运行过程中 ,发动机需要经常起动/ 停机 ,由此会带来传动系统冲击 、起动费油和起动排 放恶劣等问题 。另外 ,传统发动机停机时 ,一般已经 处于怠速工况 ;而混合动力汽车发动机一般不在怠 速工况工作 ,转速较高 ,马上停机可能会造成发动机 积碳和冷却液的沸腾 ,从而影响发动机的使用寿命 。 因此 ,必须对混合动力汽车发动机的起动/ 停机操作 进行进一步的研究 。
摘要 : 介绍了采用继电器对发动机管理系统 ECU 的工作进行控制 ,同时针对发动机管理系统原有的减速断油 模式进行了重新标定 ,实现了发动机高转速起动功能 ,且降低了停机时的转速 ,避免了对发动机 ECU 频繁的通 / 断电操作及因频繁起动造成的发动机燃油消耗率和排放性能的不良影响 。 关键词 : 混合动力 ; 汽油机 ; 减速断油 ; 起动/ 停机
2006 年 8 月 黄开胜 , 等 : 混合动力汽车发动机起动/ 停机控制 · 4 7 ·
进入条件 ,如都是节气门关闭 、进气歧管绝对压力较 低 。在软件中为了区分两者 ,对于减速断油工况的 工作区间作了限定 ,在发动机转速远高于怠速转速 的时候就退出了减速断油工况 。本研究采用的德国 发动机管理系统 ,其怠速目标转速是与发动机冷却 液温度有关的二维表 ,正常工作温度下约为 800 r/ min ;减速断油的退出转速也是与发动机冷却液温 度有关的二维表 , 正常工作温度下约为 1 400 r/ min 。汽车减速 、节气门关闭时 ,发动机进入减速断 油工况 ,当发动机转速刚低于 1 400 r/ min 时 ,发动 机将退出减速断油工况 ,恢复供油 ;如果此时关闭发 动机 ,既对发动机积碳有影响 ,又增加了发动机频繁 起动的可能性 。因此 ,需要降低退出减速断油的转 速限制条件 。
Prius 是混联型 ,发动机在低速 、低负荷时都可能停 机 ,起动/ 停机更频繁[3] 。美国再生能源实验室的研 究结果表 明 , 冷 机状 态下 运行 F TP 驾 驶循 环时 , Prius 的发动机 46 %的时间处于停机状态 , Insight 的发动机 18 %的时间处于停机状态[4] 。
在德国的发动机管理系统软件中规定 :当发动 机 转 速 大 于 350 r/ min 小 于 1 000 r/ min 且 持 续 了 4 个参考信号 (每转 1 圈 1 个参考信号) 以上 ,则认 为发动机已经正常起动 ,即开始喷油和点火 。这样 工作使发动机还没有被电机拖动到初次点火的期望 转速 (如 800 r/ min) ,其管理系统就会认为发动机已 经正常起动 ,使其在较高转速时实现初次点火成为 不可能 。由于无法更改德国的控制软件 ,如果只采 用控制喷油或者点火线路的方式控制发动机的工 作 ,而不是控制 ECU 是否工作 ,则 ECU 故障诊断 模块会认为管理系统出现故障 。因此 ,本研究在整 车控制器中采用控制连接 ECU 点火开关端口线路 的通断来控制 ECU 的工作 ,即采用 ECU 控制继电 器来控制发动机管理系统的工作与否 。最大起动转 速限值 1 000 r/ min 不是可标定数据 ,因此 ,设定发 动机转速达到 800 r/ min 时 ,使其 ECU 开始工作 , 发动机除了可以被电机带动起动之外 ,还可以被自 带的起动机起动 ,防止动力蓄电池 SOC 状态过低时 的电能消耗 。发动机起动控制示意见图 1 。
中图分类号 : T K411 ; U464. 11 文献标志码 : B 文章编号 : 100122222 (2006) 0420045204
根据国际电工委员会电动汽车技术委员会的建 议[1] ,混合动力汽车定义为至少有一种储能器 、能源 或能量转换器能提供电能的车辆[2] 。与传统的汽车 相比 ,混合动力汽车能实现制动能量回收 ,减少了能 量的损失 ;发动机效率低的低速工况和低负荷工况 由电机驱动 ,提高了燃油经济性 ,改善了排放性能 ; 可以采用较小功率的发动机 ,减轻了发动机质量 ,进 一步改善了经济性能和排放性能 。
Abstract : The f unctio ns and characteristics of MUL TISIM2001 are generally int roduced in t his paper , in t he design of calibra2
ted circuit ry fo r elect ronically cont rolled diesel dist ribution p ump , simulatio n as a f unctio n of multisim2001 is well used. The
发动机起动/ 停机控制策略的优化与停机时间 长短 、发动机冷却液温度 、催化转化器温度 、蓄电池 SOC 状态 、整体燃油经济性和排放性能有关[5] 。本 研究的混合动力目标车为单轴并联式 ,电机可以单 独驱动汽车行驶 。当发动机需要工作时 ,整车控制 器控制电磁离合器的结合速度 ,使发动机被电机逐 步带动起来 ;发动机达到一定转速时 ,整车控制器使 发动机开始工作 。从已有的文献看 ,混合动力汽车 发动机的拖动都有一个特点 ,就是拖动转速不再仅 仅是原来的每分钟几百转 ,而是大幅度地提高了初 次点火时的转速 ,有的达到 1 000 r/ min 以上 。由于 转速较高 ,燃烧室内混合气温度也较高 ,发动机更容 易着火 ,排放会有较大改善 。
f or Electronically Controlled Baidu Nhomakorabeaiesel Distribution Pump
GUO Liang , XU Yun , SU Yan , L IU Zho ng2chang
(Depart ment of lnternal Combustio n Engine , Jilin U niversity , Changchun 130025 , China)
3 减速断油工况的重新标定
减速断油工况的重新标定 ,主要集中在进入减 速断油工况的车速阈值和发动机转速阈值以及退出 减速断油工况的车速阈值和发动机转速阈值的标定 上。
原系统进入和退出减速断油工况的车速阈值分 别为 10 km/ h 和 15 km/ h ,根据混合动力目标车传 动 系统的速比 ,发动机转速分别为1 773 r/ min 和 1 182 r/ min ,即发动机转速在高于 1 773 r/ min 时 , 才有可能进入减速断油工况 。低于 1 182 r/ min 时 退出减速断油工况 。为了更大范围地利用减速断油 工况 ,经过分析 ,将车速的两个限值都更改为 0 ,即 车速阈值不起作用 ,主要看发动机转速阈值是否能 满足条件 。
图 2 至图 4 分别示出未根据空调等负荷变化加 以修正的基本怠速目标转速 、进入和退出减速断油 工况的发动机转速阈值随冷却液温度变化的二维 图 。从图 3 中可以看出 ,进入减速断油工况的发动 机转速阈值比图 2 所示的基本怠速目标转速最多高 出 900 r/ min ;从图 4 可以看出 ,退出减速断油工况 的发动机转速阈值比图 2 所示的基本怠速目标转速 最少高出 500 r/ min 。传统发动机之所以在较高转 速就退出减速断油工况而恢复供油 ,主要是为了防 止发动机失速 。而混合动力汽车则希望发动机在低 速低负荷区域不工作 ,而电机这个第 2 动力源的存 在也使发动机失速的威胁大大减少 。因此 ,可以把 进入和退出减速断油工况的发动机转速阈值降下 来 ,延长发动机管理系统工作的时间 ,减少发动机起 动/ 停机的频次 。重新标定时要照顾到减速断油工
本研究采用了国产的 1. 3 L 汽油机作为混合动 力目标车的发动机 ,匹配的是德国的发动机管理系 统 。由于控制软件无法更改 ,在分析与试验的基础 上 ,在整车控制器中加入了对发动机管理系统工作 与否的控制 ,并针对发动机减速断油模式进行了重 新标定 ,实现了发动机起动/ 停机功能 。
1 发动机的起动/ 停机控制
收稿日期 : 2006202211 ; 修回日期 : 2006207224 作者简介 : 黄开胜 (1970 —) ,男 ,湖北省武汉市人 ,副研究员 ,硕士 ,主要从事发动机管理系统和混合动力汽车动力传动系统控制与仿真.
Appl ication of Multisim2001 in Design of Cal ibrated Circuitry
result of experimentation indicated t hat by using software t he act ual p rocess of t he circuit ry co uld be displayed accurately and
rapidly , t he period of research is decreased , as t he same time t he co st is reduced.
根据混合动力汽车结构参数 、控制策略和行驶 工况的不同 ,在行驶过程中发动机可能需要多次起 动/ 停机操作 。以目前已经成功推向市场的混合动 力汽车 ———丰田公司的 Prius 和本田公司的 Insight 为例 ,根据文献介绍 ,Insight 是轻度混合型 ,起动时 起动/ 发电一体机 ( IS G) 将发动机带到约 950 r/ min 的怠速转速附近 ,发动机开始喷油点火工作 ;发动机 冷却液温度处于正常工作范围且空挡停车或者汽车 减 速过程中车速低于16km/ h时发动机便停机 ;
第20046期年(总8 月第 16 4 期 )
车 用 发 V EH ICL E
动 机 EN GIN E
N o . 4 (ASuegri.a2l 0N0o6. 16 4)
混合动力汽车发动机起动 /停机控制
黄开胜 , 金振华 , 张云龙
(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 , 北京 100084)
进入减速断油工况后 ,基本喷油脉宽按照一定 斜率逐渐减小直到为 0 。如果由于进气歧管绝对压 力 、车速或者发动机转速等不再满足上述条件 ,发动 机就退出减速断油工况 ,基本喷油脉宽开始从 0 按 照一定的斜率逐渐增大 ;如果由于节气门或离合器 分离的原因导致退出减速断油工况时 ,燃油便以加 速加浓的方式喷入 ,混合气加浓的速度要远高于斜 率退出减速断油的加浓速度 ,用来补偿在减速断油 期间进气歧管内汽化挥发的燃油量 ,使喷射的燃油 与进入气缸内的燃油在数量上保持平衡 ,以满足动 力输出的需要 。
电 ,使发动机停机 。
图 1 发动机起动控制框图
2 减速断油工况的控制
当汽车减速且节气门关闭时 ,进气歧管绝对压 力很低 ,缸内易发生不完全燃烧 ,结果使发动机排出 未燃烧的混合气 ,这些混合气在催化转化器中继续 燃烧 ,使排气温度更高并可能会损坏催化转化器 ,而 且还会导致 HC 和 CO 等排放的增加 。因此 ,此时 切断燃油的喷射可以增加发动机的制动能力 ,提高 燃油经济性和排放性能 ,并能保护催化转化器 。 在德国的控制软件中 ,进入减速断油工况的主 要条件有发动机正在运转 ;催化转化器已经起燃 ;节 气门已经关闭 ; 车速大于阈值 ; 发动机转速大于阈 值 ;离合器没有分离 ;目前不在减速断油工况中 ;从 最近一次减速断油工况中退出的时间超过了阈值 。
Key words : diesel engine ; elect ro nic co nt rol ; MUL TISIM ; EWB ; calibrated
[ 编辑 : 段金栋 ]
· 46 · 车 用 发 动 机 2006 年第 4 期
当加速踏板抬起汽车减速时 ,不需要发动机输 出动力 ,可以充分利用原有发动机管理系统的减速 断油功能 ,减少燃油的消耗和排放污染物的排出 ,同 时保护发动机 。当发动机冷却液温度处于正常工作 范围 、发动机节气门关闭时间超过阈值 、车速低于阈 值 、发动机转速低于阈值时 ,整车控制器控制发动机 ECU 启动继电器切断 ECU 点火开关端口线路的供
由于混合动力汽车希望发动机在较高效率区工 作 ,因此 ,在汽车运行过程中 ,发动机需要经常起动/ 停机 ,由此会带来传动系统冲击 、起动费油和起动排 放恶劣等问题 。另外 ,传统发动机停机时 ,一般已经 处于怠速工况 ;而混合动力汽车发动机一般不在怠 速工况工作 ,转速较高 ,马上停机可能会造成发动机 积碳和冷却液的沸腾 ,从而影响发动机的使用寿命 。 因此 ,必须对混合动力汽车发动机的起动/ 停机操作 进行进一步的研究 。
摘要 : 介绍了采用继电器对发动机管理系统 ECU 的工作进行控制 ,同时针对发动机管理系统原有的减速断油 模式进行了重新标定 ,实现了发动机高转速起动功能 ,且降低了停机时的转速 ,避免了对发动机 ECU 频繁的通 / 断电操作及因频繁起动造成的发动机燃油消耗率和排放性能的不良影响 。 关键词 : 混合动力 ; 汽油机 ; 减速断油 ; 起动/ 停机
2006 年 8 月 黄开胜 , 等 : 混合动力汽车发动机起动/ 停机控制 · 4 7 ·
进入条件 ,如都是节气门关闭 、进气歧管绝对压力较 低 。在软件中为了区分两者 ,对于减速断油工况的 工作区间作了限定 ,在发动机转速远高于怠速转速 的时候就退出了减速断油工况 。本研究采用的德国 发动机管理系统 ,其怠速目标转速是与发动机冷却 液温度有关的二维表 ,正常工作温度下约为 800 r/ min ;减速断油的退出转速也是与发动机冷却液温 度有关的二维表 , 正常工作温度下约为 1 400 r/ min 。汽车减速 、节气门关闭时 ,发动机进入减速断 油工况 ,当发动机转速刚低于 1 400 r/ min 时 ,发动 机将退出减速断油工况 ,恢复供油 ;如果此时关闭发 动机 ,既对发动机积碳有影响 ,又增加了发动机频繁 起动的可能性 。因此 ,需要降低退出减速断油的转 速限制条件 。
Prius 是混联型 ,发动机在低速 、低负荷时都可能停 机 ,起动/ 停机更频繁[3] 。美国再生能源实验室的研 究结果表 明 , 冷 机状 态下 运行 F TP 驾 驶循 环时 , Prius 的发动机 46 %的时间处于停机状态 , Insight 的发动机 18 %的时间处于停机状态[4] 。
在德国的发动机管理系统软件中规定 :当发动 机 转 速 大 于 350 r/ min 小 于 1 000 r/ min 且 持 续 了 4 个参考信号 (每转 1 圈 1 个参考信号) 以上 ,则认 为发动机已经正常起动 ,即开始喷油和点火 。这样 工作使发动机还没有被电机拖动到初次点火的期望 转速 (如 800 r/ min) ,其管理系统就会认为发动机已 经正常起动 ,使其在较高转速时实现初次点火成为 不可能 。由于无法更改德国的控制软件 ,如果只采 用控制喷油或者点火线路的方式控制发动机的工 作 ,而不是控制 ECU 是否工作 ,则 ECU 故障诊断 模块会认为管理系统出现故障 。因此 ,本研究在整 车控制器中采用控制连接 ECU 点火开关端口线路 的通断来控制 ECU 的工作 ,即采用 ECU 控制继电 器来控制发动机管理系统的工作与否 。最大起动转 速限值 1 000 r/ min 不是可标定数据 ,因此 ,设定发 动机转速达到 800 r/ min 时 ,使其 ECU 开始工作 , 发动机除了可以被电机带动起动之外 ,还可以被自 带的起动机起动 ,防止动力蓄电池 SOC 状态过低时 的电能消耗 。发动机起动控制示意见图 1 。
中图分类号 : T K411 ; U464. 11 文献标志码 : B 文章编号 : 100122222 (2006) 0420045204
根据国际电工委员会电动汽车技术委员会的建 议[1] ,混合动力汽车定义为至少有一种储能器 、能源 或能量转换器能提供电能的车辆[2] 。与传统的汽车 相比 ,混合动力汽车能实现制动能量回收 ,减少了能 量的损失 ;发动机效率低的低速工况和低负荷工况 由电机驱动 ,提高了燃油经济性 ,改善了排放性能 ; 可以采用较小功率的发动机 ,减轻了发动机质量 ,进 一步改善了经济性能和排放性能 。
Abstract : The f unctio ns and characteristics of MUL TISIM2001 are generally int roduced in t his paper , in t he design of calibra2
ted circuit ry fo r elect ronically cont rolled diesel dist ribution p ump , simulatio n as a f unctio n of multisim2001 is well used. The
发动机起动/ 停机控制策略的优化与停机时间 长短 、发动机冷却液温度 、催化转化器温度 、蓄电池 SOC 状态 、整体燃油经济性和排放性能有关[5] 。本 研究的混合动力目标车为单轴并联式 ,电机可以单 独驱动汽车行驶 。当发动机需要工作时 ,整车控制 器控制电磁离合器的结合速度 ,使发动机被电机逐 步带动起来 ;发动机达到一定转速时 ,整车控制器使 发动机开始工作 。从已有的文献看 ,混合动力汽车 发动机的拖动都有一个特点 ,就是拖动转速不再仅 仅是原来的每分钟几百转 ,而是大幅度地提高了初 次点火时的转速 ,有的达到 1 000 r/ min 以上 。由于 转速较高 ,燃烧室内混合气温度也较高 ,发动机更容 易着火 ,排放会有较大改善 。
f or Electronically Controlled Baidu Nhomakorabeaiesel Distribution Pump
GUO Liang , XU Yun , SU Yan , L IU Zho ng2chang
(Depart ment of lnternal Combustio n Engine , Jilin U niversity , Changchun 130025 , China)
3 减速断油工况的重新标定
减速断油工况的重新标定 ,主要集中在进入减 速断油工况的车速阈值和发动机转速阈值以及退出 减速断油工况的车速阈值和发动机转速阈值的标定 上。
原系统进入和退出减速断油工况的车速阈值分 别为 10 km/ h 和 15 km/ h ,根据混合动力目标车传 动 系统的速比 ,发动机转速分别为1 773 r/ min 和 1 182 r/ min ,即发动机转速在高于 1 773 r/ min 时 , 才有可能进入减速断油工况 。低于 1 182 r/ min 时 退出减速断油工况 。为了更大范围地利用减速断油 工况 ,经过分析 ,将车速的两个限值都更改为 0 ,即 车速阈值不起作用 ,主要看发动机转速阈值是否能 满足条件 。
图 2 至图 4 分别示出未根据空调等负荷变化加 以修正的基本怠速目标转速 、进入和退出减速断油 工况的发动机转速阈值随冷却液温度变化的二维 图 。从图 3 中可以看出 ,进入减速断油工况的发动 机转速阈值比图 2 所示的基本怠速目标转速最多高 出 900 r/ min ;从图 4 可以看出 ,退出减速断油工况 的发动机转速阈值比图 2 所示的基本怠速目标转速 最少高出 500 r/ min 。传统发动机之所以在较高转 速就退出减速断油工况而恢复供油 ,主要是为了防 止发动机失速 。而混合动力汽车则希望发动机在低 速低负荷区域不工作 ,而电机这个第 2 动力源的存 在也使发动机失速的威胁大大减少 。因此 ,可以把 进入和退出减速断油工况的发动机转速阈值降下 来 ,延长发动机管理系统工作的时间 ,减少发动机起 动/ 停机的频次 。重新标定时要照顾到减速断油工
本研究采用了国产的 1. 3 L 汽油机作为混合动 力目标车的发动机 ,匹配的是德国的发动机管理系 统 。由于控制软件无法更改 ,在分析与试验的基础 上 ,在整车控制器中加入了对发动机管理系统工作 与否的控制 ,并针对发动机减速断油模式进行了重 新标定 ,实现了发动机起动/ 停机功能 。
1 发动机的起动/ 停机控制
收稿日期 : 2006202211 ; 修回日期 : 2006207224 作者简介 : 黄开胜 (1970 —) ,男 ,湖北省武汉市人 ,副研究员 ,硕士 ,主要从事发动机管理系统和混合动力汽车动力传动系统控制与仿真.
Appl ication of Multisim2001 in Design of Cal ibrated Circuitry