外文翻译--模拟研究发动机空燃比的闭环控制系统.doc

附录A译文 模拟研究发动机空燃比的闭环控制系统 张付军 ， 赵长禄 ， 黄 英 ， 郝利军 （机械与车辆工程学院，北京理工大学，北京，100081，中国） 摘要 为了研究空燃比的影响因素，空燃比波动的振幅和频率，改变空着策略，提高三元催化剂的效率，开发了闭环控制系统的模型，包括:发动机、混合气的输送、氧传感器、控制器等。模拟研究了影响空燃比的各种影响因素。模拟结果表明：氧传感器的参考电压会影响空然比的数值，控制器的参数会影响空燃比波动的振幅，发动机工况决定了空燃比波动的波动的频率，通过合理选择信号的获得方法和控制器的参数可以将空燃比波动的数值降到要求的范围内，通过控制器的软件延时可以将在高转速和负荷下的更高的空燃比波动频率下降。基于模拟仿真结果的空燃比闭环控制系统，与三元催化剂中的稀土元素一起，是有害的尾气实现更有效的转化。 关键词 空燃比；闭环控制；模拟仿真 随着尾气排放法规越来越严格，空燃比闭环控制系统在火花塞点燃发动机上的应用越来越广泛。火花塞点燃发动机的排放水平受到三元催化装置的效率、发动机排放和空燃比控制精度的影响。如果空燃比得不到精确控制，就必须采用高效率的三元催化装置，这样就会成本上升。但是如果空燃比控制精度得到提高，则在符合统一排放法规的时候，可以采用更低价格的三元催化装置。这篇论文中，建立了装有开关型废弃氧传感器的空燃比闭环控制仿真模型。分析了控制器参数、发动机工况、EGO参考电压、EGO关于空燃比的获得信号的间隔、空燃比波动的振幅和频率的影响。发展了基于比例积分控制器的空燃比闭环控制系统，可以通过它，调节EGO参考电压 和空燃比波动频率。实验显示：通过这个系统和三元催化装置中稀土元素的应用，提高了转化效率。 1空燃比闭环控制系统仿真模型 ECU通过修改喷油器的流量控制空燃比。燃油流量控制模式包括开环和闭环两种模式。开环控制又可以进一步分为两种情况：稳定和动态。在稳态情形下，燃油的流量主要由空气量和发动机转速决定。在动态情形下，喷油量有发动机温度和节气门位置传感器进行修正。在闭环控制模式中，ECU根据安装在排气系统总的EGO信号修改喷油量，这个信号能说明空燃比是出于较大或是较小的状态。所以，将空燃比控制在最佳空燃比的附近并且三眼催化装置有更高的效率。由于EGO传感器反应较慢和闭环控制，空燃比的控制主要是通过动态的状况下的动态喷油补偿来实现。这篇论文，主要研究稳态工况下空燃比的闭环控制。仿真模型包括：进气模型、油气混合传输模型、EGO传感器模型和控制器模型。 1.1 吸气模型 根据速度——密度函数，吸气进气流量可以计算如下： 其中：Vd是发动机的排放量，Tm是吸入空气的温度，R是通用的进气的常量，(v（n，pm）是转化效率，这是一个关于发动机转速n和进气歧管压力pm 函数。 在正常的工况下，转化效率主要由发动机转速和负荷决定。泰勒研究了转化交换的过程，分析了各种因素对它的影响，最终得到了如下表达式[1]： 通过研究某一发动机，Dave Trumpy得到如下转化效率和进气歧管压力之间的关系： 为了表达转速对转化效率的影响，表达式（2）改善如下： 其中：(o（n）和po（n)是节气门全开状况下的转化效率和进气歧管压力，可以通过性能模拟或标定试验得到。 根据表达式（3），有： 1.2 EGO模型 1.2.1 EGO稳态模型 EGO是空燃比闭环控制系统中的重要传感器，它的信号值在最优化的值附近跳动，这能反映空燃比究竟是较优还是较差。用如下函数式说明它的输出特性： 其中：λt是信号跳跃处的空燃比，k是控制控制跳跃率的函数，在这片论文中，k=4，t=14.6 1.2.2 EGO的动态模型 稳态模型描述了当空燃比变化缓慢时空燃比和EGO信号Vs之间的关系。实际上，空燃比的变化速率很快，所以EGO的动态特性对空燃比闭环控制的影响就得考虑。William J.Fleming用图一所示的电 路图表达了EGO动态特性。其中：Riga是二氧化锆传感器的电阻，Ra是电极的电阻，Vm是内部的电子电压，Vs是EGO的输出。这个电路描述了内部电场对EGO输出信号的影响，这个模型描述了EGO传感器作为一阶延迟，转化函数是：处于数十到数百微妙之间。 其中：Te0是操控条件确定的的时间 1.3 油气混合气输入模型 油雾的输送过程包括在进气口油、气的混合，发动机工作循环，排气管中尾气的形成与输