電控汽油機(jī)連續(xù)可變配氣正時(shí)系統(tǒng)的標(biāo)定與匹配

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第3期(總第188期)2010年6月車用發(fā)動(dòng)機(jī)VEHICLEENGINENo．3(SerialNo．188)Jun．2010電控汽油機(jī)連續(xù)可變配氣正時(shí)系統(tǒng)的標(biāo)定與匹配郭自強(qiáng)1’2，羅福強(qiáng)1，張彤2，王存磊2，周光偉h2(1．江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013；2．上海華普汽車有限公司，上海201501)摘要：介紹了JL4G15發(fā)動(dòng)機(jī)的連續(xù)可變配氣正時(shí)(CVVT)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)組成、工作及控制原理，對(duì)該控制系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了穩(wěn)定工作條件確定和優(yōu)化標(biāo)定試驗(yàn)，提出了針對(duì)不同工況的CVVT系統(tǒng)標(biāo)定匹配原則和方法，并用標(biāo)定后的VVTMAP圖控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了臺(tái)架性能試驗(yàn)。

2、試驗(yàn)結(jié)果表明，標(biāo)定后的汽油機(jī)在滿足排放要求的前提下，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性均得到明顯改善。關(guān)鍵詞：汽油機(jī)；連續(xù)可變配氣正時(shí)；標(biāo)定中圖分類號(hào)：TK417文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1001—2222(2010)03一0064一05隨著能源短缺和環(huán)境惡化的日趨嚴(yán)重，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用固定的配氣正時(shí)已越來(lái)越不符合時(shí)代的要求。而可變氣門正時(shí)作為一種性價(jià)比較高的技術(shù)方案，在發(fā)動(dòng)機(jī)大部分運(yùn)轉(zhuǎn)工況范圍內(nèi)均能提供最佳的配氣正時(shí)，較好地解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷與小負(fù)荷下動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾，同時(shí)在一定程度上改善了廢氣排放[1。2]。在目前眾多的可變氣門機(jī)構(gòu)產(chǎn)品中，由于轉(zhuǎn)子式相位器系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、相位調(diào)節(jié)范圍

3、大、響應(yīng)速度快、可靠性好(在起動(dòng)、怠速等發(fā)動(dòng)機(jī)油壓較低、不穩(wěn)定工況下具有鎖止功能)以及相位角連續(xù)可調(diào)(可以較好地利用進(jìn)氣道的動(dòng)態(tài)壓力波動(dòng)高峰提高充氣效率)等優(yōu)點(diǎn)，而成為目前國(guó)內(nèi)外車用發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用最為廣泛的可變氣門機(jī)構(gòu)¨J。由于現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)變化大，為了滿足可變配氣機(jī)構(gòu)控制過(guò)程中實(shí)時(shí)性的要求，必須要對(duì)其進(jìn)行臺(tái)架標(biāo)定試驗(yàn)，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況對(duì)進(jìn)氣的要求。如果沒(méi)有分布合理且精確的最佳氣門正時(shí)，即使采用最先進(jìn)的控制系統(tǒng)，都不可能很好地改善發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能，甚至還會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化[4]。因此，為使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行，對(duì)其連續(xù)可變配氣正時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行綜合匹配與標(biāo)定試驗(yàn)至關(guān)重要。1

4、CVVT系統(tǒng)工作原理及控制實(shí)現(xiàn)所研究的連續(xù)可變配氣正時(shí)系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元ECU，CVVT相位驅(qū)動(dòng)器，機(jī)油壓力控制閥(0ilControlValve，OCV)以及機(jī)油濾網(wǎng)組件構(gòu)成。CVVT系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖1。該系統(tǒng)采用的是液壓控制的轉(zhuǎn)子式可變凸輪軸相位機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)子通過(guò)高強(qiáng)度螺栓與進(jìn)氣凸輪軸固定在一起，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。定子與正時(shí)鏈輪連成一體，通過(guò)正時(shí)鏈條與曲軸連接，達(dá)到定比傳動(dòng)。OCV閥是一個(gè)組合型電液比例控制閥，由電磁閥和液壓四通閥構(gòu)成。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過(guò)PWM占空比控制電磁閥使閥芯處于不同位置，進(jìn)而控制液壓油的流動(dòng)方向及流通截面積。根據(jù)流動(dòng)方向確定相位調(diào)節(jié)的方向，通過(guò)改變流通截面積控制相

5、位調(diào)節(jié)的速度。閥芯位置的連續(xù)調(diào)節(jié)，決定了流到提前腔或滯后腔的油壓的連續(xù)變化，CVVT驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)子在壓力差的作用下帶動(dòng)進(jìn)氣凸輪軸相對(duì)于正時(shí)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)配氣相位的連續(xù)改變，可變角度范圖1cVvT系統(tǒng)工作原理圍為O～50。CA。收稿日期：2010—03—11；修回日期：2010一06—05基金項(xiàng)目：國(guó)家“八六三”計(jì)劃重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2008AAllAl25)作者簡(jiǎn)介：郭自強(qiáng)(1985一)。男，碩士，主要從事混合動(dòng)力總成的標(biāo)定匹配研究；sweetgzq851016@126．com。萬(wàn)方數(shù)據(jù)2010年6月郭自強(qiáng)，等：電控汽油機(jī)連續(xù)可變配氣正時(shí)系統(tǒng)的標(biāo)定與匹配ECU首先根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷

6、信號(hào)來(lái)判定發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，通過(guò)對(duì)預(yù)先存人微機(jī)EEPROM中的基本VVTMAP圖進(jìn)行查表和插值計(jì)算，確定凸輪軸相位的基本控制量，并根據(jù)車速和水溫等傳感器信號(hào)，對(duì)基本相位角進(jìn)行修正，從而確定目標(biāo)控制量。同時(shí)，ECU通過(guò)凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器的信號(hào)來(lái)計(jì)算并反饋實(shí)際的氣門正時(shí)。本研究設(shè)定VVT的采樣周期為15ms，ECU在每個(gè)采樣時(shí)刻計(jì)算1次目標(biāo)值和實(shí)際采樣值之間的偏差，然后經(jīng)過(guò)比例積分算法構(gòu)成新的控制量。ECU根據(jù)此控制量輸出占空比指令到電磁閥，進(jìn)而控制oCV閥動(dòng)作，來(lái)確保實(shí)際相位角不斷地跟蹤目標(biāo)相位角，盡可能減小誤差。ECU輸出的占空比通過(guò)調(diào)節(jié)頻率為128Hz的可變脈寬方波實(shí)

7、現(xiàn)m]。2工作條件及VVTMAP標(biāo)定相關(guān)性分析過(guò)于頻繁所引起的系統(tǒng)振蕩，采用了帶死區(qū)(dead—band)的PI算法，在死區(qū)范圍內(nèi)相位器保持不動(dòng)。本研究從系統(tǒng)穩(wěn)定性、控制精度和控制實(shí)時(shí)性等多方面綜合考慮，經(jīng)過(guò)反復(fù)標(biāo)定調(diào)試，最終確定該參數(shù)為3(即死區(qū)范圍為土3)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r·min-I圖2機(jī)油溫度為130℃時(shí)缸蓋主油道機(jī)油壓力隨轉(zhuǎn)速的變化曲線2．1CVV’I'系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件的確足CVVT相位驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器，要使它能