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浅谈柴油机电子节气门控制技术

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摘要:柴油机电子节气门控制(ETC)技术已广泛应用,其主要应用于带有EGR技术的发动机上,本文主要是针对柴油机电子节气门的结构、工作原理、控制及诊断等进行详细介绍。

0引言

随着智能化技术的发展,电子控制技术越来越多的应用于汽车及发动机上,取代传统的机械控制。电子节气门(electronicthrottle)是汽车发动机的重要控制部件,在柴油机上主要作用是配合EGR和DPF系统使用,主要作用是提高排气温度、调节EGR率等,相对于汽油机节气门,其系统作用更简单。本文主要是对柴油机电子节气门的结构原理、控制策略等方面进行阐述。

1电子节气门结构与工作原理

1.1电子节气门结构柴油机电子节气门主要由直流电机、齿轮组、回位弹簧、位置反馈传感器、蝶阀等几部分构成,与汽油机不同的是柴油机节气门的阀片为常开结构,其核心部件就是由PWM控制的直流电机和位置传感器。

1.2工作原理电子节气门阀片的开启和关闭通过直流电机的正反转控制,直流电机通过集成在ECU内部的H桥驱动,如图2所示。ECU通过位置反馈传感器实时监测阀片的开度,实现开环和闭环控制。柴油机电子节气门主要在以下工况工作:①在装有DPF装置的发动机上,当DPF需要再生时,为了提高排气温度,调整电子节气门的开度;②在发动机停机时,为保证停机平稳,关闭节气门;③在高EGR率时,控制进入气缸的新鲜空气量,已达到排放控制要求。

2电子节气门控制

2.1电子节气门位置控制电子节气门位置控制包括开环和闭环控制,闭环控制通过PID调节,ECU根据空气流量、增压压力、EGR开度等信号,计算节气门开度,实时根据位置传感器反馈的位置对节气门开度进行调节,使得实际开度与需求开度无限接近,以满足新鲜空气量的需求。

2.2电子节气门自清洁与自学习电子节气门的自清洁与自学习在下电时进行。柴油机工况比较恶劣,废气中污染物较多,由于节气门和EGR的布置位置关系,污染物容易回流到节气门腔体内,时间长容易造成卡滞。为消除这些污染物,设定自清洁策略。为了消除EGR的制造误差及在使用过程中磨损,积碳导致的偏差,设定自学习逻辑。自学习是在自清洁后进行,分别进行全开和全关位置的学习,每个位置的自学习次数为3次,3次的平均值作为本次的学习值。自学习结束后ECU会将该值写入到内存中,作为阀的实际零点位置,实现对阀位置的修正。

2.3电流保护为保证电机不被烧坏,电子节气门在不同的电流下允许的最长工作时间不同,制定电流保护策略,当工作时间达到限值后激活电流保护功能。

2.4冲阀策略发动机在运行条件下,位置控制误差超过4%(|需求值-实际值|/需求值)且持续时间大于4s,激活冲阀功能,以避免阀卡滞。冲阀时采用100%的占空比,步骤如下:①判断卡滞方向,记录卡滞位置并以该位置+10%和-10%作为冲阀移动后检测范围;②进入PWM控制,交替使用100%和-100%的占空比使阀移动(此过程软着陆功能不启用),若无移动,最多重复8次并判断冲阀失败,如果冲阀失败的次数超过2次即报故障;③如果阀移动,在冲阀范围内闭环控制(有软着陆功能),如果两边位置都能达到,冲阀成功,否则重启步骤2冲阀,重启次数最多6次。重启次数大于6次,报故障。

2.5软落座策略为防止阀片在全关和全开位置落座速度过大,导致阀片和齿轮损坏,设定软落座策略,如图7所示。步骤1:节气门阀板进入距离闭环控制目标值附近区域内;步骤2:接近止点区域时(距离止点值5%工作范围),速度低于50°/s。

2.6电子节气门诊断电子节气门的诊断包括电气诊断、偏差诊断、传感器限值诊断、工作状态诊断等。①电气诊断,主要针对H桥及位置传感器的诊断,包括短路、断路诊断,ECU通过相应针脚上的电压值判断电路是否正常;②偏差诊断,偏差诊断包括自学习值的偏差诊断和使用过程中的偏差诊断,通过偏差诊断判断电子节气门阀片是否可以有效的达到需求位置。自学习偏差包括短期偏差和长期偏差,偏差值超过10%即报相应故障码;使用过程中的偏差并非独立故障,该偏差的判断条件为当需求位置与实际位置偏差超过4%,持续时间超过6s,即记录该故障,激活冲阀功能,如果冲阀通过,故障治愈,如果冲阀失败,则报卡滞故障;③传感器限值诊断主要是针对全开和全关位置,对阀片的实际电压值进行诊断,判断电子节气门的电压是否超限。导致该故障的原因主要包括阀片磨损、齿轮损坏等;④工作状态诊断,该诊断主要是判断阀是否卡滞,是否能够正常工作。判断的前提条件是产生位置偏差并激活了冲阀动作,如果4次冲阀动作后,仍不能与全开或全关置误差减小到4%以内,则认为电子节气门卡滞,报故障并点亮故障灯。

3结束语

电子节气门技术在国内、外已经应用广泛。柴油机电子节气门一般和EGR配合使用。本文通过对电控电子节气门的结构、原理,控制及诊断进行详细介绍,指导电子节气门控制开发工作。

参考文献:

[1]周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,1999.

[2]鲁植熊.汽车电子手册[M].北京:电子工业出版社,2010.

作者:杨攀;张焕岩 单位:安徽江淮汽车集团股份有限公司

电子与封装杂志责任编辑:张雨    阅读:人次

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