柴油机与汽油机控制区别

cwf1925

各位，我目前比较熟悉汽油机基于扭矩的控制策略，但是未接触过柴油机控制，想了解柴油机的控制有哪些不同，相比于汽油机，柴油机控制是更复杂了还是更简单了。希望有了解的同仁都说一说，尽量多说一些，互相学习（比如汽油机的油压是一定的，控制策略通过控制喷油时间来控制喷油量，那柴油机是控制喷油压力来控制喷油量吗？汽油机在大部分工况下是通过进气量和空燃比来决定喷油的，柴油机是富氧燃烧，而且不用考虑三元催化器的效率问题，那喷油主要是根据转速和负荷查表获得吗？进排气有什么不一样的？还有什么柴油机需要注意而汽油机上没有的？等等），谢谢各位！！希望能接受到更多信息

cwf1925

诚心帖，希望有了解的人指点一下

naclchen

我试着说一下我了解的情况吧
总体来说，柴油机的控制要比汽油机的简单，原因如下：

汽油机属于气调节，所以汽油机中很气相关的技术是相当多的
目前比较火的技术有涡轮增压、VVT和缸内直喷
这3个前沿技术中有两个是和气有关的
归根结底都是想增加汽油机的进气量
从而增加汽油机的性能
所以在汽油机的控制中考虑气的成分比较多
而柴油机是富氧燃烧，主要调节喷油量和喷油时刻

另外，汽油机做功的起点是点火
所以，点火结束角的选取对于发动机的性能影响很大
点火太过靠前的话，会触发发动机爆震
点火太过考后的话，会影响发动机扭矩
也就是说，汽油机控制中对于点火角的计算是很严格的
重要性也大于喷油，为什么这么说呢
因为目前缸内直喷发动机的控制策略中，有均质燃烧、分层燃烧等
但是不管怎么说，喷油时刻距离TDC都比较远
因为汽油机需要充分的油气混合时间
喷油时刻和设计的差一两个齿，对于发动机的影响是远远小于点火误差影响的

对于柴油机控制来说，喷油精度的影响是非常高的
因为柴油机中喷油距离TDC比较近，是需要压燃的

另外，不管是汽油机还是柴油机，不管油管的压力如何
ECU可以控制喷油量的手段仅仅只有喷油脉宽
因为，ECU会根据发动机扭矩需求计算喷油量
然后根据喷油量、油轨压力、发动机温度等等因素将喷油量转换为喷油脉宽
ECU最终控制的量是喷油时刻 和 喷油脉宽

prettyboyazu

我怎么觉得柴油机更难控制呢

grifva

只能说各有各的难点，近年来由于排放法规越来越严格，控制越来越复杂，汽油采用直喷后，逐渐向柴油靠拢，柴油也逐渐精化进气管理
汽油机可采用缸内直喷分层燃烧，氧传感器闭环控制，气路使用节气门。EGR，VVT，涡轮增压
柴油机可采用高压共轨，宽氧传感器闭环控制，气路使用节气门，EGR，VGT或两级增压
总的来说，柴油控制复杂于汽油，主要集中在两块：
1.共轨系统本身，主要体现在可变的高共轨压力控制及喷油，因为柴油喷油器在高缸压条件下喷射，且对油束分布有要求，注定结构，强度，包括控制都复杂于汽油机，单缸单循环最高甚至需要达到6次喷射，需要提供各种修正控制。此块系统复杂程度堪比整个从扭矩结构到喷油进气确定的总和
2.后处理装置，因为过量空气系数大于1，富氧环境，注定氧化剂富余，三元催化不适用，所以要么加入附加还原剂（SCR），要么增加过滤器（DPF），并且随着法规升级有两者共用的趋势，导致控制复杂（柴油机工况状态不单一，翻倍）。汽油分层燃烧也是种富氧燃烧（并且也需要喷射2次单缸循环），所以也采用的附加的后处理（LNT，NOX吸附系统），这东西并不好用，昂贵且复杂，所以目前在中国分层燃烧并不列入大力推广的技术
柴油系统的基本控制线路：油门/巡航-----扭矩结构-------然后分油路和气路控制两路
                                    油路控制-----喷油参数确定（按催化器状态不同产生不同的喷油次数，轨压，喷油正时，喷油量）------轨压控制（流量阀），喷油正时及喷油（喷油电磁阀）-----导入共轨系统控制
                                    气路控制-----进气量，EGR率确定（还是按催化器状态）------执行器控制（涡轮，EGR，节气门）
                                    
                                    

naclchen

grifva 发表于 15-5-2013 01:00
只能说各有各的难点，近年来由于排放法规越来越严格，控制越来越复杂，汽油采用直喷后，逐渐向柴油靠拢，柴 ...

grifva对柴油控制的总结相当精彩，鼓掌~~

针对汽油机的控制复杂度和柴油机的控制复杂度问题
我想从另外一个角度说明一下
首先铺垫一下：我本身是做底层驱动的，平时就是和各种关键执行器打交道
至于上层的策略控制，平时很少有机会接触到的
但是我本人对控制策略也是相当感兴趣的，但是由于项目权限问题，一直没有相关的资料进行学习
很多的策略东西都是在台架试验时问同事问出来的，也只是大概了解
所以，对于汽油机策略复杂性 和 柴油机的控制策略复杂性，我基本是没有发言权的

其次，从底层驱动的角度来看，汽油机驱动比柴油机驱动更复杂
拿喷油模块来说，我们现在最多可以支持单缸七次喷油
所以无论是汽油机喷油，还是柴油机喷油，我们提供的驱动代码都是一致的
也就是说，底层喷油驱动模块关注的就是最终的喷油数据
上层喷油控制策略的复杂度对于喷油驱动来说是完全透明的
同时，汽油机驱动和柴油机驱动的相同点还有：同步、曲轴、凸轮、油泵、爆震、线氧、失火等模块
这些模块也都能同时支持柴油机驱动和汽油机驱动
但是，汽油机控制却比柴油机控制多了 点火模块、VVT模块等
多出来的模块对于整个驱动的影响是很大的，使得整个驱动层的构架发生了变化
比如：VVT的移动会影响曲轴、凸轮的相位关系，从而会间接影响同步模块等等

所以，从底层驱动的角度来看，汽油机驱动需要考虑比柴油机驱动更多的因素
复杂度自然要比柴油机高了

就像grifva所述，现在汽油机正在往柴油机靠，柴油机也在向汽油机靠
未来，汽油机的驱动库和柴油机的驱动库可以进行融合（目前我们的融合进度还是很可观的）
上层的控制策略也许也会慢慢融合

所以，正如grifva所述，汽油机控制和柴油机控制各有各的关注点和难点

cwf1925

grifva 发表于 15-5-2013 01:00
只能说各有各的难点，近年来由于排放法规越来越严格，控制越来越复杂，汽油采用直喷后，逐渐向柴油靠拢，柴 ...

谢谢回复，学习到很多。我有查询一些柴油机控制原理的资料，但是一般都只介绍了喷油部分，根据工况获得相应的轨压，喷油脉宽和喷油正时。没有看到关于气路的介绍，是否因为柴油机是富氧燃烧，空气量一直保持在充足的状态下，而不关注气路控制？因为汽油机控制策略中充气模型是一个比较复杂和关键的部分。柴油机即使是富氧燃烧，是否也应该在对应的工况下采取不同的空燃比，确定进气量呢？汽油机是气路和空燃比决定喷油量，柴油机喷油量是查表所得，是否可理解为喷油量确定进气量，还是说是独立查表的？希望指点一下

cwf1925

naclchen 发表于 15-5-2013 17:30
grifva对柴油控制的总结相当精彩，鼓掌~~

针对汽油机的控制复杂度和柴油机的控制复杂度问题

非常感谢。我基本上接触了应用层的控制策略，底层驱动都是别的公司做好的，所以底层程序这块对我来说一直很神秘，觉得非常复杂。能不能稍微帮我详细解释一下，底层程序主要的关注点是哪些？我理解的是这样，传感器部分，比如接收曲轴脉冲信号，根据信号确定曲轴角度，压缩上止点位置，计算转速都是在底层程序中做的。执行器部分，比如喷油，控制策略最后输出的是脉宽，提前角，再通过转速计算关闭角度，那底层程序做的是根据这三个量来生成控制喷油电磁阀的占空比吗？是否是这样理解，能不能具体介绍一下，让我有个大概的概念。非常感谢！

naclchen

cwf1925 发表于 16-5-2013 15:11
非常感谢。我基本上接触了应用层的控制策略，底层驱动都是别的公司做好的，所以底层程序这块对我来说一 ...

底层驱动的基本工作流程和你描述的类似
但那些只是基本功能，还需要考虑更多的问题

对于一个好的底层来说，平台化是最终的目标，也是最为关心的问题
也就是说，不管是柴油机还是汽油机，使用一套代码，通过简单的配置，就可以实现驱动功能

有了这个目标，就需要考虑很多问题了
比方说：曲轴有60-2 30-2 36-6的， 凸轮有 N+1 N-1 和2L2S类型的
发动机在设计时候可能采用任意一种曲轴凸轮的组合
那么使用一套代码支持所有类型的发动机输入的话
就得考虑到上述各种情况的组合，抽取特征点，使代码可以通用
同时，可能还有新型的曲轴和凸轮出现，驱动层得做好可扩展的架构设计

失效问题也是需要重点考虑的，也是实现起来最难的部分
比方说，车在上路上走，导致曲轴信号毛刺儿很多，无法滤除
底层必须有处理这些毛刺儿的机制，否则毛刺儿多了，ECU会认为齿形不对而丢失同步，从而停机
这对于用户来说是无法忍受的
另外，起动是采用曲轴 + 凸轮的组合来判断同步
那么假设发动机有4根凸轮轴怎么办，使用哪一根进行同步？
假设你使用的那一根恰好坏掉了怎么办
再假设，发动机正常运行呢，曲轴传感器突然坏了怎么办
要是有凸轮跛行功能的话，使用哪一根做跛行
再假设，正在跛行的凸轮传感器坏掉了，怎么办

底层驱动就是想各种可能会出现的问题，并做出相应的方案应对
代码有很多行，但是真正实现基本功能的可能都不到20%

不知道你们公司使用的底层是哪个公司开发的
我接触过大陆的，做的很好
拿过来，经过简单标定，就可以直接控制发动机了
他们有专门的团队做底层驱动这一块，人数不少

cwf1925

naclchen 发表于 16-5-2013 15:40
底层驱动的基本工作流程和你描述的类似
但那些只是基本功能，还需要考虑更多的问题

这样，学习了。之前以为ECU硬件的实现方式比如里面的单片机的中断处理，还有CAN的封装解析也属于底层程序的。你好，再请问一下，如果是从头开发一款ECU的硬件，不考虑控制程序和底层驱动的话，是否还设计到软件开发的部分，比如哪些数据是放到rom里面，哪些数据是放到ram里面，CAN的封装和解析，这些东西是买单片机的时候都已经固化到里面的了吗？还是说需要自己写汇编语言来实现？还是说完整开发一套ECU，就是硬件电路+底层驱动+上层控制策略？

naclchen

cwf1925 发表于 16-5-2013 16:14
这样，学习了。之前以为ECU硬件的实现方式比如里面的单片机的中断处理，还有CAN的封装解析也属于底层程序 ...

是的，还需要有专门的软件开发部分的
主要也是看整个系统的构架

拿我们的构架为例，策略层负责整体的发动机控制
底层驱动又分 CDD（复杂设备驱动） 和 BSW（基础软件）
关于CDD个BSW的概念可以参见 AUTOSAR

AUTOSAR对很多组件都给出了标准，比如 OS CAN SPI等
有很多无法给出具体标准的全部都放在了CDD当中，这里主要是发动机各种关键传感器、执行器驱动模块
也就是之前帖子里所说的那些东西

其中，策略主要负责针对发动机的各种策略，包括扭矩结构、火路、气路什么的
CDD负责各种关键执行器的驱动和管理，当然也会有部分策略放在这一层做
BSW中包括OS、CAN、SPI、AD等，这些模块基本每一块单片机上都有，标准统一。
OS负责整个系统中的任务调度、中断管理等等

单片机在买来之后，ROM RAM 都是空的
具体的数据想放在ROM，还是放在RAM中
由项目决定，比方说VVT自学习完成，想把学习后的值存起来
项目会考虑放在ROM中实现掉电保存。具体的实施过程由编译器完成。

特别说一下BSW
能够提供BSW的厂商虽然有自己的实现方式，
但是由于接口什么的都已经被AUTOSAR统一了
所以，无论购买哪一家的BSW都能够用在自己的系统中
就像你去买电池，南孚的5号和华泰的5号是一样的
具体买哪一个由自己决定。要是想要耐久的，就买南孚。想买便宜的，就买华泰

目前一般的ECU都是 硬件 + BSW + CDD + APP 的结构
任何一块都有难点和关注点
需要各个方面的配合才能做好发动机控制的

wangmingji

自己开始学习这些了。

grifva

cwf1925 发表于 16-5-2013 14:52
谢谢回复，学习到很多。我有查询一些柴油机控制原理的资料，但是一般都只介绍了喷油部分，根据工况获得相 ...

在前几年确实是不关注的，但是毕竟过量空气系数和排放相关，随着排放日趋严格的今天，必须关注进气精确控制，另外催化器所需求的特殊工况，也要求加入流量控制，所以目前越来越多的柴油机加入空气控制部件，包括EGR，VGT/VGT(变截面涡轮）或是串联二级涡轮（奔驰最新的还有用3级的...)，以及节气门。
控制主要参数为进气量本身（独立查表）或是空燃比（按油量计算，独立查空燃比表，因为各工况不同），和EGR率，充气模型按各厂商控制方式不同依需要建立
采用空燃比闭环控制的话，需加宽氧传感器
控制机理是由油门确定扭矩，扭矩确定油量，油量确定进气量，但是闭环控制后，也需要根据反馈重新调整喷油的，因为显然油路的反应更快
可以说，在目前国内的柴油机开发，气路控制方式将趋向越来越完善

grifva

cwf1925 发表于 16-5-2013 15:11
非常感谢。我基本上接触了应用层的控制策略，底层驱动都是别的公司做好的，所以底层程序这块对我来说一 ...

我不太理解从哪个断点来区分底层和应用层
对于我来说，只要在ECU控制器的控制信号发出以前和开始处理传感器过滤信号的部分，就属于应用层了
比方说转速信号，把类正弦信号滤成方波的模块，不算应用，从方波开始，ECU标定线束传输时间差，和凸轮配气信号整合，中间一大堆计算然后对喷油器发出PWM信号，属于应用层，至于PWM信号发生单元怎么运行，就不算了。
我之所以认为柴油比汽油复杂的原因，是因为共轨系统本身的复杂性，共轨系统本身最多带3个执行器（IMV阀，喷油器电磁阀和高压轨泄油阀，过内的系统常省掉高压轨泄油），另外喷油器由于在极高压条件，电磁阀本身根本不足以驱动，需要采用执行放大的设计，间接驱动针阀，这又决定信号到喷油中间有很大迟滞（信号到针阀动作迟滞，针阀动作到喷油和停止喷油迟滞）。那么整个共轨系统，要设计程序解决如下问题：
1.油嘴喷油准确性，不同轨压针对固定油量的脉宽确定，并且需要消除制造公差的影响。由于轨压在轨管到喷油器的管路传输中存在压力波，也需要消除影响。这是油量修正
2.油嘴起喷点准确性和喷油结束点准确性，信号至执行器在整个寿命范围内的修正，这是正时修正
3.单循环由于多次喷油互相影响而产生的准确性修正,包括两方面，前次喷油针阀还没着床导致的下一次起喷点变化影响和前次喷油导致的轨压波动影响下次油量控制，这是多次喷油的复合修正
4.轨压控制和泄油控制准确性和精准性，轨压本身是必然波动的，需要针对各种喷油状况（瞬态，稳态）进行不同的轨压控制方式来最小化波动，另外泄油也需要通过专门的方式。
以上控制需和正时判断组合起来

cwf1925

naclchen 发表于 16-5-2013 17:00
是的，还需要有专门的软件开发部分的
主要也是看整个系统的构架

非常感谢，受益匪浅