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GDI发动机共轨系统电磁阀建模与轨压控制

郭帅  
【摘要】:随着汽车保有量的增加,由汽车引起的能源消耗和环境污染问题已经成为了人们不得不面对的两个巨大挑战。为了实现节能减排的目标,人们提出了很多新技术来提高汽车发动机性能。汽油发动机缸内直喷(GDI)技术作为汽车节能减排的新技术之一受到了国内外工程师的广泛关注。 GDI发动机的共轨系统具有较高共轨压力,可以将燃油直接喷入气缸内,由此避免了进气道喷射汽油机的湿壁效应,使得发动机的工作效率更高。然而GDI发动机中共轨系统的压力波动会使发动机工作性能下降,严重时将损坏发动机,因此GDI发动机共轨系统的轨压控制问题是影响缸内直喷技术发展的关键问题之一。轨压控制的主要目的是得到较高且压力波动尽可能小的轨压。本文针对GDI发动机共轨系统的轨压控制问题,利用基于模型的控制器设计思想,设计了轨压控制系统。 根据共轨油路系统的结构特点,将其分为执行机构电磁阀与高压泵-共轨-喷油器两大部分。首先对执行机构–高压泵前端电磁阀进行了详细阐述,根据电磁阀的动作特性,将其分为“电”、“磁”、“机”三部分,并依次建立了各子系统的数学模型。接着,根据流体体积弹性模量公式,以流量为各部件的输入输出量,以压力为状态,依次给出了高压泵、共轨管、喷油器的状态方程。 然后,针对电磁阀系统的非线性特性,设计了基于反馈线性化理论的电磁阀控制器,与进油量控制器结合,构成了双闭环的轨压控制系统。 最后,为验证控制系统的有效性,分别在Simulink与AMESim仿真环境中搭建了GDI发动机共轨系统模型,并对模型进行了功能验模,经过调试,模型满足功能要求;随后同样在Simulink和AMESim仿真环境中搭建所设计的双闭环轨压控制系统,并在常值轨压与正弦变化的期望轨压下,进行了离线仿真,验证了控制系统的有效性。 针对GDI高压共轨系统的轨压控制问题,接下来可以对所设计的控制算法进行整理,可将反映系统特性的部分做成参数map,以满足工程应用的实时性要求。另外,共轨系统模型的参数只有部分取自真实数据,还需要更多实际数据,以改善模型的可信度。


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