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高压共轨喷油控制策略及共轨管优化设计研究

裴海灵  
【摘要】: 电控共轨柴油机作为清洁节能环保型柴油机,在节能和环保意识日益增强的今天,已成为热力发动机的必然发展趋势。柴油机高压共轨喷油控制策略及共轨管的优化研究,对增强共轨系统运行稳定性、提高油量控制精确度、优化发动机整体性能、实现节能减排目标具有重要的现实意义。本文以“新一代轿车用节能环保高效内燃机研发”(国家“863”项目)和“清洁节能乘用车柴油动力系统的关键技术研发与应用”(国家科技支撑计划项目)等科研项目为依托,在广泛查阅相关文献的基础上,对高压共轨喷油控制策略及共轨管的多学科优化设计方面进行了较系统的研究,主要工作包括: (1)通过对现有的多次喷射协调控制进行分析,采用层次化结构分模块设计方法,将多次喷射协调控制分为环境层、限制层和设定层进行设计,基于自适应神经网络技术建立了多次喷射动态组合模型,并分起动、正常和关机三种工况对多次喷射动态组合模型进行了检验。 (2)提出了两次喷射间最小时间间隔的定义和计算方法,并基于高压共轨燃油喷射实验台、开放式电控单元及高速摄影技术,研究了两次喷射间时间间隔对燃油喷射雾化状况的影响。 (3)提出了基于神经网络的部分微分PID共轨压力控制方法,直接将发动机工况和所处环境状况与PID参数相关联,使共轨压力始终处于与发动机工况相对应的最佳状态,从而实现了对共轨压力的全工况实时动态控制,并有效降低了轨压波动。 (4)根据共轨管内压力波动情况,结合喷油器和高压油泵的工作原理,运用上次喷射结束至下次喷射开始间时间间隔和每次喷射电控与液压之间的时间延迟两个物理量,建立了基于前次喷射的喷油量压力波动修正算法,实现了每次喷射油量的平衡与优化。 (5)应用多学科设计优化方法,对共轨管多学科特性进行了分析,通过挖掘各种参数与最佳共轨容积间存在的理论关系,对共轨管进行了全局寻优,从而提高了共轨管运行的稳定性和经济性。 本文的主要研究结论有: ●建立的多次喷射动态组合模型具有较好的适用性,可满足ECU控制的需要。 ●两次喷射间时间间隔对燃油喷射雾化有重要影响,在本文的实验条件下,喷射频率为20Hz时燃油喷射雾化状况最佳。 ●提出的基于神经网络部分微分PID的共轨压力控制方法,具有必要的精度;该方法不仅提供了共轨压力控制的新手段,同时也为PID参数整定提供了新的思路,因而具有一定的理论价值。 ●基于前次喷射的压力波动修正算法,提供了喷油量补偿的一种新方法,对喷油量的调整具有较强的指导作用,可减少由于共轨压力波动导致的油量偏差,为控制参数的优化提供了依据。 ●采用多学科设计优化方法,使共轨管容积减小了1.07%,压力波动下降了16.7%,总质量减少了6.8%,有利于提高高压共轨燃油喷射系统的整体性能。 本文的研究成果已在GS-1000型高压共轨燃油喷射实验台上进行检验。结果表明,所开发的控制策略可以有效降低共轨压力波动和使各次喷射油量得到补偿,可使高压共轨燃油喷射系统的整体功能得到提升。 总之,本文的研究为高压共轨燃油喷射系统研发探索了新思路,其成果不但具有一定的理论价值,而且具有较好的应用价值。


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