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高压共轨柴油机瞬态工况特性及控制策略的研究

廖亮宇  
【摘要】:柴油机的瞬态工况是柴油机从一个稳态工况切换到另一个稳态工况的过渡工况,期间柴油机的转速或转矩随时间不断变化,典型的瞬态工况包括起动、加载、加速等工况。在汽车的日常行驶中,尤其是在城市道路上,柴油机大部分时间都运转在瞬态工况下,而瞬态工况下柴油机的排放、热力学及动力学等诸多特性与稳态工况相比存在巨大的差异,车用柴油机的严峻工况往往出现在瞬态工况期间,而且瞬态工况污染物排放中的某些成分要高于稳态工况。由于国家要求从2015年1月1日起全面施行国Ⅳ排放标准,且从国Ⅳ阶段开始要求对柴油机瞬态工况的污染物排放进行强制认证,因此深入研究柴油机瞬态工况的特性,设计合理且有效的瞬态工况控制策略,对改善柴油机的瞬态性能是十分必要且紧迫的。为改善柴油机的瞬态性能,对起动、加载和加速3个典型的瞬态工况的特点进行了描述,并从发动机的系统延迟、缸内过程、动力学因素和排放机理等方面对柴油机瞬态工况的特性进行了系统的分析。在此基础上,结合柴油机高压共轨电控技术,研究了瞬态工况的起动控制、转矩结构、喷射控制和轨压控制的控制策略,通过MTALAB/SIMULINK软件建立了瞬态工况的控制模型,并将生成的嵌入式C代码下载到自主研发的开发ECU中。在对其中的关键MAP进行标定之后,在YN30CR高压共轨柴油机上用起动、加载和加速3个典型的瞬态工况对瞬态工况的控制策略进行了台架试验验证。台架试验的验证结果表明:在这3个瞬态工况中,发动机的运行状态值、计算的转矩值、喷油量、喷射参数和轨压等控制参数的变化都符合控制策略的设计要求,转矩和转速等运行参数也都符合发动机的运转特性,发动机表现出了较好的响应性能和稳定性能,说明所设计的控制策略是有效且合理的。


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