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车用高压共轨柴油机燃油系统控制及故障监控策略研究

任卫军  
【摘要】: 电控高压共轨柴油机作为节能环保发动机,在节能与环保意识日益增强的今天,已成为车用发动机的一种必然选型。其喷油控制与故障监控策略的研究,对提高燃油喷射控制精度、实现节能减排目标、提高发动机运行稳定性与可靠性以及优化发动机整体性能具有重要的现实意义。本文以国家863项目“新一代轿车用节能环保高效内燃机研发”和国家科技支撑计划项目“清洁节能乘用车柴油动力系统的关键技术研发与应用”等科研项目为依托,在广泛查阅相关文献以及借鉴国外同类产品的基础上,对高压共轨柴油机燃油系统控制与故障监控策略进行了系统深入地研究。 主要工作与创新点包括: (1)在详细论证和分析高压共轨柴油机上传感器与执行器特性的基础上,设计了基于新一代90纳米32位PowerPC 5600系列MPC5634微控制器为核心的电控系统硬件平台;建立了基于组件分层模型的软件体系结构,详细论述了各层功能及相互关系。为控制策略实现建立了良好的软硬件平台。 (2)采用一种新的长齿与短齿相结合的4+4齿盘形状凸轮轴,利用模式匹配方法快速实现位置同步,当凸轮轴或曲轴发生故障时,分别采用测试喷射与模式识别方法完成“跛行回家”控制下的位置同步;使用置信区间预估方法对曲轴和凸轮轴信号进行了动态正确性检测;对不同工况下柴油机转速计算策略进行了讨论。提出的模式匹配方法可在180度曲轴转角内快速实现位置同步。 (3)提出了基于遗传算法的非线性PID共轨压力控制新方法,增加了积分分离与轨压预控制技术,给出了共轨压力在不同柴油机工况下的控制策略和实现方法。实现了在不同工况下对不同共轨压力变化的最佳控制,使轨压的控制偏差在1.5%以内。 (4)提出了基于发动机转矩计算喷射油量的新方法;建立了基于6次喷射的喷射协调控制模型;对各次喷射的喷射时长与喷射提前角,采用基础数据标定再加环境因素修正的计算策略;利用自行设计的通用标定软件对控制策略中的脉谱数据进行了标定。 (5)针对发动机故障监控提出了基于分层模式的新思路,讨论了各层监控的内容,针对每层中的典型故障,给出了监控策略和具体实现方法,建立了完善的发动机故障监控体系。 (6)对诊断出的故障在故障管理系统下集中管理;引入故障去抖与自愈概念,论述了基于时间与事件的去抖和自愈策略;引入函数标识码概念,采用建立故障禁止列表、函数标识码冲突列表与动态优先级列表的方法,实现了发动机故障下的跛行控制;为了能与车用故障诊断议进行数据交换,按照OBD排放法规的相关标准,设计了故障信息的存贮与读取方法。 本文研究成果已在AVL台架上针对DK4A柴油机进行了验证。结果表明,由上述喷油策略控制的试验样机,其排放基本达到欧Ⅲ标准,功率特性接近原装ECU的控制水平;提出的故障监控策略及故障管理方法使发动机运行的稳定性与可靠性得到了较大的提升。总之,本文的研究为高压共轨柴油机电控系统的研发探索了新思路,其成果不但具有一定的理论价值,而且具有较高的应用价值。


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