电控共轨喷射系统降低柴油机排放的试验研究

摘要

人们生活水平的不断改善，对汽车综合性能的要求不断提高，伴随着越来越严格的排放法规，对柴油机提出了较大的挑战。柴油机有较好的动力性和经济性，但也有较高的NOx和烟度排放。通过电控共轨喷油系统来降低柴油机的排放是必然趋势。 本文在深入研究柴油机电控技术原理和特点，国内外研究现状和发展趋势的基础上，采用日本电装公司的ECD-U2高压共轨喷油系统，针对高压共轨电控技术原理和特点、对共轨柴油机电控系统中的控制策略作了相关的研究。针对常规PID的控制缺点，研究了模糊PID控制方法，并以喷油压力为例，对常规PID和模糊PID进行了仿真研究，仿真结果表明，模糊PID在阶跃响应性、鲁棒性和扰动抑制性方面均优于常规PID。 根据柴油机燃烧过程特点和排放控制要求，提出了适合高压共轨柴油机管理系统的基本控制策略和实现方式。通过对柴油机的运行状态进行划分，对不同运行状态给出相应控制算法，包括喷油量、喷油定时和共轨压力等参数的控制，实现了柴油机快速起动和平稳运转的要求。 利用直喷柴油机CA6DE成功改造安装了高压共轨系统，并构建一套完整的台架试验系统。利用在线标定软件以及数据采集和燃烧分析系统，初步完成了共轨系统最小运行MAP的标定工作。通过起动与怠速控制、调速控制、外特性试验等，验证了软件设计的可行性和可靠性，控制效果达到了预期要求。 利用正交实验法设计了试验方案，进行了大量台架试验，分析不同工况下燃油喷射压力和预喷射对排放和燃油消耗率的影响。结果表明，较高的喷射压力和较小的喷油定时可以降低排放；预喷射可以大幅降低NOx的排放，配合预喷射参数的优化，可以较好的实现排放和燃油消耗率的折衷优化。基于结果的分析，得出了不同工况下的优化点。相关试验结果表明，电控共轨系统具有提升柴油机性能和降低排放的巨大潜力。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的研究意义

1.2柴油机电控技术的发展

1.3高压共轨技术的发展现状

1.4柴油机欧洲排放标准分析

1.5柴油机技术的发展历程

1.6课题的研究内容和任务

2高压共轨电控喷油系统结构和工作过程分析

2.1日本电装公司ECD-U2电控系统

2.2高压油泵

2.3共轨管

2.4电控喷油器

2.5传感器

2.6本章小结

3基于PID的控制方法

3.1 PID控制器的原理

3.2模糊PID算法

3.3模糊PID和传统PID的仿真对比

3.4本章小结

4高压共轨柴油机系统控制策略

4.1现代内燃机对喷油系统的要求

4.2发动机状态管理

4.3喷油量及调速控制

4.4喷油定时的控制

4.5共轨压力的控制

4.6喷油率的控制

4.7起动工况控制

5不同控制参数对柴油机性能影响的试验研究

5.1台架试验环境与设备

5.2系统的标定

5.3共轨柴油机试验性能研究

5.4本章小结

6结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢