液压式电控共轨系统燃油喷射控制策略及其燃烧特性研究

摘要

共轨式电控燃油喷射系统是提高发动机性能、减少有害物排放最有效的技术之一。本文采用HEUI喷油器，研制了液压式共轨系统，试验分析了其燃油喷射优于传统喷射系统的特点，并利用该系统控制喷油的灵活性，深入研究了不同喷油模式下两冲程发动机的燃烧和排放特性，充分利用各喷油模式的优点，提出了复合喷射控制策略，提高了发动机的综合性能。全文的主要工作如下： 以MC68HC08GP32微控制器为核心，研制了液压式共轨系统电控单元。该电控单元通过与微机通讯的方式，可直接实现喷油参数的在线调节和发动机运行工况的实时监控。电控单元采用模块化设计方法，控制功能通过软硬件的结合来实现。硬件为系统控制的基础，其关键部分为喷油器驱动电路。本文对喷油器的PWM驱动方法进行了试验分析，通过调节线圈电压、开启脉冲和PWM占空比等参数，实现了喷油器的快速启闭，同时降低了线圈功率损耗。电控单元软件为系统协调与控制的中心，本文详细阐述了进行双阶段喷射时，喷油正时和喷油量的确定方法，并对非线性的发动机采用串级控制方法实现了电子调速器功能，保证了发动机在各种工况下的转速稳定。 为了分析液压式共轨系统的喷油过程，利用Matlab软件建立了液压式共轨系统的数学模型，进行了系统仿真，研究了喷油过程中各腔压力的变化规律，并提出了利用智能开关型PID控制方法来实现共轨压力的调节，具有理论指导意义。在油泵试验台上利用长管法对HEUI喷油器的喷油规律进行了试验。通过与传统燃油喷射的比较，指出了该系统的特点：喷油过程不受转速和负荷影响，喷油规律可通过共轨压力和喷油脉宽的协调配合来进行控制。 将液压式共轨系统应用于1E150两冲程发动机，完成了系统的匹配，对单段早喷、标准喷射和双阶段喷射三种不同喷油模式进行了对比试验研究。试验结果表明，单段早喷产生均质压燃燃烧，NOx和碳烟排放很低，但发动机可达到的平均有效压力较小。标准喷射可使发动机运行于高负荷，但NOx和碳烟排放较高。着重针对双阶段喷射研究了第一第二次喷油正时、燃油分配率、共轨压力和扫气压力对发动机燃烧和排放的影响。第一次喷射的燃油产生均质压缩燃烧，NOx和碳烟排放低，第一次喷油正时对着火时刻无显著影响；第二次喷射的燃油在高温下继续燃烧，是NOx和碳烟的主要来源；燃油分配率越小，NOx和碳烟排放也越小；共轨压力越高，燃油雾化越好，碳烟排放显著降低；扫气压力增大，内部EGR量减少，缸内温度降低，会使燃烧滞后，NOx排放减少。通过优化双阶段喷射的各个参数，NOx-碳烟排放折中曲线得到明显改善。最后充分利用各喷油模式的特点，提出了小负荷采用单段早喷，中等负荷采用双阶段喷射，而高负荷采用标准喷射的复合喷射控制策略，实现均质压燃燃烧与传统燃烧的复合燃烧。在保证发动机动力性能的前提下，使排放性能显著改善。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章液压式共轨系统电控单元的设计

第三章电控液压式共轨燃油喷射系统仿真计算

第四章电控液压式喷油器燃油喷射特性试验

第五章液压式共轨系统喷射控制策略及其燃烧研究

第六章全文总结及进一步工作展望

创新点说明

参考文献

致谢

攻读博士期间发表的学术论文与申请发明专利