缸内直喷汽油机智能起停关键技术研究

摘要

现如今汽车发动机能耗和废气排放问题已成为全球关注焦点，智能起停技术具有显著的节能减排效果，缸内直喷汽油机是未来汽油机的主导发展方向，因此通过利用缸内直喷汽油机结构的特殊性来实现智能起停技术具有重大应用价值；怠速停机控制策略和起动机辅助首循环燃烧起动技术是缸内直喷汽油机智能起停技术的两大关键技术，都是有待进一步研究的课题。　　本文首先针对当前怠速停机控制效果不是很理想的现状，将前方车辆与本车的部分车况信息作为停机判断依据，运用模糊控制理论，制定基于模糊控制的怠速停机控制策略；在MATLAB环境下对模糊控制器进行设计，并在SIMULINK环境下分别对基于模糊控制的怠速停机控制策略和现有的怠速停机控制策略进行仿真对比研究。其次，由于起动机辅助首循环燃烧起动工况与平常冷起动或者热起动都不同，为使首循环第一缸（处于压缩冲程的气缸）能够成功点火并稳定燃烧，运用仿真软件对混合气形成情况进行模拟研究；采用CATIA软件和FIRE软件对三菱4G15汽油机建立模拟平台，对热机工况首循环第一缸的混合气形成情况进行模拟，并分析不同的喷油定时对缸内浓度场的影响，为不同的活塞初始位置优选出混合气形成情况较好的喷油定时。主要研究结论如下：　　（1）基于模糊控制的怠速停机控制策略可以满足及时自动停机的要求，与现有的怠速停机控制策略相比，它能更早更及时地使发动机停机，还能够避免不必要的停机。　　（2）对于150°CA BTDC、120°CA BTDC、90°CA BTDC及60°CA BTDC这四种活塞初始位置，当喷油定时为40°CA BTDC或50°CA BTDC且喷油量适中时，缸内混合气的形成情况较好，火花塞附近混合气的燃空当量比符合点火燃烧浓度要求，发动机可以实现点火，且可燃混合气都围绕着火花塞分布，有利于稳定燃烧；当活塞初始位置为30°CA BTDC，喷油定时为20°CA BTDC且喷油量适中时，火花塞附近的可燃混合气分布区域相对较小，但燃空当量比符合点火燃烧浓度要求，发动机可以实现点火燃烧。　　（3）对于其它活塞初始位置，当喷油时刻在20°CA BTDC-60°CA BTDC之间且喷油量适中时，火花塞附近容易形成大量可燃混合气，发动机容易实现点火燃烧。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 汽油机缸内直喷技术

§1.3 GDI汽油机智能起停技术

§1.4 GDI汽油机智能起停关键技术

§1.5 GDI汽油机智能起停关键技术研究现状

§1.6 本文研究内容

第二章 基于模糊控制的怠速停机控制策略研究

§2.1 模糊控制基本原理

§2.2 怠速停机控制系统功能分析

§2.3 怠速停机控制策略的制定

§2.4 模糊控制器的设计

§2.5 基于模糊控制的怠速停机控制策略逻辑判断过程

§2.6 仿真模型的建立及分析

§2.7 小结

第三章 GDI发动机热机工况首循环第一缸模拟基础

§3.1 数值计算模型的选择

§3.2 计算方法的选择

§3.3 计算模型的建立

§3.4 计算初始条件和边界条件

§3.5 仿真模型的验证

§3.6 小结

第四章 热机工况首循环第一缸混合气形成情况模拟研究

§4.1 成功点火燃烧的必要条件

§4.2 计算参数设置

§4.3 仿真结果分析

§4.4 小结

第五章 总结与展望

§5.1 研究工作总结

§5.3 工作展望

参考文献

作者在攻读硕士期间主要研究成果

致谢