缸内直喷汽油机轨压系统控制策略研究

摘要

缸内直喷汽油机具有极其优异的经济性、动力性、低排放，但实现方式带来了工况的复杂。为了实现缸内直喷汽油机的在变工况下的轨压控制，就必须依赖电控单元(ECU)应用层控制软件的设计。因此，轨压系统的控制策略是实现工况切换、实现低压燃油喷雾的良好雾化性与高压情况下防止超压的重点。轨压系统是一个具有强扰动的非线性动态系统，而缸内直喷汽油机的共轨压力的波动会影响喷油器喷油特性的改变，导致实际喷油量与期望喷油量直接的偏差，加大了轨压控制的复杂性。因此轨压系统的控制算法设计是消除轨压偏差实现轨压控制的良好跟随性的重点。
　　本课题研究设计缸内直喷汽油机的轨压控制策略和算法，并构建面向控制的缸内直喷汽油机共轨系统数学模型作为验证控制策略与算法的对象，利用MATLAB/Simulink软件建立与轨压控制相关的模型，利用试验数据对缸内直喷汽油机共轨系统的数学模型与控制策略进行验证。主要内容如下:
　　(1)轨压控制策略及算法设计。为了防止发动机变工况情况下对于轨压的影响，设计的轨压控制策略部分实现了不同工况下不同燃烧模式和轨压设定值Map的选择，得到当前工况下的轨压设定值;而针对轨压控制中实际轨压与轨压设定值产生的偏差，设计了PI控制算法计算轨压调整量;针对轨压系统在仿真过程中产生的静态偏移，采用轨压前馈控制算法计算了泵油补偿角以抵消静态偏移量。
　　(2)共轨系统数学模型建模。根据燃油压力的产生与传递的物理过程和共轨管的储油特性，高压电磁阀-高压油泵-共轨管-喷油器的燃油流量和压强关系，建立面向控制的缸内直喷汽油机轨压系统数学模型。在保证轨压数学模型合理准确地基础上，对于影响轨压较小的部分进行合理的简化。
　　(3)轨压模型与策略的仿真验证。比较分析怠速、稳态、加减速和加减负载工况下的仿真轨压、目标轨压与实际轨压偏差，验证了所设计的轨压控制策略与算法在怠速和稳态工况下的准确性与稳定性，以及轨压阶跃的响应性、跟随性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义与目的

1．3 缸内直喷汽油机轨压控制国内外研究现状

1．3．1 缸内直喷汽油机轨压系统建模

1．3．2 缸内直喷汽油机轨压系统控制算法与策略

1．4 本文主要内容

第二章 缸内直喷汽油机轨压控制策略与算法设计

2．1 缸内直喷汽油机轨压控制总体框架

2．2 缸内直喷汽油机轨压系统策略设计

2．2．1 轨压值的处理与过滤

2．2．2 轨压设定值的计算与范围限制

2．2．3 高压电磁阀(MSV)执行机构模块

2．3 轨压控制算法设计

2．3．1 轨压的前馈控制

2．3．2 轨压的反馈控制

2．4 本章小结

第三章 面向控制的缸内直喷汽油机轨压系统建模

3．1 缸内直喷汽油机轨压系统介绍

3．1．1 缸内直喷汽油机轨压系统物理结构

3．1．2 缸内直喷汽油机轨压系统原理

3．1．3 共轨系统基本建模原理

3．2 高压电磁阀模型

3．3 高压油泵模型

3．3．1 高压油泵工作原理

3．3．2 高压油泵物理模型

3．4 共轨管模型

3．4．1 共轨管工作原理

3．4．2 共轨管数学模型

3．5 高压喷油器模型

3．5．1 高压喷油器原理

3．5．2 高压喷油器数学模型

3．6 缸内直喷汽油机轨压系统模型仿真验证

3．6．1 高压电磁阀模型仿真

3．6．2 高压油泵模型仿真

3．6．3 喷油器模型仿真

3．6．4 轨压数学模型启动与瞬态稳定性和响应性的仿真验证

3．7 本章小结

第四章 缸内直喷汽油机轨压系统模型及策略的验证

4．1 轨压数学模型验证

4．2 轨压控制模型与策略联合验证

4．2．1 稳态工况验证

4．2．2 阶跃响应试验

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况