柴油机高压共轨系统喷油量的控制方法研究

摘要

随着常规能源争夺战的愈演愈烈和环境问题的日益突显,世界人民都在为节能减排出谋献策。作为温室气体排放大户的内燃机产业也在稳步向前,朝着低污染、低油耗和高比功率输出的方向发展。二十世纪内燃机关键技术之一的高压共轨燃油喷射系统(以下简称共轨系统),以其显著的优越性成为了研究的焦点和热点,它的主要特点是能够灵活控制喷射正时、喷油压力、喷油量和喷油率;能够实现一个循环中的多次喷射;并且可以提供稳定高压的喷射燃油,提高燃油的雾化和燃烧效果。内燃机高压共轨系统能够接近实现理想的喷油规律,比常规喷油系统油耗低、排放少并增强了内燃机的动力性。　　本论文首先通过对某船用柴油机高压共轨系统物理结构进行详细分析,用MATLAB Simulink建立柴油机高压共轨系统仿真数学模型。为了提高仿真模型的计算精度,对复杂的高压共轨系统做了如下的简化:输油泵稳定供油,不考虑高压油泵到油箱的回油管各部件,对高压油泵至共轨管及共轨管至各喷油器盛油槽的高压油管做模型简化。建模时考虑了喷油泵、共轨管、喷油器的边界问题,各个模块分别列燃油连续方程,应用牛顿第二定律分析受力,得到受力方程和运动方程。然后设定相关参数,如柴油机转速,喷油脉宽、油泵参数、共轨压力等参数,进行仿真。分析仿真结果得出影响高压共轨系统喷油量和轨压稳定性的主要物理参数分别为喷油器的的结构和共轨管的压力容积,同时必须确保该柴油机模型的精确度,为下一步喷油量的控制打下基础。　　根据柴油机高压共轨系统数学模型的仿真结果,对整个高压共轨系统的控制方法进行分析研究提出启动前后不同的控制策略,在MATLAB/Simulink模型中增加喷油量和轨压补偿模块,并编写PID和模糊PID的控制模型,之后再对该系统进行仿真,说明模糊PID控制比传统PID控制喷油量误差减小,但是误差不在允许的范围内。因此采用了遗传算法对模糊PID的控制参数进行了进一步的优化,对优化后的模型进行Matlab仿真,得到了良好的控制效果。　　用Matlab中RTW模块将控制模型转换成C代码并导入ECU中进行硬件在环实验,在油泵试验台上搭建高压共轨系统,试验结果表明:稳态下轨压平稳,实际油压跟随性好,超调较小,喷油量误差维持在允许范围内。

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第一章 绪论

1.1前言

1.2 课题研究的意义

1.3国内外大功率柴油机电控高压共轨燃油喷射系统研究应用现状

1.4 现代电控柴油机控制方法的发展与应用

1.5 典型高压共轨系统

1.6 本文所做的工作

第二章 柴油机高压共轨系统模型的建立

2.1 高压共轨系统物理模型

2.2 高压共轨系统建模相关问题

2.3高压共轨系统数学模型

2.4 建模参数列表

2.5 本章小结

第三章 高压共轨系统喷油量的控制

3.1 控制逻辑分析

3.2 喷油量的控制

3.3 轨压控制

3.4 本章小结

第四章 高压共轨系统喷油量闭环控制器设计

4.1 PID控制

4.2 模糊控制

4.3 遗传算法

4.4 喷油量模糊PID控制器

4.5 基于遗传优化的喷油量模糊PID控制器

4.6本章小结

第五章 柴油机高压共轨系统控制算法仿真

5.1柴油机高压共轨系统仿真实现

5.2 高压共轨系统模型仿真结果分析

5.3高压共轨系统喷油量控制仿真分析

5.4控制程序自动代码生成

5.5 本章小结

第六章 柴油机高压共轨系统台架实验

6.1实验硬件设备

6.2 硬件在环实验台架

6.3 喷油量控制实验

6.4 本章小结

第七章 全文工作总结及展望

7.1本文工作总结

7.2 今后课题的展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果