高压共轨柴油机国产芯片控制系统研究

针对现有高压共轨柴油机电控单元高度依赖进口芯片、自主不足的问题,提出了基于全国产芯片的高压共轨柴油机电控单元方案。所设计的国产控制单元选用兆易创新的GD32F450芯片为控制核心,承担发动机数据采样、处理、存储与控制任务。首先,采用Boost升压电路提供喷油器峰值电流,利用分立器件设计双边驱动与电流反馈电路,在不依赖进口专用芯片的条件下,对喷油器驱动电流进行闭环控制;然后,基于FreeRTOS操作系统,开发高压共轨柴油机底层驱动软件,实现对不同任务调度周期的精准控制;最后,对所设计的电控单元进行了实验验证。结果表明,所设计的国产高压共轨柴油机电控单元功能齐全、工作稳定,双边驱动电路典型峰值电流为22 A,维持电流为10 A,最小喷射间隔时间为200μs,多次喷射性能与Bosch系统相当。发动机不同转速条件下任务调度周期精准、实时性好,研究证实了高压共轨柴油机电控单元全国产化方案的可行性,对推动发动机电控技术自主可控提供了有益参考。

预喷参数对轻型车用高压共轨柴油机振动影响

以某一轻型车用四缸高压共轨柴油机为研究对象,研究了预喷参数对柴油机整机振动的影响。在不改变柴油机零部件的前提下,改变预喷油量和主、预喷时间间隔,对比分析各参数下柴油机整机的振动情况。试验结果表明:随着预喷油量的增加,整机振动变大。怠速工况下预喷对整机振动影响更为明显。预喷油量的确定必须要由主、预喷时刻以及循环喷油量共同决定才能实现减振;存在最佳主、预喷时间间隔使整机振动最小,并且这一时间间隔与喷油量及主喷时刻相关。

共轨柴油机燃用不同配比生物柴油的性能与排放特性

对某共轨柴油机燃用石化柴油、生物柴油及其混合燃料的动力性、经济性和排放特性进行了研究。在未对原机做任何改动的情况下,分别燃用了0%、5%、10%、20%和100%的5种不同体积配比的餐饮废油制生物柴油与石化柴油的混合燃料,分析比较了不同生物柴油配比对发动机功率、燃油消耗率,以及CO、HC、NOx和烟度排放的影响。研究表明:共轨柴油机燃用生物柴油与石化柴油混合燃料后,功率略有下降,燃油消耗率有所上升;烟度、CO和HC排放减少,且随着生物柴油掺混比例的升高而降低;NOx排放上升,且随着生物柴油掺混比例的升高而增加。

高压共轨柴油机高海拔全负荷标定

高原标定是高压共轨柴油机开发过程中的重要环节.利用高海拔(低气压)标定试验系统进行了高压共轨柴油机不同海拔下的全负荷标定试验,研究了最佳喷油参数随海拔的变化,并进行了高压共轨柴油机不同海拔下的功率试验.研究结果表明,最佳循环喷油量随海拔的增加而减小,海拔每升高1 000,m,循环喷油量下降2%～4%;中高转速下最佳喷油提前角和轨压随海拔的增加而增大.海拔每升高1 000,m,最大转矩降低2.8%,标定功率下降2.9%.不同海拔下柴油机速度系数保持不变.不同海拔中高转速燃油经济性基本保持不变,低转速下燃油经济性恶化,海拔每升高1 000,m,低转速下燃油消耗率增加3.9%.

高压共轨柴油机高海拔(低气压)燃烧特性

利用内燃机高原环境模拟试验台,对经过高海拔标定后的高压共轨柴油机进行了外特性试验,重点研究了高原环境条件(0～5,km)对低速和高速燃烧特性的影响.结果表明:该柴油机在低速下平均指示压力、最高燃烧压力、最大压力升高率和放热率峰值均随海拔的增加而减小;海拔每升高1,km,上述燃烧参数分别平均降低6.83%、7.03%、4.00%和3.92%.低速下最高燃烧压力点、放热率峰值点和放热率重心随海拔基本保持不变,最大压力升高率点后移.高速下平均指示压力和放热率峰值随海拔的增加而减小,海拔每升高1,km,分别降低2.59%和2.00%;最高燃烧压力随海拔基本保持不变,最高燃烧温度随海拔的增加而增高;最高燃烧压力点、最高燃烧温度点和放热率峰值点以及放热率重心前移.在高海拔高速工况下发生了燃烧压力振荡,造成噪声和机械负荷增大.

共轨柴油机起动油量和主喷提前角对起动特性的影响

为研究起动油量和主喷提前角对起动特性的影响,以Bosch第二代高压共轨燃油喷射系统为基础,建立了高压共轨试验测控系统,进行了试验研究,并总结出起动油量和主喷提前角对起动时间和排放的影响规律。试验结果表明:起动过程的起动时间随着起动油量的增加先减小后增大,HC排放随着起动油量的增加而增大;随着主喷提前角的变化存在一个主喷提前角使起动性能最佳,过大或者过小的主喷提前角都会使起动时间增大,HC排放增多。

高压共轨柴油机故障诊断系统控制策略研究

基于高压共轨电控柴油机分析了柴油机电控单元故障诊断系统的工作原理,结合车载故障诊断系统的国际标准和电控系统模块化的设计思路,提出了针对各子模块的故障诊断控制策略,并完成了故障诊断模块的设计。通过对主要应用参数的标定,利用ETAS公司的ASCET软件实现控制策略的模拟仿真并在某型号高压共轨柴油机上进行台架试验。试验结果表明:采用控制策略可有效地实现柴油机的故障诊断。

高压共轨柴油机轨压复合控制策略的研究

通过对高压共轨柴油机轨压控制的需求分析,设计了一种串级控制和开环控制自动切换的复合控制策略,串级控制的主控制器采用可变PID的控制方式,具备了柔性控制的特征。利用ETAS公司的ASCET软件平台开发实现了轨压控制策略,借助该公司的ES1000硬件、INTECRIO软件,在以飞思卡尔的MC33886为高压泵电磁阀主驱动芯片的自制驱动电路基础上进行了台架试验。研究结果表明:该轨压控制策略能够满足控制需求,轨压响应快速、准确,解决了轨压控制随发动机工况的变化而改变的柔性问题。

高压共轨柴油机起动过程喷射控制参数的匹配研究

高压共轨系统起动过程控制参数多,控制自由度大,对控制参数的匹配标定和优化是一项复杂且耗时的工作。在外界温度11℃、大气压力100 kPa的条件下,以降低HC排放和缩短起动时间为优化目标,采用正交试验法对1台高压共轨柴油机起动过程的喷射控制参数进行了匹配研究。通过分析正交试验结果,确定起动油量和主喷提前角的影响最大,其余的参数影响相对较小,并得到了喷射控制参数的优化组合:起动油量20 mg/cyc、主喷射提前角上止点前10°CA、共轨油压30 MPa、预喷油量2 mg/cyc、预喷时间2 000μs。试验证明采用正交试验方法可以提高匹配优化效率。

SOFIM电控共轨柴油机高海拔性能模拟

为提高电控高压共轨柴油机的高原环境适应性,在内燃机高原环境性能模拟试验台上,对不同模拟海拔下的SOFIM8142.43s电控高压共轨柴油机性能进行了试验研究.结果表明:SOFIM8142.43s电控共轨柴油机进气量和充量系数随海拔升高而减少,海拔每升高1.000.m,进气量和充量系数分别下降7.1%和4%;低速和高速区的动力性和经济性随海拔升高而恶化,海拔5.000.m与0.m相比,1.400.r/min时,功率和转矩下降了67.6%,燃油消耗率增加了38.5%;3.600.r/min时,功率和转矩下降了31.6%,燃油消耗率增加了32.9%;经济区域随海拔升高而变窄,排气温度呈现出二次曲线的变化,其峰值随着转速的升高向大负荷方向移动.

微粒捕集器对高压共轨柴油机超细微粒捕集特性

针对高压共轨柴油机试验研究了不同转速及燃料种类下带催化剂涂层的微粒捕集器(DPF)安装前后的微粒粒度分布特征,分析了PDF对于不同粒径超细微粒捕集效率的影响规律。研究结果表明:燃用石化柴油和生物柴油(BTL)时,DPF安装前后微粒数量浓度分布曲线均呈双峰结构;DPF对微粒的捕集效率与发动机的转速及粒度分布特征相关,其对核态及超细微粒的捕集效果较好;中、小负荷工况下,DPF对超细微粒的捕集效率均达75%以上,随转速、负荷增加,对不同模态微粒的捕集效率降低,同时高捕集效率所对应的微粒粒径减小;与石化柴油相比,发动机燃用BTL时排气微粒中核态微粒所占比例较大,DPF具有较高的微粒捕集效率,尤其在大负荷工况下捕集效率明显高于石化柴油。

共轨柴油机启动控制研究

在自主研制的基于MPC 555的32位电控单元基础上,将柴油机的启动过程分为启动初期、启动加速期、启动过渡期和转速闭环控制期4个阶段来分别控制。根据各个阶段的特点来优化启动油量、轨压和喷油提前角等参数,控制更为精细。在一台4缸共轨柴油机上进行了启动参数优化试验,试验结果表明:优化后的柴油机启动响应快、平滑性好、转速超调小。

高压共轨柴油机起动过程特点与优化方法的研究

提出了高压共轨柴油机起动过程中的共轨压力建立、转速升高过程和动态烟度三方面的特点,并以排气烟度为优化目标,提出了按转速进行分阶段考察和采用正交试验方法对起动过程喷油参数进行标定和优化的方法。试验是在一台6缸6HK1高压共轨柴油机上进行的。

F-T柴油对电控高压共轨柴油机燃烧特性的影响

在满足国Ⅲ排放的电控高压共轨柴油机上,对比研究了燃用F-T柴油和普通柴油的燃烧特性.在柴油机预、主喷射脉宽未做调整情况下,F-T柴油的滞燃期较柴油明显缩短,预喷射放热峰值明显低于柴油.主喷射时F-T柴油较柴油先着火现象不明显,但两者放热峰值相差不大.F-T柴油的预喷射燃烧持续期较柴油大幅缩短,主喷射时相差不大.后喷射时,F-T柴油先于柴油着火,放热峰值与柴油相当,燃烧持续期略低于柴油.同柴油相比,预喷射时F-T柴油的最高压力升高率明显降低,而主喷射时F-T柴油高于柴油,但只有预喷射时的20%左右.整个燃烧过程柴油缸压略高于F-T柴油.另外,F-T柴油的外特性扭矩略有下降,有效燃油消耗率较柴油平均降低了7.1%,有效热效率平均提高了4.5%.

高压共轨柴油机32位电控单元及其可靠性设计

为了实现对高压共轨系统喷射压力、喷射定时及喷油量的灵活控制 ,开发了基于 32位高性能单片机的电子控制单元 (ECU)。该 ECU按照模块化原则进行设计 ,同时为了保证能在恶劣的环境下稳定、可靠地运行 ,在可靠性设计方面采取了较多的措施。抗干扰测试结果表明 。

基于多项式回归模型的高压共轨柴油机的标定

在低气压模拟试验台上进行了高压共轨柴油机模拟海拔5 000m环境的全因子试验。基于试验数据建立了转矩、燃油消耗率和排气温度的含4次交叉项的4阶多项式回归模型,其模型拟合残差率的绝对值均值分别为0.171%、0.140%和0.223%,表明模型具有较好的拟合能力。在此基础上,利用遗传算法优化获得了最佳喷油参数,实现了高压共轨柴油机基于模型的标定。

GTL添加比例对高压共轨柴油机微粒排放粒度分布的影响

针对高压共轨增压中冷柴油机燃用不同添加比例的GTL/柴油混合燃料微粒排放进行了试验研究,分析了天然气合成油(GTL)添加比例对柴油机稳态工况及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬态工况微粒排放粒度分布的影响规律,揭示了稳态及瞬态工况微粒排放粒度分布的差异.结果表明,对于不同GTL添加比例的混合燃料、最大转矩对应转速(1,600,r/min)下,微粒数量浓度分布曲线均呈单峰结构,峰值粒径位于50～100,nm.与燃用石化柴油相比,对稳态工况、在中小负荷时燃用适当GTL添加比例的混合燃料能够降低总微粒及核态微粒数量浓度,随GTL添加比例增大则总微粒及核态微粒数量增加;在大负荷工况下,燃用GTL/柴油混合燃料时总微粒及核态微粒数量浓度降低效果不明显,积聚态微粒数量浓度则随GTL添加比例增大而增加.等空燃比瞬态工况下不同模态微粒数量浓度均高于对应稳态工况,但随GTL添加比例的增加,有助于降低瞬态工况总微粒及核态微粒排放数量.

基于近似模型的共轨柴油机喷射系统参数优化研究

基于试验设计理论和响应面近似模型对高压共轨柴油机喷射系统参数进行了优化设计。对FIRE软件中的喷雾与燃烧仿真模型进行了校核与验证,得到了KH-RT喷雾破碎模型参数C2与喷嘴结构参数的关系式,提高了模型的仿真精度。运用中心复合法设计了优化参数的试验计算矩阵,利用FIRE软件进行数值计算。用响应面近似模型技术构造了以经济性为主的综合优化目标函数。利用全局优化与局部优化相结合的优化方法对该近似模型进行了寻优,得到了喷射系统参数的最优组合,大幅度减少了共轨柴油机喷射系统参数设计试验的工作量。与原机相比,经过优化的柴油机燃油消耗率降低了5%,NOx和碳烟排放分别降低了10%和18%。

共轨柴油机燃用生物柴油限制与非限制排放特性

在高压共轨柴油机上对生物柴油混合燃料（源自食用废油）的排放物进行了研究。结果表明，限制性气体排放中，随着生物柴油混合比例的增加，NOx的排放量明显升高，同时在氧化催化器后NOx中的NO2体积分数也逐步增大；烟度则随着燃料混合比例的增加呈线性下降。非限制性气体排放中，外特性工况下的生物柴油混合燃料的乙醛排放量随混合比的增加而降低；SO2气体排放量也随着燃料混合比例的增加逐步下降，纯生物柴油可降低20％～60％。生物柴油的颗粒粒径分布表明，生物柴油的核态纳米颗粒对混合燃料的硫含量非常敏感，由于纯生物柴油硫含量低，故可以有效降低颗粒的总数量浓度。

喷油速率匹配喷油提前角对超高压共轨柴油机性能影响的仿真研究

在介绍可变喷油速率实现方法的基础上,建立了单缸超高压共轨柴油机的计算模型,并利用试验验证了模型的准确性,而后通过模型分析了不同喷油速率和喷油提前角对超高压共轨柴油机性能的影响。结果表明:通过调整超高压共轨系统中电控增压器和喷油器电磁阀的开启时间,可以实现喷油速率的柔性可调;随着增压时间的滞后,柴油机缸压、缸温、放热率以及NO_x排放均下降,而soot排放上升。超高压矩形喷油速率可使柴油机获得最好的动力性和经济性。随着喷油提前角的增加,柴油机缸压、缸温、放热率以及NO_x排放均上升,而soot排放先下降后上升,太小或太大的喷油提前角都会降低柴油机的动力性和经济性。高喷油速率方案匹配较小的喷油提前角能提升柴油机的动力输出并降低燃油消耗,且每种喷油速率都存在一个最优的喷油提前角,使柴油机性能达到最佳。