基于LQR的高压共轨系统喷油量观测器设计

为了实时获取燃油喷射信息,提出了一种基于线性二次型调节器(LQR)控制的循环喷油量闭环观测方法.根据燃油流动过程机理,建立了瞬时共轨压力与喷油率的动态数学模型,设计了基于状态空间模型的喷油规律闭环观测器,采用LQR方法设计了反馈增益,并分析了目标函数中的加权矩阵对观测器跟踪性能的影响规律.最后,利用仿真及试验对闭环观测性能进行了验证,结果表明:喷油量观测值与实际值误差小于5%,该闭环观测器可以实现喷油量的准确观测,对于高效、精确灵活的燃油喷射控制具有重要的应用价值.

预喷油量对甲醇-柴油双燃料发动机燃烧特性影响试验

【目的】通过一台高压共轨直列四缸柴油发动机改造的甲醇-柴油双燃料发动机进行试验,研究预喷油量对甲醇-柴油发动机燃烧特性的影响。【方法】选取1800r/min,30%和70%负荷,20%~40%掺烧比工况,调节不同预喷油量,采集各个仪器的实时数据,分析缸内平均压力、压力升高率、瞬时放热率、滞燃期和平均温度随预喷油量的变化。【结果】30%负荷,CCR超过30%,预喷量增大,主喷滞燃期延长,主喷燃烧阶段前期受柴油雾场燃烧主导,此负荷下引入预喷能有效改善发动机工作噪声,但预喷量的影响不高;70%负荷,CCR超过30%,预喷量的增大,主喷滞燃期明显缩短,主喷燃烧阶段前期受甲醇-空气均质压燃主导。【结论】30%和70%负荷,大掺烧比的工况尽量不采用预喷或采用较小的预喷柴油量来降低NOx的排放。

低转速工况下喷油量对柴油机缸内压力振荡和排放特性的影响

缸内压力高频振荡现象对发动机低速、低负荷起动过程的燃烧稳定性、运行可靠性和排放物水平有着重要影响。为探明在柴油机低转速工况下喷油量对缸内压力振荡和排放特性的影响规律,基于单缸柴油机试验平台获取了低转速工况(800 r/min)下,喷油压力为40 MPa,喷油脉宽为3500~6000μs时的缸内燃烧压力、放热率、平均指示压力以及NO_(x)和Soot排放量。试验结果表明:在低转速工况下,随着喷油量的增大,缸内压力峰值逐渐增大;压力高频振荡的幅值呈现先增大后减小的非单调变化规律,当喷油脉宽为5000μs时,缸内压力高频振荡幅值达到最大值0.84 MPa。缸内燃烧放热各指标如压力升高率、放热率、滞燃期和平均指示压力与缸压振荡的变化规律呈现高度一致性,缸内压力振荡最大值大致对应上述指标的最佳值。适当强度的缸压振荡有利于缸内燃烧效率的提高。此外,随着喷油量的增大,Soot的排放量呈现两阶段非线性增加的变化规律,NO_(x)的排放量呈现先增大后减小的非单调变化规律,增加喷油量与缸内压力振荡导致的缸内当量比浓度转变造成了上述变化。

共轨系统喷油量偏差及压力波动的抑制研究

为有效对喷油器入口处产生的压力波动进行抑制,采用新型阻尼滤波器进行压力波动控制效果的试验研究。在不同滤波器容腔体积、喷射控制策略和轨压下,研究在长度更长、直径更小的高压油管中的滤波效果。研究表明:添加滤波器后,单次喷射控制策略下可有效减小喷油量波动幅度。多次喷射控制策略下,预主喷策略下,容腔体积为1720 mm^(3)时的主喷油量偏差幅度比容腔体积0 mm^(3)时的主喷油量偏差幅度减小55.0%~67.9%;主后喷策略下,容腔体积为1720 mm^(3)时的后喷油量偏差幅度比容腔体积0 mm^(3)时的后喷油量偏差幅度减小80.8%~82.5%。预主喷策略下,容腔体积为1720 mm^(3)时的主喷油量波动幅度仅比容腔体积28000 mm^(3)时的主喷油量波动幅度分别增大了0.2 mg、0.4 mg和0.3 mg;主后喷策略下,容腔体积为1720 mm^(3)时的后喷油量波动幅度仅比容腔体积28000 mm^(3)时的后喷油量波动幅度分别增大了0.3 mg、0.4 mg和0.7 mg。

高功率密度柴油机大喷油量喷雾撞壁燃烧特性研究

动力技术的快速发展对动力系统的功率密度的要求越来越高,其中高功率密度柴油机应用场景广泛,对于提升我国农用机械、重型工程机械等动力系统技术水平至关重要。高功率密度柴油机需要大喷油量在有限燃烧室空间内的快速燃烧,这就需要提高燃油喷射压力,大量燃油喷雾撞壁燃烧现在不可避免。采用数值模拟的方法研究了大喷油量喷雾撞壁燃烧现象:喷雾撞壁燃烧和自由喷雾燃烧特性相比,适当的喷雾撞壁距离有利于改善燃烧,撞壁距离过短,出现燃油喷雾过早撞壁现象,不利于燃油喷雾在燃烧空间的扩散,油气混合质量变差,导致燃烧恶化。喷雾撞壁也会强化喷雾和空气混合过程,45 mm的喷雾撞壁距离有利于提高燃烧速度;壁面温度升高着火时刻提前,soot生成增多,后燃严重,燃烧持续期变长,不利于燃烧效率的提升。

高喷油速率共轨系统喷油量偏差研究

随着柴油机行业对低油耗的持续追求和排放标准变得更加严格,要求高压共轨喷油系统的燃油喷射控制更精准,研究喷油量偏差具有重要意义。搭建高喷油速率共轨系统的试验平台,并建立仿真模型,研究该系统在不同数值范围的结构参数及不同工况条件下的喷油量偏差。仿真分析该系统喷油量偏差的影响因素及变化规律,并得到如下结论:当进油节流孔直径为(0.22±0.002)mm、出油节流孔直径为(0.28±0.003)mm、控制柱塞直径为(4.3±0.03)mm、针阀半锥角为(30.5±3)°可以实现40 MPa轨压和0.4 ms喷油脉宽工况条件下喷油量偏差率绝对值不大于8%;当针阀密封直径为(2.4±0.06)mm、针阀弹簧预紧力为(32±4)N、压力室入口直径为(1.5±0.15)mm,能够实现40 MPa轨压和0.8 ms脉宽工况条件下喷油量偏差率绝对值不大于8%,当喷孔直径取值范围为(0.24±0.02)mm,能够实现180 MPa轨压和0.8 ms脉宽工况条件下喷油量偏差率绝对值不大于8%。

燃油种类和结构参数对喷油器压力波动和喷油量影响

采用高压共轨燃油喷射系统的柴油机可以准确控制燃油的喷射量,精确控制燃油喷射过程。采用AMESim搭建仿真模型,仿真模拟了不同的燃油和工作种类对喷油器压力波动和喷油量的影响。研究结果表明,使用RME燃油会降低喷油量;管道直径越小压力波动越大,喷油量越少;喷油脉宽越小,压力波动越小,喷油量越少。研究结果对燃油的选择和喷油器的关键部位设计具有一定的参考价值。

基于废气氧体积分数修正喷油量的试验研究

为提高喷油控制的精确性,研究基于废气中氧体积分数修正喷油量的方法,根据废气中氧体积分数、过量空气系数、进气量计算实际喷油量以及设定喷油量和实际喷油量的偏差,并进行喷油量修正和油量闭环控制;在发动机台架上进行喷油量偏差试验,分析喷油器偏差试验结果。结果表明:喷油器正常时的喷油量相对偏差为-2.90%~1.00%,模拟喷油器磨损时的喷油量相对偏差为-3.42%~0.83%,偏差较小,基于废气中氧体积分数修正喷油量的方法可行、精确。

高压共轨喷油系统循环喷油量波动研究

针对系统参数对高压共轨喷油系统循环喷油量稳定性的影响机理及变化规律,在AMESim仿真平台上建立了高压共轨喷油系统的数值仿真模型,通过仿真分析研究了回油压力、电磁阀复位力、控制阀杆升程、出油孔直径、进油孔直径、针阀升程、针阀预紧力和喷油器流量系数在全工况平面内所引起的循环喷油量波动变化规律,得出系统参数对循环喷油量波动的影响在小喷油脉宽下更为明显.结果表明,回油压力、控制阀杆升程、出油孔直径、进油孔直径、针阀升程和喷油器流量系数为影响循环喷油量波动的关键系统参数.该研究可为优化高压共轨喷油系统参数、提高系统工作一致性和稳定性提供理论借鉴.

电控喷油器参数对高压共轨系统循环喷油量波动影响的量化分析

为研究电控喷油器参数对高压共轨系统循环喷油量波动的影响，利用AMESim仿真平台建立了电控高压共轨喷油系统数值仿真模型，并通过在高压共轨系统试验台上试验，验证了仿真模型的准确性。接着在此基础上对循环喷油量波动进行分析，揭示了喷油器参数对循环喷油量波动的影响规律。最后进行了量化分析，得到了喷油器参数变化引起的循环喷油量波动百分比的变化规律。结果表明，衔铁残余气隙、电磁阀预紧力、出油孔直径、进油孔直径、针阀预紧力和针阀升程是影响高压共轨系统循环喷油量的主要电控喷油器参数，在不同的轨压和喷油脉宽下，这些参数的变化引起的循环喷油量波动百分比分别为5.0%~16.8%、7.8%~26.2%、14.1%~22.9%、17.0%~23.3%、7.5%~33.2%和0~21.8%。

电控单体泵全工况循环喷油量影响参数相关性分析

电控单体泵的循环喷油量波动影响喷油系统工作的稳定性和一致性。利用AMESim软件建立单体泵数值模型,应用实验设计思想,制定了相关性分析的仿真方法。通过仿真和相关性分析,揭示了全工况平面内关键影响参数分别在有无交互作用下与循环喷油量的相关性变化规律,表现出复杂的非线性。得出无参数交互作用下全工况平面内与循环喷油量有显著相关性的特性参数为低压供油压力、凸轮型线速率、控制阀杆升程、喷油器开启压力、喷油器针阀升程和喷油器流量系数;交互作用下参数自身交互作用的二次因子与循环喷油量的相关性最显著。

高压共轨系统预喷射对主喷射循环喷油量的影响研究

建立了高压共轨系统的AMESim模型,研究了预喷射对主喷射循环喷油量的影响,分析了电磁阀预紧力、控制阀杆升程、残余气隙、A孔直径、Z孔直径、控制腔容积、针阀预紧力、针阀升程和盛油槽容积等九个参数对主喷油量随着喷射间隔波动规律的影响。研究结果表明:当主喷油量基准值为60.01mm3时,喷射间隔波动量最大可达3.3mm3;电磁阀预紧力、残余气隙、A孔直径、Z孔直径、控制腔容积和盛油槽容积是影响主喷油量波动规律的关键参数;预喷射引起的压力波与其反射波在盛油槽形成叠加波,叠加波的波动形式是引起主喷油量随着喷射间隔波动并影响其波动规律的根本原因。

电控蓄压式喷油系统对喷油量和喷油压力的控制

在柴油机电控蓄压式喷油系统的开发过程中，为了实现喷油量和喷油压力的柔性控制，对影响喷油量和喷油压力的因素进行了全面分析之后，将共轨燃油压力和电磁阀通电时间的调节作为喷油量和喷油压力的电控实现途径。将模糊控制理论应用于共轨燃油压力的闭环控制过程中，根据电控蓄压式喷油系统与柴油机的匹配需要，确定了喷油量的控制策略。进行了喷油系统与柴油机的匹配实验，结果表明，该系统实现了喷油量和喷油压力的柔性控制。

高压共轨喷油系统多次喷射喷油量的波动

针对高压共轨喷油系统在喷油过程中压力波动引起多次喷射稳定性下降的问题,根据系统多次喷射循环喷油量波动特性,建立了系统仿真模型,通过试验验证了模型的准确性。利用所建模型,分别对预-主喷射和主-后喷射中循环喷油量随喷油间隔的波动特性进行研究,分析表明:相同预喷不同主喷时,主喷油量波动幅值随喷射间隔增大而减小,波动周期不随主喷油量增加而变化且波动相位一致,在与整数倍压力波动周期时间差值接近的主喷油持续期内,预主喷射间隔对主喷波动量波动影响规律相似;相同主喷不同预喷时,主喷油量波动幅值随预喷油量增加而增大;相同主喷不同后喷时,随主后喷射间隔增大,后喷油量波动减小,波动周期相同,随后喷油量增加波动幅值变化较小;后喷相同主喷不同时,与整数倍压力波动周期的时间差值相同的主喷持续期,其喷射引起的后喷油量波动规律相似。

喷油泵各缸喷油量不均匀度对发动机燃烧及排放的影响

采取一种新的控制小齿条位置时各缸循环喷油量不均匀度的喷油泵标定方法,得到了标定点、怠速点和小齿条位置的各缸喷油量不均匀度大幅度改善的喷油泵,并研究了该喷油泵对发动机燃烧及排放的影响.研究结果表明,喷油泵的各缸喷油量不均匀度改善后,发动机缸内最大压力和最大压力升高率明显降低,发动机的NOx排放显著降低,PM排放略微提高.适当提前发动机喷油提前角,发动机的排放可以达到欧Ⅱ水平.

电控单体泵全工况喷油量波动影响参数量化分析

电控单体泵循环喷油量的波动直接影响其匹配船用发动机的工作稳定性和一致性.为研究系统各关键特性参数对循环喷油量波动的影响规律及成因机理,利用AMESim数值模型,揭示了低压供油压力、凸轮型线速率、柱塞配合间隙、控制阀杆升程、衔铁残余气隙、控制阀杆配合间隙、喷油器开启压力、喷油器针阀升程和喷油器流量系数等关键参数对循环喷油量的影响规律.通过量化分析,得出各特性参数对循环喷油量波动影响的百分比量化指标,在全工况平面内,低压供油压力为0～20.2%,凸轮型线速率为20.6%～42.0%,控制阀杆升程为4.0%～16.5%,喷油器开启压力为3.7%～49.8%,喷油器针阀升程为0～16.5%,喷油器流量系数为2.6%～40.5%;同时,揭示了全工况平面内负荷特性和速度特性下各特性参数对应的循环喷油量波动的百分比量化指标规律.对影响循环喷油量稳定性的关键特性参数进行量化分析,可为实现电控单体泵燃油喷射系统全工况平面循环喷油量的稳定性设计、提高电控单体泵和船用柴油机性能的一致性提供理论指导.

电控双阀喷油系统多次喷射中的喷油量特性

电控双阀喷油系统多次喷射过程中预喷控制参数直接影响系统在主喷射过程中的喷油量特性.为研究全工况范围内预喷控制参数对主喷油量的影响规律及成因机理,利用AMESim数值模型,揭示了电控双阀喷油系统在不同控制模式下,预喷控制参数对主喷油量的影响规律.结果得出在SCV控制模式下,随着预主喷间隔的增加,主喷油量先减小后逐渐趋于稳定.而在NCV控制模式下,随着预主喷间隔的增加,主喷油量逐渐增大,主喷油量在高转速、大主喷脉宽时变化显著.2种模式下预喷脉宽对主喷油量的影响都不明显,随预喷脉宽的变化主喷油量变化范围为1 mm3.

CA488Q车用发动机喷油量和点火时刻的控制

介绍了作者研制的以ＭＣＳ８０９８单片机作为中央处理器的ＣＡ４８８Ｑ发动机试验用电控系统。重点论述了该控制系统的构成、点火及喷油控制信号的生成方法，控制脉谱的制取过程以及喷油量、点火提前角的控制策略。最后，在发动机试验台架上进行了原机和电控后发动机的性能对比试验。试验结果表明，采用电控系统后，发动机的动力性。

高压共轨喷油器喷油量均匀性研究

根据高压共轨系统的喷油要求，进行了电控喷油器喷油量均匀性分析和试验。着重讨论了影响喷油器喷油量均匀性的关键因素，分析了喷孔加工精度、驱动电路、共轨压力等对喷油量均匀性的影响，进行了用不同的脉宽增量修正喷油量试验，修正后喷油量均匀性能达到3％～5％的要求。

基于牵引力需求的车用高压共轨柴油机喷油量控制方法研究

根据整车动力传动系统一体化控制技术发展的需要,提出了基于牵引力需求的高压共轨柴油机喷油量控制方法,详细讨论了其燃油喷射量的算法和控制原理。结合国产SUV车用增压直喷柴油机,针对汽车起步加速过程中对牵引力需求所确定的发动机目标转矩,标定了对应的喷油量,结果表明所标定的转矩与目标值吻合很好。