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。

Introduction to the benchmark challenge on common rail pressure control of gasoline direct injection engines

As one of the most important actuators for gasoline direct injection technology,common rail systems provide the requested rail pressure for fuel injection.Special system characteristics,such as coupled discrete-continuous dynamic in the common rail system,limited measurable states,and time-varying engine operating conditions,impel the combination of advanced methods to obtain the desired injection pressure.Therefore,reducing the pressure fluctuation and satisfying engineering implementation have become noteworthy issues for rail pressure control(RPC)systems.In this study,the benchmark problem and the design specification of RPC proposed by 2018 IFAC E-CoSM Committee are introduced.Moreover,a common rail system model is provided to the challengers,and a traditional PI control is applied to show the problem behaviors.Finally,intermediate results of the challengers are summarized briefly.

双升程电控喷油器多次喷射油量波动特性研究

为实现船用柴油机高压共轨系统喷射的柔性和稳定控制,提出一种双升程电控喷油器,基于搭建的喷油器AMESim仿真模型,探究了喷油器不同多次喷射模式下的油量波动特性.结果表明:大升程预喷模式下的主喷量标准差随预喷量的增加先上升后下降,而小升程预喷模式下的主喷量标准差随预喷量呈幅值逐渐降低的波动变化趋势.总体上,在预喷量为161~660 mm^(3)范围,小升程预喷模式在降低主喷量波动程度方面比大升程预喷模式更占优势.预喷射采用小升程喷射模式且预喷量一定时,升程切换延迟为0.2 ms的靴形主喷模式在降低主喷量波动程度方面略优于相同主喷脉宽或相同单次喷射油量的大升程主喷模式.大升程和小升程后喷模式下的后喷量标准差随主喷脉宽和目标后喷量均呈波动变化趋势,且小升程后喷模式下的后喷量标准差波动程度更小.与大升程后喷模式相比,小升程后喷模式在降低后喷量波动程度方面更占优势.

基于LabVIEW的比例压力控制阀自动测试系统

根据某公司比例压力控制阀的出厂测试要求,本文设计了一套比例控制阀自动测试系统。该系统基于LabVIEW编程和PLC控制,可实现共轨管稳定的超高压供给,并自动实现比例压力控制阀的耐久测试、流量滞环测试及压力-流量测试,且操作简便,满足企业需求。

高压共轨柴油机EGR控制策略分析

阐述高压共轨柴油机电控EGR控制作用与原理,探索有效的EGR控制策略,包括开环控制、双闭环控制、EGR阀控制和基于工况的EGR控制,从而降低废气污染物排放量,优化发动机性能。

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.

基于ISIGHT和AMESim的超高压共轨系统轨压控制优化设计

为了在特定供油喷油规律下提高共轨管灵敏度同时减少轨压波动,在避免对柴油机共轨系统做大幅度改造的前提下,对超高压系统中共轨管几何参数和PID轨压控制器参数进行了优化。参照柴油机超高压共轨系统实验台架,利用AMESim对超高压共轨系统进行仿真,模拟真实情况下压力波动的产生。利用ISIGHT优化软件对共轨管几何参数的影响规律进行了参数灵敏度分析,利用NSGA-Ⅱ算法对共轨管几何参数和PID控制器参数设计进行了优化。结果表明:经过优化后的共轨管轨压灵敏度和轨压稳定性均有提升,其中轨压稳定性能提升9.13%,轨压反应时间缩短1.06%。使用相同方法对PID轨压控制参数进行优化,优化效果明显。

柴油/天然气双燃料发动机油气耦合分层燃烧

针对柴油/天然气反应活性控制压缩点火发动机低负荷热效率低、未燃CH_(4)和CO排放高等问题,本文提出了一种发动机双进气道双阀燃气独立喷射方法,通过三维CFD仿真,对比研究了双阀燃气喷射比例对缸内油气耦合分层、燃烧以及排放特性的影响规律。结果表明:双阀燃气喷射比例对缸内混合气形成和燃烧过程有重要影响,通过微量柴油分段喷射和调整双阀燃气喷射比例,缸内能够形成高低反应活性燃料的耦合分层,缸压和放热率峰值增加,峰值相位提前,燃烧持续期缩短,未燃CH_(4)和CO排放总体呈现下降趋势。当双阀中直管燃气喷射比例为80%时,不仅能够提高发动机热效率,并且可以在NO排放不增加的情况下实现CH_(4)和CO排放的同时降低。

积分滑模-主动抗扰的复合轨压控制研究

为解决高压共轨系统采用比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制时出现的轨压控制不精确问题,分别采用模糊PID控制、积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)、ISMC与主动抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)复合控制策略,仿真分析高压共轨系统阶跃及自由加速工况下的轨压偏差。结果表明:对比PID控制,ISMC-ADRC复合控制策略、ISMC策略的超调量均减少77%,稳定时间均减少62%;对比ISMC,采用ISMC-ADRC复合控制策略系统抖振现象减弱,稳定时轨压偏差绝对值静态误差减少80%,且抗干扰能力明显提高。

电控共轨系统限压保护标定

限压阀在共轨系统中承担零部件保护作用,油轨压力异常冲高时会导致限压阀开启。首先明确某机型共轨系统限压阀开启的边界条件,提出针对轨压控制中积分冻结功能的优化标定、故障模式下使用发动机限制扭矩功能的方案,并完成了供油系统台架验证试验,极大地降低了限压阀开启风险。

GD-1高压共轨式电控柴油机的起动控制策略研究

基于GD 1高压共轨电控柴油机分析了柴油机起动困难的原因,并在高压共轨电控燃油喷射系统的基础上设计了柴油机起动过程的控制策略,分别对喷油量、喷射压力与燃油喷射进行控制。试验结果表明,采用以上控制策略可有效改善柴油机起动性能。此控制策略可在不增加任何硬件的基础上提高柴油机的起动性能,满足实际车用柴油机的使用要求。

高压共轨燃油系统轨压控制策略研究

建立了高压共轨燃油系统的物理模型,理论分析得出高压共轨燃油系统内轨压的主要影响因素是发动机转速、喷油量及当前油轨压力。以这3个因素为自变要素,采用查表的方法建立了前馈控制逻辑;以泵油量作为PID反馈修正自变量,改进了PID反馈控制,形成柴油机高压共轨轨压控制的策略,并进行了试验验证。研究结果表明:采用改进的闭环控制方法,降低了稳态轨压的波动,在油泵转速950 r/min,最大循环喷油量230 mg的工况下,目标轨压为160 MPa时,轨压波动由±3 MPa左右减小到±0.3 MPa左右;动态控制时超调量减小了约5 MPa,稳定时间也缩短约0.05 s。

共轨柴油机轨压控制研究

研究高压共轨柴油机共轨压力的控制策略及其控制参数优化.分析了调压阀特性及其控制参数,研究了调压阀控制频率、共轨压力采样周期和压力闭环调节周期对压力控制的影响及共轨压力对发动机性能的影响,确立了发动机全工况目标轨压控制策略.发动机台架试验表明,选取的调压阀控制频率、轨压采样周期、压力闭环控制周期及轨压的发动机匹配、修正策略可满足共轨柴油机的要求.

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。

GD-1高压共轨式电控柴油机燃油喷射压力控制策略的研究

基于GD 1高压共轨电控燃油喷射系统,设计了燃油喷射压力的控制策略,根据柴油机的运行参数计算目标喷射压力并选择相应的控制模式。实机试验表明,应用此控制策略可有效控制柴油机的燃油喷射压力,燃油喷射压力的控制精度与响应满足柴油机实际运行的需要。

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。

柴油机高压共轨压力控制的动态仿真与分析

为提高高压共轨系统压力控制效果,进行了高压共轨系统的压力控制动态仿真研究。简要分析了高压共轨压力控制的特征和要求;采用部件液压模型和流量边界模型组合法,给出了高压共轨系统压力控制计算模型;并用AMESim液压仿真软件建立了四缸柴油机高压共轨压力控制仿真模型,进行了PID的不同系数控制、控制周期和变目标控制仿真计算,对比了不同系数控制、控制周期和变目标控制的效果。仿真结果表明,该模型能满足共轨压力控制要求,反映不同参数的控制效果。

单缸柴油机高压共轨燃油喷射控制系统的研究

设计了试验用单缸柴油机高压共轨燃油喷射控制系统,用于柴油机新型燃烧方式的研究。介绍了该系统的构建和工作原理。基于MC68376处理器和LabVIEW软件,分别开发了ECU的驱动程序和上位PC机的控制软件,由后者进行各喷油参数(包括喷油段数、各段喷油定时和脉宽、共轨油压等)的设置并经CAN总线发送给ECU,ECU据此分别驱动高压油泵和电控喷油器工作。结果表明,该控制系统可以实现共轨油压的调控和燃油的最多5段喷射驱动,满足试验对灵活配置喷油规律的要求。

车用柴油机共轨燃料喷射系统的设计

简要介绍了高压共轨燃料喷射系统的机械执行机构、电气控制硬件的组成及其工作过程 ,并根据车用柴油机的运行特性设计了各种控制策略 ,以满足法规和用户的要求。该系统在初步运行中实现了喷油量、喷射时刻、喷射速率和喷射压力的独立控制 。

VM高压共轨式柴油机共轨压力控制算法研究

根据发动机的不同状态,设计了共轨控制系统三种控制状态下的控制策略。为加快共轨系统的响应,在控制策略中采用了前馈结合反馈的控制算法,并加入瞬态修正以避免轨压的过度超调。试验结果表明:起动轨压超调量为15 MPa左右,过渡时间7 s,稳态轨压波动0.5 MPa;该控制策略与传统PID闭环相比,瞬态过程可显著减小轨压超调。