高压共轨柴油机瞬态过程关键性控制机制的研究

Along with the conventional energy shortage and increasingly strict emission regulation, the development of the engine has been forced toward the low pollution, low fuel consumption and high power.Fuel injection technology of high pressure common rail is one of the important technologies for state's energy saving and emission reduction of internal-combustion engine.Transient process of engine is becoming an important part of the future emissions and regulations.The transient conditions of engine are composed of the torque and speed changing with time,constant speed and variable load,constant torque speed,cold starting.As the engine conditions changing,the goal of combustion control is to be better than the best fuel-air ratio,that will be the best harmonious adjustment between air system and injection system.It will be studied of the control mechanisms between needing torque and fuel injection,influence relation between fuel injection and injection advance angle during multi-injection stages,harmonious mechanisms between transient fuel and common rail pressure,the influence relationship among parameters set under various control mechanisms,quantitative evaluating indicators between control characteristics and combustion characteristics.Therefore，the corresponding control strategies on the high pressure common rail diesel engine will meet the future emission limits of transient characteristic.

随着常规能源的日趋枯竭，以及排放法规的日益严格，迫使内燃机朝着低污染、低油耗和高功率比的方向发展。高压共轨燃油喷射技术是满足国家对内燃机节能减排要求的重要技术之一，瞬态过程逐渐成为未来排放法规的重要组成部分。由于发动机工况的实时变更，燃烧控制的目的是使这一变化过程中的空燃比控制达到最佳，即：空气系统和喷油系统之间的变化协调达到最佳。研究四种瞬态工况（主要包括：转矩和转速都随时间变化的工况，恒转速变转矩工况，恒转矩变转速工况，冷起动工况）下，需求转矩与喷油量之间的控制机制，多次喷射中喷油量与喷油提前角之间的影响关系，瞬态喷油量与共轨油压之间的协调机制，各种控制机制下参数集之间的影响关系，以及各种工况下需求转矩、瞬态油量、共轨油压的控制特性与燃烧特性之间的量化评价指标。为高压共轨柴油机满足未来排放限值的瞬态特性要求提供相应的控制策略。

在高压共轨柴油机电控技术的基础上，新增一些尾气排放后处理装置就可满足国Ⅴ和国Ⅵ排放法规。目前，该技术一直长期为国外大公司所垄断，本项目的研究目的是建立具有自主知识产权的高压共轨柴油机电控单元（ECU）的软件控制体系和程序实现，以及自制的硬件电路板，在发动机台架试验中，验证其控制系统在稳态过程和瞬态过程的控制效果，并为将来的国产化奠定坚实的基础。. 本项目具有较强的工程实践背景，主要以“转矩—轨压—喷油”三大体系结构为核心，详细研究了各个子模块在发动机稳态和瞬态运转过程中的控制算法、各子模块的控制参数之间的影响关系、控制参数集的影响关系、硬件电路、底层驱动程序接口等内容。. 该项目取得了软件系统和硬件系统的研究成果，主要有：（1）在转矩控制架构的13个子模块中，以主控通道和前导通道相结合的控制方式，稳态时主控通道起主导作用，瞬态变化时前导通道会对主控通道的计算数值进行前馈修正。（2）在轨压控制架构中，采用“开环—串级”自动切换的控制方案。轨压主控制器主要采用可变PID控制，即：采用何种组合控制方式由发动机所处的工况和喷油量共同决定。轨压副控制器主要采用带限值的PI控制和偏差影响系数法。（3）在喷油控制架构中，根据发动机的工况变化，实时地调整喷油组合方式（预喷+主喷+后喷）、各喷油量数值和喷油提前角，并考虑多次喷射间隔造成轨压的波动影响和瞬态过程进气迟滞的影响。（4）不同机型的发动机工作特性需要由不同的控制参数体现，理清系统中300多个一维控制常数、二维曲线参数、三维MAP数据之间的关系网有利于在不同机型之间系统移植时的参数标定。（5）以德国英飞凌32位高性能TC1728为ECU电路板的主芯片，研究和开发了ECU电路板，为控制软件的实施提供了硬件基础。（6）遵循国际汽车开放式系统架构AUTOSAR的标准进行底层驱动程序的研发，为上层控制软件与底层芯片的驱动提供程序接口。（7）使用昆明云内动力公司的两款不同高压共轨柴油机：非道路YN33型和道路用D19TCI型，进行了发动机的运转试验和排放试验，既验证了控制系统在不同机型之间的移植性，又获得了不同机型的瞬态控制特性。. 目前共发表论文9篇，其中EI检索4篇，其他期刊论文3篇，会议论文2篇。培养已获学位研究生7人，其中博士2人，硕士5人。