基于曲轴片段信号的高压共轨柴油机工作均匀性研究

多缸内燃机的工作不均匀，会导致其经济性能、排放性能下降。对高压共轨柴油机而言，这一问题会随着喷射压力的进一步提高和喷孔直径的进一步减小而更为突出，影响了高压共轨喷射系统的先进技术潜能的充分发挥。.基于已有的研究基础并结合现代柴油机的技术发展趋势，提出高压共轨柴油喷射系统的工作均匀性油量平衡控制的基础性研究工作。项目拟通过对高压共轨柴油机的曲轴片段信号进行频谱分析，研究不同工况和不同工作不均匀度下高压共轨柴油机的曲轴片段信号变化规律；基于曲轴片段信号变化规律，研究一种简便准确地反映高压共轨柴油机的工作不均匀性的量化参数；研究为达到工作均匀目标而进行的高压共轨柴油机油量平衡控制思想。从而为解决高压共轨柴油机工作不均匀带来的振动、噪声、排放和经济性能指标恶化问题提供技术理论基础。

高压共轨柴油机由于各缸供油量的不平衡及各缸燃烧系统其它因素的差异，造成了发动机各缸工作的不均匀。发动机工作的不均匀会导致发动机排放的恶化和经济性能的降低，增加发动机及车辆传动系统机械应力和磨损，降低车辆特别是乘用车辆的舒适性。高压共轨柴油机各缸工作不均匀性控制的目的是改善发动机稳态工况下的运行特性，是电控系统的关键技术之一。为更好地发挥高压共轨柴油机柔性控制的优势，结合课题组高压共轨柴油机电控单元（ECU）的开发，开展了高压共轨柴油机电控系统的各缸工作不均匀性研究。研究工作主要有五个方面内容：. 一、高压共轨柴油机工作不均匀性与其性能的关系研究。研究结果表明：（1）曲轴片段信号与曲轴瞬时转速具有内在的一致性，能反映多缸柴油机燃烧的差异性和工作不均匀性。（2）四缸总转矩变化规律与曲轴片段信号的变化规律具有很好的因果关系和一致性。. 二、基于曲轴片段信号的高压共轨柴油机工作不均匀性特征研究。研究结果表明：在发动机工作不均匀状态下，曲轴片段信号低于发火频率的低阶非主谐次谐波（0.5次、1次和1.5次）频谱幅值明显增大，甚至能达到与2次谐波幅值相当的程度。. 三、基于曲轴片段信号的高压共轨柴油机工作不均匀度的量化参数研究。研究结果表明：(1)对于Z缸机，曲轴片段信号低于发火频率的最低阶的Z/2个谐波成份就可以完全反映发动机的工作不均匀状态。(2)每一缸的油量补偿控制目标是最低的Z/2个阶次合成波形不要上升也不要下降，也即最低Z/2个阶次合成波形幅值为0，基于这一目标提出了比例积分（PI）算法，量化了发动机的工作不均匀度，并得到了油量补偿值。. 四、高压共轨柴油机工作不均匀度控制策略研究。研究结果表明：基于发动机的不同工况的曲轴片段信号信号规律与特点，提出了检测发动机工作不均匀度的合理工况，并建立了基于工况的开环和闭环控制模式，FOC计算的补偿油量与台架实验设定的发动机各缸供油状态完全相符。油量补偿控制（FOC）的算法是准确的、有效的。. 五、电控发动机曲轴相位管理控制策略研究。研究结果表明: (1)基于软件控制标识字的高压共轨柴油机判缸传感器信号配置，提高了判缸速度。(2)通过状态机的控制方式可以使高压共轨柴油机的判缸控制策略满足准确性、安全性、可用性、快速性的要求。