直噴式汽油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)及閉環(huán)控制算法的研究.pdf

1、四沖程汽油機(jī)追求的目標(biāo)是在滿足排放法規(guī)和耐久性的同時大幅度地降低油耗，在這一點(diǎn)上，缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)為我們提供了一個很好的發(fā)展方向，因?yàn)樗Y(jié)合了柴油機(jī)與汽油機(jī)兩方面的優(yōu)點(diǎn)：1)工作在部分負(fù)荷時通過實(shí)現(xiàn)分層稀燃(λ=2-3)及采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式以避免節(jié)氣門的節(jié)流損失，達(dá)到與柴油機(jī)相當(dāng)?shù)娜加徒?jīng)濟(jì)性；2)在全負(fù)荷時通過實(shí)現(xiàn)均質(zhì)預(yù)混合燃燒，來保持汽油機(jī)升功率高的特點(diǎn)。同時由于噴入缸內(nèi)燃油蒸發(fā)時的冷卻作用，增加了整機(jī)的抗爆性，有望實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比，從而

2、有助于提高循環(huán)的理論效率，使缸內(nèi)直噴汽油機(jī)在保持動力性指標(biāo)時，具有很好的燃油經(jīng)濟(jì)性。另外，直噴式汽油機(jī)避免了進(jìn)氣道濕壁現(xiàn)象的問題，為燃油的精確計(jì)量提供了方便，相應(yīng)地降低了冷起動過程中的油耗和排放，提高了發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)速度。 本文介紹了缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)的發(fā)展及相應(yīng)特點(diǎn)。對進(jìn)氣道噴射和缸內(nèi)直噴式燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了比較，討論了直噴式汽油機(jī)在燃油經(jīng)濟(jì)性、瞬態(tài)響應(yīng)和冷起動時HC排放方面的潛力。介紹了高壓共軌燃油供應(yīng)系統(tǒng)、旋流式霧化噴油器以及

3、混合氣分層等新技術(shù)在GDI發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用。詳細(xì)論述了燃油噴射、油束霧化和蒸發(fā)、充量冷卻、混合氣制備的過程以及缸內(nèi)氣流運(yùn)動和燃燒策略。在此基礎(chǔ)上，本文介紹了一種小型缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)試驗(yàn)臺架的研究與開發(fā)，詳細(xì)講述了其電控燃油噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。鑒于旋流型噴嘴的制造還不是成熟技術(shù)且價格昂貴，作者利用高速開關(guān)電磁閥易于數(shù)字控制的特點(diǎn)開發(fā)了“共軌-閥-嘴”式噴油器，可方便地對噴射參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最低循環(huán)噴油量達(dá)0.9mg，實(shí)現(xiàn)了微噴的目標(biāo)。 發(fā)

4、動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性、排放質(zhì)量的提高依賴于空燃比的精確控制，而動力性能的改善又要求當(dāng)遇到負(fù)荷變動時轉(zhuǎn)速快速趨于平穩(wěn)。在本文研究中，嘗試建立了在穩(wěn)態(tài)工況下基于寬帶氧傳感器的發(fā)動機(jī)空燃比反饋控制系統(tǒng)。因?yàn)橹眹娛狡蜋C(jī)可以運(yùn)行在多重燃燒模式，以及后處理裝置的差異，其在過渡工況下的控制策略與傳統(tǒng)以當(dāng)量混合比燃燒的汽油機(jī)相比有著很大的不同，本文探討了直噴式汽油機(jī)非線性動態(tài)模型，并引入PID控制，利用寬帶氧傳感器信號和轉(zhuǎn)速作為反饋信號，使用MATLAB/

5、SIMULINK的開發(fā)環(huán)境開發(fā)了以空燃比控制和轉(zhuǎn)速控制為主的系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果表明，閉環(huán)控制模型不僅可以對發(fā)動機(jī)的空燃比或轉(zhuǎn)速偏差進(jìn)行反饋修正，而且縮短了目標(biāo)值隨機(jī)偏差的調(diào)整時間。 ECU的軟硬件設(shè)計(jì)是電控系統(tǒng)的核心，硬件設(shè)計(jì)的合理性在很大程度上決定了電控系統(tǒng)的可靠性，而軟件設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性及完善程度直接影響著系統(tǒng)功能。本文選用Intel公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)80C196KB作為ECU主芯片，并根據(jù)系統(tǒng)需要對外圍電路進(jìn)行了擴(kuò)展。

6、在軟件上則采用了模塊化的設(shè)計(jì)方式，這為后續(xù)功能擴(kuò)展和編程時的協(xié)同作業(yè)提供了方便。由于匹配工作量大，作者開發(fā)了一套監(jiān)控軟件，利用PC機(jī)和ECU的通訊完成系統(tǒng)各參數(shù)的在線監(jiān)測、修改和標(biāo)定。實(shí)際應(yīng)用證明整個系統(tǒng)可穩(wěn)定、可靠地工作。全文最后在ZX125FMI發(fā)動機(jī)上進(jìn)行了缸內(nèi)直噴試驗(yàn)，結(jié)果表明：在2000rpm高怠速工況下，采用早噴方式可使油耗較原機(jī)下降9.76％，HC下降38.9％，NO<,x>下降14.67％。部分負(fù)荷工況下，發(fā)動機(jī)的稀燃能