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

1、四沖程汽油機追求的目標是在滿足排放法規(guī)和耐久性的同時大幅度地降低油耗，在這一點上，缸內(nèi)直噴式汽油機為我們提供了一個很好的發(fā)展方向，因為它結(jié)合了柴油機與汽油機兩方面的優(yōu)點：1)工作在部分負荷時通過實現(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，達到與柴油機相當?shù)娜加徒?jīng)濟性；2)在全負荷時通過實現(xiàn)均質(zhì)預(yù)混合燃燒，來保持汽油機升功率高的特點。同時由于噴入缸內(nèi)燃油蒸發(fā)時的冷卻作用，增加了整機的抗爆性，有望實現(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)直噴汽油機在保持動力性指標時，具有很好的燃油經(jīng)濟性。另外，直噴式汽油機避免了進氣道濕壁現(xiàn)象的問題，為燃油的精確計量提供了方便，相應(yīng)地降低了冷起動過程中的油耗和排放，提高了發(fā)動機的瞬態(tài)響應(yīng)速度。 本文介紹了缸內(nèi)直噴式汽油機的發(fā)展及相應(yīng)特點。對進氣道噴射和缸內(nèi)直噴式燃燒系統(tǒng)進行了比較，討論了直噴式汽油機在燃油經(jīng)濟性、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)動機中的應(yīng)用。詳細論述了燃油噴射、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)直噴式汽油機試驗臺架的研究與開發(fā)，詳細講述了其電控燃油噴射系統(tǒng)的設(shè)計。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)字控制的特點開發(fā)了“共軌-閥-嘴”式噴油器，可方便地對噴射參數(shù)進行調(diào)節(jié)，最低循環(huán)噴油量達0.9mg，實現(xiàn)了微噴的目標。 發(fā)

4、動機燃油經(jīng)濟性、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遇到負荷變動時轉(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)動機空燃比反饋控制系統(tǒng)。因為直噴式汽油機可以運行在多重燃燒模式，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)以當量混合比燃燒的汽油機相比有著很大的不同，本文探討了直噴式汽油機非線性動態(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)動機的空燃比或轉(zhuǎn)速偏差進行反饋修正，而且縮短了目標值隨機偏差的調(diào)整時間。 ECU的軟硬件設(shè)計是電控系統(tǒng)的核心，硬件設(shè)計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)計的嚴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80C196KB作為ECU主芯片，并根據(jù)系統(tǒng)需要對外圍電路進行了擴展。

6、在軟件上則采用了模塊化的設(shè)計方式，這為后續(xù)功能擴展和編程時的協(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機和ECU的通訊完成系統(tǒng)各參數(shù)的在線監(jiān)測、修改和標定。實際應(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)動機上進行了缸內(nèi)直噴試驗，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下降9.76％，HC下降38.9％，NO<,x>下降14.67％。部分負荷工況下，發(fā)動機的稀燃能