缸内直喷汽油机控制策略研究

发布时间：2017-08-05 20:35

  本文关键词：缸内直喷汽油机控制策略研究

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【摘要】：面对日益加剧的能源危机和近乎严苛的排放法规,GDI发动机应运而生,它与传统的PFI发动机在整体结构上有很大的差别,并且在降低油耗和减少排放方面存在着巨大的优势。本文结合国家“863”项目-“轿车直喷汽油机(GDI)开发”,以缸内直喷汽油机为研究对象,研究了GDI发动机的的组成及工作情况,详细地分析了本试验所用GDI发动机电控系统各部分的结构及工作原理,在此基础上进行了如下工作:1.从装载EA888发动机的原型车入手,了解控制发动机所需要的控制信号,进行总结找到该信号所对应的传感器,分析传感器的类型,驱动形式、输入和输出之前的逻辑关系。搭建发动机实验台架,根据各传感器及执行器的电气特性设计了相应的驱动电路,并根据实验目的安装了相应的测试设备。2.以MC9S12XDP512单片机为控制核心设计了硬件控制电路,并将μC/OS-II实时操作系统嵌入到了单片机中,按照GDI发动机电控系统的功能进行了模块化设计。以L9707芯片作为喷油器驱动器电路的控制核心,设计了喷油器驱动电路,实现了驱动电流的波形控制,喷油器开启迅速,喷射燃油计量准确;采用处理器XDP512的AD信号作为输入信号对电子节气门进行闭环控制,利用MC33887的电流负反馈特性完成对节气门的闭环控制,采用模糊PID控制器对节气门位置进行控制,调整到目标位置的响应速度很快,没有超调,而且具有良好的鲁棒性;由宽氧传感器处理芯片CJ120和BTS功率放大电路设计了宽氧传感器的闭环控制电路,对宽氧传感器进行加热,满足对宽氧传感器快速加热的要求。3.依据GDI发动机的工作特点和冷起动的控制要求,对发动机的冷起动过程进行了优化控制,设计发动机的冷起动控制策略,对冷起动过程中的每个环节的控制目标和实现进行了优化设计。根据GDI发动机的优势和模式转换过程的基本要求,设计发动机的模式转换控制策略。通过调节喷油定时、喷油量、点火定时以及节气门开度,准确控制空燃比,以发动机循环变动小、输出转矩波动小为控制目标,确定出最优控制参数。实现GDI发动机的控制策略的控制功能,进行了软件部分的模块化设计,有主函数的初始化设计,转速中断处理函数设计,脉谱图函数设计,工况管理函数设计,喷油控制函数设计,点火控制函数设计,燃油泵控制函数设计,模拟量、数字量采集函数设计、串口通信函数设计。4.进行了发动机冷起动实验研究,对冷起动过程各阶段的最优控制参数进行了分析。测试了发动机起动阶段的最佳喷油正时和点火正时,在节气门开度为6%,燃油轨压为0.5MPa,过量空气系数为0.9的条件下,将喷油提前角设定为90°BTDC,最佳点火正时设定为30°BTDC的情况下,此时发动机起动最为迅速,且排放较低;测试了发动机在催化剂起燃阶段的最佳喷油量、最佳喷油正时和最佳点火正时,调整节气门相对位置开度为6%,燃油轨压为5MPa,过量空气系数为1.1的条件下,最佳控制参数为设定两次喷油比例为1:1,喷油脉宽为4ms,点火正时为15°BTDC,第一次喷油正时为300°BTDC,第二次喷油正时为70°BTDC;测试了发动机暖机阶段的最佳喷油正时和点火正时,在节气门开度为6%,过量空气系数为0.9的条件下,最佳喷油正时设定为90°BTDC,最佳点火正时设定为30°BTDC。5.进行了发动机模式转换研究,确定了模式转换过程各工况的最优控制参数。测试了发动机在均质燃烧模式下,λ=1.0到λ=1.4的最佳点火提前角和最佳喷油提前角;测试了发动机在分层燃烧模式下,λ=1.4时的最佳两次喷油比例、最佳喷油正时和最佳点火正时;对最优参数进行拟合建模,并在模型的基础上进行参数优化标定,在最优参数情况下,进行了模式转换研究,测试了各工况下的排放指标。
【关键词】：缸内直喷汽油机 控制系统 控制策略 起动控制 模式转换
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK413
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题背景13-14
• 1.2 GDI技术的发展史14-16
• 1.3 发动机电控技术发展史16-18
• 1.4 GDI发动机的优势18-21
• 1.4.1 GDI发动机冷起动的优势18-20
• 1.4.2 GDI发动机工作模式转换的优势20-21
• 1.5 本文研究的主要内容21-23
• 第二章 GDI发动机电控系统工作原理23-43
• 2.1 控制系统组成23-26
• 2.2 传感器26-35
• 2.2.1 曲轴位置传感器26-28
• 2.2.2 凸轮轴位置传感器28-29
• 2.2.3 节气门位置传感器29-31
• 2.2.4 氧传感器31-33
• 2.2.5 燃油压力传感器33-34
• 2.2.6 冷却液温度传感器34-35
• 2.3 执行器35-41
• 2.3.1 燃油泵35-38
• 2.3.2 喷油器38-39
• 2.3.3 节气门39-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第三章 GDI发动机控制系统设计43-79
• 3.1 GDI发动机控制系统总体设计43-44
• 3.1.1 控制系统的功能43
• 3.1.2 控制系统模块化设计43-44
• 3.2 GDI发动机控制系统详细设计44-55
• 3.2.1 微处理器选型及外围电路设计45-46
• 3.2.2 喷油器驱动电路设计46-49
• 3.2.3 电子节气门驱动电路设计49-52
• 3.2.4 宽氧传感器驱动电路设计52-55
• 3.3 GDI发动机控制策略设计55-63
• 3.3.1 发动机冷起动控制策略的设计56-61
• 3.3.2 发动机工作模式转换策略的设计61-63
• 3.4 GDI发动机控制软件设计63-77
• 3.4.1 主函数设计65
• 3.4.2 转速中断函数设计65-66
• 3.4.3 查表函数设计66-69
• 3.4.4 工况管理函数设计69-71
• 3.4.5 喷油控制函数设计71-74
• 3.4.6 点火控制函数设计74-75
• 3.4.7 燃油泵控制函数设计75
• 3.4.8 模拟量采集函数设计75-76
• 3.4.9 串口通信函数设计76-77
• 3.5 本章小结77-79
• 第四章 发动机冷起动控制研究79-103
• 4.1 试验台架的搭建79-81
• 4.2 系统试验验证81-100
• 4.2.1 起动环节喷油提前角和点火提前角的确定81-85
• 4.2.2 催化剂起燃环节两次喷油比例的确定85-89
• 4.2.3 暖机环节过量空气系数和点火提前角的确定89-98
• 4.2.4 最优参数下的冷起动试验98-100
• 4.3 本章小结100-103
• 第五章 发动机工作模式转换研究103-127
• 5.1 均质燃烧喷油提前角和提点火前角的确定103-112
• 5.1.1 λ=1.0 喷油提前角和点火提前角的确定103-105
• 5.1.2 λ=1.1 喷油提前角和点火提前角的确定105-107
• 5.1.3 λ=1.2 喷油提前角和点火提前角的确定107-108
• 5.1.4 λ=1.3 喷油提前角和点火提前角的确定108-110
• 5.1.5 λ=1.4 喷油提前角和点火提前角的确定110-112
• 5.2 分层稀燃喷油提前角和点火提前角的确定112-118
• 5.2.1 分层燃烧的实现112-113
• 5.2.2 两次喷油比例的确定113-115
• 5.2.3 第二次喷油时刻对分层燃烧的影响115-117
• 5.2.4 点火时刻对分层燃烧的影响117-118
• 5.3 工作模式转换研究118-123
• 5.3.1 不同工况下的最优参数汇总118-119
• 5.3.2 基于模型的最优参数标定119-123
• 5.3.3 工作模式转换123
• 5.4 发动机排放研究123-125
• 5.5 本章小结125-127
• 第六章 全文总结与展望127-131
• 6.1 全文总结127-128
• 6.2 主要创新点128-129
• 6.3 工作展望129-131
• 参考文献131-137
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果137-138
• 致谢138

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本文编号：626881