高压共轨式柴油转子发动机ECU研制及其试验匹配研究

论文摘要

汪克尔柴油转子发动机作为一种新型旋转式发动机，具有体积小、重量轻、高速运转性能好等技术优点，是当前多种重要军用设备所急需的动力。为适应现代柴油机新术的发展，电控高压共轨燃油喷射及柴油机电子控制技术将是新时期高性能柴油转子发动机开发的重要技术平台。 柴油机电喷技术的开发是一项复杂的系统工程，特别是在国内相关技术基础相对薄弱的情况下，开展新型电控高压共轨燃油喷射技术在柴油转子发动机上的应用，需要进行大量探索性的技术开发及试验研究。本文在充分调研的基础上，首先对DZ270柴油转子发动机核心燃油喷射系统的选型进行了论证；针对柴油转子发动机的特殊燃烧组织的需要，对高压共轨燃油喷射技术在柴油转子机上的应用方案进行了深入研究，并详细讨论了其实现方案。 针对DZ270柴油转子发动机特殊工作原理的需要，进行了高性能专用电子控制单元ECU软硬件系统的研制：其核心硬件采用了32位RISC MPC555 CPU，软件平台基于满足OSEK／VDX标准的嵌入式多任务实时操作系统Osekworks。根据原理样机主、引双喷油器及高能点火的燃烧组织理念，进行了ECU核心控制策略及关键控制量等的实时控制算法设计。后期配机试验表明，基于MAP图及Fuzzy-PID复合控制算法，能够有效的实现对喷油量、喷油正时、共轨压力等核心任务的灵活控制，为主机提供了良好的核心开发平台。 本文最后结合主机的研制，进行了大量探索性的台架试验研究工作。通过近2年的台架试验，初步掌握了高压共轨式柴油转子发动机新的燃烧特性，初步实现了各关键控制量的标定及优化控制。特别是在示功图测试基础上，通过分缸精确控制软件的开发，较好的实现了原理样机双缸同步运行。当前原理样机在功率等主要性能上已经达到了原设计指标。 试验结果表明，通过专用ECU的研制及实验，初步实现了电子控制及高压共轨燃油喷射技术的有效结合，较好的满足了电控高压喷射技术在低压缩比柴油转子发动机上的应用，并为进一步开发柴油转子发动机高速下的性能潜力提供了良好的技术平台。

论文目录

• 内容摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 柴油转子发动机
• 1.2.1 转子发动机基本原理
• 1.2.2 柴油转子发动机的主要技术特点
• 1.2.3 柴油转子发动机的几项关键技术
• 1.2.4 柴油转子发动机发展历程及现状
• 1.3 柴油机电控高压共轨燃油喷射技术
• 1.3.1 柴油机及其燃油喷射系统概述
• 1.3.2 高压共轨燃油喷射技术
• 1.3.3 柴油机电控技术的发展及其必要性
• 1.4 课题研究意义及主要研究内容
• 1.4.1 课题背景及研究意义
• 1.4.2 论文的主要内容
• 第二章 转子机燃油系统的应用方案研究
• 2.1 柴油转子机基本运动学及特征参数分析
• 2.1.1 转子发动机的基本结构
• 2.1.2 转子发动机的燃烧室面容比及压缩比
• 2.2 柴油转子机燃烧组织特点及燃油系统选择
• 2.2.1 柴油转子机燃烧组织对燃油系统的要求
• 2.2.2 柴油转子机的燃油系统方案的确定
• 2.3 高压共轨燃油喷射系统初步应用方案
• 2.3.1 电控高压共轨燃油喷射系统及其实现方案
• 2.3.2 燃油喷射系统的布置方案
• 2.3.2.1 着火方式的确定
• 2.3.2.2 主、引双喷油器燃烧组织基本策略
• 2.4 本章小节
• 第三章 电子控制单元 ECU系统设计研究
• 3.1 ECU总体方案及开发平台
• 3.1.1 电控系统硬件方案及设计平台
• 3.1.2 电控系统软件设计方案及平台
• 3.2 电子控制单元硬件系统详细设计
• 3.2.1 中央处理器及主控系统电路
• 3.2.2 信号采集及处理硬件设计
• 3.2.3 燃油喷射控制硬件设计
• 3.2.4 点火系统硬件设计
• 3.2.5 ECU通讯系统硬件实现
• 3.2.6 ECU在线调试及程序固化电路设计
• 3.3 电子控制单元软件系统设计
• 3.3.1 ECU实时多任务软件总体设计
• 3.3.2 ECU系统多任务操作系统及调度策略
• 3.3.2.1 OsekWork实时操作系统的基本定义
• 3.3.2.2 多任务调度策略
• 3.3.3 多任务软件设计
• 3.3.4 板级支持包（BSP）底层驱动设计
• 3.3.5 集成化 ECU最小系统程序引导机制
• 3.3.6 基于 CAN的实时监控程序设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 柴油转子机 ECU控制策略及算法研究
• 4.1 柴油转子机电控 ECU基本控制策略
• 4.1.1 柴油转子机电控 ECU核心控制内容
• 4.1.2 柴油转子机电控 ECU基本控制逻辑
• 4.1.3 关键控制量的基本控制策略
• 4.2 柴油转子机 ECU控制算法实现
• 4.2.1 共轨压力 PID控制算法设计
• 4.2.1.1 PID控制算法
• 4.2.1.2 数字 PID算法干扰的抑制
• 4.2.1.3 共轨压力 PID控制器的实现
• 4.2.2 共轨压力模糊-PID控制算法设计
• 4.2.2.1 模糊控制算法概述
• 4.2.2.2 模糊控制算法的实现
• 4.2.2.3 Fuzzy-PID复合控制及对比试验
• 4.3 本章小结
• 第五章 台架实验匹配研究及初步结果
• 5.1 台架实验及匹配研究概述
• 5.1.1 实验匹配内容分析及支持平台
• 5.1.2 实验标定匹配方法及实验控制
• 5.2 电控共轨燃油系统基本特性实验研究
• 5.2.1 喷油量特性
• 5.2.2 共轨压力控制及其喷射特性
• 5.3 柴油转子机初步台架匹配试验
• 5.3.1 柴油转子机的点火启动实验
• 5.3.2 单缸工作基本特性试验
• 5.4 示功图测试及双缸匹配试验
• 5.4.1 示功图测试概述
• 5.4.2 测试方法及测试系统
• 5.4.3 缸内燃烧爆发压力测试结果
• 5.4.3.1 倒拖试验
• 5.4.3.2 单缸独立运行缸内压力测试
• 5.4.3.3 双缸同步措施及缸内压力测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 本文的主要工作内容
• 6.2 本文工作的主要创新点
• 6.3 进一步的工作建议
• 致谢
• 已发表或收录的论文
• 主要参考文献