压电晶体喷油器及驱动策略的研究

论文摘要

高压共轨系统是柴油机燃油喷射系统的发展趋势。为了满足越来越严格的发动机排放法规的要求,对燃油喷射过程进行全方位的柔性控制越来越普遍地应用于柴油机高压共轨系统。压电晶体执行器与电磁阀执行器相比,在很多方面都有着先天的优越性,是高压共轨系统喷油器理想的执行器。本论文选题紧跟柴油机燃油喷射系统的发展趋势,具有深远的意义。对压电晶体性质的研究始于十九世纪末期,人们已经对压电晶体的压电效应、逆压电效应等性质进行了大量的研究。本文在这些研究的基础上,结合柴油机高压共轨系统应用环境,从理论上分析了压电执行器运动状况与所处电磁环境的关系。设计一个驱动电路首先应该提出对该驱动电路的要求。本文在充分理解柴油机高压共轨系统对喷油器执行器的要求的基础上,结合执行器本身的条件,对驱动电路提出了要求。驱动电路控制压电晶体执行器的充放电过程,实际上是对压电晶体执行器运动状态的控制。针对压电晶体执行器的要求和特性,作者提出了“初期开环控制加速,中期闭环控制匀速伸长,末期开环控制减速”的简单而可行的控制策略。结合控制策略和驱动要求,作者对驱动电路进行了模块化设计。文中提出了几套驱动策略,包括电压驱动方式、电流驱动方式和时间控制驱动方式。在对电压驱动方式和电流驱动方式两者对压电晶体执行器进行充电的过程的研究中作者发现,两者的驱动效果差别很小。同时还发现,随着时间的增加,开关管打开进行充电的时间越来越长,得出了时间控制驱动方式响应速度较慢的结论。本论文最后选择了电流驱动方式在压电晶体执行器充电、放电(即喷油器开始喷油和停止喷油)的全过程进行了试验验证,结果证明该方案满足预期要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 柴油机技术的发展
• 1.2 柴油机电控燃油喷射技术
• 1.3 论文结构
• 第二章 柴油机高压共轨系统
• 2.1 高压共轨系统概述
• 2.2 机械总成组成及工作原理
• 2.2.1 高压油泵工作原理
• 2.2.2 喷油器结构及工作原理
• 2.3 系统控制原理及策略
• 2.3.1 ECU硬件系统
• 2.3.2 高压共轨系统控制策略
• 2.3.3 ECU软件系统
• 第三章 压电执行器的研究
• 3.1 压电效应与压电表达式
• 3.1.1 压电效应与压电晶体
• 3.1.2 正压电效应
• 3.1.3 逆压电效应
• 3.2 压电执行器技术
• 3.2.1 压电材料
• 3.2.2 压电执行器制造技术
• 3.3 压电式喷油器结构及工作原理
• 第四章 驱动策略设计及仿真
• 4.1 驱动模块设计
• 4.1.1 压电晶体执行器特性分析
• 4.1.2 喷油器执行器驱动要求
• 4.1.3 驱动模块化设计
• 4.1.3.1 公共模块设计
• 4.1.3.2 反馈模块设计
• 4.2 驱动电路设计
• 4.2.1 高压产生电路
• 4.2.2 开关电路
• 4.2.2.1 开关管选择
• 4.2.2.2 开关电路设计
• 4.2.3 反馈放大电路
• 4.2.4 选缸电路初步设计
• 4.3 驱动策略研究
• 4.3.1 压电执行器控制策略
• 4.3.2 压电执行器驱动策略研究及仿真
• 4.3.2.1 电压驱动方式
• 4.3.2.2 电流驱动方式
• 4.3.2.3 最优驱动方式的确定
• 第五章 策略验证及结果分析
• 5.1 压电晶体控制系统软硬件设计
• 5.1.1 硬件平台设计
• 5.1.2 控制软件设计
• 5.2 监控平台设计
• 5.3 试验验证及结果分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢