高压共轨柴油机电控系统开发与压燃汽油的实验研究

论文摘要

柴油机的电控单元（ECU）能够对柴油机的喷油定时、喷射压力、喷油量、喷油模式、VVT、EGR率等各种参数在全工况范围内进行优化控制。当前，鉴于柴油机中的各控制参数柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳控制参数，从而优化柴油机的综合性能，人们越来越重视柴油机的电控单元ECU的开发。但是，ECU硬件结构复杂、软件开发以及参数标定周期长、成本投入大。一套功能完善的电控实验系统能够提高整个开发历程的效率，作者在本课题组前期工作的基础上，整合和完善了基于工控机的高压共轨柴油机电控开发系统。电控开发系统基于工控机丰富的软、硬件资源，结合定时计数卡和采集卡，采用DOS操作系统平台和C语言，引入层次化程序设计方法，实现了良好的人机交互和灵活的发动机控制；通过PID算法对共轨压力实现了闭环控制；利用硬件编程语言—VHDL语言和MAX PLUSⅡ对可编程逻辑器件CPLD进行编程，进行硬件设计，实现了喷油器驱动信号的合成等功能；通过软、硬件的结合，电控开发系统能柔性控制高压共轨柴油机的喷油定时、喷射压力及喷油量，并能实现多种喷油模式，具有结构简单、成本低廉、使用方便和功能易扩展等优点。本文就CPLD合成喷油器驱动信号模块研究不同驱动信号参数（主控脉宽、零脉宽、PWM保持波占空比和频率）对喷油器电流波形的影响，阐明驱动信号各参数的作用。HCCI发动机的着火燃烧主要受燃料和空气反应的化学反应动力学所控制，其着火时刻主要由混合气的成分、温度和压力的变化历程所决定。汽油相对于柴油的十六烷值低、自燃温度高、挥发性好，因此柴油机直接压燃汽油，将使混合气的滞燃期增长，对HCCI发动机的燃烧和排放特性有重要的影响。本文研究中小负荷时，单次早喷压燃汽油的燃烧和排放性能的规律以及其与柴油的比较，结果表明，压燃汽油的碳烟和NOx排放很低；在中高负荷时，研究单次和两次喷油策略压燃汽油的燃烧和排放性能的规律，结果表明，柴油机直接压燃汽油具有在保证低的NOx和碳烟排放的情况下拓展发动机低温燃烧的负荷的潜力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 能源危机与环境保护
• 1.3 应对措施与技术方案
• 1.3.1 基于燃烧过程优化的缸内净化措施附加尾气后处理技术
• 1.3.2 基于燃烧过程变革的缸内净化措施
• 1.3.2.1 柴油机低温燃烧概念
• 1.3.2.2 MULINBUMP 复合燃烧技术
• 1.3.2.3 柴油机高密度低温燃烧理论
• 1.4 柴油机电控燃油喷射系统
• 1.4.1 柴油机共轨式电控燃油喷射系统
• 1.4.2 几种典型的高压共轨柴油机电控喷油系统
• 1.4.2.1 Bosch 公司的 CR 系统
• 1.4.2.2 Caterpillar 公司的共轨式液压喷油系统
• 1.4.2.3 Delphi 公司的平衡式直接驱动压电喷油器的共轨系统
• 1.5 本课题研究的意义和内容
• 第二章 柴油机电控开发系统的设计和功能实现
• 2.1 电控开发系统综述
• 2.2 电控开发系统的硬件部分
• 2.2.1 输入信号调理电路模块
• 2.2.2 控制信号产生模块
• 2.2.3 功率驱动模块
• 2.3 电控开发系统的软件部分
• 2.3.1 人机交互系统
• 2.3.2 数据采集、处理及存储系统
• 2.3.3 发动机控制系统软件设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 电控喷油器电磁阀驱动信号参数的研究
• 3.1 电控喷油器的结构和工作原理
• 3.2 电控喷油器电磁阀驱动信号合成模块
• 3.2.1 电控喷油器驱动信号
• 3.2.2 CPLD 合成驱动信号模块
• 3.3 喷油器功率驱动模块
• 3.4 驱动信号参数对喷油器电流特性影响的研究
• 3.4.1 理论分析
• 3.4.1.1 电磁阀开启特性的理论分析
• 3.4.1.2 电磁阀保持阶段的理论分析
• 3.4.1.3 电磁阀关闭特性的理论分析
• 3.4.2 不同主控脉宽的影响
• 3.4.3 不同零脉宽的影响
• 3.4.4 不同 PWM 波占空比的影响
• 3.4.5 不同 PWM 波频率的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 高压共轨柴油机压燃汽油燃料的初步实验研究
• 4.1 实验系统简介
• 4.1.1 高压共轨柴油机
• 4.1.2 模拟增压进气系统
• 4.1.3 废气再循环（EGR）系统
• 4.1.4 可变气门定时（VVT）系统
• 4.1.5 多功能燃烧测试分析系统
• 4.1.6 尾气排放测试系统
• 4.2 汽油、柴油燃料采用单次早喷策略的实验研究
• 4.2.1 汽油燃料采用单次早喷策略燃烧、排放及经济性能
• 4.2.2 汽、柴油燃料采用单次早喷策略燃烧和排放的性能比较
• 4.3 中高负荷下压燃汽油的初步实验研究
• 4.3.1 汽油采用单次喷油策略燃烧性能的实验研究
• 4.3.1.1 不同进气压力
• 4.3.1.2 不同共轨压力
• 4.3.1.3 不同 EGR 率
• 4.3.1.4 不同负荷
• 4.3.2 汽油采用两次喷油策略燃烧性能的实验研究
• 4.3.2.1 不同预喷定时
• 4.3.2.2 不同主喷定时
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结及展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 发表论文
• 参与的科研项目
• 致谢