电控共轨喷射系统降低柴油机排放的试验研究

论文摘要

人们生活水平的不断改善,对汽车综合性能的要求不断提高,伴随着越来越严格的排放法规,对柴油机提出了较大的挑战。柴油机有较好的动力性和经济性,但也有较高的NOx和烟度排放。通过电控共轨喷油系统来降低柴油机的排放是必然趋势。本文在深入研究柴油机电控技术原理和特点,国内外研究现状和发展趋势的基础上,采用日本电装公司的ECD-U2高压共轨喷油系统,针对高压共轨电控技术原理和特点、对共轨柴油机电控系统中的控制策略作了相关的研究。针对常规PID的控制缺点,研究了模糊PID控制方法,并以喷油压力为例,对常规PID和模糊PID进行了仿真研究,仿真结果表明,模糊PID在阶跃响应性、鲁棒性和扰动抑制性方面均优于常规PID。根据柴油机燃烧过程特点和排放控制要求,提出了适合高压共轨柴油机管理系统的基本控制策略和实现方式。通过对柴油机的运行状态进行划分,对不同运行状态给出相应控制算法,包括喷油量、喷油定时和共轨压力等参数的控制,实现了柴油机快速起动和平稳运转的要求。利用直喷柴油机CA6DE成功改造安装了高压共轨系统,并构建一套完整的台架试验系统。利用在线标定软件以及数据采集和燃烧分析系统,初步完成了共轨系统最小运行MAP的标定工作。通过起动与怠速控制、调速控制、外特性试验等,验证了软件设计的可行性和可靠性,控制效果达到了预期要求。利用正交实验法设计了试验方案,进行了大量台架试验,分析不同工况下燃油喷射压力和预喷射对排放和燃油消耗率的影响。结果表明,较高的喷射压力和较小的喷油定时可以降低排放;预喷射可以大幅降低NOx的排放,配合预喷射参数的优化,可以较好的实现排放和燃油消耗率的折衷优化。基于结果的分析,得出了不同工况下的优化点。相关试验结果表明,电控共轨系统具有提升柴油机性能和降低排放的巨大潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 柴油机电控技术的发展
• 1.3 高压共轨技术的发展现状
• 1.4 柴油机欧洲排放标准分析
• 1.5 柴油机技术的发展历程
• 1.6 课题的研究内容和任务
• 2 高压共轨电控喷油系统结构和工作过程分析
• 2.1 日本电装公司ECD-U2电控系统
• 2.2 高压油泵
• 2.3 共轨管
• 2.4 电控喷油器
• 2.4.1 电磁阀的数学方程
• 2.4.2 电磁阀的驱动特性
• 2.5 传感器
• 2.6 本章小结
• 3 基于PID的控制方法
• 3.1 PID控制器的原理
• 3.1.1 理想PID控制器
• 3.1.2 PID控制器的两种形式
• 3.1.3 PID控制器的参数整定
• 3.2 模糊PID算法
• 3.2.1 模糊控制的思想和特点
• 3.2.2 模糊控制原理
• 3.2.3 模糊PID控制原理
• 3.3 模糊PID和传统PID的仿真对比
• 3.3.1 模糊控制器
• 3.3.2 输入输出的模糊化
• 3.3.3 模糊控制规则的确定
• 3.3.4 模糊判决
• 3.3.5 仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 高压共轨柴油机系统控制策略
• 4.1 现代内燃机对喷油系统的要求
• 4.2 发动机状态管理
• 4.3 喷油量及调速控制
• 4.4 喷油定时的控制
• 4.5 共轨压力的控制
• 4.6 喷油率的控制
• 4.7 起动工况控制
• 5 不同控制参数对柴油机性能影响的试验研究
• 5.1 台架试验环境与设备
• 5.2 系统的标定
• 5.3 共轨柴油机试验性能研究
• 5.3.1 试验策略
• 5.3.2 轨压对柴油机性能的影响
• 5.3.3 预喷射对柴油机性能的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢