本文關(guān)鍵詞：缸內(nèi)直噴汽油機(jī)控制策略研究

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【摘要】：面對日益加劇的能源危機(jī)和近乎嚴(yán)苛的排放法規(guī),GDI發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,它與傳統(tǒng)的PFI發(fā)動(dòng)機(jī)在整體結(jié)構(gòu)上有很大的差別,并且在降低油耗和減少排放方面存在著巨大的優(yōu)勢。本文結(jié)合國家“863”項(xiàng)目-“轎車直噴汽油機(jī)(GDI)開發(fā)”,以缸內(nèi)直噴汽油機(jī)為研究對象,研究了GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的的組成及工作情況,詳細(xì)地分析了本試驗(yàn)所用GDI發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)及工作原理,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了如下工作:1.從裝載EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的原型車入手,了解控制發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的控制信號,進(jìn)行總結(jié)找到該信號所對應(yīng)的傳感器,分析傳感器的類型,驅(qū)動(dòng)形式、輸入和輸出之前的邏輯關(guān)系。搭建發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺架,根據(jù)各傳感器及執(zhí)行器的電氣特性設(shè)計(jì)了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌惭b了相應(yīng)的測試設(shè)備。2.以MC9S12XDP512單片機(jī)為控制核心設(shè)計(jì)了硬件控制電路,并將μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入到了單片機(jī)中,按照GDI發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的功能進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。以L9707芯片作為噴油器驅(qū)動(dòng)器電路的控制核心,設(shè)計(jì)了噴油器驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電流的波形控制,噴油器開啟迅速,噴射燃油計(jì)量準(zhǔn)確;采用處理器XDP512的AD信號作為輸入信號對電子節(jié)氣門進(jìn)行閉環(huán)控制,利用MC33887的電流負(fù)反饋特性完成對節(jié)氣門的閉環(huán)控制,采用模糊PID控制器對節(jié)氣門位置進(jìn)行控制,調(diào)整到目標(biāo)位置的響應(yīng)速度很快,沒有超調(diào),而且具有良好的魯棒性;由寬氧傳感器處理芯片CJ120和BTS功率放大電路設(shè)計(jì)了寬氧傳感器的閉環(huán)控制電路,對寬氧傳感器進(jìn)行加熱,滿足對寬氧傳感器快速加熱的要求。3.依據(jù)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)和冷起動(dòng)的控制要求,對發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)過程進(jìn)行了優(yōu)化控制,設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)控制策略,對冷起動(dòng)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)的控制目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢和模式轉(zhuǎn)換過程的基本要求,設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的模式轉(zhuǎn)換控制策略。通過調(diào)節(jié)噴油定時(shí)、噴油量、點(diǎn)火定時(shí)以及節(jié)氣門開度,準(zhǔn)確控制空燃比,以發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)變動(dòng)小、輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小為控制目標(biāo),確定出最優(yōu)控制參數(shù)。實(shí)現(xiàn)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的控制策略的控制功能,進(jìn)行了軟件部分的模塊化設(shè)計(jì),有主函數(shù)的初始化設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)速中斷處理函數(shù)設(shè)計(jì),脈譜圖函數(shù)設(shè)計(jì),工況管理函數(shù)設(shè)計(jì),噴油控制函數(shù)設(shè)計(jì),點(diǎn)火控制函數(shù)設(shè)計(jì),燃油泵控制函數(shù)設(shè)計(jì),模擬量、數(shù)字量采集函數(shù)設(shè)計(jì)、串口通信函數(shù)設(shè)計(jì)。4.進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究,對冷起動(dòng)過程各階段的最優(yōu)控制參數(shù)進(jìn)行了分析。測試了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段的最佳噴油正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí),在節(jié)氣門開度為6%,燃油軌壓為0.5MPa,過量空氣系數(shù)為0.9的條件下,將噴油提前角設(shè)定為90°BTDC,最佳點(diǎn)火正時(shí)設(shè)定為30°BTDC的情況下,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)最為迅速,且排放較低;測試了發(fā)動(dòng)機(jī)在催化劑起燃階段的最佳噴油量、最佳噴油正時(shí)和最佳點(diǎn)火正時(shí),調(diào)整節(jié)氣門相對位置開度為6%,燃油軌壓為5MPa,過量空氣系數(shù)為1.1的條件下,最佳控制參數(shù)為設(shè)定兩次噴油比例為1:1,噴油脈寬為4ms,點(diǎn)火正時(shí)為15°BTDC,第一次噴油正時(shí)為300°BTDC,第二次噴油正時(shí)為70°BTDC;測試了發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)階段的最佳噴油正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí),在節(jié)氣門開度為6%,過量空氣系數(shù)為0.9的條件下,最佳噴油正時(shí)設(shè)定為90°BTDC,最佳點(diǎn)火正時(shí)設(shè)定為30°BTDC。5.進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)模式轉(zhuǎn)換研究,確定了模式轉(zhuǎn)換過程各工況的最優(yōu)控制參數(shù)。測試了發(fā)動(dòng)機(jī)在均質(zhì)燃燒模式下,λ=1.0到λ=1.4的最佳點(diǎn)火提前角和最佳噴油提前角;測試了發(fā)動(dòng)機(jī)在分層燃燒模式下,λ=1.4時(shí)的最佳兩次噴油比例、最佳噴油正時(shí)和最佳點(diǎn)火正時(shí);對最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行擬合建模,并在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化標(biāo)定,在最優(yōu)參數(shù)情況下,進(jìn)行了模式轉(zhuǎn)換研究,測試了各工況下的排放指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：缸內(nèi)直噴汽油機(jī) 控制系統(tǒng) 控制策略 起動(dòng)控制 模式轉(zhuǎn)換
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK413
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 課題背景13-14
• 1.2 GDI技術(shù)的發(fā)展史14-16
• 1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)發(fā)展史16-18
• 1.4 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢18-21
• 1.4.1 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的優(yōu)勢18-20
• 1.4.2 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢20-21
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容21-23
• 第二章 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)工作原理23-43
• 2.1 控制系統(tǒng)組成23-26
• 2.2 傳感器26-35
• 2.2.1 曲軸位置傳感器26-28
• 2.2.2 凸輪軸位置傳感器28-29
• 2.2.3 節(jié)氣門位置傳感器29-31
• 2.2.4 氧傳感器31-33
• 2.2.5 燃油壓力傳感器33-34
• 2.2.6 冷卻液溫度傳感器34-35
• 2.3 執(zhí)行器35-41
• 2.3.1 燃油泵35-38
• 2.3.2 噴油器38-39
• 2.3.3 節(jié)氣門39-41
• 2.4 本章小結(jié)41-43
• 第三章 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43-79
• 3.1 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)43-44
• 3.1.1 控制系統(tǒng)的功能43
• 3.1.2 控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)43-44
• 3.2 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)44-55
• 3.2.1 微處理器選型及外圍電路設(shè)計(jì)45-46
• 3.2.2 噴油器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)46-49
• 3.2.3 電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)49-52
• 3.2.4 寬氧傳感器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)52-55
• 3.3 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略設(shè)計(jì)55-63
• 3.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)控制策略的設(shè)計(jì)56-61
• 3.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換策略的設(shè)計(jì)61-63
• 3.4 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)63-77
• 3.4.1 主函數(shù)設(shè)計(jì)65
• 3.4.2 轉(zhuǎn)速中斷函數(shù)設(shè)計(jì)65-66
• 3.4.3 查表函數(shù)設(shè)計(jì)66-69
• 3.4.4 工況管理函數(shù)設(shè)計(jì)69-71
• 3.4.5 噴油控制函數(shù)設(shè)計(jì)71-74
• 3.4.6 點(diǎn)火控制函數(shù)設(shè)計(jì)74-75
• 3.4.7 燃油泵控制函數(shù)設(shè)計(jì)75
• 3.4.8 模擬量采集函數(shù)設(shè)計(jì)75-76
• 3.4.9 串口通信函數(shù)設(shè)計(jì)76-77
• 3.5 本章小結(jié)77-79
• 第四章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)控制研究79-103
• 4.1 試驗(yàn)臺架的搭建79-81
• 4.2 系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證81-100
• 4.2.1 起動(dòng)環(huán)節(jié)噴油提前角和點(diǎn)火提前角的確定81-85
• 4.2.2 催化劑起燃環(huán)節(jié)兩次噴油比例的確定85-89
• 4.2.3 暖機(jī)環(huán)節(jié)過量空氣系數(shù)和點(diǎn)火提前角的確定89-98
• 4.2.4 最優(yōu)參數(shù)下的冷起動(dòng)試驗(yàn)98-100
• 4.3 本章小結(jié)100-103
• 第五章 發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換研究103-127
• 5.1 均質(zhì)燃燒噴油提前角和提點(diǎn)火前角的確定103-112
• 5.1.1 λ=1.0 噴油提前角和點(diǎn)火提前角的確定103-105
• 5.1.2 λ=1.1 噴油提前角和點(diǎn)火提前角的確定105-107
• 5.1.3 λ=1.2 噴油提前角和點(diǎn)火提前角的確定107-108
• 5.1.4 λ=1.3 噴油提前角和點(diǎn)火提前角的確定108-110
• 5.1.5 λ=1.4 噴油提前角和點(diǎn)火提前角的確定110-112
• 5.2 分層稀燃噴油提前角和點(diǎn)火提前角的確定112-118
• 5.2.1 分層燃燒的實(shí)現(xiàn)112-113
• 5.2.2 兩次噴油比例的確定113-115
• 5.2.3 第二次噴油時(shí)刻對分層燃燒的影響115-117
• 5.2.4 點(diǎn)火時(shí)刻對分層燃燒的影響117-118
• 5.3 工作模式轉(zhuǎn)換研究118-123
• 5.3.1 不同工況下的最優(yōu)參數(shù)匯總118-119
• 5.3.2 基于模型的最優(yōu)參數(shù)標(biāo)定119-123
• 5.3.3 工作模式轉(zhuǎn)換123
• 5.4 發(fā)動(dòng)機(jī)排放研究123-125
• 5.5 本章小結(jié)125-127
• 第六章 全文總結(jié)與展望127-131
• 6.1 全文總結(jié)127-128
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)128-129
• 6.3 工作展望129-131
• 參考文獻(xiàn)131-137
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果137-138
• 致謝138

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本文編號：626881