高壓共軌柴油機(jī)軌壓控制策略及參數(shù)研究*

陳叢金　徐勁松　魏　亮　董志輝（昆明理工大學(xué)云南省內(nèi)燃機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　云南　昆明　650500）

高壓共軌柴油機(jī)軌壓控制策略及參數(shù)研究*

陳叢金徐勁松魏亮董志輝
（昆明理工大學(xué)云南省內(nèi)燃機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室云南昆明650500）

通過(guò)對(duì)高壓共軌柴油機(jī)軌壓控制的需求進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了軌壓雙閉環(huán)控制策略，研究了軌壓控制參數(shù)之間的關(guān)系，并提出了軌壓控制的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，即用“穩(wěn)態(tài)誤差”評(píng)價(jià)穩(wěn)態(tài)性能，用“超調(diào)量”和“調(diào)節(jié)時(shí)間”評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)性能。運(yùn)用ASCET軟件和自制的ECU，在YN33CR型高壓共軌柴油機(jī)上進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：軌壓控制策略滿足需求，前饋流量補(bǔ)償策略和雙閉環(huán)控制可以改善軌壓的控制性能，提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠反映軌壓控制特性。

高壓共軌柴油機(jī)軌壓控制雙閉環(huán)控制前饋流量補(bǔ)償

引言

隨著汽車排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，高壓共軌燃油噴射技術(shù)因其靈活可控的噴油規(guī)律、良好的燃油霧化、低排放和低噪音等特點(diǎn)，成為了柴油機(jī)滿足國(guó)Ⅲ以上排放法規(guī)的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。高壓共軌系統(tǒng)中共軌燃油壓力不僅決定著燃油的霧化程度，也是噴油量的重要計(jì)量參數(shù)，其軌壓控制的穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)響應(yīng)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)各工況的性能[2-3]。

高壓共軌系統(tǒng)中的軌壓控制具有一定的獨(dú)立性，其控制過(guò)程不依賴于轉(zhuǎn)速的變化。目前的研究者主要通過(guò)采用“前饋+反饋”的控制策略加快軌壓的響應(yīng)速度，并輔以瞬態(tài)修正算法避免軌壓的過(guò)度超調(diào)[4]。針對(duì)高壓泵的泵油量進(jìn)行PID參數(shù)修正，改進(jìn)PID反饋控制，降低了穩(wěn)態(tài)軌壓的波動(dòng)[5]，并采用多級(jí)開(kāi)/閉環(huán)的軌壓控制策略，進(jìn)一步提高了軌壓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及控制精度[6-7]。

本文通過(guò)對(duì)軌壓的控制需求進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了高壓共軌燃油系統(tǒng)的軌壓雙閉環(huán)控制策略，即：在傳統(tǒng)的軌壓?jiǎn)伍]環(huán)控制策略中加入了針對(duì)高壓泵驅(qū)動(dòng)電流的內(nèi)環(huán)控制，在反饋PID控制中新增了前饋流量補(bǔ)償算法，并提出了軌壓控制的穩(wěn)態(tài)性能與動(dòng)態(tài)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中驗(yàn)證了控制策略的正確性以及控制參數(shù)對(duì)軌壓控制性能的影響。

1　軌壓控制需求分析

根據(jù)高壓共軌柴油機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，結(jié)合軌壓控制要求，把軌壓的控制需求分為三個(gè)工況。

1）穩(wěn)態(tài)工況：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩都不隨時(shí)間變化的工況稱為穩(wěn)態(tài)工況。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的需求噴油量穩(wěn)定，相應(yīng)的軌壓需求穩(wěn)定，波動(dòng)越小越好，可用穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)行衡量。

2）瞬態(tài)工況：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或扭矩隨時(shí)間變化的工況稱為瞬態(tài)工況，即在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)工況之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間都是運(yùn)行在這個(gè)工況，其對(duì)應(yīng)的需求噴油量變化較大，控制系統(tǒng)要求軌壓具有良好的動(dòng)態(tài)性能，可用超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間進(jìn)行衡量。

3）故障工況：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)（如傳感器故障），發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)故障狀態(tài)把軌壓設(shè)定在一個(gè)安全的范圍，以便發(fā)動(dòng)機(jī)可運(yùn)行，跛行回家。

圖1　軌壓控制總框圖

2　軌壓控制策略

高壓共軌系統(tǒng)的軌壓控制是通過(guò)油量計(jì)量單元（如：常閉型）控制進(jìn)入高壓油泵的燃油流量，進(jìn)而控制流入共軌管的進(jìn)油量，達(dá)到控制軌壓的目的。因此，軌壓控制策略中，通過(guò)控制油量計(jì)量單元的驅(qū)動(dòng)參數(shù)能夠獲得最終的目標(biāo)軌壓。

軌壓控制總框圖如圖1所示。首先，根據(jù)噴油量和轉(zhuǎn)速計(jì)算出目標(biāo)軌壓，并在計(jì)算過(guò)程中加入軌壓限值計(jì)算和軌壓修正值計(jì)算，從而使計(jì)算的目標(biāo)軌壓更準(zhǔn)確和安全。其次，目標(biāo)流量由共軌壓差△P（目標(biāo)軌壓-軌壓檢測(cè)值）輸入到PID控制器，計(jì)算得到目標(biāo)流量。再經(jīng)過(guò)油量計(jì)量單元的“流量-電流”特性計(jì)算出目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流。最后，通過(guò)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)計(jì)量單元的PWM控制參數(shù)，由硬件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)軌壓的控制。

軌壓控制策略中的兩個(gè)閉環(huán)控制，分別由共軌壓差△P和高壓泵電磁閥驅(qū)動(dòng)電流差△I控制組成。共軌壓差的閉環(huán)控制是傳統(tǒng)的軌壓控制方法，以共軌壓差輸入，采用PID控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌壓的外環(huán)控制。電流差△I的閉環(huán)控制，主要是從內(nèi)環(huán)控制的角度對(duì)于油量計(jì)量單元的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行控制，使得實(shí)際電流與目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流盡快達(dá)到一致，從而提供軌壓控制的執(zhí)行精度。

2.1軌壓限值計(jì)算

軌壓限值計(jì)算模塊的目的是把目標(biāo)軌壓值限制在高壓泵的供油安全范圍內(nèi)。如圖2所示，根據(jù)轉(zhuǎn)速和噴油量，通過(guò)插值相應(yīng)的MAP得到相應(yīng)的最大軌壓與最小軌壓。當(dāng)軌壓發(fā)生故障時(shí)（如軌壓傳感器失效），控制系統(tǒng)識(shí)別故障后，通過(guò)故障執(zhí)行器切換到故障最大軌壓替代值與故障最小軌壓替代值。

圖2　軌壓限值計(jì)算

2.2軌壓修正值計(jì)算

軌壓修正值計(jì)算的目的是考慮大氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、進(jìn)氣溫度和燃油溫度對(duì)當(dāng)前軌壓的噴射霧化影響，即：軌壓會(huì)影響氣缸內(nèi)的燃油和氣體的混合效果，從而影響燃燒效果，這些影響因素對(duì)燃油和氣體的物理性質(zhì)有重要影響，軌壓修正計(jì)算可以適應(yīng)不同的環(huán)境因素。如圖3所示，各影響因素插值相關(guān)曲線得到各自的軌壓修正值，之后求和得到總的軌壓修正值。

圖3　軌壓修正計(jì)算

2.3目標(biāo)軌壓計(jì)算

目標(biāo)軌壓計(jì)算的目的是確定發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)工況下的目標(biāo)軌壓值。如圖4所示，根據(jù)轉(zhuǎn)速和噴油量對(duì)軌壓基礎(chǔ)MAP插值得到基礎(chǔ)軌壓?；A(chǔ)軌壓與軌壓修正值相加之后通過(guò)一系列軌壓限值后得到目標(biāo)軌壓。噴油器的正常工作是電池電壓與油壓共同作用的結(jié)果，電壓不足時(shí)將影響噴油器工作，修正基礎(chǔ)軌壓經(jīng)過(guò)電壓最小值限值和油溫限值得到最終的目標(biāo)軌壓。

圖4　目標(biāo)軌壓計(jì)算

2.4目標(biāo)流量計(jì)算

目標(biāo)流量計(jì)算的目的是控制進(jìn)入共軌管的燃油流量，使軌壓達(dá)到目標(biāo)軌壓。目標(biāo)流量計(jì)算是軌壓控制的核心部分，以實(shí)際軌壓與目標(biāo)軌壓的的壓差作為輸入，采用PID控制器，計(jì)算出目標(biāo)流量（如圖5所示）。以下是幾個(gè)重要部分的功能描述：

圖5　目標(biāo)流量計(jì)算

1）積分凍結(jié)器。PID中積分項(xiàng)的作用是不斷累計(jì)偏差，加大控制力度，消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但是，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷大幅變化時(shí)，目標(biāo)軌壓有大幅的增減，壓差較大，導(dǎo)致積分值累計(jì)較大，計(jì)算得到的流量會(huì)超過(guò)高壓泵的限值，出現(xiàn)積分飽和。積分凍結(jié)器可以避免這種情況，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于凍結(jié)轉(zhuǎn)速或者是計(jì)算的控制流量不在范圍內(nèi)時(shí)，積分凍結(jié)器打開(kāi)，使積分環(huán)節(jié)失效。

2）PID參數(shù)選擇器。轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的變化都會(huì)有不同的軌壓值需求。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的范圍大，固定PID控制參數(shù)很難使每個(gè)工況的軌壓控制達(dá)到要求。因此，通過(guò)參數(shù)選擇器，可以實(shí)現(xiàn)變PID參數(shù)控制，滿足各個(gè)工況的軌壓控制要求。

3）前饋補(bǔ)償流量模塊。發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作過(guò)程中，不同工況的劇烈變化會(huì)引起噴油量的大幅變化，導(dǎo)致軌壓劇烈變化。例如，瞬態(tài)工況時(shí)，有時(shí)噴油量突然變化很大，造成軌壓的迅速下降或升高。在反饋PID控制的基礎(chǔ)上加入前饋補(bǔ)償流量，可以提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和提前抵消軌壓擾動(dòng)。

圖6　軌壓開(kāi)閉環(huán)開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

2.5軌壓開(kāi)閉環(huán)開(kāi)關(guān)

軌壓開(kāi)/閉環(huán)開(kāi)關(guān)目的是實(shí)現(xiàn)共軌壓差的開(kāi)/閉環(huán)控制。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，結(jié)合軌壓控制需求，把軌壓控制分為4種狀態(tài)（如圖6所示）。開(kāi)環(huán)狀態(tài)為0，點(diǎn)火鑰匙打開(kāi)之后；開(kāi)/閉環(huán)預(yù)控狀態(tài)為3，開(kāi)環(huán)與閉環(huán)轉(zhuǎn)換之間的短暫狀態(tài)；閉環(huán)狀態(tài)為5，正常運(yùn)行狀態(tài)；停機(jī)狀態(tài)為7，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件如表1所示。

表1　軌壓開(kāi)閉環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件

2.6目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算

目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算目的是將目標(biāo)流量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)油量計(jì)量單元的電流。如圖7所示，目標(biāo)電流是通過(guò)由計(jì)量單元的“流量-電流”特性進(jìn)行曲線插值得到目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流。

圖7　目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算

2.7計(jì)量單元驅(qū)動(dòng)計(jì)算

計(jì)量單元驅(qū)動(dòng)計(jì)算的目的是將目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成硬件驅(qū)動(dòng)電流芯片執(zhí)行的PWM參數(shù)（占空比與頻率）。如圖8所示，對(duì)占空比計(jì)算運(yùn)用了PID控制，目標(biāo)電流與計(jì)量單元電阻以及電壓計(jì)算后，進(jìn)行PID計(jì)算，然后經(jīng)過(guò)限制計(jì)算得到最后的PWM占空比。延遲微分（DT1）延遲的作用是減弱計(jì)量單元通電時(shí)電磁感應(yīng)造成的影響。把電流差作為積分（I）的輸入，并輔以電流差開(kāi)閉環(huán)控制是為了對(duì)積分進(jìn)行飽和切除的作用。

圖8　計(jì)量單元驅(qū)動(dòng)計(jì)算

3　軌壓控制參數(shù)的影響關(guān)系

高壓共軌燃油系統(tǒng)需要進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)來(lái)確定控制策略中的各種控制參數(shù)，即：通過(guò)標(biāo)定試驗(yàn)使柴油機(jī)達(dá)到所要求的性能，如系統(tǒng)控制性能、動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能等。下面將分析各個(gè)控制參數(shù)對(duì)這些性能的影響關(guān)系。軌壓控制策略中控制參數(shù)主要針對(duì)參數(shù)MAP，曲線和控制狀態(tài)等，其軌壓的參數(shù)標(biāo)定關(guān)系如圖9所示。

圖9　軌壓控制策略中的主要控制參數(shù)

針對(duì)軌壓控制性能的評(píng)價(jià)可以分為動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)兩類。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)主要表征軌壓控制過(guò)程中瞬態(tài)響應(yīng)特性，穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)主要表征軌壓穩(wěn)定后的實(shí)際值與目標(biāo)值之間的偏差特性。

如圖10所示，穩(wěn)態(tài)性能使用“穩(wěn)態(tài)誤差”評(píng)價(jià)，動(dòng)態(tài)性能使用"超調(diào)量"和"調(diào)節(jié)時(shí)間"評(píng)價(jià)，其各指標(biāo)定義如下：

1）穩(wěn)態(tài)誤差：發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工況時(shí)，實(shí)際軌壓與目標(biāo)軌壓的上下偏差。

2）超調(diào)量：軌壓調(diào)節(jié)過(guò)程中，實(shí)際最大軌壓偏離目標(biāo)軌壓的差值與目標(biāo)軌壓之比的百分?jǐn)?shù)，即：（實(shí)際最大軌壓-目標(biāo)軌壓）/目標(biāo)軌壓×100%。

3）調(diào)節(jié)時(shí)間：實(shí)際軌壓從開(kāi)始變化到達(dá)到并保持在目標(biāo)軌壓偏差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。

圖10　軌壓控制系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)示意圖

在標(biāo)定試驗(yàn)中，需要知道各參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響才能調(diào)整相關(guān)參數(shù)得到適合的性能。圖11是軌壓控制中最為重要的控制參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響關(guān)系，具體參數(shù)的描述如下：

圖11　軌壓控制參數(shù)對(duì)控制性能的影響

1）軌壓基礎(chǔ)值決定了目標(biāo)軌壓的大小。每個(gè)工況，柴油機(jī)都需要有一個(gè)合適的軌壓值，太大或太小都會(huì)影響軌壓控制性能及發(fā)動(dòng)機(jī)性能。起動(dòng)過(guò)程中，隨著目標(biāo)軌壓的變化存在一個(gè)軌壓值使得起動(dòng)性能最好，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使起動(dòng)時(shí)間增大[8]。

2）PID參數(shù)是PID控制的關(guān)鍵，使用變參數(shù)PID可以使發(fā)動(dòng)機(jī)各工況軌壓控制都能達(dá)到要求。因此，各工況都需一組合適的PID參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)于軌壓控制的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能有所影響。

3）△P、△I開(kāi)閉環(huán)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了軌壓的多級(jí)開(kāi)/閉環(huán)控制。合理的開(kāi)閉環(huán)策略，可以提高軌壓的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。

4　試驗(yàn)驗(yàn)證

使用德國(guó)ETAS公司的ASCET軟件編寫了"軌壓控制策略"，并與高壓共軌其它控制策略進(jìn)行系統(tǒng)集成，編譯軟件生成可寫入ECU板的“.hex”文件，下載到自制的標(biāo)定ECU上。在4缸高壓共軌柴油機(jī)YN33CR機(jī)型上進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證。

4.1起動(dòng)試驗(yàn)

如圖12所示，進(jìn)行起動(dòng)目標(biāo)軌壓40MPa的起動(dòng)試驗(yàn)。起動(dòng)電機(jī)倒拖柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到250r/min，且軌壓達(dá)到15MPa以上時(shí)開(kāi)始噴油，轉(zhuǎn)速、軌壓都有明顯的變化。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在達(dá)到370r/min時(shí)，開(kāi)閉環(huán)狀態(tài)字從0變?yōu)?，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一定轉(zhuǎn)速后，狀態(tài)字從3變?yōu)?，表示軌壓控制從開(kāi)環(huán)控制變?yōu)殚]環(huán)控制。實(shí)際軌壓上升達(dá)到峰值之后，軌壓向變怠速目標(biāo)軌壓40MPa調(diào)節(jié)。起動(dòng)過(guò)程采用較大的噴油量30mg/cyc，可以使柴油機(jī)快速起動(dòng)，之后進(jìn)入怠速工況，轉(zhuǎn)速為800r/min、噴油量為8mg/cyc左右。柴油機(jī)起動(dòng)順利，軌壓在1s左右達(dá)到峰值，軌壓開(kāi)/閉環(huán)控制自動(dòng)切換，油量和轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)基本一致。

圖12　 40MPa起動(dòng)目標(biāo)軌壓的起動(dòng)試驗(yàn)

4.2不同目標(biāo)軌壓的起動(dòng)試驗(yàn)

環(huán)境溫度25℃，起動(dòng)油量為定值30mg/cyc，柴油機(jī)起動(dòng)結(jié)束轉(zhuǎn)速為800r/min。起動(dòng)目標(biāo)軌壓分別設(shè)置為30、35、40、50、60和70MPa。

如圖13所示，起動(dòng)過(guò)程中軌壓首先快速升高到一個(gè)峰值，然后再下降到起動(dòng)目標(biāo)軌壓值附近波動(dòng)，之后軌壓向怠速目標(biāo)軌壓調(diào)節(jié)，穩(wěn)定在怠速軌壓；隨著設(shè)定的目標(biāo)軌壓升高，超調(diào)軌壓量有所增加，這主要是因?yàn)槟繕?biāo)軌壓越高，增加進(jìn)入共軌管的流量才能使軌壓快速建立，這樣就會(huì)造成超調(diào)軌壓量的增加。

圖13　不同起動(dòng)目標(biāo)軌壓的軌壓控制試驗(yàn)

如圖14所示，不同起動(dòng)目標(biāo)軌壓的評(píng)價(jià)曲線中，調(diào)節(jié)時(shí)間為發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)到軌壓穩(wěn)定在怠速軌壓40MPa的時(shí)間。圖中軌壓調(diào)節(jié)時(shí)間呈現(xiàn)先減后增的現(xiàn)象，當(dāng)目標(biāo)軌壓小于40MPa時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間隨著目標(biāo)軌壓的增大而減小，40MPa時(shí)最小為1.6s；當(dāng)目標(biāo)軌壓大于40MPa時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間隨著目標(biāo)軌壓的增大而增大，主要原因是目標(biāo)軌壓越高，燃油噴出速度越快，燃油的霧化程度越好，燃油燃燒更充分，釋放能量越高，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間縮短，相應(yīng)的軌壓調(diào)節(jié)時(shí)間縮短。然而，隨著軌壓的增大，噴出的油滴貫穿距離增大，起動(dòng)時(shí)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低，缸內(nèi)空氣流動(dòng)小，超過(guò)一定軌壓后，會(huì)有較多的油滴噴射到氣缸壁上，而此時(shí)氣缸內(nèi)溫度不是太高，不利于氣缸壁上的燃油蒸發(fā)，噴射的油滴不能充分燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間將會(huì)增長(zhǎng)，軌壓的調(diào)節(jié)時(shí)間也增長(zhǎng)。

圖14　不同起動(dòng)目標(biāo)軌壓的軌壓控制評(píng)價(jià)曲線

在圖14中，隨著目標(biāo)軌壓的增加，超調(diào)量逐漸減小，結(jié)合圖13可知隨著設(shè)定的目標(biāo)軌壓的升高，最大軌壓值有所增加，但是這個(gè)增加量沒(méi)有目標(biāo)軌壓的增加幅度大，所以計(jì)算得到的超調(diào)量逐漸減小。

4.3前饋補(bǔ)償流量試驗(yàn)

如圖15所示，分別采用“反饋PID”和“前饋+反饋PID”兩種方式進(jìn)行控制軌壓試驗(yàn)，目標(biāo)軌壓從40MPa階躍到60MPa。從圖中可以看出從目標(biāo)軌壓突變到實(shí)際軌壓，調(diào)節(jié)有時(shí)間延遲，而“前饋+反饋PID”的延遲時(shí)間比“反饋PID”延遲短，采用前饋流量控制后的軌壓超調(diào)峰值減小，超調(diào)量從11.7%減小到6.7%，軌壓調(diào)節(jié)時(shí)間從0.8s減小到0.6s。因此，在反饋PID的基礎(chǔ)上加上前饋流量補(bǔ)償可以提高軌壓控制的動(dòng)態(tài)性能。

圖15　反饋PID與前饋-反饋PID軌壓控制結(jié)果

4.4恒扭矩增轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)柴油機(jī)輸出扭矩為40N·m，轉(zhuǎn)速?gòu)?200r/min增加到2 500r/min、2 800r/min，分別采用單閉環(huán)和雙閉環(huán)控制軌壓，結(jié)果如圖16和圖17所示。

在兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果中，隨著轉(zhuǎn)速的上升，實(shí)際軌壓分別上升到67MPa、77MPa和84MPa，而占空比幾乎沒(méi)有增加。因?yàn)殡S著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，高壓泵轉(zhuǎn)速也隨之增加，相同占空比下，高壓泵的泵油能力提高。因此，不用增加占空比就可以使軌壓升高。此外，單閉環(huán)控制與雙閉環(huán)控制比較而言，單閉環(huán)控制的穩(wěn)態(tài)誤差大，軌壓上升相對(duì)緩慢，有明顯超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。所以，采用軌壓雙閉環(huán)控制可以獲得更好的軌壓穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。

圖16　軌壓?jiǎn)伍]環(huán)控制結(jié)果

圖17　軌壓雙閉環(huán)控制結(jié)果

4.5恒轉(zhuǎn)速增扭矩試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)柴油機(jī)恒定轉(zhuǎn)速1 600r/min，輸出扭矩從55N·m增加到125N·m、210N·m。圖18為1 600r/min增扭矩試驗(yàn)結(jié)果。從圖中可以看出，隨著扭矩的升高，噴油量和軌壓相應(yīng)增加，軌壓控制參數(shù)占空比和實(shí)際電流也增大。穩(wěn)態(tài)工況時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差??；瞬態(tài)工況時(shí)，噴油量大幅增加，軌壓平穩(wěn)過(guò)渡，沒(méi)有超調(diào)量。發(fā)動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)速增扭矩時(shí)，隨著扭矩升高，噴油量需求增加，需要更高的噴油壓力才能獲得合適的噴油速率以及噴油角度，使得缸內(nèi)燃燒不惡化。由于高壓泵的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，增大占空比可以使軌壓升高。軌壓控制策略中，轉(zhuǎn)速變化對(duì)軌壓控制影響幾乎沒(méi)有了，只有噴油量變化對(duì)控制策略計(jì)算及控制有

圖18　 1 600r/min增扭矩試驗(yàn)結(jié)果

影響，控制參數(shù)變化相對(duì)簡(jiǎn)單，因此，軌壓控制有很好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。

5　結(jié)論

1）使用自主開(kāi)發(fā)的軟/硬件控制系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證了軌壓控制策略的正確性及軌壓控制參數(shù)對(duì)軌壓控制性能的影響。

2）在軌壓控制策略中，在反饋PID控制器中加入前饋流量補(bǔ)償，可以縮短軌壓調(diào)節(jié)的延遲時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間，減小超調(diào)量，提高軌壓的動(dòng)態(tài)性能。在軌壓?jiǎn)伍]環(huán)控制中，加入電流閉環(huán)，形成軌壓的雙閉環(huán)控制可以提高軌

1平濤,方祖華,金江善,等.高壓共軌燃油系統(tǒng)共軌壓力控制技術(shù)研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程,2005,26(3):46-48

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7韋雄,冒曉建,祝軻卿,等.基于多級(jí)閉環(huán)的柴油機(jī)軌壓控制策略的研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程,2015,36(1):64-69

8董偉,于秀敏,張斌,等.共軌油壓對(duì)高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)特性影響[J].內(nèi)燃機(jī)工程,2008,29(5):11-14

Study of Rail Pressure Control Strategy and Parameters on High-Pressure Common-RailDiesel Engine

Chen Congjin,Xu Jinsong,W ei Liang,Dong Zhihui
Yunnan Province Key Laboratory ofEngine,Kunming University of Scienceand Technology (Kunming,Yunnan,650500,China)

Through analyzing the requirements of rail pressure control of high-pressure common-rail diesel,double closed-loop control strategy of rail pressurewas designed.The relationship of rail pressure control parameters was studied,and the evaluation indexes of rail pressure control were proposed:the“steady-state error”,which isan evaluation index for the steady performance;the“overshoot”and“setting time”,which are evaluation indexes for the dynamic performance.Rail pressure control strategy was realized in the ASCET software environment and the independently developed ECU circuit board. Experimental validation of rail pressure control strategy was conducted on YN33CR high pressure common rail diesel engine.Experimental results show that this control strategy can meet expected requirements, feed-forward flow compensation and double closed-loop control strategies can improve the performance of railpressure control,evaluation indexes can reflect the characteristicsof railpressure control.

High-pressure common-rail,Dieselengine,Railpressure control,Double closed-loop control, Feed-forward flow compensation

TK421+.44

A

2095-8234（2016）02-0026-07

2016-01-28）

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61263026），云南省教育廳重點(diǎn)基金（2014Z025），昆工校人培基金（KKZ3201402021）資助。

陳叢金（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)電控技術(shù)。

徐勁松（1973-），男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事柴油機(jī)電控技術(shù)的研究。