柴油机高压共轨压力控制的动态仿真与分析报告

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1、....柴油机高压共轨压力控制的动态仿真与分析作者：王军张幽彤仇滔王洪荣摘要：为提高高压共轨系统压力控制效果，进行了高压共轨系统的压力控制动态仿真研究。简要分析了高压共轨压力控制的特征和要求；采用部件液压模型和流量边界模型组合法，给出了高压共轨系统压力控制计算模型；并用AMESim液压仿真软件建立了四缸柴油机高压共轨压力控制仿真模型，进行了PID的不同系数控制、控制周期和变目标控制仿真计算，对比了不同系数控制、控制周期和变目标控制的效果。仿真结果表明，该模型能满足共轨压力控制要求，反映不同参数的控制效果。关

2、键词：仿真；共轨压力；PID控制；柴油机引言1高压共轨电控喷油系统能柔性控制喷油参数，有效地降低柴油机排放，成为柴油机电控技术的主要手段。共轨压力直接影响喷射压力、循环喷油量和喷油速率等参数的变化，精确地控制共轨压力能改善喷射特性，提高柴油机的动力性。用PID闭环调节方法控制共轨压力，必须选择合适的PID系数，才能实现调节过程的快、准、稳。目前调压PID系数整定常采用经验试凑法，它的盲目性大、技巧性很强，而且调试工作量较大。通过借助计算机仿真,能有效地避免经验法的不足，能节约大量的人力、财力和时间，但在MA

3、TLAB/SIMULINK环境下建立调压PID控制模型，由于简化了系统的液压流体因素，控制效果与实际结果相差较大[1]。笔者在兼顾了部件液压关系、流量边界和PID控制要求的基础上，建立共轨压力控制动态模型，研究控制参数对压力控制效果的影响，对实际共轨压力控制提供一定的指导作用。1共轨压力PID控制高压共轨喷油系统由高压泵、共轨管、高压油管和电控喷油器组成，它是一个典型的泵油、稳压、喷油各自独立的非线性液压系统。共轨管能吸收高压油泵供油及燃油喷射引起的压力波动，保证喷油器在稳定压力下喷油。电控单元(ECU)根

4、据发动机转速脉冲信号，确定活塞压缩上止点位置，并发出信号控制共轨压力及喷油器喷油。共轨压力控制是通过由压力调节阀、压力传感器、电控单元组成的闭环控制系统完成的，如图1学习资料....所示。电控单元依据共轨压力脉谱(MAP)所给定的目标值，进行共轨压力控制。用PID方法来确定脉宽调制信号(PWM)，控制压力调节阀开度，使共轨压力接近目标值。共轨压力目标值是随发动机工况变化的，在不同工况点上，共轨压力控制是按变目标动态调节，在同一目标压力下，共轨压力控制要求快速性，能够迅速接近所要求的目标压力。图1共轨压力闭环

5、控制系统理论设计PID调节器是要有被控对象的数学模型，经过数学变换得到被控对象的传递函数，才能获得准确的PID控制模型[2]。在高压共轨系统中，压力波动是与高压泵供油量、喷油器喷油量的动态变化密切相关，共轨压力控制涉及到高压泵、共轨管、电磁阀、喷油器等部件，要建立准确的共轨管的传递函数模型，有一定难度，因此建立高压泵、共轨管、喷油器液压模型，代替共轨管的传递函数，为PID控制提供准确的响应。2计算模型高压共轨系统中喷油泵、喷油器的结构复杂，是柴油机各部件中最精密、最复杂的部件。燃油在喷油泵和喷油器中流动，经

6、过不同管径和有效截面，燃油被压缩和高压喷出，针对系统建压、喷油各自独立的特点和要解决压力稳定的问题，考虑燃油供给喷射过程的相关因素，作如下假设:(1)管内燃油为一维非定常紊流流动；(2)不考虑油温随时间的变化。将高压共轨系统简化成共轨管和高压泵、喷油器边界组成的一个系统，共轨管按多支路管路建模，高压泵输入流量，喷油器输出部分流量，高压泵、喷油器边界是体积流量，建立高压泵、喷油器流量边界模型，可简化部件建模的复杂性，真实地反映共轨管的输入、输出，构成一个共轨系统的压力控制仿真系统。2.1流体方程燃油在高压共轨

7、喷油系统中流动，其流动按一维流动计算。2.1.1高压油管学习资料....燃油在管内流动，满足流体的可压缩性方程：式中，E为燃油体积弹性模量；Δv/v为燃油体积变化率；Δｐ为燃油压力增量。流体连续性方程：动量方程：式中，ｕ为燃油流速；ρ为燃油密度,且ρ=ρ(ｐ)；P为压力；μ为燃油动力粘度；x为平行于油管轴线方向的坐标；t为时间；F为作用在受控流体上流动阻力的合力。2.1.2共轨管在共轨系统中，共轨管与喷油器的通道处采用“T”型接头简化为一进两出[3]，流动方程：式中，VCR为共轨管体积P为某处共轨压力；α为

8、音速；u1为流入速度；u2、u3分别为流出速度；A为流通截面积。共轨的入口边界为体积流量,由三柱塞泵供油,通过设置柱塞泵参数及泵控制阀(PCV)控制脉宽来设定共轨的入口体积流量,随着柱塞泵的行程变化和管道等其他因素的影响,入口体积流量是不断变化的。出口边界属于压力边界,由高压油管和喷油器相接,通过设置环境压力设定高压共轨的出口压力,随着喷油和其他因素的影响,这个边界也是不断变化的。共轨管内流体连续方程为:学习资料