增压直喷汽油机进气控制系统研究

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1、摘要增压直喷汽油机进气控制系统研究近年来，随着汽车数量的迅速增长以及日益严峻的能源和环境问题，京六、四阶段油耗法规即将颁布，“高动力、低燃油消耗、低排放”成为汽车发动机技术发展方向和目标，而新控制技术应用以及更精益的控制则是实现这一目标的手段。汽油缸内直喷和增压是当今汽油机优化与创新的两大重要技术，越来越多的汽车厂商将其应用到产品中，因此研究增压直喷汽油机（TGDI）控制技术的现实意义重大。TGDI发动机控制系统通过调节进气、点火、喷油参数使发动机输出期望的扭矩和功率。由于汽油当量燃烧的属性和三元催化器对空燃比的苛刻要求，因此准确控制进气量才能改善燃烧，进而降低油

2、耗和排放。可以说，进气系统控制是整个TGDI发动机电控系统至关重要的组成部分，占主导地位。本论文以一汽自主研发的4GA13TD型增压直喷发动机为对象，其进气控制系统要能准确计算发动机的进气充量，并能实时准确地确定电子节气门开度和控制涡轮增压压力，使发动机获得期望的进气量，确保发动机在全工况下燃烧稳定，扭矩输出准确，排放达标。该进气系统为复杂的多输入多输出系统，为降低成本，采用了双MAP而非MAF+MAP作为传感器，这更增加了控制算法的复杂度，该研究具有很大的工程价值。论文研究着重于以下两个方面：①充量计算控制模型搭建，主要包括需求进气量的确定和缸内残余废气流量的计

3、算。通过扭矩需求确定所需的进气量，进而确定电子节气门开度。鉴于进气充量对整个发动机系统的重要性，控制算法上采取了冗余设计。论文根据斜率—截距法和速度—密度法分别对进气系统进行了物理建模，用以计算相对充气量和空气质量流量，系统可据此实现对喷油量的精准控制。两种方法的计算结果相互校验，且当故障发生时可以相互取代，避免停机事故。②涡轮增压控制模型设计，控制算法基于能量平衡法则，根据理想气体状态方程，压气机和涡轮机做功机理，结合压气机和涡轮机特性数据，采取前馈加反馈的双环控制算法，最终确定废气旁通阀开度，从而使发动机获得期望的增压压力。本文同时针对发动机喘振现象设计了进气

4、泄压控制逻I辑。涡轮增压控制可增加发动机的进气量，进而提升发动机的输出功率，对发动机小型化和降油耗都很有意义。本文的最后对所提出的控制算法进行了4GA13TD发动机台架全工况功能验证。对照台架测量数据，充量计算控制模型计算得到的空气质量流量满足系统指标；涡轮增压控制模型可实现对增压压力的快速高精度控制，实际增压压力和期望增压压力的差值不超过50hPa，且在稳态和瞬态工况下均满足系统需求。关键词：增压直喷汽油机，进气系统控制，充量计算，增压前馈控制，PID控制IIABSTRACTStudiesonIntakeControlSystemofTurboDirectInj

5、ectionGasolineEngineInrecentyears,withtherapidgrowthofcarsaswellastheincreasinglyseriousenergyandenvironmentalissues,theBeijing-six,four-stagefuelconsumptionregulationstobeenactedsoon,"high-power,lowfuelconsumption,lowemissions"becomethedevelopmentdirectionandgoalsofautomotiveenginete

6、chnologies,theapplicationofthenewcontroltechnologyandtheprecisecontrolarethemeanstoachievethisgoal.Gasolinedirectinjectionandturbochargerarethetwoimportanttechnologiesfortheoptimizationandinnovationofgasolineenginetoday,moreandmorecarmanufacturerswouldliketoapplythemtoproductvehiclety

7、pes,sotheresearchofturbochargedgasolineengine(TGDI)controltechnologyisespeciallysignificant.TGDIenginecontrolsystemthroughadjustingtheparametersoftheintake,ignition,andfuelinjection,thenexportthedesiredenginetorqueandpower.Duetothepropertiesofgasolineequivalentburningandthestrictrequi

8、remen