根据发动机判缸所需的曲轴、凸轮轴信号特性,采用LabVIEW图形化系统设计方法,构建了一种基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)技术的用于高压共轨柴油机判缸与喷油研究的硬件在环系统。针对一款自主开发的高压共轨柴油机电子控制单元(ECU)和英飞凌TC1728单片机,分别加载使用ASCET开发的底层判缸控制策略和使用C语言开发的底层判缸驱动程序,进行了硬件在环试验。针对一款自主开发的高压共轨柴油机喷油硬件驱动板,通过参数化控制PWM进行了喷油器硬件在环试验。试验结果表明基于FPGA的硬件在环系统,只需提供基本配置参数即可产生通用的曲轴、凸轮轴传感器同步信号,满足发动机瞬态运行特性的判缸与喷油研究需要。根据喷油器的响应,可得到PWM喷油器控制信号的最优参数,满足国Ⅳ及以上排放法规限值发动机电控开发需要。

高压共轨系统是现代柴油机的核心,轨压控制直接影响到柴油机的动力性、经济性和排放性,轨压的稳态跟踪和瞬态响应性能是衡量轨压控制的重要指标。根据高压共轨喷射系统的物理结构和控制原理,创建了轨压控制和计量阀(MeUn)流量的函数关系,以此为基础建立Simulink控制模块实现轨压精确控制。通过与AMESim建立的高压共轨燃油喷射系统物理被控模型联合仿真,检测轨压控制模型运行效果,同时检验模型的可行性和完整性。仿真结果表明轨压波动稳定且幅值变化较少,单次喷射中轨压下降量均在稳态轨压波动幅值内;动态轨压跟踪响应迅速且稳定;过渡工况下轨压平稳且未出现超调现象。

为研究柴油机高压共轨系统轨腔压力波动,在建立物理、数学模型的基础上,制定轨腔压力的模糊-PID控制策略。仿真结果表明,该策略很适合用于轨腔压力稳定控制。

电控喷油器作为高压共轨喷油系统关键部件工作过程中涉及机、电、液多物理场耦合,为预测不同工况下系统喷油量特性,揭示系统多物理场耦合特性机理,该文考虑可变液容及燃油物性等对系统动态喷射特性的影响,运用键合图理论建立了共轨式喷油器各主要组成部件数值模型,得到了系统状态方程,通过对系统状态方程组数值求解计算,得到了不同工况下系统喷油量。建立了高压共轨喷油系统喷油量测试试验台,比较了轨压分别为80、100和120 MPa不同控制脉宽下系统喷油量测量结果与键合图数值模型计算值。结果表明计算结果与测量值最大相对误差为4%,因此基于键合图理论建立的共轨式喷油器数值模型可较好地预测系统喷油量特性。该研究对高压共轨喷油系统多物理场建模及系统喷射性能数值计算提供了参考。

高压共轨燃油喷射系统能够有效的改善柴油机的排放性能,利用AMESim软件建立其仿真模型,分析了共轨管容积、长径比、内径和长度等参数,对高压共轨系统的压力建立和压力波动的影响,并在共轨试验台架上验证模型的可靠性与精确性.

在高转速柴油机的高压共轨喷射系统中,前一次喷油所产生的水击压力波会对后一次喷油的精度产生较大影响。建立共轨管三维模型,以基于格子玻尔兹曼方法的计算流体力学仿真软件XFlow模拟共轨管内的压力波动,并总结了H型滤波器的关键参数对波动抑制效果的影响规律:随着滤波器容腔容积、小孔长度和小孔直径的逐渐增大,波动幅度均呈现先减小后增大的趋势,均存在最佳滤波尺寸,分别为6 283 mL、2 mm和3 mm,即滤波器存在最佳滤波尺寸组合,并根据电液相似理论分析了存在这种趋势的原因。最后在滤波器最佳滤波尺寸组合下验证了1.5、2.5、3.5 ms喷油脉宽下的滤波效果,其滤波衰减率分别达到60.3%、76.2%、63.8%,证明在一定范围的喷油脉宽内均有较好的滤波效果。

以某型高压共轨柴油机作为试验样机,研究了在转速2850rmin^-1,负荷率为75%的工况下,轨压、主喷正时、后喷油量及主-后喷间隔角对柴油机烟度、NOx排放及燃油消耗率的影响。结果表明：较大的轨压可以降低烟度和燃油消耗率,而推迟主喷正时可以明显降低NOx排放量;随着后喷油量的增加,NOx排放逐渐降低,燃油消耗率逐渐增大,CO、HC和烟度排放呈现出先降低后上升的趋势;随着主-后喷间隔角的增大,NOx排放逐渐降低,CO、HC排放和燃油消耗率逐渐增大,烟度排放呈现出先降低后上升的趋势;与单次喷射相比,引入后喷射能使NOx和烟度的排放均有所降低,但燃油消耗率会有所增加;采用合理的后喷射参数可以实现柴油机排放和燃油消耗率的折中优化。

非道路柴油机工作条件恶劣,对整机振动与噪声性能提出更高的要求。以某非道路高压共轨柴油机为研究对象,建立了整机多体动力学模型,通过机体与曲轴模态测试,验证了整机有限元模型以及多体动力学模型的准确性;通过建立阀系动力学模型、活塞动力学模型以及轴系动力学模型,计算获得阀系载荷、活塞敲击载荷以及主轴承载荷等主要激振力;在此基础上,研究了不同激励对整机的振动与噪声的影响。研究结果表明随着载荷激励的施加,发动机表面振动速度级也相应的增加;加载阀系载荷后,发动机在高频区域振动速度级小幅增加,阀系载荷对整机500Hz、1000Hz频段的振动速度级影响较大;加载活塞侧击力后,活塞的二阶运动激励对于特征点的中高频振动影响较大;随着载荷激励的增加,各部件的表面辐射声功率级基本呈增加趋势,低转速下各方案影响差异大,中高...

介绍了高压共轨柴油机总体机械与电控系统组成,分析了高压油泵、喷油器、高压油轨、共轨压力传感器的工作原理与性能参数,最后列出了一种常见的故障模式.