缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒控制策略及實(shí)現(xiàn)

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1、缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒控制策略及實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)玄噴汽油機(jī)燃燒控制策略及實(shí)現(xiàn)摘要:木文介紹了基于兩次燃油噴射的缸內(nèi)肓噴汽油機(jī)的開發(fā)，著重介紹具屮的噴油電控系統(tǒng)。兩次燃油噴射技術(shù)被用來控制混合氣形成和燃燒，以降低燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。設(shè)計(jì)開發(fā)了控制兩次噴油的時(shí)間及噴油量的電控系統(tǒng)，可以精確控制高壓旋流噴嘴的噴霧。進(jìn)行了改變噴油參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的試驗(yàn)，結(jié)果表明：第二次噴油時(shí)刻及一、二次噴汕量分配比例對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響較為顯著;在空燃比接近18時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃汕經(jīng)濟(jì)性較好。關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī);缸內(nèi)直噴;兩次燃油噴射;燃燒控制;噴

2、油參數(shù)1概述為節(jié)能和減少CO2排放，采川分層稀薄燃燒技術(shù)的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)gasolinedirectinjection，簡(jiǎn)稱GDI引起了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的進(jìn)氣道噴射式PFI汽油機(jī)相比，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)在改善燃油經(jīng)濟(jì)性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且動(dòng)力性也可超過PH發(fā)動(dòng)機(jī)。缸內(nèi)豈噴汽汕機(jī)直接將燃汕噴射到氣缸中，通過改變噴入氣缸的汕量來控制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷這種質(zhì)調(diào)節(jié)方式使得發(fā)動(dòng)機(jī)在屮小負(fù)荷丁況時(shí)不需使用節(jié)氣門來限制油量，大人減少了發(fā)動(dòng)機(jī)在換氣過程中的泵氣損失。研究表明，一般部分負(fù)荷采用分層稀薄燃燒模式的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力輸出

3、比進(jìn)氣道噴射的汽油機(jī)增加將近10%的基礎(chǔ)上，燃油經(jīng)濟(jì)性可改善25%左右。冃前國外開發(fā)較完善的GDI產(chǎn)品，均采用“遠(yuǎn)距離輸送”方式，即火花塞布置離噴汕器較遠(yuǎn)，汕束直接噴向具有一定形狀凹坑的活塞頂部，通過氣流和燃燒室壁而的引導(dǎo)作川形成分層混合氣。這種燃燒系統(tǒng)不僅耍利川進(jìn)氣滾流配合，并且需要采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的活塞頂曲面形狀來實(shí)現(xiàn)合理的分層結(jié)構(gòu)。作者設(shè)計(jì)的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)采用兩次燃油噴射技術(shù)來控制缸內(nèi)混合氣的形成分層混合氣。這種燃燒系統(tǒng)不僅要利用進(jìn)氣滾流配合，并月?需要采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的活塞頂曲面形狀來實(shí)現(xiàn)合理分層結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)

4、的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)采用兩次燃油噴射技術(shù)控制缸內(nèi)混合氣的形成和燃燒，以達(dá)到簡(jiǎn)化燃燒室設(shè)計(jì)的忖的。本文主要介紹燃燒控制策略及所用噴油電控系統(tǒng)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。2基丁?兩次噴射的燃燒控制策略缸內(nèi)兩次燃油噴射是將每循環(huán)所需燃油分別在進(jìn)氣沖程和壓縮沖程噴入氣缸，比單一進(jìn)氣沖程較早噴射或壓縮沖程較晚噴射能更好地實(shí)現(xiàn)不同工況下對(duì)混合氣的要求，可簡(jiǎn)化燃燒室設(shè)計(jì)，減低対氣流運(yùn)動(dòng)的耍求,且在工況過渡時(shí)能避免控制邏輯復(fù)朵的燃燒模式切換。如圖1所示，燃燒室活塞頂部設(shè)計(jì)為圓柱形凹坑,采用雙側(cè)置式結(jié)構(gòu)布置噴汕器和火花塞，通過精

5、確計(jì)算，設(shè)計(jì)火花塞間隙與噴油嘴間距，避免火花塞沾濕和積碳問題。利用兩次燃油噴射系統(tǒng)，通過対兩次噴油時(shí)刻及噴油脈寬的精確控制,在氣缸內(nèi)形成均質(zhì)或分層稀薄混合氣，以實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)直噴汽油機(jī)在各工況下對(duì)混介氣的要求。中小負(fù)荷工況下，調(diào)節(jié)第一次噴油時(shí)刻控制噴油器在進(jìn)氣沖程進(jìn)行噴油，由于采用高壓旋流式噴嘴,燃油霧化較好，并且噴入時(shí)間較長(zhǎng)，油霧在缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)作用下能更好的蒸發(fā)混合，形成均質(zhì)稀薄的混介氣。壓縮沖程進(jìn)行第二次噴油，燃油主要集中在淺圓柱形活塞凹坑內(nèi)，在進(jìn)氣渦流作用下，運(yùn)動(dòng)至火花塞間隙處，形成較濃混合氣,實(shí)現(xiàn)分層稀薄

6、燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)在人負(fù)荷工況下時(shí),通過增加第一次噴油量及減小第二次噴油量并調(diào)節(jié)噴油時(shí)刻，可在缸內(nèi)形成較為均勻的混合氣，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燃燒。3兩次噴油電控系統(tǒng)開發(fā)為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)兩次燃油噴射的要求，設(shè)計(jì)了一套基于兩次噴射的噴油電控系統(tǒng)。所要控制的四個(gè)噴油參數(shù)分別是:第一次噴油時(shí)刻（距進(jìn)氣上止點(diǎn)角度）及噴油脈寬;第二次噴油時(shí)刻（距進(jìn)氣下止點(diǎn)角度）及噴油脈寬。電控系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)介紹如下。3.1硬件設(shè)計(jì)噴油電控系統(tǒng)彼件主耍元件包括旋轉(zhuǎn)編碼器、噴油控制ECU、噴油驅(qū)動(dòng)模塊、噴油器、監(jiān)控PC0圖2為噴油電控系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。（1）

7、旋轉(zhuǎn)編碼器:其連接軸與油泵軸相連，可產(chǎn)生三路脈沖信號(hào)。一-路為油泵軸旋轉(zhuǎn)一周輸出一個(gè)脈沖的同步信號(hào)（-與上止點(diǎn)位置恒差一固總角度，記為同步信號(hào)-與上1上點(diǎn)偏差），用來作為上止點(diǎn)基準(zhǔn)信號(hào)。另兩路為汕泵軸旋轉(zhuǎn)一?周輸出720個(gè)脈沖的轉(zhuǎn)角信號(hào)，用來確定曲軸轉(zhuǎn)角位置。（2）噴油控制ECU為系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)元件，包括CPU、A/D轉(zhuǎn)換器、電壓轉(zhuǎn)化電路、整形電路、輸入電路及輸出電路，構(gòu)成框圖見圖3。工作原理如下:輸入電路用于將給定的噴油時(shí)刻和噴油量轉(zhuǎn)換成電壓值，輸出至A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器中的4路用來接收第一次和第二

8、次噴汕時(shí)刻、噴汕脈寬轉(zhuǎn)換成的電圧值，第5路接收同步信號(hào)與上止點(diǎn)偏差。CPU開啟A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量（電壓值）處理成數(shù)字信號(hào)輸入，同時(shí)同步信號(hào)和轉(zhuǎn)角信號(hào)經(jīng)整形電路處理為方波信號(hào)，輸入CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。CPU采用AT89C51微控制器，將輸入的同步信號(hào)和轉(zhuǎn)角信號(hào)與經(jīng)處理給定輸入量（噴油時(shí)刻和噴油脈寬）進(jìn)行計(jì)算、比較，產(chǎn)生噴油信號(hào)并經(jīng)輸出電路轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)模塊所需信號(hào)驅(qū)動(dòng)噴油器噴油。（3）噴油器及噴油驅(qū)動(dòng)模塊:噴油器采