高压共轨柴油机起动工况的轨压控制
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士 1 MPa以内。
关键词：柴油机；高压共轨系统;起动；轨压控制
DOI： 10.3969/j.issn.l001-2222.2019.05.010
中图分类号:TK423.7 文献标志码：B 文章编号：1001-2222（2019）05-0057-06
高压共轨柴油机在起动过程中，多变的环境条 件和发动机初始状态直接影响柴油机的动力性 、经 济性和排放性。快速建立起喷压力、缩短轨压提 升时间以及提高轨压动态跟踪能力是改善起动过程 和减少排放的一个主要研究方向。针对高压共轨系 统的非线性特点，共轨压力PID控制已成为柴油机 减少能耗和控制排放的有效措施。2013年Hong 等⑷根据经验公式提出一种综合PID轨压控制策 略，通过闭环控制压力控制阀（PCV）和计量阀（MeUn）,提高了轨压跟踪稳定性并减小了轨压波动，通 过台架验证了控制器的性能。Su等页和Wang 等页等都采用基本PID+控制算法实现目标轨压跟 踪和轨压波动消除。国内学者Em使用PID控制器 作为轨压控制的核心，也获得了较好的控制效果。 然而PID算法中比例、积分和微分系数的整定需要 耗费大量的时间和试验资源，并且控制策略移植性 差，在新机型应用时需要重新整定PID系数。为此 本研究根据质量守恒原理，建立了基于数学方程的 轨压-计量阀（MeUn）流量计算模型，探索利用数学 模型替代PID控制器，以减少产品开发周期，提高 控制策略的可移植性。在Simulink软件环境下建 立轨压控制模型，与应用AMESim软件搭建的高压 共轨系统模型即被控模型进行联合仿真，验证控制 算法和模型的可用性及性能。
般与轨压、喷油脉宽有关，所以可令qmo=g(/，£)， P为轨压，则式(4)可改写为
譽=4 •兽三)—
p at pv
a>
&(£)• g Qp』)]o
(5)
式中w为油泵角速度；5(刀为喷油脉宽信号，喷油
时50) = 1,否则5(上)=0“为高压油泵供油物理 滞后角& = 180°),即高压油泵内的柱塞吸油须经过 十角度后才能向共轨内压入燃油，所以 4 为
令高压段为一个整体系统，进入高压段燃油的 质量和离开高压段燃油质量之差，即为曲时间内高
收稿日期：2019-03-10；修回日期：2019-04-08 作者简介：李捷辉（1963-）,男，教授，博士，主要研究方向为发动机电子控制；jhli@ujs.edu.cno 通讯作者：陈海龙（1989—）,男，硕士，主要研究方向为发动机ECU控制策略开发；my_pworld@163.com。
作为控制对象。同时，为了满足数字计算控制要求,
将控制算法进行离散化处理。假设控制间隔时间为
T,即T = 5 ms,式(9)离散化结果为
K
k
Ps — Pr =—•(工[/(dr,n,t —
QcV £ = 0,—
八 T)]T-Mmo) 0
(10)
式中：k=r/^T) 0由式(10)得到轨压与MeUn需
求流量的关系为
f Qdr ,n = (Ps — Pr)半J H--- —
MeUn控制进油的滞后时间。式(5)两边积分得
d r ,71 ,£ — — ) — &(t)g(/,t) At o
(6)
将式(6)中喷油量部分单独提出，积分区间为发
动机一个工作循环，则积分结果为一个工作来自百度文库环的
总喷油量Mgj,即
MInj =卜(£)• g(/』)ck o
(7)
当式(7)的积分区间选择从当前时刻tc经过延 迟厂角后到6时刻，即t严讥 i ,则积分时间区 间内平均喷油量等于厂除以360。(一个工作循环)， 再乘以一个工作循环总喷油量，即
控制模型，通过与AMESim软件构建的高压共轨喷射系统物理模型联合仿真，验证控制器的性能。控制模型以燃 油进出共轨管质量守恒原理为基础，建立轨压-计量阀（MeUn）流量计算模型，替代PID控制器完成高精度轨压控
制。联合仿真迭代计算结果表明：起喷压力建立迅速，过渡工况轨压未出现超调，怠速稳态工况轨压波动幅值在
Mm。= j&(t)g(Q 昇)曲=||^Minj o (8)
tc
式中:Mm。为积分区间内平均喷油量。式(6)在区间 [仁，6]积分，整理得到轨压偏差控制方程：
(9) 式中为目标轨压;巴为当前实际轨压。考虑到
轨压变化的频繁性和控制精度，本研究以5 ms作为
调整MeUn控制周期时间，并将每个柱塞的进油量
第5期（总第244期） 2019年］0月
车用发动机
VEHICLE ENGINE
No.5(Serial No.244) Oct.2019
高压共轨柴油机起动工况的轨压控制
李捷辉，陈海龙
（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏 镇江 212013）
摘要：在柴油机起动过程中，多变的外界环境和高压油泵工作特性易导致轨压上升滞后和异常波动，直接影响 发动机的起动性能，为此，精确控制起动轨压是提高发动机整体性能的关键。本研究以控制起动轨压为目标建立
• 58 •
车用发动机
2019年第5期
压段燃油质量的变化d肌，即
dm
孑/
q mi
q mo o
(4)
式中：qmi为进入高压段的质量流量，即从高压油泵 压入高压段的质量流量；为离开高压段的质量
流量。
一般情况下，高压油泵供油速率与MeUn占空 比和泵转速有关，可设皿=/(乩，为
MeUn占空比皿为油泵转速。qm。为喷油器开起以 及PVC开起质量流量的和，如果暂不考虑PVC阀 的作用，则只与喷油器开起有关，而喷油速率一
系为
式中：Kf为该液体的弹性模量；“为单位压力
引起的密度改变量；d"为轨压变化量。对式（2）进
行时间微分化处理,并将式（1）代入得
_ Kf _Kf dm
不=7"・ dt=pV •不。
（）
式中:dm/d^为高压段（高压段是指压力与共轨压 力相同的所有容积）液体质量变化;V为存储高压燃 油的总体积V为液体密度。
1轨压控制方程
高压共轨系统的轨压控制一般通过MeUn控 制进入高压油泵的燃油质量，进而影响轨压,所以推
导轨压与MeUn需求流量之间的函数关系对控制
器设计十分重要。
根据密度、体积和质量的关系（pU
）,当容
器体积（共轨管容积）一定时，密度发生变化,则容积
内液体质量变化为
dm =Vdp 0
（1）
将燃油视为可压缩体，则压力与密度的关
关键词：柴油机；高压共轨系统;起动；轨压控制
DOI： 10.3969/j.issn.l001-2222.2019.05.010
中图分类号:TK423.7 文献标志码：B 文章编号：1001-2222（2019）05-0057-06
高压共轨柴油机在起动过程中，多变的环境条 件和发动机初始状态直接影响柴油机的动力性 、经 济性和排放性。快速建立起喷压力、缩短轨压提 升时间以及提高轨压动态跟踪能力是改善起动过程 和减少排放的一个主要研究方向。针对高压共轨系 统的非线性特点，共轨压力PID控制已成为柴油机 减少能耗和控制排放的有效措施。2013年Hong 等⑷根据经验公式提出一种综合PID轨压控制策 略，通过闭环控制压力控制阀（PCV）和计量阀（MeUn）,提高了轨压跟踪稳定性并减小了轨压波动，通 过台架验证了控制器的性能。Su等页和Wang 等页等都采用基本PID+控制算法实现目标轨压跟 踪和轨压波动消除。国内学者Em使用PID控制器 作为轨压控制的核心，也获得了较好的控制效果。 然而PID算法中比例、积分和微分系数的整定需要 耗费大量的时间和试验资源，并且控制策略移植性 差，在新机型应用时需要重新整定PID系数。为此 本研究根据质量守恒原理，建立了基于数学方程的 轨压-计量阀（MeUn）流量计算模型，探索利用数学 模型替代PID控制器，以减少产品开发周期，提高 控制策略的可移植性。在Simulink软件环境下建 立轨压控制模型，与应用AMESim软件搭建的高压 共轨系统模型即被控模型进行联合仿真，验证控制 算法和模型的可用性及性能。
般与轨压、喷油脉宽有关，所以可令qmo=g(/，£)， P为轨压，则式(4)可改写为
譽=4 •兽三)—
p at pv
a>
&(£)• g Qp』)]o
(5)
式中w为油泵角速度；5(刀为喷油脉宽信号，喷油
时50) = 1,否则5(上)=0“为高压油泵供油物理 滞后角& = 180°),即高压油泵内的柱塞吸油须经过 十角度后才能向共轨内压入燃油，所以 4 为
令高压段为一个整体系统，进入高压段燃油的 质量和离开高压段燃油质量之差，即为曲时间内高
收稿日期：2019-03-10；修回日期：2019-04-08 作者简介：李捷辉（1963-）,男，教授，博士，主要研究方向为发动机电子控制；jhli@ujs.edu.cno 通讯作者：陈海龙（1989—）,男，硕士，主要研究方向为发动机ECU控制策略开发；my_pworld@163.com。
作为控制对象。同时，为了满足数字计算控制要求,
将控制算法进行离散化处理。假设控制间隔时间为
T,即T = 5 ms,式(9)离散化结果为
K
k
Ps — Pr =—•(工[/(dr,n,t —
QcV £ = 0,—
八 T)]T-Mmo) 0
(10)
式中：k=r/^T) 0由式(10)得到轨压与MeUn需
求流量的关系为
f Qdr ,n = (Ps — Pr)半J H--- —
MeUn控制进油的滞后时间。式(5)两边积分得
d r ,71 ,£ — — ) — &(t)g(/,t) At o
(6)
将式(6)中喷油量部分单独提出，积分区间为发
动机一个工作循环，则积分结果为一个工作来自百度文库环的
总喷油量Mgj,即
MInj =卜(£)• g(/』)ck o
(7)
当式(7)的积分区间选择从当前时刻tc经过延 迟厂角后到6时刻，即t严讥 i ,则积分时间区 间内平均喷油量等于厂除以360。(一个工作循环)， 再乘以一个工作循环总喷油量，即
控制模型，通过与AMESim软件构建的高压共轨喷射系统物理模型联合仿真，验证控制器的性能。控制模型以燃 油进出共轨管质量守恒原理为基础，建立轨压-计量阀（MeUn）流量计算模型，替代PID控制器完成高精度轨压控
制。联合仿真迭代计算结果表明：起喷压力建立迅速，过渡工况轨压未出现超调，怠速稳态工况轨压波动幅值在
Mm。= j&(t)g(Q 昇)曲=||^Minj o (8)
tc
式中:Mm。为积分区间内平均喷油量。式(6)在区间 [仁，6]积分，整理得到轨压偏差控制方程：
(9) 式中为目标轨压;巴为当前实际轨压。考虑到
轨压变化的频繁性和控制精度，本研究以5 ms作为
调整MeUn控制周期时间，并将每个柱塞的进油量
第5期（总第244期） 2019年］0月
车用发动机
VEHICLE ENGINE
No.5(Serial No.244) Oct.2019
高压共轨柴油机起动工况的轨压控制
李捷辉，陈海龙
（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏 镇江 212013）
摘要：在柴油机起动过程中，多变的外界环境和高压油泵工作特性易导致轨压上升滞后和异常波动，直接影响 发动机的起动性能，为此，精确控制起动轨压是提高发动机整体性能的关键。本研究以控制起动轨压为目标建立
• 58 •
车用发动机
2019年第5期
压段燃油质量的变化d肌，即
dm
孑/
q mi
q mo o
(4)
式中：qmi为进入高压段的质量流量，即从高压油泵 压入高压段的质量流量；为离开高压段的质量
流量。
一般情况下，高压油泵供油速率与MeUn占空 比和泵转速有关，可设皿=/(乩，为
MeUn占空比皿为油泵转速。qm。为喷油器开起以 及PVC开起质量流量的和，如果暂不考虑PVC阀 的作用，则只与喷油器开起有关，而喷油速率一
系为
式中：Kf为该液体的弹性模量；“为单位压力
引起的密度改变量；d"为轨压变化量。对式（2）进
行时间微分化处理,并将式（1）代入得
_ Kf _Kf dm
不=7"・ dt=pV •不。
（）
式中:dm/d^为高压段（高压段是指压力与共轨压 力相同的所有容积）液体质量变化;V为存储高压燃 油的总体积V为液体密度。
1轨压控制方程
高压共轨系统的轨压控制一般通过MeUn控 制进入高压油泵的燃油质量，进而影响轨压,所以推
导轨压与MeUn需求流量之间的函数关系对控制
器设计十分重要。
根据密度、体积和质量的关系（pU
）,当容
器体积（共轨管容积）一定时，密度发生变化,则容积
内液体质量变化为
dm =Vdp 0
（1）
将燃油视为可压缩体，则压力与密度的关