缸内直喷汽油机(Gasoline Direct Injection engine,简称GDI发动机)由于具有热效率高,燃油消耗率低等优点,已经成为汽油机制造商必须要掌握的节能减排关键技术之一。共轨系统作为GDI发动机的核心组成部件,其主要作用是将低压燃油加压成...
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缸内直喷汽油机(Gasoline Direct Injection engine,简称GDI发动机)由于具有热效率高,燃油消耗率低等优点,已经成为汽油机制造商必须要掌握的节能减排关键技术之一。共轨系统作为GDI发动机的核心组成部件,其主要作用是将低压燃油加压成高压燃油,并在ECU的精确控制下将雾化燃油喷入气缸。缸内直喷发动机能够保持高性能工作的前提条件是共轨系统具有稳定的共轨压力,相较于柴油机所安装的高压共轨系统,GDI发动机共轨系统压力相对较低,且共轨管体积相对较小,其共轨压力更容易受燃油变化产生波动,影响发动机的性能。因此轨压波动抑制问题成为GDI发动机研究的一项关键工作。导致GDI发动机共轨系统压力波动的因素有很多,包括共轨系统结构参数的选取以及轨压控制算法的优劣等,这其中共轨系统结构参数选取是否合理是影响轨压波动的关键因素,因此选取合理的GDI发动机共轨系统的结构参数成为抑制轨压波动的重要手段。本文以GDI发动机共轨系统为研究对象,利用改进型遗传算法通过优化设计共轨系统结构参数减小由于共轨系统结构参数引起的轨压波动,同时减少共轨系统结构参数实验标定的工作量。具体工作内容如下所示:首先,本文分析了GDI发动机共轨系统的工作原理,根据其物理结构以及液体体积弹性模量公式、流量公式建立了GDI发动机共轨系统的数学模型及GT-suite仿真模型,并完成了仿真模型的动力学特性分析,考虑到GDI发动机共轨系统结构参数优化工作需要保证共轨压力在每个工作点稳定跟踪上期望值,因此设计了基于前馈加反馈的共轨压力控制器,并通过仿真实验验证了所设计控制器的有效性。然后,利用GDI发动机共轨系统的数学模型及GT-suite仿真模型,分析了高压泵柱塞直径,共轨管体积及长径比,阻尼孔直径,喷油器前端节流孔直径以及喷油器盛油腔体积对轨压波动以及上升时间的影响,为后续结构参数优化实验奠定了基础。最后,本文提出了一种基于序列二次规划算法和遗传算法相结合的改进型遗传算法,基于该改进型遗传算法在考虑约束的情况下,以上升时间及轨压波动为目标函数对高压泵柱塞直径、共轨管直径、共轨管长度、阻尼孔直径、喷油器前端节流孔直径五个结构参数进行多结构参数优化设计,得到一组优化后的GDI发动机共轨系统结构参数,随后利用仿真实验对比了GDI发动机共轨系统结构参数优化前后的轨压波动及上升时间,验证了本文所提出的GDI发动机共轨系统结构参数优化方法的有效性。本文针对GDI发动机共轨系统的结构参数优化进行了一系列工作,并取得了一定的成果,但一些后续的工作还需进一步完善,实际生产中对于共轨系统结构参数的设计要求不仅仅需要满足降压波动的目的,还需根据企业的实际需求引入更多的优化目标及约束条件。除此之外,本文主要优化了几个关键的共轨系统结构参数,对于其他结构参数也可以参照本文的思路进行后续优化设计。
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