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3．6高压共轨柴油机电控系统基于工况的控制策略研究发动机的电子调速特性曲线是计算高压共轨柴油机油量基本值的依据。调速特性曲线的基本形式如图3一11所示。其作用包括：l、起动工况油量控制，保证柴油机能够正常起动；2、怠速工况油量控制；3、全负荷工况油量控制，防止柴油机超负荷运行；4、部分负荷工况油量控制，柴油机大多时候工作在部分负荷，工况在部分负荷问变化时需要保证车辆的可操作性；5、限速工况油量控制，防止柴油机超出标定转速运行和发生“飞车”现象。上面的5部分作用分别体现在图3．1l中调速特性曲线上的1、2、3、4、5曲线段内。调速特性曲线在ECU中以三维MAP表的形式存储，x，Y，z轴分别为油门踏板位置、发动机转速和基本油量。3．6．2起动工况控制策略起动工况虽然只是一个短暂的过程，但却包含着许多变化迅速的因素，所以一直以来都是柴油机控制的难点。同时，起动过程是否迅速是衡量柴油机性能的一个重要指标，直接影响柴油机的工作可靠性和使用寿命。在柴油机起动过程中，特别是冷起动过程中，气缸壁与燃烧室的温度较低，混合气与气缸壁问的传热增大，而且起动转速很低，漏气量增加，使压缩终点的温度与压力均较低。另外，低温时燃油粘性增大，使燃油的蒸发与雾化恶化，影响了混合气的形成。以上原因导致了柴油机起动困难。基于此，本文设计了实现高压共轨柴油机起动工况的控制策略，分别对共轨压力和喷油量进行控制。3．6．2．1起动工况共轨压力控制在起动过程中，为促进燃油与空气的混合，必须迅速建立起足够高的喷射压力。高压共轨柴油机燃油喷射系统的喷射压力可以灵活控制，在极低的转速下，也可以建立较高的压力。为了迅速建立共轨压力，在起动过程中采用开环控制方式，达到目标压力后，采用闭环控制方式维持。按照起动过程的状态变化，将压力控制划分为如下三个阶段：在第1阶段里，柴油机在起动初期拖转转速较低，ECU无法检测到判缸信号时，不能按照正常的凸轮相位驱动PCV阀实现供油。因此，ECU根据采集到的转速信号计算出瞬时转速，再计算柱塞供油行程的一半，即300CAM所对应的时间，来驱动两个PCV阀分别交替工作。由图3．13的工作原理示意图可以看出，不论PCV阀最初的工作始点对应什么凸轮相位，其有效供油行程始终是全部供油行程的1／2。这种开环控制方式可以在ECU的控制时序建立之前就驱动供油泵供油，加速了起动目标共轨压力的建立。在第2阶段里，当ECU检测到判缸信号、建立控制时序后，在起动目标共轨压力尚未达到之前，ECU按照与转速同步的方式驱动两个PCV阀交替工作，在整个压油行程中，ECU发出PCV阀关闭指令，以开环的控制方式迅速建立目标喷射压力，其工作原理如图3．14所示。在第3阶段里，当共轨压力达到目标压力值，但是发动机的转速尚未达到最低怠速之间，ECU采用闭环控制方式来维持起动的目标共轨压力，直至转入怠速工况。3．6．2．2起动工况油量控制起动工况的油量控制主要考虑转速和冷却水温的影响，在转速低时喷油量大，随转速提高喷油量逐渐减小至怠速油量；ECU根据冷却水温度判断柴油机的冷热状态：冷机时增大喷油量使燃油蒸发、雾化的数量增大，以改善起动性能；热机时适当减小喷油量以避免冒黑烟。这是一种通用的起动控制策略且能取得较好的效果。起动油量由基本油量与加浓油量组成，其控制流程如图3．15所示。基本油量是冷却水温度与柴油机转速的函数，通过查起动油量MAP(如图3．16示)获得。加浓油量控制实际上是在控制流程中加入了一个定时环节，在起动状态下经过时间f，后喷油量开始增长，增长量叠加到根据冷却水温和转速确定的油量上，最终喷油量被允许的最大起动喷油量限制。根据该起动流程，当遇上前述的特殊情况时，喷油量会随时间自动增长直至完成起动。3．6．3怠速工况控制策略柴油机起动后，达到最低怠速转速且油门踏板位置低于某一设定阈值时，转入怠速控制过程。怠速控制的主要任务是维持发动机转速恒定，影响其控制效果的主要因素为冷却水温变化。怠速转速根据冷却水的改变进行调整，低温时目标怠速高，随着水温升高目标怠速逐渐降低，以加速暖机过程，同时改善柴油机的工作状况．作为一个典型的闭环控制问题，怠速控制吸引了很多学者采用各种控制理论对其迸行研究。但是在实际的控制系统中，用得最为广泛的仍然是容易实现的PIE)控制算法。图3．17所示为怠速工况控制流程示意图。ECU首先根据冷却水温查怠速MAP确定目标怠速，然后通过转速信号求出柴油机实际转速，并与目标怠速相比较，两者通过PIE)闭环控制算法求得累加油量，结合当前喷油量，从而决定下一循环的怠速油量。故在控制油量增量的增长时得到了有效的阻尼，从而避免了可能出现的比例和积分饱和现象，改善了系统的动态过程。3．6．4全负荷工况控制策略全负荷工况是柴油机运行的重要工况，一些重要的工况点包括最大扭矩点，最低油耗点、常用转速点、标定功率点、标定转速点、排放工况点对应的油量值均在全负荷油量MAP上。全负荷油量控制流程如图3．18所示。当油门踏板位置为100％时，判断发动机进入全负荷工况。全负荷油量的控制方式就是以当前转速N为自变量查全负荷油量MAP得出当前控制所需的目标喷油量Q。当测得的当前转速N不在MAP的节点上时，由于本文将全负荷油量MAP按照柴油机转速等步长分段，则根据转速N选出在全负荷油量MAP中与其相邻的两个转速值N1、N2，及其对应的油量值Q1、Q2，进行线性插值计算即可得到目标油量值Q。3．6．5部分负荷工况控制策略本小节以全程调速模式为例，研究部分负荷下的工况控制策略。全程调速模式在整个转速范围内调速器均起作用，能使发动机稳定在任意转速之下。表现在控制算法上，即对应于任意一油门踏板位置，都有一理论转速，控制器通过不断调节喷油量使其在理论位置附近摆动，从而使发动机实际转速稳定在理论转速附近。因此，基本控制思想直接影响着发动机的控制结果。通过柴油机全程调速工作特性可以看出，在油门踏板位置突变的情况下，需要用当前转速下全负荷的最大油量进行限制。图3．19为部分负荷工况的油量控制流程。3．6．6限速工况控制策略当柴油机转速大于标定转速时，进行限速控制，防止“飞车”。防止“飞车”是保证柴油机工作安全的重要方面，因此，在每一个控制循环都要判断是否要进行限速控制。当柴油机转速大于标定转速时进行限速控制。由图3．20所示，通过外特性曲线上的标定转速Nr，及其对应的喷射脉宽Qr，，以及极限转速N1可以得到限速控制线的斜率。进行限速控制时，根据当前柴油机转速N和斜率Kr，可求得此时的喷油量目标值Q。柴油机转速达到极限转速时，进行断油控制，保证柴油机工作的安全性，避免“飞车”。断油控制时，不向柴油机提供燃油。断油控制发生在柴油机转速高于怠速转速一定值时柴油机被反拖，或当喷油量小到无法使喷嘴有效开启时。断油控制可以节省不必要的燃油消耗。提高柴油机的制动效能，并可减小有害废气排放量。