船舶柴油机燃油共轨系统轨压控制研究.pdf

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1、第43卷第6期2014年12月船海工程SHlP&0CEANENGINEERINGV01．43No．6Dec．2014DOI：10．3963／j．issn．167l'7953．2014．06．028船舶柴油机燃油共轨系统轨压控制研究王源庆，任光，张均东(大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026)摘要：为满足船用柴油机燃油共轨动态轨压控制的要求，以瓦锡兰RT．Ⅱex60c为研究对象，建立船用共轨燃油系统数学模型，经分析得出影响燃油共轨轨压的主要因素是柴油机转速和唼油量。在MATIAB／simulink仿真过程中，以这两个要素为输入量，通过查

2、MAP图得到理论前馈油门齿条量；再以轨压为输入，通过模糊PID控制得到反馈油门齿条量，从而形成燃油系统轨压控制策略。仿真实验结果表明：改进的控制方法降低了轨压波动，动态轨压控制时超调量大为减少，响应速度加快。关键词：柴油机；燃油共轨；前馈；轨压控制中图分类号：u664．121；TK421文献标志码：A文章编号：1671-7953(2014)06—0119_05共轨燃油系统采用电控方式控制喷油量、喷油定时，操作更灵活、精确，提高了柴油机经济性和降低了排放污染，在船舶柴油机中使用越来越普及。其中燃油共轨压力对喷油定时、喷油量有直接的影响。文献[1

3、]建立稳态轨压仿真，没有做动态仿真；文献[2]建立了船用燃油共轨轨压动态仿真，但采用的是传统PID控制；文献[3]建立了改进的燃油系统轨压控制策略，但是应用对象是汽车，跟大型船舶共轨燃油系统不完全相同，因此，对船舶柴油机燃油共轨压力控制的进一步研究很有必要。调节轨压最简单的方式是以轨压为输入，通过PID算法直接求出供油泵齿条值的大小，它只是反馈控制，属于滞后操作，由于船舶柴油机机型大，惯性大，只靠反馈滞后操作，难以避免超调，控制效果受到限制。船用燃油共轨系统说明书指出，轨压是由供油泵的供油量来直接调节．因此在建立燃油共轨系统仿真模型的基础上，

4、把供油量作为另一个考虑因素，采用前馈加反馈的方法来控制轨压，最后通过仿真实验验证其轨压控制效果‘41。1RT—nex60C燃油共轨系统模型船用柴油机燃油共轨系统主要由燃油泵、燃收稿日期：2014—03—27修回日期：2叭4一06—16基金项目：国家自然科学基金(51179102)第一作者简介：王源庆(1982一)，男，博士生，讲师研究方向：船舶柴油机动力系统仿真E·mail：wangyqdmu@l63．com106油共轨、喷油器、Ecu电控单元和各种传感器等组成。从控制的角度来看，本系统的核心是ECU电控单元，它控制着高压燃油泵供油量和喷油器

5、电磁阀的开关，从而实现燃油轨压和喷油脉宽这两种关键控制功能。以流体力学和牛顿第二定律为理论根据，建立各部件数学模型。为了计算方便，在建模过程中对该系统做如下假设：①进出口的局部损失忽略不计，不考虑系统漏泄；②不考虑摩擦阻力；③伺服轨状态瞬时达到平衡，且状态各处相等；④系统液体流动中保持温度不变，且做不可压缩非稳态流动。1．1喷油系统模型喷油系统由轨阀、喷射电磁阀、喷油器和喷射控制单元Icu等组成。喷油器系统通过Icu控制，将燃油共轨60～90MPa燃油以最佳的喷射正时、喷油脉宽喷入燃烧室。喷油量的多少与燃油共轨压力和喷油有关。其关系为Q。=叼

6、r彤y妇。(1)式中：Q。——喷油量；田——喷射常数；丁wv——喷油脉宽；p。——共轨管压力。式(1)中喷油常数可是定值；％。与负荷有关，在轨压一定的情况下，负荷越大，喷油脉宽越大。1．2燃油轨压模型一个确定容器里，液体进入量与因压力变化引起的液体压缩量、出容器的液体量之和是等量关系。由此可以分别得到燃油轨各子系统的数学船舶柴油机燃油共轨系统轨压控制研究——王源庆，任光，张均东模型，下面是燃油共轨系统数学模型。警蛐(”QP)川(2)式中：E——弹性模量；Q。——高压油泵到燃油轨的供油量；卜_燃油共轨容积。由文献[1]知，E=11．92P+12

7、30，因此弹性模量可以看成只与轨压有关。”A警珈∞．等㈩式中：A——油泵柱塞面积；∞——凸轮轴转速；^。——柱塞行程；卜凸轮轴转过的角度；}柱塞运动速度。柱塞面积A是定值，柱塞运动速度由凸轮运动速度控制，而凸轮运动速度由曲轴控制，也就是由柴油机转速决定。l，是燃油共轨容积，是定值。因此通过式(1)和式(2)可知，燃油轨压的决定因素是柴油机转速和喷油量。同理可以得到其他系统数学模型。2轨压控制方法图1为轨压控制方法原理图。图l轨压控制方法以转速和喷油量作为前馈输入量，查表得到实时的理论油门齿条值。在反馈控制中，以轨压作为输入量，通过模糊控制，在

8、线实时调整PID控制参数，得到反馈油门齿条量。这样前馈齿条量越准确，反馈齿条量就会越小，从而实现快速和超调量小的控制效果。2．1前馈控制经前面分析得知，燃油轨压的决