一种用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法
本发明公开了柴油发动机燃油喷射系统领域的一种用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，包括如下步骤：S1：建立建立喷油器大油量线性区的燃油喷射特性模型；S2：设计循环喷油量在线估计方法；S3：采集轨压数据，并采用步骤S2中的估计方法计算得到发动机各个缸喷油器在单次喷油事件过程中的循环喷油量；S4：对步骤S1中的喷油器计量特性模型进行逐次在线辨识；S5：判断步骤S4的过程是否已收敛；S6：更新喷油器计量特性模型系数并结束自学习过程，实现循环喷油量的准确控制；本发明相较于现有技术的有益效果为实现了全生命周期内的发动机循环喷油量的高精度控制，为柴油机循环喷油量的精确控制提供了一种低成本和高精度的技术解决方案。
发明专利
CN202410522399.3
2024-04-27
CN118375526A
2024-07-22
F02D41/38(2006.01)
北部湾大学
黄铁雄;麦冬玲;陈希平
535011 广西壮族自治区钦州市滨海新城滨海大道12号
成都正德明志知识产权代理有限公司
黄鑫
广西;45
1.一种用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，其特征在于，包括如下步骤： S1：建立喷油器大油量线性区的喷油器计量特性模型； S2：设计循环喷油量在线估计方法； S3：采集轨压数据，并结合步骤S2中的估计方法计算得到发动机各个缸喷油器在不同平均喷油压力与喷油脉宽下的单次喷油事件过程中的循环喷油量； S4：采用递推最小二乘方法，对步骤S1中的喷油器计量特性模型进行逐次在线辨识； S5：判断步骤S4中的基于递推最小二乘方法的在线辨识过程是否已收敛，若是，则进入步骤S6，若否，则返回步骤S3； S6：更新喷油器计量特性模型系数，并结束自学习过程，根据自学习后的喷油器计量特性模型计算喷油脉宽，从而实现循环喷油量的准确控制。 2.根据权利要求1所述的用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，其特征在于，所述步骤S1具体为： 根据高压共轨喷油器在长脉宽和大油量工作条件下喷油量的变化与喷油脉宽为单调线性相关的关系，采用响应面建模方法建立喷油器计量特性模型如下： Qi＝c0,i+c1,iTi+c2,iPi+c3,iTiPi+c4,iTiPi2 其中，Qi、Ti和Pi分别为发动机第i缸喷油器的喷油量、喷油脉宽和喷油压力，c0,i、c1,i、c2,i、c3,i和c4,i均为模型系数，i为发动机缸号且为正整数。 3.根据权利要求2所述的用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤： S21：计算第i缸喷油器在该单次喷油事件中所产生的轨压压降ΔPi；具体为： 根据轨压动态方程，轨压为高压共轨管内燃油压力，即： 其中，P为轨压，V为高压共轨官腔体积，β为高压共轨管腔内燃油弹性模量，ρ为燃油密度，qhp为高压油泵供油流量，qinj为喷油器喷射到气缸内的燃油流量，qctr为通过控制阀出油孔的动态回油流量，qlkg为通过喷油器偶件配合面间隙的静态泄漏流量；其中，燃油密度ρ和弹性模量β通过下式计算得到： β＝(1+3.23×10-9P)(1+3.92×10-9P)/(0.69×10-9) 其中，ρ0为大气环境压力下燃油密度；考虑发动机第i缸喷油器在喷油脉宽为TI,i的单次喷油事件过程中且高压油泵无供油情况下，即qhp＝0时，自喷油开始时刻tB,i至喷油结束时刻tE,i对轨压动态方程进行积分，得到发动机第i缸喷油器在该单次喷油事件中所产生的轨压压降ΔPi： 其中，PB,i为第i缸喷油器喷油开始时刻的轨压，PE,i为第i缸喷油器喷油结束时刻的轨压，为第i缸喷油器在该单次喷油事件过程中喷射到气缸内的燃油量，即为循环喷油量QI,i，为该单次喷油事件过程中通过控制阀的动态回油量QC,i，为该单次喷油事件过程中燃油的静态泄漏量QL,i，t为单次喷油事件的喷油时间； S22：计算步骤S21中单次喷油事件过程中的平均喷油压力PI,i： 根据上式计算出发动机第i缸喷油器在单次喷油事件过程中的轨压压降ΔPi等于循环喷油量与动态回油量之和引起的压降ΔPI,i，以及由燃油的静态泄漏量引起的压降ΔPL,i两部分之和，即ΔPi＝ΔPI,i+ΔPL,i，具体计算表达式为： 再采用外插值方法将喷油开始时刻tB,i前的轨压以相同的下降斜率插值计算至喷油结束时刻tE,i，得到无实际喷油事件情况下喷油结束时刻的轨压PM,i， 即：ΔPL,i＝PB,i-PM,i S23：通过发动机第i缸喷油器在单次喷油事件过程中的轨压压降ΔPi和无实际喷油事件情况下喷油结束时刻的轨压PM,i计算循环喷油量QI,i，即： 喷油器在单次喷油事件过程中其动态回油量Qc,i与循环喷油量QI,i的变化为线性相关，即： QC,i＝λQI,i 且λ∈(0,1)，根据常量λ与喷油器控制阀的流通特性的关联计算循环喷油量QI,i的估计值： 4.根据权利要求3所述的用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，其特征在于，所述步骤S3具体为： 当发动机处于长脉宽和大油量工作条件时停止高压油泵的供油并以设定采样频率采集若干次轨压数据，设定采样频率大于或等于4KHz，进行平滑滤波后再根据步骤S2中平均喷油压力PI,i计算式： 和循环喷油量QI,i的估计值计算式： 分别计算得到各个缸在喷油脉宽TI,i下的平均喷油压力PI,i和循环喷油量QI,i。 5.根据权利要求4所述的用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，其特征在于，步骤S4具体包括如下步骤： S41：根据步骤S1中建立的喷油器计量特性模型和步骤S3中每一次对轨压数据采样后计算得到的各个缸的喷油数据，建立系数向量θi(n)和数据向量如下： θi(n)＝[θ0,i θ1,i θ2,i θ3,i θ4,i]T 其中，n表示迭代时刻，且n为大于或等于1的正整数； S42：根据递推最小二乘方法，构建增益向量γ(n)和协方差矩阵Γ(n)，且选取其初始值分别为γ(0)＝[1 1 1 1 1]T和Γ(0)＝αI，其中α为常量，Ι为5*5单位矩阵。 6.根据权利要求5所述的用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，其特征在于，步骤S4具体还包括如下步骤： S43：利用当前采样后计算得到的数据向量更新增益向量，即： S44：根据步骤S421中更新后的增益向量，计算得到当前迭代步时刻的系数向量，即： S45：计算和更新协方差矩阵的值： S46：计算当前迭代步时刻各个缸的喷油器计量特性模型系数的辨识精度σi(n)，即： σi(n)＝δiT(n)δi(n) 其中，δi(n)＝θi(n)-θi(n-1)。 7.根据权利要求6所述的用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，其特征在于，步骤S5具体为： 对步骤S4中的辨识精度σi(n)进行判断，若σi(n)小于或等于设定阈值，则表明上述基于递推最小二乘方法的在线辨识过程已趋于收敛，进入步骤S6；若σi(n)大于设定阈值，则表明上述基于递推最小二乘方法的在线辨识过程未趋于收敛，返回步骤S3。 8.根据权利要求7所述的用于高压共轨柴油机循环喷油量控制的自学习方法，其特征在于，步骤S6具体包括如下步骤： S61：采用步骤S5中自学习过程后的系数向量θi(n)更新步骤S1中的喷油器计量特性模型的模型系数，即： c0,i＝θ0,i,c1,i＝θ1,i,c2,i＝θ2,i,c3,i＝θ3,i,c4,i＝θ4,i S62：计算得到发动机各个缸的用于循环喷油量控制的喷油脉宽： Ti＝(Qcmd-c0,i-c2,iPi)(c1,i+c3,iPi+c4,iPi2)-1 其中，Qcmd为发动机根据当前驱动力需求的目标循环喷油量。