[发明专利]一种基于主动扰动观测的燃油压力控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于内燃机控制技术领域，涉及内燃机燃油喷射系统，是一种内燃机燃油喷射系统的燃油压力控制方法，特别是一种基于主动扰动观测的燃油压力控制方法。

背景技术

内燃机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型，已被广泛应用于发电、灌溉、船舶动力、车辆动力等广阔的领域，尤其在车用动力方面的优势最为明显，全球车用动力“内燃机化”趋势业已形成。

按照着火方式的不同，内燃机可分为火花点火式发动机(如汽油发动机，即汽油机)和压燃式发动机(如柴油发动机，即柴油机)。众所周知，汽油机和柴油机都具有燃油喷射系统，而燃油喷射系统的性能是影响内燃机燃烧过程的关键。现如今燃油系统绝大部分为电控燃油喷射系统，由于电控燃油喷射系统能够柔性控制喷油参数，有效地降低内燃机排放，已成为内燃机电控技术的主要手段。在电控燃油喷射系统(以下简称燃油喷射系统)中，燃油压力不仅决定了燃油喷射压力的高低，而且还是燃油计量的重要参数，燃油压力的波动直接影响了燃油喷射压力、循环喷油量以及喷油速率等参数的变化，因此对于燃油喷射系统中燃油压力控制方法的开发研究是内燃机控制的关键技术问题。

燃油喷射系统通常由输油泵、供油泵、燃油计量单元、高压蓄能器、燃油压力传感器、高压油管和电控喷油器组成。燃油喷射系统燃油压力控制器是由电控单元(Electronic Control Unit，以下简称ECU)、燃油压力传感器、燃油计量单元三部分组成的控制回路，如图1所示。

电控喷油器通过各自连接的高压油管与高压蓄能器保持流动连接，并且需要不断地重复开启与关闭，以便于提供经过精确计量的燃油给发动机。

燃油计量单元安装在供油泵的进油位置，用来调节由输油泵进入供油泵柱塞腔的燃油量，以控制高压蓄能器内燃油压力的大小，而其具体的调整是需要受到ECU控制。ECU通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，以下简称PWM)信号控制燃油计量单元内部控制线圈(即电磁阀)的电流，从而改变供油泵进油截面积来增大或者减小供油量。其中，燃油计量单元的供油特性曲线示意图如图2所示。

当燃油计量单元在控制线圈未通电时，柱塞上的燃油流通截面对应于供油泵的进油口开度最大，可以向供油泵柱塞腔提供最大流量的燃油，即燃油计量单元处于常开状态。当燃油计量单元在控制线圈通电时，通过调节ECU控制输出的PWM脉冲信号的占空比和调制频率，来控制燃油计量单元内部线圈的电流，使得燃油计量单元的开度(相应于供油泵进油截面积)发生改变，从而实现对高压蓄能器中燃油压力的控制。

在一次喷射过程中，喷油器提供的燃油量由喷油器开启时候的燃油喷射压力和喷油器的喷射脉宽决定，其中喷射脉宽值指喷油器由开启到关闭之间的时间。该燃油喷射压力是指喷油器开启时候燃油喷射系统中的燃油压力，通常需要借助于安装在高压蓄能器上的燃油压力传感器来进行测量。其中，燃油压力传感器的特性曲线示意图如图3所示。

燃油压力传感器是燃油喷射系统中最为关键的传感器，其主要作用是以足够的精度和在相应较短的时间内，测量燃油喷射系统中的实时燃油压力，并将其转化为电压信号提供给发动机电控单元。然而，高压蓄能器上的燃油压力不总是相对应于燃油喷射压力，因为燃油压力受到众多因素的影响，总是呈现出一直在压力波动的现象。

由于燃油压力受到供油过程和喷油过程的共同影响，因而其控制方法比较复杂。主要体现在两方面：(1)稳态过程中燃油压力的变化是一个脉动过程。在稳态过程中，高压蓄能器中的燃油压力主要由供油量和喷油量共同决定，而供油量和喷油量的工作周期都与发动机的工作周期相关，且都是脉动变化的，所以燃油压力受进油量和出油量的影响而存在脉动变化。(2)瞬态过程中燃油压力变化剧烈且频繁。由于发动机工作过程中存在较多剧烈变化的瞬态过程，导致燃油压力目标值与喷油量在短时间内都会有较大的变化，这都会导致燃油压力控制的瞬态过程频繁而又剧烈。

因此，需要采取相应的措施来平衡燃油压力波动，实现对燃油压力的精确控制，进而提高内燃机的动力性能和经济性能。ECU根据由发动机转速和循环喷油量确定的目标燃油压力与由燃油压力传感器采集的燃油喷射系统当前燃油压力进行燃油压力控制器的设计，并经过其控制方法的控制与优化，通过调节燃油计量单元PWM脉冲信号的占空比和调制频率，从而控制实际进入供油泵的燃油流量，最终实现对燃油压力的精确控制。