[发明专利]一种基于差分的最优高压油管稳压控制方法

说明书

本发明公开了一种基于差分的最优高压油管稳压控制方法，包括以下步骤：（1）由已知弹性模量与燃油压力的数据拟合出它们之间的关系式；（2）根据燃油压力变化量和密度变化量关系得到密度与压力的关系；（3）通过质量守恒和其他物理关系得到压力与时间的微分方程，再利用欧拉前向差分求出油管内压力随时间的变化；以油泵阀门开放时间为自变量变量，任意时刻的压力与稳态压力差最小为目标函数建立优化模型；（4）通过燃油进出质量守恒原理确定阀门开启时长的预测区间,并在预测区间内利用变步长搜索法求解最佳的阀门开放时间；（5）对稳压控制方法行误差分析和灵敏度分析。本发明将高压油管的稳压过程转化为动态最优控制问题再通过欧拉前向差分法和变步长搜索法对最优控制模型进行求解，得到最佳开阀时长，从而使管内压力保持稳定，该方法误差小，对高压油管内径长度和内直径的敏感性小，具有较强稳定性和较大的应用价值。

技术领域

本发明涉及柴油机燃油喷射系统领域，具体涉及一种高压油管的稳压方法。

背景技术

柴油机的发明已有一百多年历史，柴油机广泛应用于汽车、船舶、电力等领域，其的核心技术之一就是燃油喷射系统。传统燃油喷射系统由高压油泵，高压油管，喷油嘴构成。燃油从油泵进入油管，当油管压力达到某一临界值时，燃油由喷油嘴喷出。燃油喷射系统从传统的位置式控制方式，到电子控制，现在发展为泵-管-喷嘴型或泵喷嘴的时间压力控制方法。

目前典型的系统主要有：机械式直列柱塞泵系统，通过柱塞的往复运动及塞内压力变化控制单向阀的开启时长；其次是泵喷嘴系统，无高压油管，柱塞泵压入的燃油直接进入喷嘴的承压环槽；高压共轨系统主要由电磁阀控制喷油量。

油管内的压力不仅关系到油管的制作材料，还关系到喷射过程的喷射效率及缸内燃烧效率。我们主要针对泵-管-嘴喷射系统，设计出一种实时压力控制方法。在已知油泵和油管内压强、一个周期内喷油嘴的工作时间及体积流量的情况下，为了使整个喷射周期内管内压力保持稳定，控制单向阀开启时长也就是控制一个周期内进入油管的燃油质量，是高压油管稳压的关键。

发明内容

本发明主要设计一种高压油管稳压方法，具体的说，是单向阀开启时间控制方法。传统的柴油机燃油喷射装置通常由油泵、高压油管和喷油嘴组成(如图1所示)，油泵处有一个控制燃油进出的阀门，当阀门开启时，燃油从油泵进入油管，不同的阀门开启时长，对应到油管内压力的波动程度，为了使柴油机的工作效率最高，防止油管发生爆裂，因此让高压油管内的压强维持稳定显得尤为重要。

在已知一个周期内喷出燃油质量的情况下，控制单向阀的开启时长，进而控制泵入油管的燃油质量。根据质量守恒原理以及管内压强与时间的关系，为了让管内压力不会出现大幅波动，由此建立任意时刻管内压强与100Mpa的差达到最小化的目标规划模型。

具体的方法由以下步骤实现：

步骤一：确定燃油弹性模量关于压力的关系式

利用表一有关压力和弹性模量的数据拟合出两者之间的函数关系

E(P)＝a+b·exp(c·P) (1)

其中a,b,c为常数。

步骤二：分析密度、压力的关系，得到离散递推式

根据燃油压力与密度的正比关系，在步骤一结论基础上，将压力与密度的微分方程离散化，得到密度、压力、弹性模量三者之间关于第i个时刻和第i+1个时刻的递推式

步骤三：利用基本物理知识确定压力关于时间的离散递推式

根据高压油管内燃油密度、质量、压力以及A处质量流量的关系，得到压力关于时间的离散递推式

要求高压油管内压力维持稳定即要求压强波动较小，也即任意时刻与目标压强差值最小，因此建立目标优化模型