随着越来越严格的排放标准制定与实施,各种节能减排技术成为提升柴油机水平的重要研究课题。电子控制技术的应用使得各种其它技术更加灵活多变、精确高效并且功能丰富,目前已经在国内外车用柴油机上广泛应用。为了适应国Ⅳ及以上排放法规要求,不仅要对电控柴油机进行喷射压力、喷油量和喷油时刻的精确控制,而且要求柴油机也像汽油机一样实现空燃比和废气的可控。本文的工作内容是轿车柴油机电控高压共轨系统的控制策略的研究与软件优化,重点集中在轨压多级闭环控制策略、多次喷射协调控制策略、空气管理耦合控制策略、DPF再生控制策略和软件的优化设计以及整机和整车的试验与标定等方面的研究。具体如下:1.研究了“EGR+DPF”和“SCR”两条技术路线,基于拟定的“EGR+DPF”技术路线设计了目标柴油机的系统方案。在机内净化,设计了控制更加精确和柔性的电控高压共轨燃油系统,以及基于VGT+EGR的电控空气管理系统,实现燃油量和进气量的精确控制。在机外净化,设计了DOC+DPF的后处理系统,对废气的进行过滤,实现超低排放。2.在提高轨压控制精度方面,设计了基于实际轨压和油量控制阀电流的多级闭环控制策略。针对轿车柴油机运行特点,合理划分了轨压的控制状态,以便控制系统能及时准确地处理各个执行器的驱动信号;在提高瞬态工况的轨压控制精度方面,研究并设计了闭环电流初始值的自学习、轨压瞬态预控制和喷油器卸压控制。仿真与实验结果表明,控制策略具有理想的控制效果,稳态工况的轨压偏差在±5bar以内,瞬态工况的轨压偏差在±20bar以内,满足柴油机实际的应用要求。3.在燃油喷射控制方面,为了使燃烧规律接近理想的柴油机燃烧模型,研究并设计了多次喷射控制策略。通过大量的实验,研究并分析了多次喷射组合对排放的影响,得到目标柴油机在不同工况下喷射组合曲线;基于喷射组合曲线及喷油器和油泵的物理特性,设计了多次喷射协调控制算法,以获得多次喷射的喷射组合,解决了多次喷射之间的协调问题。并根据柴油机运行工况,建立了多次喷射使能、油量和正时的控制模型,从而实现多次喷射的协调控制。4.以同时改善PM和NOx排放为目标,提出了基于VGT+EGR的空气管理耦合控制,确立了同时降低PM和NOx排放的技术方向;设计了基于进气流量和进气压力的空气管理控制策略,实现对进气量的精确控制,并结合燃油喷射控制,实现空燃比的闭环控制。在改善空气管理控制效果方面,建立了基于进气流量、进气压力和位置传感器的多级闭环控制模型、稳态及瞬态进气流量和增压压力预估模型,实验表明,控制策略具有理想的控制效果,满足实际的应用要求。5.提出了基于机内的再生方法,通过多次喷射和空气管理的协调控制提升柴油机的排气温度,实现再生。在再生时机的确定和再生的控制上,建立了基于压差、柴油机转速和负荷的多参数炭烟加载模型和基于转速和排温的极限排气背压模型,确保了再生时机的准确可靠;设计了包含柴油机转速和负荷因素的再生措施脉谱模型及再生温度控制模型,实现了DPF的安全有效再生。6.以上控制策略分别在硬件在环、油泵试验台、柴油机台架及整车上进行试验验证。试验结果表明,本文开发的各种柴油机控制策略性能良好,可靠性高;同时,整机和整车的排放达到了国IV的排放标准,并且各排放物距离排放限值具有较大余量,其中NOx、PM排放分别有20%、50%以上的排放裕度。