● 摘要
随着世界石油储量的日益减少和环境问题的日益恶化，当前汽车市场对耗油少、排放低的发动机技术的需求有非常大的缺口，直接起停技术和汽油缸内直喷这两项技术对节油减排有非常大的促进作用。通过将这两项技术结合起来，得到最优的节油减排效果。本文通过研究目前起停系统的国内外研究现状，提出了直喷汽油机直接起停系统膨胀缸喷油从而实现快速起动的策略，并且设计了相应的控制系统软硬件，搭建了直喷汽油机扩展型起停系统试验台架，对影响起停系统起动速度和排放的因素进行了研究，从而为直喷汽油机直接起停系统的实际应用提供理论指导。 本文的主要内容如下： 针对直喷汽油机ACU直接起停控制系统的功能和输入输出信号的类型以及执行器的控制需求设计了相应的控制其硬件，包括电路原理图以及PCB版图。通过选用高性能、片上资源丰富的英飞凌XC2787单片机，设计了单片机核心及外围支持电路。为了对GDI发动机喷油器进行有效驱动，设计了峰值保持驱动电路并描述了其工作原理。针对GDI发动机的电子节气门，设计了电子节气门驱动电路。完成了总体系统电路原理图的设计和布局；完成了ACU控制器的PCB版图的设计；完成了ACU控制器外壳的设计和加工以及硬件的组装。 设计了类AUTOSAR软件架构的直喷汽油机ACU直接起停系统控制软件，通过进行分层的软件架构设计，实现了硬件与上层应用层软件的分离，提高了系统的可移植性和复用性。直接起停系统控制软件主要完成起停功能相关触发条件巡检功能，发动机曲轴位置检测正时，喷油和点火功能，数字模拟量监控。同时，必须建立完善的数学运算库，包括查表、带限值加减乘除法等，以为上层应用软件提供基本运算功能。 为了研究直喷汽油机扩展型起停控制系统，选择长城汽车股份有限公司的GW4B13发动机为试验样机搭建了满足试验要求的试验平台。介绍了试验所用发动机台架的布置方案，试验所需要的仪器设备及试验数据采集分析系统。采用HORIBA的废气分析仪安装了排放采集系统，可以采集发动机起动过程的瞬态排放。采用NI USB6351采集卡采集缸内压力、曲轴转角、进气压力等瞬态数据，标定了低压和高压下喷油器的流量特性性，并拟合出各自的特性方程，以便精确控制喷油量。 研究了直喷汽油机停机过程中曲轴相位的分布规律和停机反转的理论依据。研究了原机ECU起动时的的转速特性，然后研究带直接起停功能起动模式，其中包括无膨胀缸喷油模式、膨胀缸喷油起动模式两种模式。研究不同喷油点火条件下发动机的转速特性以及排放特性的异同，从而为优化直接起停控制系统提供理论依据。