阅读说明：本技术 控制发动机高压油管油压的方法 (Method for controlling oil pressure of high-pressure oil pipe of engine ) 是由 亓晋 巩锟 闫文卿 孙雁飞 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种控制发动机高压油管油压的方法,主要包括以下步骤：计算初始时刻高压油管内燃油的参数；通过遍历算法计算发动机的进油量和出油量,以控制发动机高压油管内的油压；计算高压油管内燃油压力达到预期值时的进油量最优解和出油量最优解。相较于现有技术,本发明采用遍历算法灵活调节发动机高压油管内的油压,使发动机高压油管的油压升高、降低或保持不变,对发动机高压油管燃油的进油量和出油量实现了自动化控制。(The invention provides a method for controlling oil pressure of a high-pressure oil pipe of an engine, which mainly comprises the following steps: calculating the parameters of fuel oil in the high-pressure oil pipe at the initial moment; calculating the oil inlet amount and the oil outlet amount of the engine through a traversal algorithm to control the oil pressure in a high-pressure oil pipe of the engine; and calculating the optimal solution of the oil inlet quantity and the optimal solution of the oil outlet quantity when the oil pressure in the high-pressure oil pipe reaches the expected value. Compared with the prior art, the invention adopts the traversal algorithm to flexibly adjust the oil pressure in the high-pressure oil pipe of the engine, so that the oil pressure of the high-pressure oil pipe of the engine is increased, reduced or kept unchanged, and the automatic control on the oil inlet quantity and the oil outlet quantity of the fuel oil of the high-pressure oil pipe of the engine is realized.)

控制发动机高压油管油压的方法

技术领域

本发明涉及一种控制发动机高压油管油压的方法，属于发动机油压控制领域。

背景技术

高压油管是许多燃油发动机工作的基础，在燃油发动机工作中，经过处理后的高压燃油从高压油泵进入高压油管，再由喷油嘴喷出，这过程中高压油管内的压力会不断变化，所以从喷油嘴喷出的燃油量会有变化，进而影响到发动机的工作的稳定性。为了使燃油发动机稳定工作，控制高压油管内燃油的压力稳定是非常重要的，而传统燃油机无法实现高压油管内油压变化的自动控制。

最小二乘法能通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，基于最小二乘法思想可以对油管内油压进行目标规划。遍历算法可以找到全局最优解，当搜索范围大，搜索步长小的时候，搜索速度较慢。粒子群算法的优点是可以找到局部最优解，但是搜索速度较快。所以在控制不同类型发动机油管内油压变化时，可分别使用不同的算法对控制方法进行求解。

有鉴于此，确有必要提出一种控制发动机高压油管油压的方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制发动机高压油管油压的方法，以实现高压油管内油压变化的自动控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种控制发动机高压油管油压的方法，主要包括以下步骤：

步骤1、计算初始时刻高压油管内燃油的参数；

步骤2、通过遍历算法计算发动机的进油量和出油量，以控制发动机高压油管内的油压；

步骤3、计算高压油管内燃油压力达到预期值时的进油量最优解和出油量最优解。

可选的，步骤1中，所述参数包括燃油压力密度、单向阀周期、凸轮角速度、针阀升程。

可选的，步骤2具体包括：

步骤21、确定第一次遍历的变量并进行第一次遍历，根据高压油管内燃油的参数随时间的变化，在可能的区间范围内进行遍历，以得到在一定时间内，进油口的进油量变化时，高压油管内燃油压力的变化范围；

步骤22、计算此时发动机的进油量大小；

步骤23、确定第二次遍历的变量并进行第二次遍历，根据高压油管内燃油的参数随时间的变化，在可能的区间范围内进行遍历，以得到在一定时间内，喷油嘴的出油量变化时，高压油管内燃油压力的变化范围；

步骤24、计算此时高压油管内燃油的参数。

可选的，步骤21中第一次遍历的变量为凸轮角速度，在可能的区间范围内对凸轮角速度的值进行遍历。

可选的，步骤23中喷油嘴的出油量可根据针阀升程与时间的关系计算得到。

可选的，所述步骤2还包括对时间进行第三次遍历，具体步骤包括：

步骤25、以时间为变量，对时间进行第三次遍历，以观测每个时刻高压油管内的燃油压力变化；

步骤26、第三次遍历结束后，可以得到一定时间内，在第一次和第二次遍历确定的条件下，高压油管内燃油压力的变化范围。

可选的，步骤25中可以对时间变量设定不同的遍历步长。

可选的，发动机高压油管内的油压由高压油管上方的单向阀和下方的喷油嘴的开放状态决定。

可选的，所述单向阀开放状态的判断公式为：

其中，u表示单向阀的开放状态，P_left表示柱塞腔内燃油压力，P_center表示高压油管内燃油压力，当柱塞腔内燃油压力大于高压油管内燃油压力时，单向阀打开；当柱塞腔内燃油压力小于高压油管内燃油压力时，单向阀关闭。

可选的，所述凸轮角速度可用于控制高压油管的进油量。

本发明的有益效果是：本发明采用遍历算法灵活调节发动机高压油管内的油压，使发动机高压油管的油压升高、降低或保持不变，对发动机高压油管内燃油的进油量和出油量实现了自动化控制。

附图说明

图1为本发明控制发动机高压油管油压的方法分解图。

图2为简单高压油管系统的结构示意图。

图3为本发明较佳实施例中遍历算法的流程图。

图4为本发明另一实施例中基于最小二乘思想的粒子群算法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明揭示了一种控制发动机高压油管油压的方法，可根据不同类型发动机油管内的油压变化情况，选择性使用遍历算法和基于最小二乘思想的粒子群算法，来控制发动机高压油管的单向阀的进油量和喷油嘴的出油量，以实现对发动机高压油管的油压的自动控制。

如图1所示，以任意时间为初始时刻，已知初始时刻高压油管的油压，通过相关现有公式可以计算得到此时高压油管内的燃油压力密度、单向阀周期、凸轮角速度、针阀升程等相关性质参数，此时高压油管内燃油的压力会影响进油口燃油的进油量，而进油量也会影响高压油管内燃油的压力，即上一秒的燃油的参数决定了下一秒的燃油压力。高压油管内燃油压力升高，喷油嘴开放往外喷油，出油量的大小也会改变高压油管内的燃油压力。

所述遍历算法用于在进油量固定或者燃油系统设置简单的情况下，通过控制高压油管上方的单向阀和下方的喷油嘴的开放周期(或开放状态)，来控制高压油管内油压的变化，具体包括以下步骤：

步骤1、计算初始时刻高压油管内燃油的参数；

步骤2、通过遍历算法计算发动机的进油量和出油量，以控制发动机高压油管内的油压；

步骤3、计算高压油管内燃油压力达到预期值时的进油量最优解和出油量最优解。

其中，步骤2具体包括：

步骤21、确定第一次遍历的变量并进行第一次遍历，根据高压油管内燃油的参数随时间的变化，在可能的区间范围内进行遍历，以得到在一定时间内，进油口的进油量变化时，高压油管内燃油压力的变化范围；

步骤22、计算此时发动机的进油量大小；

步骤23、确定第二次遍历的变量并进行第二次遍历，根据高压油管内燃油的参数随时间的变化，在可能的区间范围内进行遍历，以得到在一定时间内，喷油嘴的出油量变化时，高压油管内燃油压力的变化范围；

步骤24、计算此时高压油管内燃油的参数。

进一步地，步骤2还包括对时间进行第三次遍历，具体步骤包括：

步骤25、以时间为变量，对时间进行第三次遍历，以观测每个时刻高压油管内的燃油压力变化；需要注意的是，本步骤中可以对时间变量设定不同的遍历步长；

步骤26、第三次遍历结束后，可以得到一定时间内，在第一次和第二次遍历确定的条件下，高压油管内燃油压力的变化范围。

为了进一步对本申请进行详细描述，以下将对本发明进行仿真实验。

如图2所示，为简单的高压油管系统结构图，通过分析该高压油管系统的工作原理后，可得到柱塞升程关于凸轮角速度和时间的关系：

h(t)＝-2.413cosωt+2.413，

以及针阀升程随时间的变化关系：

h₁(t)＝-799.1t⁵+597.2t⁴-106t³+10.21t²-0.3637t+0.002418，

设置单向阀的工作周期为工作0.308ms后关闭10ms，高压油管内燃油的初始压力为100MPa。

如图3并结合图2所示，采用遍历算法可将高压油管内燃油压力控制在100MPa，具体包括以下步骤：

步骤1、计算初始时刻高压油管内燃油的参数；

步骤21、确定凸轮角速度为第一次遍历的变量，以100r/ms为步长，在400-4600r/ms之间对凸轮角速度的值进行遍历，假设高压油泵内的柱塞在初始时刻从下止点开始运动，对于之后的每个时刻，都要对单向阀的开放状态进行判断：

其中，u表示单向阀的开放状态，P_left表示柱塞腔内燃油压力，P_center表示高压油管内燃油压力，当柱塞腔内燃油压力大于高压油管内燃油压力时，单向阀打开；当柱塞腔内燃油压力小于高压油管内燃油压力时，单向阀关闭；

步骤22、通过已知的高压油管内燃油的参数，根据燃油进出流量的计算公式和燃油的密度公式，计算此时发动机的进油量大小；

步骤23、确定第二次遍历的变量(根据具体需要)并进行第二次遍历，根据针阀升程与时间的关系，得到此时出油量的大小，根据高压油管内燃油的参数随时间的变化，在可能的区间范围内进行遍历，以得到在一定时间内，喷油嘴的出油量变化时，高压油管内燃油压力的变化范围；

步骤24、计算此时高压油管内燃油压力密度；

步骤25、对时间进行第三次遍历，以0.01ms为步长，在凸轮角速度确定的条件下，计算0-15000ms内高压油管的燃油压力的波动值；

步骤26、第三次遍历结束后，可以得到一定时间内，在第一次和第二次遍历确定的条件下，高压油管内燃油压力的变化范围；

步骤3、计算高压油管内燃油压力达到预期值时的进油量最优解和出油量最优解。

计算结果显示，使高压油管内燃油的压力稳定在100MPa的凸轮角速度为2700r/min，改变凸轮角速度将会使得高压油管内燃油的压力变化幅度增大，由此可见：本发明通过遍历算法可以对高压油管内燃油的压力进行有效控制。

在本发明的另一个实施例中，若进油量受到高压油泵内其他机械的影响或者喷油嘴数量较多时，即燃油系统结构较为复杂的情况下，可以采用基于最小二乘思想的粒子群算法对发动机高压油管的油压进行自动控制。

在简单高压油管系统的基础上增加一个喷油嘴，在高压油管左端增加一个出口直径为1.4mm的减压阀，减压阀与单向阀的工作周期和工作时间相同，通过高压油泵中的凸轮角速度来控制进油量，通过两个喷油嘴的工作时间间隔来控制高压油管的出油量。增加一个喷油嘴后，高压油管系统存在四个变量，即单向阀的工作周期、工作时间，以及凸轮角速度和两个喷油嘴的工作时间差，由于使用遍历算法花费的时间较多，因此采用基于最小二乘思想的粒子群算法来控制高压油管的燃油压力。

如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤a、初始化粒子群，确定群体规模为N(50)，有n(4)个参数，随机设定粒子i的初始位置(x_i1,x_i2,x_i3,x_i4)和速度v；

步骤b、计算各粒子的适应度，基于最小二乘思想，确定适应度函数为：

f(x)＝min(x_i-100)²，

所述适应度函数为基于最小二乘思想对高压油管内压力变化最小的限制，其中，x_i表示粒子i的压力值，x为高压油管内燃油压力的预期值；

步骤c、根据适应度函数更新粒子的位置和速度，计算粒子的适应度并与粒子个体极值(每个粒子找到的最优解)进行比较，以从这些最优解中找到一个全局值，叫做本次全局最优解，并将本次全局最优解与历史最优位置进行比较及更新；假设粒子的历史最优位置为p，粒子群的历史最优位置为g，则更新的函数为：

v＝w*v+c₁r₁(p-x)+c₂r₂(p-x)，

其中，r₁和r₂为[0,1]的随机数，c₁和c₂为加速常数，w*v表示粒子维持自身速度的趋势，c₁r₁(p-x)表示粒子有向粒子最优位置移动的趋势，c₂r₂(p-x)表示粒子有向群体最优位置靠近的趋势；

步骤d、若达到最大迭代次数则结束，否则转步骤b。

基于最小二乘思想的粒子群算法，可以得到使高压油管燃油压力变化范围最小的四个参数的值，包括单向阀的工作周期为283ms，工作时间为0.706ms，两个喷油嘴的工作时间差为90ms，喷油泵中齿轮的角速度为0.594rad/ms，此时，高压油管内燃油压力波动的平均绝对误差大小为1.1290MPa，误差在1％左右，因此可以得出结论：该方法对于高压油管内燃油压力的控制效果很好。

综上所述，本发明采用遍历算法灵活调节发动机高压油管内的油压，使发动机高压油管的油压升高、降低或保持不变，对发动机高压油管燃油的进油量和出油量实现了自动化控制；而在燃油系统较为复杂的情况下，可以采用基于最小二乘思想的粒子群算法对发动机高压油管的油压进行自动控制。相较于现有技术，本发明可以根据不同类型发动机油管内的油压变化情况，选择性使用遍历算法和基于最小二乘思想的粒子群算法，来控制发动机高压油管的单向阀的进油量和喷油嘴的出油量，以实现对发动机高压油管的油压的自动控制。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。