[发明专利]基于遗传算法的高压共轨系统及参数优化方法

摘要

一种基于遗传算法的高压共轨系统及参数优化方法，属于发动机技术领域。本发明的目的是搭建了的缸内直喷发动机高压共轨系统模型，使高压共轨系统的共轨压力在各工作点稳定跟踪上期望共轨压力的基于遗传算法的高压共轨系统及参数优化方法。本发明的油箱通过进油管连接在高压泵上，进油管上安装有电磁阀，高压泵通过支油管连接在共轨管上，并且共轨管与支油管的连接部位为阻尼孔，在共轨管上安装有共轨压力传感器，共轨管通过限压阀、回油管与油箱连通，回油管通过泄压管与高压泵连通，在共轨管上安装有喷油器，喷油器和共轨压力传感器通过线路连接在中央处理器上。本发明以共轨压力波动最小，上升时间最短为目标函数，应用遗传算法对共轨系统多个结构参数进行了优化设计，为共轨系统结构优化设计提供了新思路。

主权项

1.一种基于遗传算法的高压共轨系统，油箱(1)通过进油管(13)连接在高压泵(3)上，进油管(13)上安装有电磁阀(2)，高压泵(3)通过支油管(14)连接在共轨管(6)上，并且共轨管(6)与支油管(14)的连接部位为阻尼孔(4)，在共轨管(6)上安装有共轨压力传感器(5)，共轨管(6)通过限压阀(7)、回油管(16)与油箱(1)连通，回油管(16)通过泄压管(15)与高压泵(3)连通，在共轨管(6)上安装有喷油器(8)，喷油器(8)和共轨压力传感器(5)通过线路连接在中央处理器(9)上；上述系统的工作过程是：首先油箱(1)中的燃油通过电磁阀(2)进入高压泵(3)，燃油经过高压泵(3)被加压至50～120kg/cm2，通过阻尼孔(4)流入共轨管(6)，共轨管(6)的末端装有共轨压力保护装置限压阀(7)，当共轨管内压力大于预设保护压力时，限压阀(7)开启，燃油通过限压阀(7)流回油箱(1)中，共轨管(6)连接喷油器(8)，为其提供高压燃油；共轨压力传感器(5)实时监测共轨压力的变化，并反馈给中央处理器(9)，由中央处理器(9)计算输出占空比控制信号作为电磁阀(2)的电气输入，经电磁阀(2)中的电气回路，将其转化为幅值12V的PWM模拟电压信号；当电磁阀(2)中的线圈(10)两端电压为零时，在弹簧(12)弹簧力的作用，衔铁(11)不发生位移，此时电磁阀(2)处于常开状态；当电磁阀(2)中的线圈(10)两端电压为12V时，就使得线圈(10)产生感应电流形成电磁力，与弹簧(12)上的弹簧力共同作用在衔铁(11)之上，使衔铁(11)发生位移，关闭电磁阀(2)通路；a、阻尼孔流入共轨管的燃油流量公式：其中，d为阻尼孔直径，单位为m；(pp‑pr)为经过阻尼孔截面两端的燃油压强之差，单位为bar；cpr为流量系数；其特征在于：b、目标函数：共轨压力波动尽可能小即式中pr*代表期望的共轨压力，N表示总的采样点个数，pri代表第i时刻的共轨管压力；由共轨管的燃油体积弹性模量公式可知它是关于阻尼孔直径d和共轨管体积V的一个函数，因此，pri可以表示为pri＝g1(V，d)，因此式(3)表示为其次为了适应不同的发动机工况需求，共轨压力的建立时间应尽可能小即Min f2(tr)＝tr                (5)式中tr表示上升时间，上升时间和阻尼孔直径d和共轨管体积V相关，因此式(5)表示为：Min f2（g2（d，V））＝g2（d，V）          (6)轨压波动的数量级是(100‑101)而轨压建立时间的数量级是10‑1，因此目标函数确定为：c、约束条件：根据实际的高压共轨系统对流体流动，共轨管体积，阻尼孔直径进行约束表2 共轨系统的约束条件适应度函数最终的表达形式为Min f(pi，tr)＝(1+wc)*其中wc为惩罚因子，当共轨压力的平均波动小于5bar，且上升时间小于0.2ms时，wc＝0，否则wc＝100；d、优化算法：选用遗传算法对共轨系统结构参数进行优化，步骤主要包括：①程序初始化，确定变量个数，种群规模，种群代数，复制概率，交叉概率，变异概率，进化终止准则，随机产生初始种群；②计算每代种群的平均轨压波动和上升时间；③判断是否符合约束条件，并计算相应的适应度函数；④遗传操作，复制操作选用了最佳个体保留法，交叉操作选择了双点交叉，变异操作选择了均匀变异法；⑤判断是否符合终止准则，终止准则为达到最大种群代数，若种群达到终止要求运算终止，否则继续迭代；通过遗传算法的不断迭代，最终得到最佳的共轨管体积以及阻尼孔直径。