面对日益加剧的能源危机和近乎严苛的排放法规,GDI发动机应运而生,它与传统的PFI发动机在整体结构上有很大的差别,并且在降低油耗和减少排放方面存在着巨大的优势。本文结合国家“863”项目-“轿车直喷汽油机(GDI)开发”,以缸内直喷汽油机为研究对象,研究了GDI发动机的的组成及工作情况,详细地分析了本试验所用GDI发动机电控系统各部分的结构及工作原理,在此基础上进行了如下工作:1.从装载EA888发动机的原型车入手,了解控制发动机所需要的控制信号,进行总结找到该信号所对应的传感器,分析传感器的类型,驱动形式、输入和输出之前的逻辑关系。搭建发动机实验台架,根据各传感器及执行器的电气特性设计了相应的驱动电路,并根据实验目的安装了相应的测试设备。2.以MC9S12XDP512单片机为控制核心设计了硬件控制电路,并将μC/OS-II实时操作系统嵌入到了单片机中,按照GDI发动机电控系统的功能进行了模块化设计。以L9707芯片作为喷油器驱动器电路的控制核心,设计了喷油器驱动电路,实现了驱动电流的波形控制,喷油器开启迅速,喷射燃油计量准确;采用处理器XDP512的AD信号作为输入信号对电子节气门进行闭环控制,利用MC33887的电流负反馈特性完成对节气门的闭环控制,采用模糊PID控制器对节气门位置进行控制,调整到目标位置的响应速度很快,没有超调,而且具有良好的鲁棒性;由宽氧传感器处理芯片CJ120和BTS功率放大电路设计了宽氧传感器的闭环控制电路,对宽氧传感器进行加热,满足对宽氧传感器快速加热的要求。3.依据GDI发动机的工作特点和冷起动的控制要求,对发动机的冷起动过程进行了优化控制,设计发动机的冷起动控制策略,对冷起动过程中的每个环节的控制目标和实现进行了优化设计。根据GDI发动机的优势和模式转换过程的基本要求,设计发动机的模式转换控制策略。通过调节喷油定时、喷油量、点火定时以及节气门开度,准确控制空燃比,以发动机循环变动小、输出转矩波动小为控制目标,确定出最优控制参数。实现GDI发动机的控制策略的控制功能,进行了软件部分的模块化设计,有主函数的初始化设计,转速中断处理函数设计,脉谱图函数设计,工况管理函数设计,喷油控制函数设计,点火控制函数设计,燃油泵控制函数设计,模拟量、数字量采集函数设计、串口通信函数设计。4.进行了发动机冷起动实验研究,对冷起动过程各阶段的最优控制参数进行了分析。测试了发动机起动阶段的最佳喷油正时和点火正时,在节气门开度为6%,燃油轨压为0.5MPa,过量空气系数为0.9的条件下,将喷油提前角设定为90°BTDC,最佳点火正时设定为30°BTDC的情况下,此时发动机起动最为迅速,且排放较低;测试了发动机在催化剂起燃阶段的最佳喷油量、最佳喷油正时和最佳点火正时,调整节气门相对位置开度为6%,燃油轨压为5MPa,过量空气系数为1.1的条件下,最佳控制参数为设定两次喷油比例为1:1,喷油脉宽为4ms,点火正时为15°BTDC,第一次喷油正时为300°BTDC,第二次喷油正时为70°BTDC;测试了发动机暖机阶段的最佳喷油正时和点火正时,在节气门开度为6%,过量空气系数为0.9的条件下,最佳喷油正时设定为90°BTDC,最佳点火正时设定为30°BTDC。5.进行了发动机模式转换研究,确定了模式转换过程各工况的最优控制参数。测试了发动机在均质燃烧模式下,λ=1.0到λ=1.4的最佳点火提前角和最佳喷油提前角;测试了发动机在分层燃烧模式下,λ=1.4时的最佳两次喷油比例、最佳喷油正时和最佳点火正时;对最优参数进行拟合建模,并在模型的基础上进行参数优化标定,在最优参数情况下,进行了模式转换研究,测试了各工况下的排放指标。