高稀釋低溫SFI燃燒汽油機(jī)燃燒相位控制研究.pdf

1、高稀釋低溫燃燒具有同時(shí)提高熱效率和改善排放的巨大潛力而受到廣泛關(guān)注，但其對(duì)缸內(nèi)熱狀態(tài)敏感，燃燒相位和放熱過(guò)程控制困難。針對(duì)這一工程應(yīng)用瓶頸，本研究通過(guò)引入火花點(diǎn)火，采用進(jìn)氣道-缸內(nèi)直噴雙噴射(PFI-DI)策略，實(shí)現(xiàn)了分層火焰引燃的混合燃燒(SFI)。構(gòu)建了基于缸內(nèi)狀態(tài)估計(jì)的面向控制的燃燒相位預(yù)測(cè)模型，并提出了基于模型前饋和主動(dòng)擾動(dòng)觀測(cè)的燃燒相位控制方法，力圖突破高稀釋低溫燃燒的燃燒相位和放熱過(guò)程的控制瓶頸。
　　首先，本研究以一

2、臺(tái)四缸增壓直噴汽油機(jī)為原型機(jī)，通過(guò)改造進(jìn)排氣系統(tǒng)，擴(kuò)充PFI噴射系統(tǒng)及外部EGR系統(tǒng)，并開發(fā)了基于MicroAutobox和RapidPro快速原型的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了支持控制算法研究，建立了GT-SUITE仿真平臺(tái)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)標(biāo)定和驗(yàn)證。
　　其次，為估計(jì)缸內(nèi)熱狀態(tài)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒相位的有效預(yù)測(cè)，建立了缸內(nèi)殘余廢氣率和溫度的估計(jì)模型及SFI燃燒相位預(yù)測(cè)模型。通過(guò)引入排氣散熱子模型和傳感器延遲補(bǔ)償算法，減少瞬態(tài)工

3、況下的估計(jì)延遲和穩(wěn)態(tài)偏差。驗(yàn)證結(jié)果表明，該模型對(duì)缸內(nèi)殘余廢氣率的估計(jì)相對(duì)誤差在4％以內(nèi)。針對(duì)SFI燃燒的火焰?zhèn)鞑ズ妥匀挤艧岬碾p階段放熱特征，建立了自燃時(shí)刻和CA50預(yù)測(cè)模型，兼顧火焰?zhèn)鞑ズ妥匀既紵龑?duì)燃燒相位的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，在1500r/min，IMEP為3.5bar至5.5bar SFI燃燒工況范圍內(nèi)，該模型對(duì)自燃時(shí)刻和CA50的預(yù)測(cè)偏差在2℃A以內(nèi)。
　　再次，為實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒相位的有效控制，設(shè)計(jì)了以進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)

4、刻(IVC)和點(diǎn)火時(shí)刻(ST)為調(diào)控手段的燃燒相位控制算法?；谒⒌母變?nèi)熱狀態(tài)估計(jì)模型和燃燒相位預(yù)測(cè)模型進(jìn)行前饋，利用總擾動(dòng)觀測(cè)器對(duì)前饋偏差和外界干擾進(jìn)行補(bǔ)償。仿真結(jié)果表明，在負(fù)荷和轉(zhuǎn)速過(guò)渡工況，燃燒相位控制算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒相位的快速跟蹤，其控制精度在2℃A以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，在變負(fù)荷和變轉(zhuǎn)速工況，燃燒相位波動(dòng)幅度小于5℃A，燃燒穩(wěn)定（循環(huán)波動(dòng)小于5％），壓升率小于5bar/℃A。
　　綜上所述，本文所建立的缸內(nèi)溫度和廢