火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃空比控制方法研究.pdf

1、火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃空比（Fuel-Air Ratio，F(xiàn)AR）控制要求是根據(jù)進(jìn)氣量調(diào)整噴油量，使缸內(nèi)FAR在理論化學(xué)計(jì)量比附近很窄的范圍內(nèi)變化，最大化三元催化轉(zhuǎn)換器的凈化作用，達(dá)到低排放的目的。由于其重要的理論和工程意義，長期以來FAR控制的研究始終得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　本文緊密結(jié)合工程應(yīng)用背景，以提高火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR控制性能為目的，對火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的FAR控制問題進(jìn)行了深入分析與研究。本文綜述了

2、FAR控制的研究現(xiàn)狀，分析了影響火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR控制性能的因素，設(shè)計(jì)了一種時(shí)滯依賴增益調(diào)度FAR控制器，以解決傳輸時(shí)滯對FAR控制的影響問題；針對進(jìn)氣流量快速變化等瞬態(tài)工況下濕壁效應(yīng)影響無法忽略的問題，提出了一種濕壁效應(yīng)估計(jì)器和時(shí)滯依賴FAR控制器聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法；針對氧傳感器老化等不確定性和可變傳輸時(shí)滯問題，探討了一種FAR魯棒控制器設(shè)計(jì)方法。
　　本文第二章按照FAR系統(tǒng)工質(zhì)流動(dòng)順序討論了火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR建模

3、問題。針對火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的濕壁效應(yīng)，給出了油膜質(zhì)量變化率的數(shù)學(xué)描述。在此基礎(chǔ)上，考慮了蒸發(fā)排放和進(jìn)氣流量估計(jì)誤差對FAR的影響，討論了混合氣在缸內(nèi)滯留以及排氣歧管中傳輸時(shí)滯等原因和描述方式，給出了一種反映濕壁效應(yīng)、蒸發(fā)排放及可變傳輸時(shí)滯特征的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR狀態(tài)方程描述。為了分析本章給出的模型精度以及影響精度的因素，本章描述了基于TESIS公司發(fā)動(dòng)機(jī)仿真軟件enDYNA的高精度FAR仿真系統(tǒng)構(gòu)建方法，并在多種工況下應(yīng)

4、用仿真方法分析了蒸發(fā)排放、進(jìn)氣估計(jì)誤差和濕壁效應(yīng)對模型精度的影響。結(jié)果表明，蒸發(fā)排放對FAR的影響主要體現(xiàn)為蒸發(fā)排放氣體中燃油的影響；進(jìn)氣流量估計(jì)誤差直接影響火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR；濕壁效應(yīng)對FAR的影響主要體現(xiàn)在迅速打開或關(guān)閉節(jié)氣門等瞬態(tài)工況。
　　火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR系統(tǒng)中的傳輸時(shí)滯隨工況發(fā)生變化，使得FAR控制具有可變時(shí)滯特征。本文第三章研究了具有時(shí)滯變化的FAR控制器設(shè)計(jì)問題。為了提高控制精度，減小保守性，在FA

5、R控制器設(shè)計(jì)過程中保留被控對象中的可變傳輸時(shí)滯信息，并考慮到傳輸時(shí)滯與進(jìn)入氣缸的空氣流量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，且在較大范圍內(nèi)變化的特點(diǎn)，給出一種根據(jù)時(shí)滯大小改變控制器增益的時(shí)滯依賴記憶控制器設(shè)計(jì)方法。本章給出的方法可提高FAR的控制精度，并減小時(shí)滯變化范圍較大帶來的控制器保守性。仿真結(jié)果表明，本章設(shè)計(jì)控制器具有較好的擾動(dòng)抑制性能和期望FAR跟蹤性能。但濕壁現(xiàn)象增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致控制性能的下降。
　　節(jié)氣門迅速打開或關(guān)閉等瞬態(tài)工況將引起進(jìn)氣

6、壓力和進(jìn)氣流量的劇烈變化。此時(shí)，濕壁效應(yīng)的影響會(huì)增加。對此，本文第四章研究了考慮濕壁效應(yīng)和傳輸時(shí)滯變化的FAR控制器設(shè)計(jì)方法。針對濕壁效應(yīng)無法通過傳感器測量的問題，第四章建立了濕壁效應(yīng)估計(jì)方程，給出了一種具有變化時(shí)滯的濕壁效應(yīng)估計(jì)方法，導(dǎo)出了保證估計(jì)器收斂的線性矩陣不等式，獲得一種參數(shù)依賴的觀測器增益求取方法。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種補(bǔ)償濕壁效應(yīng)和根據(jù)時(shí)滯大小改變控制器增益的時(shí)滯依賴記憶控制器。仿真結(jié)果表明，本章給出的FAR控制器在穩(wěn)態(tài)工

7、況和瞬態(tài)工況下均具有較好的期望FAR跟蹤性能和擾動(dòng)抑制性能。
　　氧傳感器老化將引起FAR模型參數(shù)的變化，導(dǎo)致FAR控制性能下降。本文第五章對此進(jìn)行了研究。為了便于分析研究，第五章采用基于輸入輸出響應(yīng)特性辨識(shí)得到的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，將FAR控制問題轉(zhuǎn)化為具有有界未知時(shí)滯和參數(shù)不確定的一階時(shí)滯系統(tǒng)跟蹤問題，提出了一種具有參數(shù)和時(shí)滯不確定系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法。本章給出的方法充分考慮了被控對象的有界未知輸入時(shí)滯和參數(shù)不確定這一特性，能夠根據(jù)