汽油機燃用乙醇汽油混合燃料的空燃比控制技術研究.pdf

1、隨著全球汽車產(chǎn)量和保有量的逐年增加，能源短缺與環(huán)境污染問題日益加劇，而醇類燃料，尤其是摻醇汽油因其污染低、來源廣，被認為是最具使用前景的代用燃料，因而受到了廣泛關注。與普通汽油機類似，摻醇汽油機中，混合氣空燃比仍舊是發(fā)動機管理系統(tǒng)核心控制內(nèi)容之一，直接關系到整機動力性、經(jīng)濟性與排放水平。遺憾的是，由于進氣系統(tǒng)充排氣效應、燃油“濕壁”效應、空燃比控制回路時延等因素的存在，傳統(tǒng)汽油機空燃比控制仍舊不夠理想。此外，醇類組分加入引起的摻醇汽油理

2、化特性，尤其是燃油蒸發(fā)特性的變化，又給摻醇汽油機空燃比控制帶來了困難。本文圍繞乙醇汽油空燃比控制主題，進行了一系列理論及試驗研究，主要包括：
　　 ⑴乙醇汽油油膜蒸發(fā)特性研究：在深入分析與準確測定乙醇汽油相關基礎物性基礎上，通過搭建Gilliland實物仿真試驗平臺，對不同摻混比例乙醇汽油液膜在空氣流中的蒸發(fā)擴散特性及關鍵影響因素進行了研究，表明乙醇汽油液膜在進氣管內(nèi)空氣流的蒸發(fā)擴散過程可用管內(nèi)強制對流傳質(zhì)試驗關聯(lián)式描述。

3、>　　 ⑵進氣管空氣動態(tài)特性建模：對進氣管空氣動態(tài)特性進行了深入分析，建立了進氣管空氣動態(tài)平均值模型，模型中通過引入轉(zhuǎn)速修正項對節(jié)氣門處空氣質(zhì)量流量進行了飽和非線性補償。在此基礎上，利用試驗與仿真手段對進氣管空氣動態(tài)模型進行了參數(shù)辨識與模型驗證。
　　 ⑶進氣管燃油動態(tài)特性建模與分析：對進氣管燃油動態(tài)及空燃比傳輸特性進行了深入分析，建立了燃油動態(tài)平均值模型。針對傳統(tǒng)小偏差攝動法辨識油膜動態(tài)參數(shù)的不足，通過引入擴展卡爾曼濾波算法

4、，構建了進氣道燃油狀態(tài)觀測器，對典型摻混比例乙醇汽油油膜動態(tài)參數(shù)進行了離線高效估計。根據(jù)辨識結(jié)果分析了油膜動態(tài)參數(shù)隨關鍵影響因素，尤其是摻混比例的變化規(guī)律，進而結(jié)合Gilliland試驗結(jié)果，構建了油膜蒸發(fā)時間常數(shù)模型，在減少燃油動態(tài)模型辨識參數(shù)的同時，有效提高了模型精度。
　　 ⑷基于模型的空燃比控制策略研究：采用基于模型控制策略，給出了完整的乙醇汽油空燃比控制方案。為克服傳統(tǒng)基于進氣壓力或流量傳感器的進氣流量測量方式不足，通

5、過引入擴展卡爾曼濾波算法，建立了包含進氣管空氣動態(tài)模型的進氣狀態(tài)觀測器，實現(xiàn)進氣口空氣流量的最優(yōu)濾波估計。為消除進氣道“濕壁”油膜對空燃比控制影響，基于已有進氣管燃油動態(tài)模型設計了離散燃油動態(tài)補償器，補償器參數(shù)由油膜蒸發(fā)時間常數(shù)等相關模型預測給出。根據(jù)典型摻混比例乙醇汽油下噴油器燃油流量特性試驗結(jié)果，給出了相應噴油器燃油修正策略。
　　 ⑸空燃比控制器實現(xiàn)及臺架試驗驗證：針對吉利MR479Q汽油機設計開發(fā)了電控單元ECU及標定系

6、統(tǒng)軟硬件，其中ECU軟件開發(fā)遵循AUTOSAR規(guī)范，標定系統(tǒng)主從機通信基于CCP協(xié)議。在典型摻混比例乙醇汽油下，對嵌有基于模型空燃比控制策略的電控單元ECU進行了臺架試驗驗證。試驗結(jié)果表明，所設計空燃比控制策略、算法對不同摻混比例乙醇汽油空燃比均具有較高的控制精度和效果，穩(wěn)態(tài)工況控制偏差不超過化學計量空燃比的±2％，瞬態(tài)工況控制偏差稍大，但也基本維持在±4％以內(nèi)，基本滿足空燃比精確控制要求。
　　 ⑹通過理論及試驗研究構建了準確