基于缸压信息的压燃发动机燃烧模式识别与反馈控制研究

发布时间：2017-11-05 19:26

  本文关键词：基于缸压信息的压燃发动机燃烧模式识别与反馈控制研究

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【摘要】：利用新燃料实现类均质充量压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)的燃烧模式,是压燃发动机节能减排的重要途径,基于模型的燃烧反馈控制是实现新型燃烧的关键技术之一。本课题利用开发的汽车级发动机综合控制平台,在一台1.9 L高压共轨柴油机上,研究了低辛烷值燃料的燃烧模式优化和燃烧模式识别,基于缸压信息创建模型反馈各种燃烧指标,协调空气系统和燃油系统,进行燃烧反馈控制,实现了低辛烷值燃料的清洁燃烧。首先,基于汽车级的多核控制芯片,按照ISO 26262标准和AUTOSAR(AUTomotive Open System Architecture)规范,开发了新一代发动机综合控制平台。该平台集成了自主开发的实时操作系统、基于Flex Ray总线的XCP(Universal Measurement and Calibration Protocol)协议和多核协调控制技术,能同时进行混合动力系统控制、发动机控制、燃烧指标计算、燃烧模式识别和燃烧反馈控制。利用70%体积的汽油和30%体积的柴油,配制了低辛烷值燃料G70D30,利用燃烧早喷和废气再循环实现了该燃料的低温预混合燃烧,研究了控制参数对该燃烧模式的影响和该燃烧模式的局限,通过多燃烧模式的组合实现了清洁燃烧负荷拓展,根据优化结果提出了基于燃料特性和工况的燃烧模式识别算法。提出了一种基于等效等熵指数一次微分的燃烧始点检测方法;使用单区燃烧模型计算燃烧放热率,利用预测的纯压缩缸压曲线对燃烧放热率进行传热损失修正;建立了双区燃烧模型,利用物质守恒、能量守恒和化学平衡计算各区燃烧温度;在燃烧模型基础上,建立了氮氧化物排放灰盒模型、半物理模型和炭烟排放灰盒模型。在开发的发动机综合控制平台上,利用自适应转速预测算法,进行高频缸压采集,设计了各个模型计算任务的触发频率、优先级和计算时序,通过实验表明,燃烧始点模型和氮氧化物排放模型在各个工况下输出的指标能用于燃烧反馈控制。最后,针对低辛烷值燃料燃烧模式的特点,进行燃烧动力性、经济性、氮氧化物排放和燃烧边界的反馈控制。调节主喷油量进行平均指示压力闭环控制;调节喷射定时进行燃烧始点和50%放热相位的闭环控制;利用燃烧始点和废气再循环进行氮氧化物排放瞬态控制和稳态控制;通过最大压力升高率、最高爆发压力和燃烧稳定性反馈,对预混合燃烧的边界进行控制。通过发动机实验表明,基于缸压信息建立的燃烧反馈控制器,能够实现燃烧模式识别输出的燃烧目标。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
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本文编号：1145543