《基於缸內壓力重構新方法的柴油機HCCI燃燒反饋控制研究》是依託清華大學，由張科勛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於缸內壓力重構新方法的柴油機HCCI燃燒反饋控制研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張科勛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
HCCI燃燒控制是柴油機控制領域的難點和熱點之一，將基於瞬時轉速的缸內壓力重構套用於HCCI燃燒反饋控制具有重大的實用價值。本研究包括缸內壓力重構新方法、柴油機HCCI燃燒穩定性反饋控制、重構新方法在反饋控制中的套用三個部分。首先，通過引入燃燒模型提出基於瞬時轉速和燃燒模型的缸內壓力重構新方法，研究引入燃燒模型對降低重構信息量的效果。然後，將柴油機HCCI燃燒穩定性反饋控制劃分為兩個層次研究。上層管理系統核心為多目標控制問題，研究燃燒穩定性這一新控制目標結合油耗、動力等原有控制目標的最佳化問題，使發動機達到包括燃燒穩定性在內的最優綜合性能。底層執行系統重點研究燃油噴射系統解耦控制，解決現有獨立控制中CA50和IMEP受耦合特性影響不能同時實現最優控制的問題。最後，採用重構新方法代替實測缸內壓力信號，研究基於重構算法的HCCI燃燒反饋控制。研究結果將豐富柴油機HCCI燃燒控制的理論研究。
結題摘要
本課題聚焦於基於缸內燃燒狀態的反饋控制，主要研究內容包括兩部分：基於瞬時轉速的缸內壓力重構算法，循環內燃燒狀態的反饋控制。未針對原有研究計畫中的第三部分，基於重構算法的HCCI 燃燒反饋控制展開研究。原因如下：壓阻式缸壓感測器開始批量套用，原有壓電式缸壓感測器價格高、壽命短的缺點得以解決，同時課題所述重構算法實時性難以滿足實際套用，且與感測器相比精度較低。具體研究內容及成果如下。 （1）基於瞬時轉速與燃燒模型的缸內壓力重構算法 該算法中通過特徵指標建立瞬時轉速與氣體作用力轉矩的關係，再進一步根據氣體作用力轉矩特徵指標求解燃燒模型參數。課題最終選取韋伯燃燒模型、三自由度曲軸模型展開研究，並以一倍、二倍、三倍於發火頻率的諧波幅值作為特徵指標。採用該算法的試驗結果表明：相對於原有重構算法，該算法具有適用工況範圍廣、重構精度高的優點。 （2）基於單缸壓感測器的缸內壓力重構算法 試驗誤差分析表明，各缸系統誤差的波動規律非常一致。因此本課題提出利用一個裝有缸壓感測器的參考缸的誤差修正其它缸的開環估計值。重構算法中，根據理論計算和實測可分別得到氣體作用力轉矩估計值與實測值，並進一步得到模型算法誤差。將該缸模型算法誤差套用於其他缸氣體作用力轉矩估計值，可修正估計值。試驗結果表明，採用上述算法的各缸氣體作用力扭矩修正結果與開環結果相比，誤差大幅降低。 （3）燃燒始點線上檢測算法 本課題提出等效絕熱係數概念。研究預測參考點的位置對純壓縮缸壓預測結果的影響規律，在此基礎上設計了變預測參考點的純壓縮缸壓預測方法。該算法預測精度由原有的5bar提高到1.5bar。 採用缸壓差法檢測燃燒始點，以缸壓差2bar之前最後一個缸壓差值小於1.5bar的測量點所對應的曲軸轉角位置為燃燒始點位置。試驗結果證明，本文所開發的燃燒始點檢測算法偏差值不超過0.4度。 （4）循環內燃燒反饋控制套用研究 課題以HCCI技術常用的大EGR率為套用背景。首先通過試驗驗證不同EGR率下較差的發動機燃燒放熱率一致性。然後以減小主噴燃燒相位的不一致性為控制目標，選擇主噴正時作為循環內燃燒反饋控制的控制變數，建立根據燃燒始點波動方向對主噴正時進行提前或推後的循環內燃燒反饋控制邏輯。對比試驗表明該算法能夠有效地改善EGR率波動情況下φCA50的循環波動。
