《柴油/天然氣雙燃料發動機的主動燃燒控制與測量研究》是依託華南理工大學，由肖兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：柴油/天然氣雙燃料發動機的主動燃燒控制與測量研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖兵
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在高壓共軌柴油發動機基礎上摻燒天然氣使發動機變為雙燃料發動機。根據雙燃料發動機的單區燃燒機理模型，構建便於實施的關鍵燃燒中間工作點控制和主動燃燒控制的控制模型。建立預測發動機逐缸充氣質量和充氣成分的動態氣路模型。基於同時測量多個發動機缸體振動加速度信號，重構發動機氣缸燃燒壓力關鍵特徵和燃燒放熱關鍵特徵。採用環比方法而不是絕對值方法重構燃燒特徵。根據燃燒關鍵特徵線上識別燃料成分等影響系統可靠性的因素。建立包含渦輪增壓器在內的發動機控制與主要故障識別的實時模型，研究基於進氣溫度、進氣壓力、動態廢氣再循環的高可靠性主動燃燒控制。開發多頻率非線性調製算法，對近紅外可調諧半導體雷射器的頻率進行調製，實現非接觸式同時測量發動機排放廢氣中的一氧化碳和二氧化碳的動態濃度與瞬間溫度，為燃燒控制和故障分析提供關鍵信息。
結題摘要
項目背景：柴油發動機添加天然氣供給裝置就變為柴油/天然氣雙燃料摻燒發動機。雙燃料發動機有顯著的經濟性，還有不依賴廢氣後處理措施僅通過缸內燃燒組織就能使發動機滿足嚴格排放標準的潛力。但由於燃燒方式改變，導致雙燃料發動機可靠性遠不如純柴油發動機。本項目從燃燒機理建模著手，定量分析雙燃料發動機可靠性下降的主要原因，並通過探索雙燃料發動機的燃燒控制策略、燃燒過程關鍵工作點的測量，尋找從本質上解決雙燃料發動機可靠性問題的方法，使雙燃料發動機同時滿足性能、可靠性、經濟性、排放這些相互矛盾的要求。 主要研究內容：①研製兼具本質可靠和低排放特性的共軌柴油/天然氣雙燃料發動機主動摻燒電子控制系統。②基於GT-Power仿真軟體與FIRE仿真軟體分別建立柴油/天然氣雙燃料發動機的基於機理的仿真模型。③基於機理仿真數據，離線訓練模式分類器，採用商業可行的感測器測量作為模式分類器的輸入變數，解決發動機熱負荷、機械負荷安全邊界的模式識別難題。④從保證發動機可靠性和滿足排放要求出發，研究摻燒發動機不同工況的最優燃燒方式，研究以模式識別結果為反饋量解決柴油替代率實時最佳化問題。⑤構建基於發動機氣缸充氣前饋自適應模型，最佳化雙燃料發動機動態空燃比控制。⑥線上識別雙燃料發動機的天然氣組分濃度。 重要結果：①研製成功能主動控制柴油噴射的摻燒ECU和柴油噴嘴物理仿真器，使雙燃料摻燒電控系統進入試裝樣車的階段，為將來的推廣套用與進一步試驗研究打好基礎，技術處於國內先進水平。②基於柴油與天然氣的化學反應動力學模型，構建了雙燃料發動機的燃燒機理模型，為深入研究不同燃燒方式與柴油噴射控制策略提供了平台。③糾正了“發動機爆震導致雙燃料發動機可靠性問題”的傳統錯誤觀點，提出採用模式識別方法實時判斷發動機熱負荷、機械負荷安全邊界，為保障發動機可靠性找到新的技術路線。④提出針對發動機不同工況採用不同燃燒方式，並確定燃燒方式切換面的最佳化策略，具體實現摻燒發動機的主動燃燒控制算法。⑤提出基於聲學原理研製天然氣組分車用感測器，並結合發動機運行數據分析，實現燃料組分濃度的線上測量。 關鍵數據：申請了3個發明專利，有6篇EI收錄論文，另有4篇SCI論文處於審稿狀態。 科學意義：搞清楚了雙燃料發動機可靠性下降的本質原因，提出基於模式識別方法的可靠性測量和燃燒策略，系統解決可靠性問題。
