高稀釋低溫SFI燃燒汽油機燃燒相位控制研究.pdf

1、高稀釋低溫燃燒具有同時提高熱效率和改善排放的巨大潛力而受到廣泛關(guān)注，但其對缸內(nèi)熱狀態(tài)敏感，燃燒相位和放熱過程控制困難。針對這一工程應用瓶頸，本研究通過引入火花點火，采用進氣道-缸內(nèi)直噴雙噴射(PFI-DI)策略，實現(xiàn)了分層火焰引燃的混合燃燒(SFI)。構(gòu)建了基于缸內(nèi)狀態(tài)估計的面向控制的燃燒相位預測模型，并提出了基于模型前饋和主動擾動觀測的燃燒相位控制方法，力圖突破高稀釋低溫燃燒的燃燒相位和放熱過程的控制瓶頸。
　　首先，本研究以一

2、臺四缸增壓直噴汽油機為原型機，通過改造進排氣系統(tǒng)，擴充PFI噴射系統(tǒng)及外部EGR系統(tǒng)，并開發(fā)了基于MicroAutobox和RapidPro快速原型的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了發(fā)動機的穩(wěn)定運行。為了支持控制算法研究，建立了GT-SUITE仿真平臺，進行了實驗標定和驗證。
　　其次，為估計缸內(nèi)熱狀態(tài)進而實現(xiàn)對燃燒相位的有效預測，建立了缸內(nèi)殘余廢氣率和溫度的估計模型及SFI燃燒相位預測模型。通過引入排氣散熱子模型和傳感器延遲補償算法，減少瞬態(tài)工

3、況下的估計延遲和穩(wěn)態(tài)偏差。驗證結(jié)果表明，該模型對缸內(nèi)殘余廢氣率的估計相對誤差在4％以內(nèi)。針對SFI燃燒的火焰?zhèn)鞑ズ妥匀挤艧岬碾p階段放熱特征，建立了自燃時刻和CA50預測模型，兼顧火焰?zhèn)鞑ズ妥匀既紵龑θ紵辔坏挠绊憽０l(fā)動機臺架實驗驗證結(jié)果表明，在1500r/min，IMEP為3.5bar至5.5bar SFI燃燒工況范圍內(nèi)，該模型對自燃時刻和CA50的預測偏差在2℃A以內(nèi)。
　　再次，為實現(xiàn)對燃燒相位的有效控制，設計了以進氣門關(guān)閉時

4、刻(IVC)和點火時刻(ST)為調(diào)控手段的燃燒相位控制算法?；谒⒌母變?nèi)熱狀態(tài)估計模型和燃燒相位預測模型進行前饋，利用總擾動觀測器對前饋偏差和外界干擾進行補償。仿真結(jié)果表明，在負荷和轉(zhuǎn)速過渡工況，燃燒相位控制算法可以實現(xiàn)對燃燒相位的快速跟蹤，其控制精度在2℃A以內(nèi)。實驗驗證結(jié)果表明，在變負荷和變轉(zhuǎn)速工況，燃燒相位波動幅度小于5℃A，燃燒穩(wěn)定（循環(huán)波動小于5％），壓升率小于5bar/℃A。
　　綜上所述，本文所建立的缸內(nèi)溫度和廢