汽油機(jī)燃用乙醇汽油混合燃料的空燃比控制技術(shù)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(rèn)為是最具使用前景的代用燃料，因而受到了廣泛關(guān)注。與普通汽油機(jī)類似，摻醇汽油機(jī)中，混合氣空燃比仍舊是發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)核心控制內(nèi)容之一，直接關(guān)系到整機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與排放水平。遺憾的是，由于進(jìn)氣系統(tǒng)充排氣效應(yīng)、燃油“濕壁”效應(yīng)、空燃比控制回路時(shí)延等因素的存在，傳統(tǒng)汽油機(jī)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(jī)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(jìn)行了一系列理論及試驗(yàn)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(zhǔn)確測(cè)定乙醇汽油相關(guān)基礎(chǔ)物性基礎(chǔ)上，通過搭建Gilliland實(shí)物仿真試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)不同摻混比例乙醇汽油液膜在空氣流中的蒸發(fā)擴(kuò)散特性及關(guān)鍵影響因素進(jìn)行了研究，表明乙醇汽油液膜在進(jìn)氣管內(nèi)空氣流的蒸發(fā)擴(kuò)散過程可用管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳質(zhì)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式描述。

3、>　　 ⑵進(jìn)氣管空氣動(dòng)態(tài)特性建模：對(duì)進(jìn)氣管空氣動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了深入分析，建立了進(jìn)氣管空氣動(dòng)態(tài)平均值模型，模型中通過引入轉(zhuǎn)速修正項(xiàng)對(duì)節(jié)氣門處空氣質(zhì)量流量進(jìn)行了飽和非線性補(bǔ)償。在此基礎(chǔ)上，利用試驗(yàn)與仿真手段對(duì)進(jìn)氣管空氣動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行了參數(shù)辨識(shí)與模型驗(yàn)證。
　　 ⑶進(jìn)氣管燃油動(dòng)態(tài)特性建模與分析：對(duì)進(jìn)氣管燃油動(dòng)態(tài)及空燃比傳輸特性進(jìn)行了深入分析，建立了燃油動(dòng)態(tài)平均值模型。針對(duì)傳統(tǒng)小偏差攝動(dòng)法辨識(shí)油膜動(dòng)態(tài)參數(shù)的不足，通過引入擴(kuò)展卡爾曼濾波算法

4、，構(gòu)建了進(jìn)氣道燃油狀態(tài)觀測(cè)器，對(duì)典型摻混比例乙醇汽油油膜動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行了離線高效估計(jì)。根據(jù)辨識(shí)結(jié)果分析了油膜動(dòng)態(tài)參數(shù)隨關(guān)鍵影響因素，尤其是摻混比例的變化規(guī)律，進(jìn)而結(jié)合Gilliland試驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建了油膜蒸發(fā)時(shí)間常數(shù)模型，在減少燃油動(dòng)態(tài)模型辨識(shí)參數(shù)的同時(shí)，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(jìn)氣壓力或流量傳感器的進(jìn)氣流量測(cè)量方式不足，通

5、過引入擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，建立了包含進(jìn)氣管空氣動(dòng)態(tài)模型的進(jìn)氣狀態(tài)觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣口空氣流量的最優(yōu)濾波估計(jì)。為消除進(jìn)氣道“濕壁”油膜對(duì)空燃比控制影響，基于已有進(jìn)氣管燃油動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)了離散燃油動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器，補(bǔ)償器參數(shù)由油膜蒸發(fā)時(shí)間常數(shù)等相關(guān)模型預(yù)測(cè)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(yàn)結(jié)果，給出了相應(yīng)噴油器燃油修正策略。
　　 ⑸空燃比控制器實(shí)現(xiàn)及臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證：針對(duì)吉利MR479Q汽油機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)了電控單元ECU及標(biāo)定系

6、統(tǒng)軟硬件，其中ECU軟件開發(fā)遵循AUTOSAR規(guī)范，標(biāo)定系統(tǒng)主從機(jī)通信基于CCP協(xié)議。在典型摻混比例乙醇汽油下，對(duì)嵌有基于模型空燃比控制策略的電控單元ECU進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)空燃比控制策略、算法對(duì)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(xué)計(jì)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(yàn)研究構(gòu)建了準(zhǔn)確