本文關(guān)鍵詞：基于缸壓信息的壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模式識(shí)別與反饋控制研究

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【摘要】：利用新燃料實(shí)現(xiàn)類均質(zhì)充量壓燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)的燃燒模式,是壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排的重要途徑,基于模型的燃燒反饋控制是實(shí)現(xiàn)新型燃燒的關(guān)鍵技術(shù)之一。本課題利用開發(fā)的汽車級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制平臺(tái),在一臺(tái)1.9 L高壓共軌柴油機(jī)上,研究了低辛烷值燃料的燃燒模式優(yōu)化和燃燒模式識(shí)別,基于缸壓信息創(chuàng)建模型反饋各種燃燒指標(biāo),協(xié)調(diào)空氣系統(tǒng)和燃油系統(tǒng),進(jìn)行燃燒反饋控制,實(shí)現(xiàn)了低辛烷值燃料的清潔燃燒。首先,基于汽車級(jí)的多核控制芯片,按照ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)和AUTOSAR(AUTomotive Open System Architecture)規(guī)范,開發(fā)了新一代發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制平臺(tái)。該平臺(tái)集成了自主開發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、基于Flex Ray總線的XCP(Universal Measurement and Calibration Protocol)協(xié)議和多核協(xié)調(diào)控制技術(shù),能同時(shí)進(jìn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、燃燒指標(biāo)計(jì)算、燃燒模式識(shí)別和燃燒反饋控制。利用70%體積的汽油和30%體積的柴油,配制了低辛烷值燃料G70D30,利用燃燒早噴和廢氣再循環(huán)實(shí)現(xiàn)了該燃料的低溫預(yù)混合燃燒,研究了控制參數(shù)對(duì)該燃燒模式的影響和該燃燒模式的局限,通過(guò)多燃燒模式的組合實(shí)現(xiàn)了清潔燃燒負(fù)荷拓展,根據(jù)優(yōu)化結(jié)果提出了基于燃料特性和工況的燃燒模式識(shí)別算法。提出了一種基于等效等熵指數(shù)一次微分的燃燒始點(diǎn)檢測(cè)方法;使用單區(qū)燃燒模型計(jì)算燃燒放熱率,利用預(yù)測(cè)的純壓縮缸壓曲線對(duì)燃燒放熱率進(jìn)行傳熱損失修正;建立了雙區(qū)燃燒模型,利用物質(zhì)守恒、能量守恒和化學(xué)平衡計(jì)算各區(qū)燃燒溫度;在燃燒模型基礎(chǔ)上,建立了氮氧化物排放灰盒模型、半物理模型和炭煙排放灰盒模型。在開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制平臺(tái)上,利用自適應(yīng)轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)算法,進(jìn)行高頻缸壓采集,設(shè)計(jì)了各個(gè)模型計(jì)算任務(wù)的觸發(fā)頻率、優(yōu)先級(jí)和計(jì)算時(shí)序,通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明,燃燒始點(diǎn)模型和氮氧化物排放模型在各個(gè)工況下輸出的指標(biāo)能用于燃燒反饋控制。最后,針對(duì)低辛烷值燃料燃燒模式的特點(diǎn),進(jìn)行燃燒動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、氮氧化物排放和燃燒邊界的反饋控制。調(diào)節(jié)主噴油量進(jìn)行平均指示壓力閉環(huán)控制;調(diào)節(jié)噴射定時(shí)進(jìn)行燃燒始點(diǎn)和50%放熱相位的閉環(huán)控制;利用燃燒始點(diǎn)和廢氣再循環(huán)進(jìn)行氮氧化物排放瞬態(tài)控制和穩(wěn)態(tài)控制;通過(guò)最大壓力升高率、最高爆發(fā)壓力和燃燒穩(wěn)定性反饋,對(duì)預(yù)混合燃燒的邊界進(jìn)行控制。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)表明,基于缸壓信息建立的燃燒反饋控制器,能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒模式識(shí)別輸出的燃燒目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK401
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本文編號(hào)：1145543