發(fā)布時間：2018-01-21 21:36

  本文關(guān)鍵詞： 汽柴油 靈活燃料發(fā)動機 多模式組合燃燒 燃燒閉環(huán)控制　出處：《清華大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：同時提升內(nèi)燃機的經(jīng)濟性和排放性,實現(xiàn)內(nèi)燃機清潔高效燃燒,是汽車行業(yè)面臨的艱巨挑戰(zhàn)。利用多種燃料的不同特性(靈活燃料)來彌補現(xiàn)有汽、柴油單一燃料在實現(xiàn)清潔燃燒上的不足,被認為是有潛力的切實可行方案。但如何實現(xiàn)其燃燒過程的精確控制,拓展工況范圍,實現(xiàn)靈活燃料自適應,是需要解決的問題。本文以燃燒閉環(huán)控制技術(shù)為手段,從混合燃燒和混合燃料兩個角度,對靈活燃料發(fā)動機的燃燒優(yōu)化控制問題進行了深入研究。第一,燃燒閉環(huán)控制技術(shù)是實現(xiàn)靈活燃料發(fā)動機的核心控制技術(shù)。針對目前每一個氣缸都裝缸壓傳感器的方案成本高的缺點,以及傳統(tǒng)基于曲軸瞬時轉(zhuǎn)速分析算法復雜、精度低的缺點,本文創(chuàng)新地將兩種傳感器信號相結(jié)合,通過試驗研究,提出了一種一個缸壓傳感器和曲軸瞬時轉(zhuǎn)速傳感器相結(jié)合的、基于信號融合進行燃燒狀態(tài)估計的方法。這種方法可以大幅降低系統(tǒng)成本和算法復雜度,具有重要的理論價值和實際應用價值。第二,針對新概念燃燒清潔高效燃燒模式工況范圍受限的問題(小負荷燃燒穩(wěn)定性問題和大負荷排放受限問題),采用不同摻混比例的汽柴油摻混燃料,通過對部分預混燃燒、晚噴低溫燃燒和傳統(tǒng)壓燃模式的試驗對比研究,本文提出了一種在全工況范圍內(nèi)進行多模式組合燃燒的控制策略:在小負荷工況,通過預熱塞輔助和超低壓噴射策略來改善燃燒穩(wěn)定性;在中小負荷采用部分預混燃燒模式實現(xiàn)高效清潔燃燒;在中高負荷通過晚噴低溫燃燒模式實現(xiàn)清潔燃燒;而在高速大負荷則采用傳統(tǒng)壓燃的方式組織燃燒。隨著燃料摻混比例變化,不同模式的工況范圍會相應變化,但是多模式組合燃燒是在全工況范圍內(nèi)組織燃燒的最佳控制策略。第三,從開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩個角度,通過兩種方法開展了靈活燃料自適應優(yōu)化控制的研究。第一種方法是基于燃料識別的開環(huán)控制方法。通過對汽油和柴油燃料理化特性、燃燒特性的分析,分別提出了一種基于能量的、基于滯燃期的、和多參數(shù)融合算法的燃料識別方法,并進行了驗證。然而開環(huán)方法具有標定工作量大和對精度要求非常高的缺點。進而研究提出了一種基于閉環(huán)控制的靈活燃料自適應控制方法,分別設計了前饋與反饋相結(jié)合的靈活燃料發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制和經(jīng)濟性自適應優(yōu)化控制算法,初步建立了靈活燃料發(fā)動機燃料自適應控制體系。
[Abstract]:At the same time, improving the economy and emission of internal combustion engine, realizing clean and efficient combustion of internal combustion engine, is a formidable challenge facing the automobile industry. The different characteristics of multiple fuels (flexible fuel) are used to compensate for the existing steam. The shortage of diesel single fuel in realizing clean combustion is considered to be a feasible scheme with potential. However, how to realize the accurate control of its combustion process, expand the range of operating conditions, and realize flexible fuel adaptation. In this paper, the combustion optimization control of flexible fuel engine is studied from two aspects of mixed combustion and mixed fuel by means of combustion closed-loop control technology. The combustion closed-loop control technology is the core control technology to realize the flexible fuel engine. As well as the traditional crankshaft instantaneous speed analysis algorithm based on complex and low accuracy, this paper innovatively combines the two sensor signals, through experimental research. A combustion state estimation method based on signal fusion is proposed, which combines cylinder pressure sensor and crankshaft instantaneous speed sensor. This method can greatly reduce the system cost and algorithm complexity. It has important theoretical value and practical application value. Secondly, the new concept combustion clean and efficient combustion mode operating range is limited (small load combustion stability problem and large load emission limitation problem). By using different blending ratio of gasoline and diesel fuel, the experimental study on partial premixed combustion, late injection low temperature combustion and traditional compression combustion mode was carried out. In this paper, a control strategy for multi-mode combined combustion in the whole operating condition is proposed. In the small load condition, the combustion stability is improved by pre-heating plug auxiliary and ultra-low pressure injection strategy. Using partial premixed combustion mode to realize high efficiency clean combustion in medium and small load; Clean combustion is realized by late injection low temperature combustion mode at medium and high load. At high speed and high load, the combustion is organized by traditional combustion-burning method. With the change of fuel mixing ratio, the operating range of different modes will change accordingly. But the multi-mode combined combustion is the best control strategy in the whole operating conditions. Third, from the open-loop control and closed-loop control. The flexible fuel adaptive optimal control is studied by two methods. The first method is an open-loop control method based on fuel identification. The physical and chemical characteristics and combustion characteristics of gasoline and diesel fuel are analyzed. A fuel-recognition method based on energy-based, time-delay and multi-parameter fusion algorithms is proposed. However, the open-loop method has the disadvantages of high calibration workload and high precision. Then, a flexible fuel adaptive control method based on closed-loop control is proposed. The flexible fuel engine torque control algorithm and the economy adaptive optimization control algorithm are designed, and the fuel adaptive control system of the flexible fuel engine is preliminarily established.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK401

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本文編號：1452593