基于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)燃燒階段指標(biāo)的火花點(diǎn)火反饋控制研究

基于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)燃燒階段指標(biāo)的火花點(diǎn)火反饋控制研究

為了降低燃油成本和減少CO2排放，需要盡可能降低現(xiàn)代火花點(diǎn)火（SI）發(fā)動機(jī)的燃油消耗。提高燃油效率的關(guān)鍵在燃燒階段，在該階段SI發(fā)動機(jī)需提前點(diǎn)火。通過在電子控制單元里存儲的記憶開環(huán)控制發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時間，但這樣的控制不可能使發(fā)動機(jī)總是工作在最佳狀態(tài)，因?yàn)槿紵A段的優(yōu)化取決于多個變量，如環(huán)境條件、燃料質(zhì)量、發(fā)動機(jī)老化、磨損等。而閉環(huán)火花實(shí)時控制是一個更好的選擇，該控制方法依據(jù)燃燒階段缸內(nèi)壓力分析的參數(shù)和指標(biāo)，在燃燒階段最優(yōu)值具有固定的參考值。除了變量和邊界條件外，燃燒階段指標(biāo)決定了最佳的點(diǎn)火提前角。依據(jù)燃燒階段參數(shù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火實(shí)時反饋控制，以確保在每種可能的條件下發(fā)動機(jī)燃油消耗都最低。盡管許多文獻(xiàn)給出了燃燒階段參數(shù)指標(biāo)的參考值，但在控制精度和瞬態(tài)響應(yīng)方面并沒有明顯的結(jié)論。因此，試驗(yàn)比較了基于缸內(nèi)5種不同壓力指標(biāo)的比例即積分點(diǎn)火實(shí)時反饋控制。試驗(yàn)在一個試驗(yàn)臺上進(jìn)行，其包括一系列4缸SI發(fā)動機(jī)和1臺電渦流測功機(jī)，點(diǎn)火實(shí)時控制的數(shù)據(jù)采集利用2個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ），采用壓電式壓力傳感器采集缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，該壓力傳感器是一種壓電式壓力傳感器，其貼在曲柄上，缸內(nèi)壓力變化會使曲柄產(chǎn)生一個微運(yùn)動，測出這個微運(yùn)動就可以測出壓力。為了比較反饋控制與傳統(tǒng)控制在反應(yīng)時間、控制穩(wěn)定性和控制精度3個方面的差異，設(shè)計(jì)了3類不同的試驗(yàn)即階躍響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。點(diǎn)火反饋比例積分控制在穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的控制精度，在階躍試驗(yàn)中表現(xiàn)出快速的響應(yīng)。為了測試該反饋控制的瞬態(tài)響應(yīng)特性，試驗(yàn)還模擬了發(fā)動機(jī)加速運(yùn)行和減速運(yùn)行工況。試驗(yàn)中，傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)采用發(fā)動機(jī)出廠自帶的控制單元，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，點(diǎn)火比例積分反饋控制在瞬態(tài)也能保持穩(wěn)定的點(diǎn)火提前角，對比試驗(yàn)指標(biāo)時還考慮了經(jīng)濟(jì)因素和使用方便性。點(diǎn)火實(shí)時比例積分控制可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)快速可靠的控制，甚至在瞬態(tài)響應(yīng)時也可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火反饋控制。

刊名：Journal of Dynamic Systems,Measurement, and Control（英）

刊期：2014年第9期

作者：Pipitone Emiliano et al

編譯：于立嬌