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

為了降低燃油成本和減少CO2排放，需要盡可能降低現(xiàn)代火花點火（SI）發(fā)動機的燃油消耗。提高燃油效率的關鍵在燃燒階段，在該階段SI發(fā)動機需提前點火。通過在電子控制單元里存儲的記憶開環(huán)控制發(fā)動機點火時間，但這樣的控制不可能使發(fā)動機總是工作在最佳狀態(tài)，因為燃燒階段的優(yōu)化取決于多個變量，如環(huán)境條件、燃料質量、發(fā)動機老化、磨損等。而閉環(huán)火花實時控制是一個更好的選擇，該控制方法依據燃燒階段缸內壓力分析的參數和指標，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，燃燒階段指標決定了最佳的點火提前角。依據燃燒階段參數實現(xiàn)點火實時反饋控制，以確保在每種可能的條件下發(fā)動機燃油消耗都最低。盡管許多文獻給出了燃燒階段參數指標的參考值，但在控制精度和瞬態(tài)響應方面并沒有明顯的結論。因此，試驗比較了基于缸內5種不同壓力指標的比例即積分點火實時反饋控制。試驗在一個試驗臺上進行，其包括一系列4缸SI發(fā)動機和1臺電渦流測功機，點火實時控制的數據采集利用2個數據采集系統(tǒng)（DAQ），采用壓電式壓力傳感器采集缸內壓力數據，該壓力傳感器是一種壓電式壓力傳感器，其貼在曲柄上，缸內壓力變化會使曲柄產生一個微運動，測出這個微運動就可以測出壓力。為了比較反饋控制與傳統(tǒng)控制在反應時間、控制穩(wěn)定性和控制精度3個方面的差異，設計了3類不同的試驗即階躍響應、瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應。點火反饋比例積分控制在穩(wěn)態(tài)試驗中表現(xiàn)出良好的控制精度，在階躍試驗中表現(xiàn)出快速的響應。為了測試該反饋控制的瞬態(tài)響應特性，試驗還模擬了發(fā)動機加速運行和減速運行工況。試驗中，傳統(tǒng)發(fā)動機采用發(fā)動機出廠自帶的控制單元，根據試驗結果，點火比例積分反饋控制在瞬態(tài)也能保持穩(wěn)定的點火提前角，對比試驗指標時還考慮了經濟因素和使用方便性。點火實時比例積分控制可以實現(xiàn)發(fā)動機快速可靠的控制，甚至在瞬態(tài)響應時也可以準確實現(xiàn)點火反饋控制。

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