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可控自燃汽油機(jī)的燃燒控制研究

主要研究了汽油機(jī)負(fù)荷上限時的可控自燃特性。相對于目前的新型分層稀燃發(fā)動機(jī)，可控自燃汽油機(jī)（GCAI）提供了另一種降低CO2排放的途徑。不同于稀燃發(fā)動機(jī)的是，GCAI的低溫燃燒降低了NOx排放，因此可以減少處理裝置數(shù)量。限制GCAI發(fā)展所面臨的一大挑戰(zhàn)是燃燒的不穩(wěn)定性和邊界條件的敏感性，諸如周圍環(huán)境溫度、進(jìn)氣壓力和燃油品質(zhì)。一旦燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定，則循環(huán)間的波動就變得顯而易見，這種看起來近似混沌的狀態(tài)，其實(shí)是確定性和隨機(jī)性的疊加。前期研究表明，這種波動可以通過各個循環(huán)的相互關(guān)系而被準(zhǔn)確地預(yù)測。本文還介紹了一種燃燒控制算法來改善燃燒的可控性，進(jìn)而增加燃燒的穩(wěn)定性，并在一臺單缸發(fā)動機(jī)上驗(yàn)證了理論的可行性，該發(fā)動機(jī)配備電子氣門機(jī)構(gòu)來自由控制所需的缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)。

控制邏輯分析是基于對缸內(nèi)壓力的實(shí)時分析，同時該分析由一個搭載FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）模塊的高速控制單元執(zhí)行。在上述分析基礎(chǔ)上，可以通過壓縮過程的熱力學(xué)公式預(yù)測缸內(nèi)燃燒特征和燃燒中心相位（可燃混合氣50%熱量釋放時的曲軸角度）的特點(diǎn)，同時考慮上一循環(huán)和本循環(huán)換氣過程對預(yù)測結(jié)果的影響。進(jìn)氣正時則采用一個線性模型來降低燃燒中心相位的波動。通過分析驗(yàn)證顯示，在轉(zhuǎn)速為1500r/min和平均指示壓力為0.4MPa時，閉環(huán)控制策略下的平均指示壓力和燃燒中心相位的平均偏差比開環(huán)的控制策略低40%左右。

Bastian Lehrheuer.SAE 2016-01-0754.

編譯：苗志慧