汽油機(jī)空燃比的估計(jì)與控制

由于發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的快速變化（特別是在瞬態(tài)過程中），因此對(duì)4沖程汽油機(jī)空燃比的控制是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。由于發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)燃燒過程是不平衡的，因此為了提高其瞬態(tài)性能，對(duì)燃燒循環(huán)瞬態(tài)的空氣、燃料和廢氣的控制是非常重要的?；谀Ｐ凸烙?jì)與控制研究了汽油機(jī)空燃比，并提出了一種空燃比離散時(shí)間模型，該模型是在氣缸內(nèi)氣體總量、燃燒效率和殘余廢氣系數(shù)可以測量的基礎(chǔ)上建立的，可以用來預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)特性。利用該模型，提出了基于Kalman濾波的空燃比估計(jì)算法，在不使用德國lambda（氧含量）傳感器（氧含量檢測）的條件下實(shí)現(xiàn)空燃比反饋控制。試驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的汽油機(jī)空燃比預(yù)測和控制方案在發(fā)動(dòng)機(jī)全工況試驗(yàn)條件下都是有效的。

應(yīng)注意的是，對(duì)氣缸內(nèi)氣體總量的測量，以及燃燒效率和殘余氣體系數(shù)的測量也是很困難的。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)是不平衡的，如果噪聲不滿足隨機(jī)特性的假設(shè)，則需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況對(duì)所提出模型進(jìn)行一些必要的修正。而殘余氣體燃燒隨著循環(huán)的不斷變動(dòng)，造成了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的循環(huán)波動(dòng)（如空燃比和轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)），這極大地影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。由于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的燃燒是非常復(fù)雜的，存在高壓、溫度變化和氣體交換，因此很難對(duì)其進(jìn)行基于周期性的分析。

研究所建立的空燃比控制系統(tǒng)模型為線性時(shí)變系統(tǒng)，狀態(tài)變量為燃料總質(zhì)量、殘留的未反應(yīng)空氣和燃?xì)赓|(zhì)量。Kalman濾波算法用于這些狀態(tài)變量的預(yù)測，利用PI反饋控制器可對(duì)空燃比期望值進(jìn)行控制。在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下，對(duì)空燃比模型和控制系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。

刊名：ControlTheory andTechnology（英）

刊期：2015年第2期

作者：MadanKumar

編譯：王亮