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基于柴油機(jī)燃燒過程參數(shù)的燃油共軌壓力在線調(diào)整研究

大多數(shù)現(xiàn)代柴油機(jī)配備燃油共軌系統(tǒng)。燃油共軌壓力和噴油時(shí)刻是兩個(gè)重要燃料通道的控制變量，需要在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的校準(zhǔn)，因其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放、燃料消耗和燃燒噪聲有很大影響。雖然有成熟的基于模型的校準(zhǔn)和發(fā)動(dòng)機(jī)校準(zhǔn)優(yōu)化方法等，但發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試點(diǎn)數(shù)量仍然很多，而且校準(zhǔn)成本也很高。此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，因?yàn)殚_環(huán)控制策略所應(yīng)用的校準(zhǔn)輸出數(shù)據(jù)都是通過參考圖表獲得的，開環(huán)控制系統(tǒng)不具備自適應(yīng)和抗干擾能力，所以隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的老化，通過查找表格所得到的最初最佳校準(zhǔn)將變得越來越不理想。此外，如果燃料性能或者燃油噴射系統(tǒng)性能發(fā)生變化，這些校準(zhǔn)圖表可能會(huì)不適應(yīng)，需要進(jìn)行重新調(diào)整。

提出了一種簡(jiǎn)單可靠的基于兩輸入兩輸出（2I2O）反饋控制結(jié)構(gòu)的燃燒過程。燃燒過程中的控制參數(shù)是燃燒相位和一個(gè)變量，該變量包括延遲點(diǎn)火和燃燒寬度的綜合信息?？刂撇呗允欠稚⒖刂?，也可稱為兩個(gè)單回路控制系統(tǒng)。這兩個(gè)控制參數(shù)通過只包含轉(zhuǎn)速和負(fù)荷兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的線性代數(shù)方程組求解得到。參考算法中的常數(shù)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)動(dòng)機(jī)模型的求解得到。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩瞬態(tài)試驗(yàn)表明，基于噴射時(shí)刻和燃油共軌壓力在線調(diào)整系統(tǒng)的燃燒參數(shù)反饋工作不僅順利而且可靠，同時(shí)還能改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放性能。采用該控制策略，可以有效減少巨大的校準(zhǔn)工作量，而且還可以對(duì)燃燒過程進(jìn)行閉環(huán)控制。

介紹了配備共軌燃油噴射系統(tǒng)的柴油機(jī)2I2O燃燒可變反饋油路控制系統(tǒng)。討論了共軌燃油噴射系統(tǒng)的控制自由度和控制權(quán)，在構(gòu)建燃料路徑閉環(huán)控制系統(tǒng)的過程中，確定了兩個(gè)控制輸入量：噴射試點(diǎn)（SOI）和燃油軌壓力（RP）。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)溫態(tài)運(yùn)行點(diǎn)的掃描測(cè)試，探討了這兩個(gè)控制輸入量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗性能、NOx和碳煙排放性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，SOI和RP對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響較大；SOI可以用來權(quán)衡發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性能和NOx排放性能；RP可以用來權(quán)衡發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放性能與煙塵排放性能。

發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)試驗(yàn)循環(huán)中，采用基于SOI和RP在線調(diào)整系統(tǒng)的閉環(huán)控制，可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放性能、煙塵排放性能和燃油經(jīng)濟(jì)性能。未來的工作將致力于構(gòu)建高負(fù)荷運(yùn)行范圍內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒動(dòng)力學(xué)模型，并設(shè)計(jì)多變量的控制器，其目的是提高反饋控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，從而進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能和油耗性能。

Richard Stobart et al. SAE 2013-01-0315.

編譯：王維