基于缸压反馈的柴油发动机控制研究

【摘要】缸压反馈技术或者叫做燃烧参数闭环控制技术是指对燃烧特征参数CA50、IMEP等进行闭环控制，使其按照既定的目标值运行。这种技术最初是用于控制HCCI等新型燃烧模式，使其燃烧过程更加稳定，而本文则是将这种控制燃烧过程的技术应用于传统燃烧模式的发动机，探索应用这种技术降低油耗与排放的可能性。为实现课题研究目标，首先建立了发动机快速控制原型，并用其替代发动机原有ECU，保证发动机可以正常运转。应用dSPACE实时仿真系统建立柴油机快速控制原型，其主要目的是可以方便地对控制程序进行更改，在完成发动机控制程序调试后，对于添加燃烧参数闭环控制模块也十分方便。应用dSPACE快速控制原型在试验过程中可以对新的试验方法进行及时高效的验证，提高了开发控制策略的效率。燃烧反馈单元在本次课题的研究中相当于CA50、IMEP、Pmax等特征参数的传感器，与天津大学研究团队共同合作开发。缸压传感器采用Kisler公司6052型非水冷式缸压传感器，采用了热力学的方法消除了零点漂移带来的误差，将该算法置于燃烧信息反馈单元中，经过与AVL燃烧分析仪测量结果对比，测量精度完全满足试验要求。在建立了燃烧参数闭环控制平台后，应用该技术对发动机各缸不均匀性的相关问题进行了研究，试验结果表明喷油提前角、轨压、进气量等参数可以明显地影响发动机各缸不均匀性程度。采用CA50、IMEP的闭环控制技术可以很好地降低各缸不均匀性，通过变异系数CoV进行评价，CA50_CoV降低90%以上，IEMP_CoV降低60%以上。研究同时发现，各缸不均匀性明显降低以后对发动机油耗及排放并没有产生明显影响，原因之一是原机各缸不均匀性处于较好的水平，由此造成的对油耗及排放的不良影响较小，所以进一步改善不均匀性所起到的降低油耗及排放的效果不明显。在稳态及瞬态阶跃工况下探索如何利用缸压反馈技术降低油耗及排放是课题研究的核心内容。通过试验证明在稳定工况条件下，利用燃烧特征参数CA50、IMEP的闭环控制技术不能实现油耗与排放同时降低的目的。在瞬态工况条件下通过闭环控制并在原基础上推迟CA50一定的角度可以提高1～1.5%的指示热效率，同时在烟度不变的条件下，NOx可以减低至少7%。，带来这些改善效果的根本原因是推后CA50可以提高发动机排气能量，进而提高压气机的做功能力，增大了发动机的进气量，提高了空燃比。
【作者】佀庆涛；
【导师】韩永强；
【作者基本信息】吉林大学，动力机械及工程，2014，硕士
【关键词】柴油机；瞬态工况；燃烧闭环控制；各缸不均匀性；节油；排放；

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