基于缸内压力重构新方法的柴油机HCCI燃烧反馈控制研究

HCCI燃烧控制是柴油机控制领域的难点和热点之一，将基于瞬时转速的缸内压力重构应用于HCCI燃烧反馈控制具有重大的实用价值。本研究包括缸内压力重构新方法、柴油机HCCI燃烧稳定性反馈控制、重构新方法在反馈控制中的应用三个部分。首先，通过引入燃烧模型提出基于瞬时转速和燃烧模型的缸内压力重构新方法，研究引入燃烧模型对降低重构信息量的效果。然后，将柴油机HCCI燃烧稳定性反馈控制划分为两个层次研究。上层管理系统核心为多目标控制问题，研究燃烧稳定性这一新控制目标结合油耗、动力等原有控制目标的优化问题，使发动机达到包括燃烧稳定性在内的最优综合性能。底层执行系统重点研究燃油喷射系统解耦控制，解决现有独立控制中CA50和IMEP受耦合特性影响不能同时实现最优控制的问题。最后，采用重构新方法代替实测缸内压力信号，研究基于重构算法的HCCI燃烧反馈控制。研究结果将丰富柴油机HCCI燃烧控制的理论研究。

本课题聚焦于基于缸内燃烧状态的反馈控制，主要研究内容包括两部分：基于瞬时转速的缸内压力重构算法，循环内燃烧状态的反馈控制。未针对原有研究计划中的第三部分，基于重构算法的HCCI 燃烧反馈控制展开研究。原因如下：压阻式缸压传感器开始批量应用，原有压电式缸压传感器价格高、寿命短的缺点得以解决，同时课题所述重构算法实时性难以满足实际应用，且与传感器相比精度较低。具体研究内容及成果如下。.1）基于瞬时转速与燃烧模型的缸内压力重构算法. 该算法中通过特征指标建立瞬时转速与气体作用力转矩的关系，再进一步根据气体作用力转矩特征指标求解燃烧模型参数。课题最终选取韦伯燃烧模型、三自由度曲轴模型展开研究，并以一倍、二倍、三倍于发火频率的谐波幅值作为特征指标。采用该算法的试验结果表明：相对于原有重构算法，该算法具有适用工况范围广、重构精度高的优点。.2）基于单缸压传感器的缸内压力重构算法. 试验误差分析表明，各缸系统误差的波动规律非常一致。因此本课题提出利用一个装有缸压传感器的参考缸的误差修正其它缸的开环估计值。重构算法中，根据理论计算和实测可分别得到气体作用力转矩估计值与实测值，并进一步得到模型算法误差。将该缸模型算法误差应用于其他缸气体作用力转矩估计值，可修正估计值。试验结果表明，采用上述算法的各缸气体作用力扭矩修正结果与开环结果相比，误差大幅降低。.3）燃烧始点在线检测算法. 本课题提出等效绝热系数概念。研究预测参考点的位置对纯压缩缸压预测结果的影响规律，在此基础上设计了变预测参考点的纯压缩缸压预测方法。该算法预测精度由原有的5bar提高到1.5bar。. 采用缸压差法检测燃烧始点，以缸压差2bar之前最后一个缸压差值小于1.5bar的测量点所对应的曲轴转角位置为燃烧始点位置。试验结果证明，本文所开发的燃烧始点检测算法偏差值不超过0.4度。.4）循环内燃烧反馈控制应用研究. 课题以HCCI技术常用的大EGR率为应用背景。首先通过试验验证不同EGR率下较差的发动机燃烧放热率一致性。然后以减小主喷燃烧相位的不一致性为控制目标，选择主喷正时作为循环内燃烧反馈控制的控制变量，建立根据燃烧始点波动方向对主喷正时进行提前或推后的循环内燃烧反馈控制逻辑。对比试验表明该算法能够有效地改善EGR率波动情况下φCA50的循环波动。