基于柴油机燃烧过程参数的燃油共轨压力在线调整研究



基于柴油机燃烧过程参数的燃油共轨压力在线调整研究

大多数现代柴油机配备燃油共轨系统。燃油共轨压力和喷油时刻是两个重要燃料通道的控制变量，需要在发动机的运行范围内对其进行仔细的校准，因其对发动机的排放、燃料消耗和燃烧噪声有很大影响。虽然有成熟的基于模型的校准和发动机校准优化方法等，但发动机的测试点数量仍然很多，而且校准成本也很高。此外，在发动机控制系统，因为开环控制策略所应用的校准输出数据都是通过参考图表获得的，开环控制系统不具备自适应和抗干扰能力，所以随着发动机的老化，通过查找表格所得到的最初最佳校准将变得越来越不理想。此外，如果燃料性能或者燃油喷射系统性能发生变化，这些校准图表可能会不适应，需要进行重新调整。

提出了一种简单可靠的基于两输入两输出（2I2O）反馈控制结构的燃烧过程。燃烧过程中的控制参数是燃烧相位和一个变量，该变量包括延迟点火和燃烧宽度的综合信息。控制策略是分散控制，也可称为两个单回路控制系统。这两个控制参数通过只包含转速和负荷两个发动机参数的线性代数方程组求解得到。参考算法中的常数通过神经网络发动机模型的求解得到。发动机的转速和扭矩瞬态试验表明，基于喷射时刻和燃油共轨压力在线调整系统的燃烧参数反馈工作不仅顺利而且可靠，同时还能改善发动机的燃烧和排放性能。采用该控制策略，可以有效减少巨大的校准工作量，而且还可以对燃烧过程进行闭环控制。

介绍了配备共轨燃油喷射系统的柴油机2I2O燃烧可变反馈油路控制系统。讨论了共轨燃油喷射系统的控制自由度和控制权，在构建燃料路径闭环控制系统的过程中，确定了两个控制输入量：喷射试点（SOI）和燃油轨压力（RP）。通过对发动机温态运行点的扫描测试，探讨了这两个控制输入量对发动机燃油消耗性能、NOx和碳烟排放性能的影响。试验结果表明，SOI和RP对发动机性能影响较大；SOI可以用来权衡发动机的燃油经济性能和NOx排放性能；RP可以用来权衡发动机NOx排放性能与烟尘排放性能。

发动机的试验结果表明，在发动机瞬态试验循环中，采用基于SOI和RP在线调整系统的闭环控制，可以改善发动机的NOx排放性能、烟尘排放性能和燃油经济性能。未来的工作将致力于构建高负荷运行范围内的发动机燃烧动力学模型，并设计多变量的控制器，其目的是提高反馈控制系统的动态响应性能，从而进一步提高发动机的排放性能和油耗性能。

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

编译：王维