汽油机空燃比控制



汽油机空燃比控制

现代汽油机采用各种技术来提高新鲜空气的进气效率，这些技术包括可变气门正时和可变几何进气系统等，但同时也很难预测新鲜空气的质量，这是由于发动机进气冲程有部分残留空气，不仅影响残余气体组分，而且造成系统的动力波动。随着技术不断发展，空燃比控制的鲁棒性变得越来越重要。提出一种基于开关频率调节器的空燃比控制算法，其具有良好的鲁棒性。这种控制结构将空气预测作为一项控制输入，而不是对简化的空气路径系统建模。因此，空气估计误差表现为输入误差，而不是建模误差。使用浓到稀、稀到浓的空燃比控制开关，以废气氧传感器信号为主要反馈信号，其控制规则完全独立于对象模型参数。对该控制器的性能进行了鲁棒稳定性分析，并通过车辆试验进行验证。

开关时间控制结构从废气氧（EGO）传感器中提取振幅信息，包括稳态和瞬态空燃比误差，可以迅速消除最低限度的超调。对所有边界扰动，空燃比开关时间控制系统能够保持稳定。此外，当最大扰动量的仿射函数在最差范围内时，输出值最大。这种跟踪性能的实现不依赖于发动机延迟估计（最大延迟约束除外）。本文的稳定性分析为选择抖动信号的幅度和周期提供了参考。

大部分空燃比控制器都是基于控制平均空燃比，但存在不受控制的振荡。使用开关时间控制器可以对实际空燃比的轨迹进行控制，有助于确保三元催化剂（TWC）转换效率最高。下一步工作是开发相应催化剂的空燃比控制器。以往研究已证明，周期振荡的时间和振幅对TWC转换效率有很大影响。在稳定性理论中，当抗干扰性最大化时，抖动信号的时间最短；而不同废气排放的最佳抖动时间不同。未来将会研究针对于排放性能的抖动信号。

刊名：Transactions on Control Systems Technology（英）

刊期：2013年第21期

作者：Jason Meyer

编译：王亮