汽油机空燃比的估计与控制

汽油机空燃比的估计与控制

由于发动机节气门的快速变化（特别是在瞬态过程中），因此对4冲程汽油机空燃比的控制是一项具有挑战性的工作。由于发动机循环燃烧过程是不平衡的，因此为了提高其瞬态性能，对燃烧循环瞬态的空气、燃料和废气的控制是非常重要的。基于模型估计与控制研究了汽油机空燃比，并提出了一种空燃比离散时间模型，该模型是在气缸内气体总量、燃烧效率和残余废气系数可以测量的基础上建立的，可以用来预测发动机的瞬态特性。利用该模型，提出了基于Kalman滤波的空燃比估计算法，在不使用德国lambda（氧含量）传感器（氧含量检测）的条件下实现空燃比反馈控制。试验结果表明，所提出的汽油机空燃比预测和控制方案在发动机全工况试验条件下都是有效的。

应注意的是，对气缸内气体总量的测量，以及燃烧效率和残余气体系数的测量也是很困难的。由于发动机的工作循环是不平衡的，如果噪声不满足随机特性的假设，则需要根据发动机工况对所提出模型进行一些必要的修正。而残余气体燃烧随着循环的不断变动，造成了发动机性能的循环波动（如空燃比和转矩的波动），这极大地影响了发动机的性能。由于发动机气缸内的燃烧是非常复杂的，存在高压、温度变化和气体交换，因此很难对其进行基于周期性的分析。

研究所建立的空燃比控制系统模型为线性时变系统，状态变量为燃料总质量、残留的未反应空气和燃气质量。Kalman滤波算法用于这些状态变量的预测，利用PI反馈控制器可对空燃比期望值进行控制。在稳态和瞬态工况下，对空燃比模型和控制系统进行了验证。

刊名：ControlTheory andTechnology（英）

刊期：2015年第2期

作者：MadanKumar

编译：王亮