汽油混氢内燃机稀燃性能的仿真研究

在进气混氢体积分数为0、1%、3%和6%的条件下进行了汽油混氢发动机在低速、低负荷以及稀燃时的内燃机台架试验.根据试验得到的不同工况下发动机的缸压、进气流量及平均有效压力等数据对基于AVL Boost软件所建立的汽油混氢内燃机仿真模型进行了标定.利用该模型对相同进气压力、不同混氢体积分数和不同过量空气系数的条件下汽油混氢内燃机的稀燃性能进行了仿真.结果表明,混氢对稀燃时发动机低速、低负荷工况的燃烧过程改善效果较为明显,随着混氢体积分数的增加,稀燃时发动机指示热效率和做功能力均有所提高.相同混氢体积分数下,随着过量空气系数的增大,缸压峰值降低,缸压峰值所对应曲轴转角位置推迟.稀燃时,混氢后发动机火焰发展期和传播期明显缩短,缸压峰值升高且缸压峰值所对应的曲轴转角也有所提前.     

基于卡尔曼转速观测器时频变换的失火故障诊断

针对节气门开度和负载的随机大幅突变而导致的复杂工况下发动机失火诊断策略精度下降的问题,提出利用爆炸及燃烧学理论和牛顿运动定律对发动机汽缸内部做功时的爆炸形式进行建模,建立关于节气门开度和负载的一步迭代转速模型。利用卡尔曼滤波器对转速迭代模型的输出进行最优估计以消除噪声影响。针对失火故障按失火缸数进行分类,提出转速一步迭代模型和转速实际观测值的序列残差变化率时频变换分析法,即对转速一步迭代模型和转速观测值残差序列变化率的频率特性进行分析,得到报警阈值,进而得出失火诊断策略。AMESim软件仿真结果表明:失火工况和非失火工况以及不同的失火类型对应的残差序列变化率的时频特性在低频、基频和倍频的幅值上存在明显的差异,利用神经网络对不同的失火类型表现出的不同频谱特性进行分类,完成对失火故障类型的确定,证明了本方法的可行性、有效性和精确性。     

基于PSO和EGR的汽油机尾气排放研究

为了降低缸内直喷汽油机的排放,研究EGR系统对汽油机排放的影响.通过某款缸内直喷汽油发动机型号及参数,利用GT-POWER软件搭建仿真模型,对比仿真数据与实验数据验证模型有效性和可靠性.基于粒子群算法对常规PID控制器进行优化和改进,选取发动机转速、节气门开度和空燃比为发动机燃烧控制变量,仿真与实验测算发动机转速在25...     

基于粒子群优化极点配置的空燃比输出反馈控制

汽油发动机运行过程中存在油膜湿壁效应,导致汽油机瞬态工况下的空燃比控制精度变差,燃烧性能下降.为了能快速、精确的控制空燃比在理想数值附近,基于燃油油膜子系统状态空间模型,采用极点配置状态反馈控制方法,加入观测器估计状态量,设计输出反馈控制器.通过粒子群优化算法在线优化极点配置,求得最优极点,实现汽油发动机空燃比的精确控制.最后通过仿真实验,验证了设计的控制器具有较好的跟踪控制效果,满足空燃比控制要求.     

用空燃比法检测汽油发动机油耗的试验研究

用空燃比法检测汽油发动机的耗油量,通过测量发动机的进气岐管压力、进气温度、过剩空气系数,利用发动机的转速和气缸容积等参数,计算其进气量,再由发动机进气量和空燃比求得发动机的燃油消耗量.各传感器信号进入单片机,由单片机、废气分析仪和笔记本电脑串口通信,将相关数据传入电脑和被测车辆录入电脑的相关信息融合计算,即可得到油耗率.结合GPS传给计算机的数据可以算出百公里油耗量.     

变循环发动机模型参考自适应滑模控制方法研究

针对变循环航空发动机存在系统不确定性及外部干扰条件下的多变量输出量跟踪控制器设计问题,给出了一种基于LQR方法的增广模型参考自适应滑模控制方法。首先,将模型进行增广,并通过采用最优LQR方法设计参考模型,向控制器提供参考状态。然后,在状态跟踪滑模控制方法的基础上基于李亚普诺夫函数严格稳定条件推导了系统摄动矩阵上界估计和外部干扰上界估计的自适应律。最后,控制器在不确定性和外部干扰条件下,实现系统跟踪误差渐近为零的目标。以一种带CDFS的双外涵变循环发动机为对象进行控制器仿真验证,结果表明:基于LQR方法的增广模型参考自适应滑模控制方法可解决传统滑模控制方法中需要预先指定参考状态的问题,同时改善了变循环发动机系统不确定性和外部干扰条件下的控制效果,有效实现了对控制指令的跟踪,达到了以下控制效果:不同工况下的稳态控制误差均小于0.1%,系统超调量小于0.5%,调节时间小于1 s,均符合发动机控制系统技术要求。     

天然气发动机点火提前角的优化

为提高天然气发动机的动力性和燃料经济性,对天然气发动机的点火提前角进行了优化研究.利用GTPower软件搭建了天然气发动机的仿真模型,通过理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了点火提前角对天然气发动机缸内燃烧压力和燃烧温度、压力升高率、燃烧放热率、转矩及燃气消耗率的影响.在此基础上,利用DOE(design of experiments)模块,针对增压天然气发动机节气门全开、空燃比为22~25的工况,以转速和点火提前角为独立变量、以输出转矩为相关变量、以缸内燃烧压力峰值出现的位置及压力升高率限值为约束条件,进行了点火提前角的优化计算,得到了最佳点火提前角的三维MAP图.     

基于汽缸压力辨识的发动机失火故障诊断

针对发动机失火故障,提出了一种利用傅里叶级数和L-M算法优化BP神经网络的故障诊断方法。利用AMESim发动机模型进行稳态工况实时仿真,应用L-M算法优化BP神经网络预测节气门开度与发动机汽缸做功频率的关系,同时借助傅里叶级数辨识缸内压力,将由曲轴转速实时映射的汽缸压力模型与所辨识的缸内压力模型进行比较,得出失火诊断结果;并对辨识的压力模型进行相位和频率补偿,提高了诊断精度及诊断方法泛化性。在出现失火故障后再次进行相位和频率补偿,使辨识的模型具有强跟踪性。任取两个节气门开度值进行试验验证,结果表明:本文方法在发动机稳态工况下,无论高转速小负载还是低转速大负载,均可以准确识别出单缸连续失火故障和多缸随机失火故障,验证了本文方法的准确性。     

小型汽油机恒转速QFT鲁棒控制

给出了某小型无人直升机汽油发动机的恒转速鲁棒控制。根据阶跃响应,可辨识得到用于控制器设计的发动机线性区间模型。针对该模型具有不确定性以及进气-做功之间存在时变时滞等特点,采用基于定量反馈理论(QFT)的鲁棒控制方法实现发动机的恒转速控制,使其在严重的负载扰动条件下能准确地跟踪期望的发动机转速。仿真结果表明,该控制器动态响应速度快、对旋翼总距变化等干扰抑制作用强,能使发动机转速稳定在目标转速允许误差范围内,并具有一定的鲁棒性。     

混氢汽油机的燃烧及排放特性试验

针对汽油机热效率低、排放高的问题,通过进气混氢降低汽油机的能耗和排放.在一台4缸汽油机上安装一套电控多点顺序气道氢气喷射系统,可实现汽油和氢气在进气道的现场混合.在发动机转速为1 500 r/min及理论当量比条件下,选择混氢体积分数为1%、1.5%、2%、3%的4种不同进气,对混氢汽油机的燃烧与排放特性进行了试验研究.试验结果表明:在混氢体积分数为3%的工况下,与原机相比,发动机制动热效率平均提高了3.23%,缸压峰值的循环变动平均减少了3.18%.随着进气中氢气体积分数的增加,发动机着火滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧峰值压力增加,CO_2与HC排放明显降低,但NO_x与CO排放有所增加.混氢对改善发动机性能效果显著.