利用以太网的柴油机燃烧分析与控制方法研究

基于开发的燃烧分析工具,利用以太网通信技术,构建了柴油机燃烧分析与控制系统:缸压采集系统每0.2°的曲轴转角采集一次缸压信号,通过以太网的用户报文协议把缸压信息传递给燃烧分析软件;燃烧分析软件计算出燃烧状态指标,通过控制器局域网传递给发动机电控单元;发动机电控单元利用燃烧状态指标进行燃烧闭环控制。在一台1.9L高压共轨柴油机上进行的试验结果表明:该系统能够实时采集缸压并计算燃烧状态指标,能够实现指示平均有效压力和燃烧放热中心的闭环控制。     

柴油机基于缸压的闭环反馈控制技术

为改善柴油机预混合燃烧(PCCI)模式下的燃烧稳定性和分缸均匀性,研发了基于缸压的闭环反馈控制技术.该系统采用由两个控制单元组成的分布式结构,燃烧状态解析单元(iCAT)实时采集发动机各缸缸压-曲轴转角数据,计算缸内燃烧状态指标如平均指示压力(IMEP)、50%放热点(CA50)等,并将结果通过CAN网络发送到发动机控制单元(ECU),ECU据此对喷油参数进行调整,以精确控制发动机的燃烧状态.试验在一台经过系统升级的4缸2.5,L高压共轨柴油机上进行,结果表明,iCAT实时计算精度与燃烧分析仪测量精度基本一致,与燃烧分析仪数据相比,IMEP最大偏差为0.53%,CA50最大偏差为0.33,°,CA,闭环控制后,无论是传统CI燃烧还是PCCI燃烧,燃烧稳定性和各缸不均匀性都得到明显改善.     

基于一缸缸压和瞬时转速的内燃机分缸燃烧状态估计

提出了一种基于曲轴瞬时转速分析和一个缸压传感器结合进行发动机的分缸燃烧状态估计的方法。试验研究表明:基于刚性模型和曲轴瞬时转速分析估计得到的各缸指示转矩误差有相似性,装有缸压传感器的参考缸可以得到误差信号并用于修正其他缸指示转矩估计结果,修正后指示转矩估计误差大幅降低。根据估计的指示转矩可以分析各缸的燃烧状态参数,平均指示有效压力估计值误差小于0.05MPa,最大燃烧转矩位置误差小于3°。与只采用曲轴转速信号相比,模型不依赖复杂算法并具有较高精度,鲁棒性更好。     

柴油机恒转速增转矩瞬态工况的燃烧过程分析及其对烟度的影响

采用自行设计的瞬态工况控制及测量系统，对增压中冷柴油机进行了恒转速增转矩瞬态工况下发动机的空燃比、消光烟度及示功图参数的测试．试验结果表明：随转矩增加率的上升，空燃比减小，引起混合气变浓，燃烧恶化；燃烧始点后移，而燃烧持续期延长；预混燃烧比明显下降．上述原因导致了在恒转速增转矩瞬态工况下，随转矩增加率的升高，排气烟度上升．     

船用低速柴油机缸压闭环控制硬件在环仿真技术研究

针对船用低速柴油机各缸和各循环间燃烧不平衡性问题,以6EX340EF型船用低速柴油机为研究对象,使用AVL Cruise M软件开发了具有各缸和各循环间的压力波动功能且满足准确性和实时性要求的仿真模型;结合NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW软件,开发了缸压闭环控制快速原型,通过位置管理模块和缸压采集分析处理模块,从缸压数据中提取平均指示压力和50%燃烧放热量相位作为反馈变量,以喷油正时和喷油脉宽为控制变量,对缸压进行闭环控制;集成实时仿真模型、硬件在环仿真系统和快速控制原型,构成闭环系统。试验验证表明:开发的缸压闭环控制策略能够使燃烧特性参数波动减少50%左右,对各缸和各循环间的燃烧不平衡性均有改善效果。     

基于瞬时转速的增压柴油机指示转矩估计

为了提高动态工况平均指示转矩的估计精度,首先结合理论与试验分析得到了发动机平均指示转矩与1谐次缸压幅值和相角的计算式;进而通过试验标定了发火谐次转速幅值与1谐次缸压幅值的线性关系,同时根据1谐次缸压幅值、1谐次纯燃烧缸压相角和进气压力计算1谐次缸压相角;最终利用DSP数据处理系统实现了发火谐次转速幅值的在线实时计算.利用试验验证了该方法不需要重构缸压,满足在线指示转矩估计算法实时性要求,在恒转速增减转矩过程中获得了相对平均误差为3.07%,的转矩估计结果.     

发动机燃用天然气掺二氧化碳混合燃料的循环变动试验研究

在一台单缸火花点火发动机上开展了燃用不同组分配比的天然气掺二氧化碳混合气体燃烧循环变动的试验研究.研究结果表明:随着混合气中二氧化碳体积比的增加,燃烧稳定性下降,发动机循环中出现部分燃烧和失火等不正常燃烧现象.通过分析最高缸压和其对应曲轴转角的关系、平均指示压力与最高缸压对应曲轴转角的关系以及平均指示压力和最高缸压的关系等,考察了发动机快速燃烧循环与慢速燃烧循环在特征参数之间关系中的发展规律,混合气中二氧化碳体积比的增加,燃烧放热变慢,导致平均指示压力的循环变动系数增大.     

船用中速柴油机缸压闭环控制技术仿真研究

针对船用柴油机工作不均匀及循环波动对柴油机性能和振动噪声的负面影响问题,以6L16/24-CR型船用中速柴油机为对象,使用软件在环仿真技术对缸压闭环控制策略进行仿真分析。建立能模拟各缸不均匀性和循环波动的柴油机实时模型,从气缸压力中选取能指示柴油机各缸燃烧状态的反馈变量,根据反馈变量和控制变量之间的动态关系开发缸压闭环控制策略,建立由柴油机实时模型、气缸压力反馈变量、控制策略和喷油控制变量构成的软件在环仿真平台,在该软件在环仿真平台上对缸压闭环控制策略进行闭环仿真。结果表明,开发的缸压闭环控制策略能满足船用柴油机的控制要求,在仿真环境下能改善约99%的各缸不均匀。     

直喷式柴油机瞬态工况燃烧噪声控制研究

开展多缸柴油机瞬态工况燃烧噪声的控制研究。分别在四缸自然吸气发动机、增压发动机、引入EGR发动机和高压共轨发动机上开展了不同负荷工况下的瞬态与稳态工况的燃烧噪声测试分析,开展了增压、EGR和喷射策略对燃烧噪声控制研究。增压对瞬态工况的燃烧噪声有一定的抑制作用,增压对恒转速增转矩瞬态工况燃烧噪声的控制效果要好于对恒转矩增转速工况。瞬态工况引入适当的EGR有助于燃烧噪声的降低,EGR控制瞬态工况燃烧噪声的关键是能够实时对EGR率进行调节。相对于稳态工况,瞬态工况下应取较大的预喷量和与主预喷间隔,并得到试验的验证。     

燃料着火性对小型柴油机燃烧特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况控制系统,研究了燃料着火性对小型柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下燃烧特性的影响规律.结果表明,在稳态和恒转速增转矩瞬态工况下,燃料十六烷值对燃烧参数的影响具有类似的规律.随燃料十六烷值的降低,着火始点延迟,滞燃期增加,燃烧速率加快,燃烧持续期减小,但预混燃烧期和预混合燃烧量增加,缸内压力峰值、放热率峰值及压力升高率升高.     

商用车用电控柴油机增转矩工况的燃烧特性分析

以一款商用车用电控柴油机为研究对象,针对恒转速增转矩工况的燃烧放热特性开展了台架测试和燃烧分析,重点分析了不同过渡时间和不同恒定转速下恒转速增转矩工况的燃烧特性。结果发现,发动机转矩加载过快时,易引起供油量突增,燃料的能量转换效率下降。而当发动机用较长时间平缓加载的过程中,可能因混合气浓度高导致燃料的能量转换效率下降。此外,恒转速增转矩过程中,随着转速的升高,压力急升点提前,燃烧速燃期延长,后燃期缩短,热功转换效率提高。总之,增转矩瞬态过程各个循环的燃烧效率与混合气浓度和各循环的燃烧放热规律密切相关。     

基于Savitzky-Golay算法的发动机动态工况燃烧稳定性评价方法

重点介绍了一种基于Savitzky-Golay算法的发动机瞬态工况IMEP(平均指示有效压力)的拟合方法,并在此基础上提出一种新的燃烧稳定性的评价方法-DIOC,即Dynamic Index of Combustion,发动机动态工况燃烧评价指标.相比传统的评价方法,新方法能够同时对稳态工况和动态工况的燃烧稳定性进行客...     

丁醇比例对柴油-丁醇复合喷油燃烧的影响

在试验柴油机上进行了柴油缸内直喷结合丁醇气道喷射的复合喷油燃烧试验.结果表明,小负荷工况下,复合喷油燃烧过程以预混燃烧为主,随着丁醇喷射比例的增大,最大爆发压力小幅度降低,最大压力升高率略有升高.大负荷工况下,复合喷油燃烧过程存在明显的扩散燃烧,随着丁醇喷射比例的增大,扩散燃烧比例减小,预混燃烧比例增加,放热率峰值相应增大,特别在低转速工况下,会导致压力升高率显著升高,敲缸倾向增大.随丁醇喷射比例增大,柴油-丁醇复合喷油燃烧的滞燃期几乎不发生变化,燃烧持续期缩短,指示热效率降低,但保持在40％～ 50％.丁醇喷射比例是影响柴油-丁醇复合喷油燃烧性能的重要因素,根据工况调节丁醇喷射比例,可以保证发动机在全工况范围内获得良好的燃烧和经济性能.     

面向控制的多次喷射柴油机仿真模型建模方法

基于累积燃油质量方法的燃烧模型,建立了多次喷射柴油机零维预测燃烧模型,考虑了燃油蒸发吸热、缸壁传热、化学能释放、泵功损失和摩擦损失,为满足实时性要求,对显式放热率和缸压进行了简化重构.将柴油机运行参数和一些衍生参数作为模型中各个因变量的候选自变量集,以幂函数为基础函数采用敏感度分析筛选出各个因变量对应的自变量集,并通过分析提出了一些改善措施,最终确定各个因变量和对应自变量集之间的映射关系.在稳态工况和重型车辆发动机瞬态测试循环(WHTC)测试了该模型的预测性能,并在ETASES910型快速原型设备上测试了该模型的计算耗时,结果表明:在稳态工况,对燃烧中心(MFB 50)、最高燃烧压力和平均有效压力的预测精度均方根误差(RMSE)分别为0.631°CA、0.182 MPa和0.015 3 MPa;在瞬态工况,其预测精度RMSE分别为1.2°CA、1.05 MPa和0.07 MPa;该模型计算耗时约为350μs,满足燃烧过程实时控制的要求.     

低热值气体燃料发动机燃烧特性试验研究

在一台单缸火花点火发动机上开展了燃用不同组分配比的低热值气体燃料燃烧特性的试验研究,分析了发动机燃用天然气掺加氮气0%-35%组成的低热值气体燃料在不同负荷下的缸压、压力升高率、放热率、火焰发展期、快速燃烧期及其循环变动性能.研究结果表明:不同负荷下,随着低热值气体中氮气体积分数的增加,最大缸内压力和压力升高率降低,燃烧放热率下降,火焰发展期变长,同时低热值气体中氮气体积分数增加导致发动机放热率曲线型心明显偏离上止点;低热值气中氮气体积分数小于20%时,燃烧稳定性较好,平均指示压力和最大缸压具有强线性相关性,但当氮气体积分数达到30%,小负荷工况下燃烧循环变动明显加强.     

进气道型式对四气门汽油机低速低负荷燃烧压力循环变动的影响

在发动机试验台上,利用CB-466燃烧分析仪研究了整体式和分体式进气道对四气门汽油机燃烧压力循环变动的影响.结果表明,分体式进气道与整体式相比平均指示压力和最高燃烧压力循环变动率较低,仅为整体式进气道的73.3%和87.6%.二者随转矩的增加逐渐减小,整体式进气道中等转矩时的平均指示压力和最高燃烧压力循环变动率大约仅为小转矩时的50.1%和67.1%,而分体式进气道时,则为小转矩时的76.2%和73.8%.整体式进气道平均指示压力和最高燃烧压力循环变动率随转速的增加逐渐增加;分体式进气道平均指示压力循环变动率随转速的增加逐渐增加,而最高燃烧压力循环变动率先随转速增加,当达到中等转速后又逐渐减小.     

点燃式发动机燃用不同燃料的燃烧特性及循环变动

围绕点燃式发动机燃用汽油、LPG和CNG的燃烧特性及循环变动开展了研究.发动机在最大转矩工况运行,分别从压力参数方面及燃烧参数方面对循环变动进行了分析.结果表明,汽油的燃烧循环变动系数最小,LPG燃烧过程中循环变动系数增大,CNG燃烧过程中循环变动系数最大;燃烧阶段循环变动是产生发动机循环变动的主要原因,采用进气道预混的方式燃用气体燃料时,进气阶段变动是造成发动机循环变动的原因之一;汽油燃烧时,火焰发展期与燃烧持续期线性相关,良好的着火决定燃烧过程的稳定,LPG和CNG燃烧时,火焰发展期与燃烧持续期的相关性减弱,着火和火焰的传播共同影响燃烧过程的稳定性;放热率型心与平均指示压力有良好的线性关系,说明发动机的平均指示压力受放热过程的影响.     

基于负载转矩主动观测的农用柴油机瞬态过程控制研究

针对农用柴油机在瞬态突加负载工况下因涡轮迟滞效应造成的发动机转速下降和油耗上升问题,提出一种基于负载转矩主动观测的农用柴油机瞬态过程控制算法。首先,建立了农耕机耕地阻力矩和发动机驱动转矩预测模型,采用跟踪-微分器实现了作业模式识别、耕深预测及负载转矩预测,设计了增压压力前馈控制器;然后将预测模型的偏差与外部转矩干扰统一视为"总扰动",采用扩张状态观测器进行在线估计和补偿;接着基于耕深与发动机转速的动态过程信息,采用递推优化算法设计了负载转矩模型的参数学习算法,用于在线优化模型参数,提高前馈精度,降低总扰动观测负担。在试验校准的高精度Simulink平台上,对算法进行仿真验证,结果表明:较传统控制方法,采用该控制方案后,瞬态过程的空气供给速度提升53.1%,指示转矩响应速度提升44.7%,进而使发动机的转速波动降低98.8%,瞬态过程有效燃油消耗率降低7.0%。     

瞬态EGR对柴油机低温燃烧切换平顺性影响

针对传统燃烧(CDC)与低温燃烧(LTC)双模式柴油机在燃烧模式切换过程中出现的平均指示压力(IMEP)波动、发动机工作平顺性差的问题,基于自主设计开发的单缸柴油机,进行了燃烧模式切换过程瞬态废气再循环(EGR)影响研究.研究表明:燃烧模式切换过程中EGR率变化与燃油喷射变化不同步是造成IMEP波动的主要原因,在110...     

增压直喷柴油机瞬态工况燃烧参数的变化规律

为了研究车用增压柴油机瞬态工况下燃烧参数的变化规律,利用燃烧分析仪在试验台上研究了恒转速变转矩瞬态工况下,油门开度变化率对燃烧参数的影响规律。试验研究了该柴油机在1 000 r/min转速下,油门开度分别在5 s、10 s和15 s内由10%匀速增加到90%时柴油机的响应特性和燃烧参数的变化规律。试验结果表明:发动机存在转矩的增加相对于供油滞后的现象,且随着转矩变化率的增加,这种滞后更加明显;在同一转速增转矩工况中,随着负荷的增加,着火滞燃期缩短,最大放热率降低且前移,放热率重心前移;在油门开度相同的情况下,随着转矩变化率的增加,最高燃烧压力下降、最高燃烧压力点前移、着火滞燃期延长、燃烧持续期缩短、最大放热率降低且后移、放热率重心前移、最高燃烧温度下降。