一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電控發(fā)動機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃 料自適應(yīng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 替代燃料概念提出的初衷是為了找到新的能量來源，以應(yīng)對可能到來的石油能源 短缺危機(jī)。靈活燃料汽車也被認(rèn)為是未來內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的重要方向。替代燃料的使用不僅能 夠?qū)崿F(xiàn)燃料的多元化，解決全世界范圍內(nèi)石油緊缺的問題，而且大量的研宄表明，相比于傳 統(tǒng)的汽油和柴油，一些替代燃料在改善發(fā)動機(jī)燃燒特性，降低排放方面有著不可忽視的潛 力。目前適用于汽油機(jī)的替代燃料已經(jīng)商業(yè)化，常見的主要是乙醇汽油，通過將乙醇與汽油 安裝一定比例摻混來進(jìn)行燃燒。目前已經(jīng)商用化的柴油機(jī)替代燃料有生物柴油、天然氣合 成油GTL(GastoLiquid)等。
[0003] 傳統(tǒng)電控汽油機(jī)和電控柴油機(jī)主要采用開環(huán)查表的控制方法。當(dāng)燃料改變時，原 有標(biāo)定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的燃燒將發(fā)生改變。動力性變化導(dǎo)致駕駛者駕駛感受發(fā)生變化，不利于 駕駛體驗(yàn)；經(jīng)濟(jì)性也不能達(dá)到最優(yōu)的控制效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種燃料發(fā)生變化后發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì) 性都能夠維持最優(yōu)的用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自 適應(yīng)控制方法，其包括以下步驟：1)設(shè)置一汽柴油摻混靈活燃料發(fā)動機(jī)燃燒閉環(huán)控制系 統(tǒng)，其包括發(fā)動機(jī)電控單元、靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)、壓阻式缸壓傳感器和燃料自適應(yīng)控制單 元，燃料自適應(yīng)控制單元包括動力性自適應(yīng)控制模塊、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊和平均 有效壓力計(jì)算模塊；發(fā)動機(jī)電控單元通過CAN總線分別與靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)和燃料自適 應(yīng)控制單元連接；靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的每一氣缸內(nèi)均設(shè)置一壓阻式缸壓傳感器，各壓阻 式缸壓傳感器均通過線纜與燃料自適應(yīng)控制單元連接；2)壓阻式缸壓傳感器實(shí)時采集靈 活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的缸壓信號并發(fā)送到平均有效壓力計(jì)算模塊，平均有效壓力計(jì)算模塊采 集靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速信號；平均有效壓力計(jì)算模塊根據(jù)接收到的缸壓信號和 曲軸轉(zhuǎn)速信號計(jì)算得到頂EP和PMEP;平均有效壓力計(jì)算模塊將MEP和PMEP傳輸至動力性 自適應(yīng)控制模塊，同時將頂EP傳輸至經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊；3)發(fā)動機(jī)電控單元實(shí)時 采集靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號和油門踏板位置信號，并通過CAN總線發(fā)送到動力性 自適應(yīng)控制模塊，動力性自適應(yīng)控制模塊根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)速信號、油門踏板位置信號、IMEP 和PMEP計(jì)算得到新的噴油量，發(fā)動機(jī)控制動力性自適應(yīng)控制模塊將新的噴油量傳輸至發(fā) 動機(jī)電控單元，發(fā)動機(jī)電控單元對燃料動力性進(jìn)行自適應(yīng)控制；4)發(fā)動機(jī)電控單元實(shí)時采 集靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的噴油時刻信號，通過CAN總線將噴油時刻信號發(fā)送到經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化 自適應(yīng)控制模塊，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊采用極值搜索算法對體現(xiàn)發(fā)動機(jī)燃烷烴濟(jì)性 的指標(biāo)指示熱效率進(jìn)行閉環(huán)控制，得到噴油時刻修正值，并傳輸至發(fā)動機(jī)電控單元，發(fā)動機(jī) 電控單元對燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化自適應(yīng)控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法，其包括以下步驟： 1) 設(shè)置一汽柴油摻混靈活燃料發(fā)動機(jī)燃燒閉環(huán)控制系統(tǒng)，其包括發(fā)動機(jī)電控單元、靈 活燃料壓燃發(fā)動機(jī)、壓阻式缸壓傳感器和燃料自適應(yīng)控制單元，燃料自適應(yīng)控制單元包括 動力性自適應(yīng)控制模塊、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊和平均有效壓力計(jì)算模塊；發(fā)動機(jī)電 控單元通過CAN總線分別與靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)和燃料自適應(yīng)控制單元連接；靈活燃料壓 燃發(fā)動機(jī)的每一氣缸內(nèi)均設(shè)置一壓阻式缸壓傳感器，各壓阻式缸壓傳感器均通過線纜與燃 料自適應(yīng)控制單元連接； 2) 壓阻式缸壓傳感器實(shí)時采集靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的缸壓信號并發(fā)送到平均有效壓 力計(jì)算模塊，平均有效壓力計(jì)算模塊采集靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速信號；平均有效 壓力計(jì)算模塊根據(jù)接收到的缸壓信號和曲軸轉(zhuǎn)速信號計(jì)算得到頂EP和PMEP ;平均有效壓 力計(jì)算模塊將頂EP和PMEP傳輸至動力性自適應(yīng)控制模塊，同時將MEP傳輸至經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化 自適應(yīng)控制模塊； 3) 發(fā)動機(jī)電控單元實(shí)時采集靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號和油門踏板位置信號， 并通過CAN總線發(fā)送到動力性自適應(yīng)控制模塊，動力性自適應(yīng)控制模塊根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)速 信號、油門踏板位置信號、頂EP和PMEP計(jì)算得到新的噴油量，發(fā)動機(jī)控制動力性自適應(yīng)控 制模塊將新的噴油量傳輸至發(fā)動機(jī)電控單元，發(fā)動機(jī)電控單元對燃料動力性進(jìn)行自適應(yīng)控 制； 4) 發(fā)動機(jī)電控單元實(shí)時采集靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的噴油時刻信號，通過CAN總線將噴 油時刻信號發(fā)送到經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊采用極值搜索 算法對體現(xiàn)發(fā)動機(jī)燃烷烴濟(jì)性的指標(biāo)指示熱效率進(jìn)行閉環(huán)控制，得到噴油時刻修正值，并 傳輸至發(fā)動機(jī)電控單元，發(fā)動機(jī)電控單元對燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化自適應(yīng)控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法，其特征在 于：所述步驟2)中，指示平均有效壓力IMEP為：
泵氣平均有效壓力PMEP為：
式中，Vs為氣缸工作容積，CA為曲軸轉(zhuǎn)角，p為缸壓，V為氣體體積。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法，其特征在 于：所述步驟3)中，發(fā)動機(jī)電控單元對燃料動力性的自適應(yīng)控制過程為： 首先，動力性自適應(yīng)控制模塊根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)速信號和油門踏板位置信號查表得到目 標(biāo)有效轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)速信號將發(fā)動機(jī)的目標(biāo)有效轉(zhuǎn)矩需求轉(zhuǎn)化為目標(biāo)BMEP的 需求； 其次，動力性自適應(yīng)控制模塊根據(jù)目標(biāo)BMEP、接收到的PMEP和預(yù)估的FMEP計(jì)算得到所 需要的MEP，即： IMEP = BMEP+PMEP+FMEP ； 最后，動力性自適應(yīng)控制模塊將計(jì)算得到的所需要的MEP設(shè)置為MEP的目標(biāo)值 MEPsp，發(fā)動機(jī)動力性自適應(yīng)模塊根據(jù)接收到的MEP的實(shí)際測量反饋值MEPfbk對噴油量進(jìn) 行PID閉環(huán)控制，得到噴油量修正值；動力性自適應(yīng)控制模塊根據(jù)轉(zhuǎn)速信號和頂EP的目標(biāo) 值MEP sp查表得到前饋油量；噴油量修正值與前饋油量相加，得到新的噴油量。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述的一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法，其 特征在于：所述步驟4)中，對指示熱效率Ii i的閉環(huán)優(yōu)化控制過程包括： (I) 經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊對CA50進(jìn)行閉環(huán)控制，其具體包括： 首先，根據(jù)油門和轉(zhuǎn)速查表得到噴油時刻前饋值； 其次，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊計(jì)算得到CA50 ; 最后，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊根據(jù)噴油時刻前饋值和CA50的反饋值對CA50進(jìn)行 PID閉環(huán)控制； (II) 經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化閉環(huán)控制，其具體包括： 首先，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊根據(jù)接收到的頂EP和計(jì)算得到的CA50,通過經(jīng)濟(jì)性 優(yōu)化控制器Gl得到CA50目標(biāo)反饋修正值； 其次，CA50目標(biāo)反饋修正值與CA50前饋值相加得到CA50目標(biāo)值，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng) 控制模塊根據(jù)得到的CA50目標(biāo)值和步驟（I)中對CA50的PID閉環(huán)控制過程實(shí)現(xiàn)對指示熱 效率Tli的閉環(huán)優(yōu)化控制。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法，其特征在 于：所述步驟（I)中，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊計(jì)算得到CA50,其計(jì)算過程為： ① 根據(jù)靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)的幾何參數(shù)和所處的曲軸轉(zhuǎn)角位置，計(jì)算當(dāng)前的氣缸容積 V ：
式中，V。為氣缸剩余容積，D為氣缸直徑，r為曲軸半徑，供當(dāng)前曲軸轉(zhuǎn)角，1為連桿長 度； ② 基于熱力學(xué)第一定律，計(jì)算當(dāng)前氣缸容積V內(nèi)汽柴油摻混燃燒放熱的瞬時放熱率 ROHR ：
式中，γ為氣缸內(nèi)汽柴油混合氣的絕熱指數(shù)，P為缸壓，Qw為缸壁傳熱造成的熱損失； ③ 對計(jì)算得到的瞬時放熱率ROHR進(jìn)行積分，將處于不同曲軸轉(zhuǎn)角位置的放熱量進(jìn)行 累加，得到循環(huán)累計(jì)放熱量Qahk:
④ 將循環(huán)累計(jì)放熱量Qahk達(dá)到循環(huán)累計(jì)放熱量最大值50%的位置作為CA50。
6. 如權(quán)利要求4所述的一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法，其特征在 于：所述步驟（II)中，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化控制器Gl的實(shí)現(xiàn)過程為： ① 將CA50目標(biāo)值預(yù)設(shè)為上止點(diǎn)后10°C A ; ② 將CA50目標(biāo)值減1，如果獲得的新的頂EP增大，則繼續(xù)將CA50目標(biāo)值減1，直到頂EP 減小時，將CA50目標(biāo)值加0. 5,對應(yīng)得到新的MEP與CA50增加之前獲得的頂EP的最大值 對比；如果獲得的新的頂EP小于CA50增加之前頂EP的最大值，則將CA50增加之前的CA50 作為CA50目標(biāo)值，如果獲得的新的MEP大于CA50增加之前MEP的最大值，則將當(dāng)前的 CA50作為CA50目標(biāo)值； ③如果當(dāng)CA50目標(biāo)值減1后，獲得的新的MEP減小，則CA50目標(biāo)值加1，直到頂EP減 小時，將CA50目標(biāo)值減0. 5,對應(yīng)得到新的MEP與CA50減小之前獲得的頂EP的最大值對 比；如獲得的新的MEP小于CA50減小之前頂EP的最大值，則將CA50減小之前的CA50作 為CA50目標(biāo)值，如果獲得的新的MEP大于CA50減小之前MEP的最大值，則將當(dāng)前的CA50 為CA50目標(biāo)值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于靈活燃料發(fā)動機(jī)的燃料自適應(yīng)控制方法，其包括：設(shè)置包括發(fā)動機(jī)電控單元、靈活燃料壓燃發(fā)動機(jī)、壓阻式缸壓傳感器和燃料自適應(yīng)控制單元的汽柴油摻混靈活燃料發(fā)動機(jī)燃燒閉環(huán)控制系統(tǒng)，燃料自適應(yīng)控制單元包括動力性自適應(yīng)控制、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制和平均有效壓力計(jì)算模塊；平均有效壓力計(jì)算模塊得到IMEP和PMEP并傳輸至動力性自適應(yīng)控制模塊，同時IMEP傳輸至經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊；動力性自適應(yīng)控制模塊得到新的噴油量并傳輸至發(fā)動機(jī)電控單元，發(fā)動機(jī)電控單元對燃料動力性進(jìn)行自適應(yīng)控制；經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化自適應(yīng)控制模塊得到噴油時刻修正值并傳輸至發(fā)動機(jī)電控單元，發(fā)動機(jī)電控單元對燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化自適應(yīng)控制。
【IPC分類】F02D41-30, F02D41-14
【公開號】CN104727963
【申請?zhí)枴緾N201510072591
【發(fā)明人】王金力, 楊福源, 歐陽明高
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月11日