本發(fā)明涉及的是一種內(nèi)燃機燃燒規(guī)則的參數(shù)的確定方法。

背景技術(shù)：

為了解決日益嚴重的環(huán)境污染問題，國際排放法規(guī)越來越苛刻，限制發(fā)動機的有害排放物，致使生產(chǎn)廠家，對發(fā)動機的排放控制看得尤為重要。而柴油機的排放特性與缸內(nèi)燃燒過程有著密切的聯(lián)系，因此實現(xiàn)對燃燒過程的實時控制對發(fā)動機的排放控制具有重要意義。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機仿真技術(shù)擁有了蓬勃的生命力，通過對現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象模仿，抽象出系統(tǒng)模型，人們在計算機上對這樣的模型進行模擬試驗研究，既降節(jié)約了科研和生產(chǎn)成本，降低了風(fēng)險，也提高了科研效率。那么系統(tǒng)模型的可靠性和準確性，直接決定仿真結(jié)果的可靠性和準確性。在內(nèi)燃機領(lǐng)域，基于韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的零維燃燒模型形式簡單，建模難度小，同時在一定的工況范圍內(nèi)具備一定的仿真精度。以此韋伯(wiebe)燃燒模型為基礎(chǔ)，眾多研究者們成功的對直噴，非直噴，二沖程柴油機進行了缸內(nèi)壓力和溫度的預(yù)測。韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的經(jīng)驗參數(shù)會直接影響韋伯(wiebe)燃燒模型的準確性，有文獻對韋伯(wiebe)燃燒模型的經(jīng)驗參數(shù)如何校準進行了研究，比如代數(shù)分析方法和最小二乘算法，但是代數(shù)分析方法和最小二乘算法各有優(yōu)缺點。前者穩(wěn)定性好，不需要給定初值，但不能保證校準參數(shù)的最優(yōu)性；后者可保證校準參數(shù)的局部最優(yōu)性，但是收斂性和校準結(jié)果依賴于給定的初值。因此有必要考慮將兩種方法進行結(jié)合，使兩者優(yōu)缺點互補，最終實現(xiàn)快速且精確地校準韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供實現(xiàn)快速且精確地自動校準參數(shù)的韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)自動校準方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)自動校準方法，其特征是：

(1)根據(jù)韋伯燃燒規(guī)則xb為已燃燃料百分數(shù)，m為燃燒品質(zhì)指數(shù)，a為燃燒效率因子，為瞬時曲軸轉(zhuǎn)角，為燃燒持續(xù)角，為燃燒始點，令0％的已燃分數(shù)對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為燃燒擬合終點角，為燃燒擬合起始角，舍去之前和之后的試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過代數(shù)變換，變換后的韋伯燃燒規(guī)則的表達式如下：

(2)根據(jù)步驟1中變換后的韋伯燃燒規(guī)則，進行線性化處理，令a＝m+1；那么韋伯燃燒規(guī)則的線性化等式為：

(3)對韋伯燃燒規(guī)則進行線性擬合，依據(jù)測定的試驗數(shù)據(jù)，擬合得出a和b，利用m0＝a-1和根據(jù)a和b反求出韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)初步估計值m0和a0；

(4)對韋伯燃燒規(guī)則以m0、a0和分別作為m、a和的迭代初值，采用非線性最小二乘算法擬合求出最終的m、a和

本發(fā)明還可以包括：

1、擬合得出a和b的具體步驟為：

(1)經(jīng)由試驗測定的n組數(shù)據(jù)，分別為為曲軸轉(zhuǎn)角，xbn為已燃燃料百分數(shù)，韋伯燃燒規(guī)則的線性化等式對應(yīng)的數(shù)據(jù)為根據(jù)可以得出上述數(shù)據(jù)：

(2)由于韋伯燃燒規(guī)則的線性化等式的數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)一次函數(shù)的關(guān)系，則線性最小二乘所對應(yīng)的法方程一定是線性方程組，線性方程組的系數(shù)矩陣是非奇異，且方程組有唯一解，則韋伯燃燒規(guī)則線性方程組如下：

解此方程組可得：

(3)根據(jù)a和b計算得出韋伯燃燒規(guī)則的經(jīng)驗參數(shù)，如下：

燃燒品質(zhì)指數(shù)m＝a-1；那么，

燃燒效率因子那么，

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：本發(fā)明根據(jù)韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則，以已燃分數(shù)(也可以是放熱率或比放熱率)試驗數(shù)據(jù)為依托，將代數(shù)分析方法和最小二乘算法結(jié)合，使兩者優(yōu)缺點互補，最終實現(xiàn)快速且精確地自動校準得出韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)的方法。此方法收斂性和穩(wěn)定性較好，精確度較高，實現(xiàn)了韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)的自動校準，為業(yè)內(nèi)研究人員校準韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)提供極大便利。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述：

結(jié)合圖1，本發(fā)明的核心是提供了韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)的自動校準方法，以獲得更精確的燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)。為了使內(nèi)燃機領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明方案，并通過優(yōu)選的實例詳細說明本發(fā)明的實施方式。

本發(fā)明實例，提供了內(nèi)燃機零維燃燒建模的韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則如下的參數(shù)方程：

其中：xb為已燃燃料百分數(shù)；m為燃燒品質(zhì)指數(shù)；a為燃燒效率因子；—曲軸轉(zhuǎn)角；—燃燒持續(xù)角；—燃燒始點。

則內(nèi)燃機缸內(nèi)零維建模韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)的自動校準方法，其具體包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則，令為0％的已燃分數(shù)對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角令為的曲軸轉(zhuǎn)角期間，舍去之前和之后的試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過代數(shù)變換，變換后韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的表達式如下：

步驟2：根據(jù)步驟1中，變形后的韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則，進行線性化處理，令a＝m+1；那么韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的線性化等式為：

步驟3：韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的線性化等式是一個以a,b為參數(shù)的一次方程，對韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則進行線性擬合，依據(jù)測定的試驗數(shù)據(jù)，擬合得出a和b。利用m0＝a-1和根據(jù)a和b反求出韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)初步估計值m0和a0。

步驟4：對韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則以m0、a0和分別作為m、a和的迭代初值，采用非線性最小二乘算法擬合求出最終的m、a和

上述的韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)確定方法步驟3具體包含如下步驟：

步驟3.1：經(jīng)由試驗測定的n組數(shù)據(jù)，分別為在權(quán)利要求4的步驟2中，已經(jīng)假設(shè)那么韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的線性化等式對應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)就能夠聯(lián)合得出，其方法是：同理可以得出

步驟3.2：因為韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的線性化等式的數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)一次函數(shù)的關(guān)系，所以線性最小二乘所對應(yīng)的法方程一定是線性方程組，線性方程組的系數(shù)矩陣是非奇異，且方程組有唯一解，則韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則線性方程組如下：

解此方程組可得：

步驟3.3：由步驟3.2，給出了擬合后的一次曲線系數(shù)a和b,可以通過變量代換，計算得出韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的經(jīng)驗參數(shù)，如下：

燃燒品質(zhì)指數(shù)m＝a-1；那么，

燃燒效率因子那么，

至此根據(jù)測定的試驗數(shù)據(jù)，就可以將韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的經(jīng)驗參數(shù)計算得出。

本發(fā)明不局限于上述具體實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或者類似的變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)的確定方法具體原理如下：

韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則存在四個經(jīng)驗參數(shù)，通過調(diào)整經(jīng)驗參數(shù)以擬合測得的已燃分數(shù)xb和比放熱率qr。然而由于韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則為非線性函數(shù)，其中經(jīng)驗參數(shù)的校準具有一定困難。對于測得的已燃分數(shù)和比放熱率，存在大量的噪聲信號和由傳熱計算引入的不確定性，需要采取一定措施避免噪聲信號和不確定性對wiebe經(jīng)驗參數(shù)校準的干擾。已燃分數(shù)和比放熱率中的噪聲信號和不確定性也會導(dǎo)致由此計算出的發(fā)火始點存在很大不確定性。為減小經(jīng)驗參數(shù)校準的難度，傳統(tǒng)方法通常采用作為韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則中的燃燒始點各工況下燃燒效率因子a均取為相同的定值。然而，研究表明，將作為wiebe燃燒規(guī)則中的會使校準精度較大波動；a隨工況變化取為不同的定值，相比取相同的定值，可明顯提高韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則擬合精度；相比a，已燃分數(shù)對燃燒形狀指數(shù)(m)更加敏感，因此m需更加謹慎估計；已燃分數(shù)對各經(jīng)驗參數(shù)的敏感度和比放熱率大致呈正比關(guān)系。對于現(xiàn)有的韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)的校準方法有代數(shù)分析方法和最小二乘算法，前者穩(wěn)定性較好且不需要給定初始值，但不能保證校準結(jié)果的最優(yōu)性；后者可保證校準結(jié)果的局部最優(yōu)性，但是其計算時間、收斂性以及校準結(jié)果依賴于給定的迭代初值。根據(jù)以上研究結(jié)論，本發(fā)明提出如下改進措施以提高韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的校準精度、收斂性和穩(wěn)定性并實現(xiàn)韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)的自動校準：

(1)舍去和的試驗數(shù)據(jù)，采用之間的試驗數(shù)據(jù)進行校準韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗參數(shù)。

(2)取為曲軸轉(zhuǎn)角期間。

(3)先校準m，然后根據(jù)m校準a。

(4)a根據(jù)m求出，工況不同取值不同。

(5)以發(fā)火始點試驗值燃燒始點的預(yù)估值，采用代數(shù)分析方法計算得出a0和m0，以a0和m0作為a和m的迭代初值，然后采用最小二乘算法進行迭代計算得出最終估計值a和m。