汽油機空燃比的估計與控制

由于發(fā)動機節(jié)氣門的快速變化（特別是在瞬態(tài)過程中），因此對4沖程汽油機空燃比的控制是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。由于發(fā)動機循環(huán)燃燒過程是不平衡的，因此為了提高其瞬態(tài)性能，對燃燒循環(huán)瞬態(tài)的空氣、燃料和廢氣的控制是非常重要的?；谀Ｐ凸烙嬇c控制研究了汽油機空燃比，并提出了一種空燃比離散時間模型，該模型是在氣缸內(nèi)氣體總量、燃燒效率和殘余廢氣系數(shù)可以測量的基礎上建立的，可以用來預測發(fā)動機的瞬態(tài)特性。利用該模型，提出了基于Kalman濾波的空燃比估計算法，在不使用德國lambda（氧含量）傳感器（氧含量檢測）的條件下實現(xiàn)空燃比反饋控制。試驗結(jié)果表明，所提出的汽油機空燃比預測和控制方案在發(fā)動機全工況試驗條件下都是有效的。

應注意的是，對氣缸內(nèi)氣體總量的測量，以及燃燒效率和殘余氣體系數(shù)的測量也是很困難的。由于發(fā)動機的工作循環(huán)是不平衡的，如果噪聲不滿足隨機特性的假設，則需要根據(jù)發(fā)動機工況對所提出模型進行一些必要的修正。而殘余氣體燃燒隨著循環(huán)的不斷變動，造成了發(fā)動機性能的循環(huán)波動（如空燃比和轉(zhuǎn)矩的波動），這極大地影響了發(fā)動機的性能。由于發(fā)動機氣缸內(nèi)的燃燒是非常復雜的，存在高壓、溫度變化和氣體交換，因此很難對其進行基于周期性的分析。

研究所建立的空燃比控制系統(tǒng)模型為線性時變系統(tǒng)，狀態(tài)變量為燃料總質(zhì)量、殘留的未反應空氣和燃氣質(zhì)量。Kalman濾波算法用于這些狀態(tài)變量的預測，利用PI反饋控制器可對空燃比期望值進行控制。在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下，對空燃比模型和控制系統(tǒng)進行了驗證。

刊名：ControlTheory andTechnology（英）

刊期：2015年第2期

作者：MadanKumar

編譯：王亮