基于模型的柴油引燃天然气发动机控制系统开发与气路控制研究

发布时间：2023-08-06 08:16

　　随着排放法规的日益严格和能源危机的日益加重,近年来,内燃机替代燃料的研究越来越受重视,其中柴油引燃天然气发动机成为研究热点。但是柴油引燃天然气发动机在中低负荷下存在THC和CO排放高、效率低等问题,主要原因在于引燃油喷射策略不灵活、缸内混合气浓度不合适。通过对柴油引燃天然气发动机的控制需求进行分析,本文采用基于模型的开发方式建立了由高压共轨柴油系统、天然气单点进气系统和节气门进气系统组成的的一体化整机控制模型。相较于传统开发方式,基于模型的开发具有图形化界面、早期验证、文档自动生成、开发周期短等优势。柴油引燃天然气发动机控制系统采用基于油量的控制方式,以恒转速闭环控制为核心,轨压闭环控制为基础,协调控制柴油喷射量、天燃气喷射量和节气门开度。其中,轨压控制采用前馈量加变PID闭环控制器的控制策略,实验结果显示稳态误差小于1MPa,瞬态超调小于2MPa,响应时间小于300ms。转速控制和节气门位置控制采用适合发动机实时控制的变PID闭环控制器的控制算法,达到较好的控制效果。另外,提出了基于模型的进气量估计方法,由此开发出气路控制策略,一方面气量-角度的模型结构可以用作λ控制的前馈量,另一方...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 内燃机排放
        1.1.2 天然气
        1.1.3 柴油引燃天然气发动机
    1.2 课题的提出
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 基于模型开发的应用现状
        1.3.2 柴油引燃天然气发动机关键控制技术研究现状
        1.3.3 柴油引燃天然气发动机性能优化研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 快速原型控制系统
    2.1 快速控制原型硬件平台介绍
    2.2 快速控制原型系统配置和使用
        2.2.1 RapidPro的配置
        2.2.2 发动机正时
        2.2.3 喷油器驱动
        2.2.4 实时监控和标定
    2.3 本章小结
第3章 基于模型的控制系统软件开发
    3.1 柴油引燃天然气发动机控制系统软件框架
    3.2 模型测试
    3.3 反馈信号及滤波
        3.3.1 低通滤波
        3.3.2 单步预测
    3.4 轨压控制
        3.4.1 轨压控制策略开发
        3.4.2 轨压控制效果
    3.5 恒转速控制
        3.5.1 转速闭环控制算法
        3.5.2 转速闭环调速效果
    3.6 节气门控制
        3.6.1 节气门控制软件开发
        3.6.2 驱动信号对节气门动态响应的影响
    3.7 柴油引燃天然气发动机模式切换系统
        3.7.1 柴油引燃天然气发动机工作模式介绍
        3.7.2 模式切换效果
    3.8 本章小结
第4章 柴油引燃天然气发动机低负荷性能分析
    4.1 实验条件及实验设计
    4.2 预喷策略对发动机性能的影响
        4.2.1 预喷正时
        4.2.2 预喷比例
        4.2.3 喷射压力
    4.3 过量空气系数对发动机性能的影响
    4.4 本章小结
第5章 基于模型的气路控制研究
    5.1 气路分析及进气流量建模
    5.2 气路控制策略及验证
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3839389