基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统及方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供基于缸压反馈的低碳

【技术实现步骤摘要】
基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及的是一种发动机控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]经济全球化推动了世界运输业的快速发展，也导致发动机尾气成为城市空气污染物的主要来源。对此国内外立法机构严格排放法规，迫使发动机制造商采取新的战略减少废气排放，发展清洁高效的低碳/零碳发动机技术。
[0003]稀薄燃烧是低碳/零碳燃料发动机的一项先进燃烧技术，有助于提高燃烧效率，降低NO
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等气体排放量。但低碳/零碳发动机稀薄燃烧过程中，对过量空气系数变化异常敏感，特别是在燃烧边界附近产生的“爆震”和“失火”等非正常燃烧现象，导致发动机燃烧稳定性变差，导致效率迅速下降和排放的急剧增加。因此，提高低碳/零碳燃料发动机的稀燃稳定性，对其改善动力性、经济性和排放性能具有重要的现实意义。专利技术专利CN109723537B公开了一种稀薄燃烧综合控制系统及方法，通过检测排气总管氧传感器的信号判断发动机的燃烧状态，闭环控制节气门、增压旁通阀和燃气喷射阀等，保证发动机整体实现稀薄燃烧所需的空气、燃气量及空燃比保持在预定范围，以提高发动机经济性。但稀燃条件下，受谐振、进气及流动损失的影响，气缸间的空燃比总存在波动性差异，而稀燃条件下微小的空燃比变化又会对燃烧过程产生放大影响，导致低碳/零碳燃料发动机燃烧循环间及气缸间差异明显，使发动机很难控制、性能恶化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供有效改善低碳/零碳燃料发动机的燃烧稳定性、提高发动机动力性和热效率的基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统及方法。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]本专利技术基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：包括低碳/零碳燃料发动机、信号采集系统、燃烧特征参数识别系统和电子控制系统ECS；
[0007]信号采集系统包括缸压传感器、并行式信号接收单元、集成式电荷放大单元、角标仪、脉冲信号发生器和信号采集卡；燃烧特征参数识别系统包括缸压信号滤波单元、燃烧特征参数计算单元和信号报警单元；ECS包括电子控制单元ECU、点火器、电源、点火线圈或引燃燃料供给单元、燃料喷射阀；
[0008]所述的低碳/零碳燃料发动机为点燃式或压燃式多缸发动机，配有角标仪，各气缸配有独立的燃料喷射阀、点火器和缸压传感器；所述角标仪安装于低碳/零碳燃料发动机一侧曲轴端面上，角标仪的外壳通过过度结构固定在低碳/零碳燃料发动机缸体上，角标仪的中心轴随曲轴同步旋转，用于产生上止点和曲轴转角信号；所述燃料喷射阀安装于低碳/零碳燃料发动机的进气歧管上；所述点火器垂直安装在低碳/零碳燃料发动机的气缸盖上，其中心轴线与气缸盖的中心轴线重合；所述缸压传感器为压电式传感器，安装在低碳/零碳燃
料发动机的气缸盖上；
[0009]信号采集系统同时采集低碳/零碳燃料多缸发动机各缸的缸压信号；燃烧特征参数识别系统根据各缸的缸压信号，计算平均有效指示压力IMEP、燃烧始点CA5，燃烧重心CA50、燃烧持续期CA90和循环变动系数COV燃烧特征参数；ECS接收燃烧特征参数识别系统提取的特征参数后，基于燃烧特征参数的实际值和目标值，控制低碳/零碳燃料发动机的点火装置、燃料喷射规律和当量比条件，基于单缸燃烧状态优化燃烧相位和放热规律，提高低碳/零碳燃料发动机的燃烧稳定性和效率，改善发动机动力性、经济性和排放性。
[0010]本专利技术基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统还可以包括：
[0011]1、信号采集系统对低碳/零碳燃料多缸发动机全部气缸的缸压信号进行独立、并行采集以及集成式放大；集成式电荷放大单元有多输入和多输出通道，输入端依次连接各缸的缸压传感器，将微弱电荷信号转换成与其正比的电压信号；所述并行式信号接收单元是多通道输入的模数转换电路，将电压变换成与其正比的数字信号。
[0012]2、信号采集系统的信号采集频率由角标仪输出的脉冲信号决定；脉冲信号包括上止点和曲轴转角信号，以第一缸上止点为起始相位，经过每一固定时间步长产生一次触发脉冲信号；数据采集卡按照脉冲信号的触发间隔采集缸压信号，同步完成相位编码。
[0013]3、燃烧特征参数识别系统的缸压信号滤波单元，使用非抽样小波变换法对缸压信号的时间序列做滤波处理，剔除噪声干扰。
[0014]4、燃烧特征参数识别系统计算和提取的燃烧特征参数，包括平均有效指示压力IMEP、燃烧始点CA5、燃烧重心CA50、燃烧持续期CA90和循环变动系数COV参数。
[0015]5、ECS带有多路D/A通道，针对不同气缸的实际燃烧状况，独立控制单缸燃料喷射规律和点火规律，实现多反馈参数的联合控制和综合优化。
[0016]6、ECS输出控制信号的时序受低碳/零碳燃料发动机曲轴形状和点火顺序的影响；当发动机为六缸天然气发动机时，各缸点火顺序为1
‑5‑3‑6‑2‑
4，1、6缸曲拐同侧，5、2缸曲拐同侧，3、4缸曲拐同侧，ECS同步输出1、6缸控制信号后，120℃A曲轴转角后同步输出5、2缸控制信号，240℃A曲轴转角后同步输出3、4缸控制信号，依次往复。
[0017]7、ECS控制低碳/零碳燃料发动机实现燃烧闭环的控制信号包括点火规律类信号和燃料喷射规律类信号；点火规律类信号受燃烧始点CA5、燃烧重心CA50和燃烧持续期CA90等与相位有关燃烧特征参数的影响，燃料喷射规律类信号受平均有效指示压力IMEP和最高爆发压力P
max
等与做功有关燃烧特征参数的影响。
[0018]8、稀燃条件下，低碳/零碳燃料发动机燃烧循环间及气缸间的实际燃烧状态存在动态差异，ECS根据低碳/零碳燃料发动机单缸燃烧特征参数进行闭环控制，气缸间输入的控制信号相互独立、互不干扰，即各气缸对应的点火正时、燃料喷射量、燃料喷射正时等控制信号不一致，仅由对应气缸的实际燃烧状态决定。
[0019]本专利技术基于缸压反馈的低碳/零碳燃料发动机燃烧闭环控制方法，其特征是：
[0020](1)发动机预启动期间设定低碳/零碳燃料所处的工况，具体表现为ECS系统根据低碳/零碳燃料发动机的转速和负荷查询开环map图，设定控制信号初值，包括节气门角度、点火能量、点火正时、燃料喷射正时、燃料喷射脉宽和燃料喷射速率；
[0021](2)信号采集系统利用压电式缸压传感器和并行式信号接收单元采集全部气缸的压力信息，借助角标仪和脉冲信号对缸压信号的曲轴相位进行编码；
[0022](3)燃烧特征参数识别系统对缸压时间序列进行滤波处理，去除噪声后的缸压时间序列，进入燃烧特征参数计算单元；
[0023](4)燃烧特征参数计算单元对任务计算顺序赋值，定义N＝0为间隔符；
[0024](5)定义N＝1，同时计算第1缸和第6缸的IMEP和P
max
，若IMEP和P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：包括低碳/零碳燃料发动机、信号采集系统、燃烧特征参数识别系统和电子控制系统ECS；信号采集系统包括缸压传感器、并行式信号接收单元、集成式电荷放大单元、角标仪、脉冲信号发生器和信号采集卡；燃烧特征参数识别系统包括缸压信号滤波单元、燃烧特征参数计算单元和信号报警单元；ECS包括电子控制单元ECU、点火器、电源、点火线圈或引燃燃料供给单元、燃料喷射阀；所述的低碳/零碳燃料发动机为点燃式或压燃式多缸发动机，配有角标仪，各气缸配有独立的燃料喷射阀、点火器和缸压传感器；所述角标仪安装于低碳/零碳燃料发动机一侧曲轴端面上，角标仪的外壳通过过度结构固定在低碳/零碳燃料发动机缸体上，角标仪的中心轴随曲轴同步旋转，用于产生上止点和曲轴转角信号；所述燃料喷射阀安装于低碳/零碳燃料发动机的进气歧管上；所述点火器垂直安装在低碳/零碳燃料发动机的气缸盖上，其中心轴线与气缸盖的中心轴线重合；所述缸压传感器为压电式传感器，安装在低碳/零碳燃料发动机的气缸盖上；信号采集系统同时采集低碳/零碳燃料多缸发动机各缸的缸压信号；燃烧特征参数识别系统根据各缸的缸压信号，计算平均有效指示压力IMEP、燃烧始点CA5，燃烧重心CA50、燃烧持续期CA90和循环变动系数COV燃烧特征参数；ECS接收燃烧特征参数识别系统提取的特征参数后，基于燃烧特征参数的实际值和目标值，控制低碳/零碳燃料发动机的点火装置、燃料喷射规律和当量比条件，基于单缸燃烧状态优化燃烧相位和放热规律，提高低碳/零碳燃料发动机的燃烧稳定性和效率，改善发动机动力性、经济性和排放性。2.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：信号采集系统对低碳/零碳燃料多缸发动机全部气缸的缸压信号进行独立、并行采集以及集成式放大；集成式电荷放大单元有多输入和多输出通道，输入端依次连接各缸的缸压传感器，将微弱电荷信号转换成与其正比的电压信号；所述并行式信号接收单元是多通道输入的模数转换电路，将电压变换成与其正比的数字信号。3.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：信号采集系统的信号采集频率由角标仪输出的脉冲信号决定；脉冲信号包括上止点和曲轴转角信号，以第一缸上止点为起始相位，经过每一固定时间步长产生一次触发脉冲信号；数据采集卡按照脉冲信号的触发间隔采集缸压信号，同步完成相位编码。4.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：燃烧特征参数识别系统的缸压信号滤波单元，使用非抽样小波变换法对缸压信号的时间序列做滤波处理，剔除噪声干扰。5.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：燃烧特征参数识别系统计算和提取的燃烧特征参数，包括平均有效指示压力IMEP、燃烧始点CA5、燃烧重心CA50、燃烧持续期CA90和循环变动系数COV参数。6.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳
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零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：ECS带有多路D/A通道，针对不同气缸的实际燃烧状况，独立控...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立平，韩冰，王立媛，王豪杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：