汽油機空燃比的估計與控制

汽油機空燃比的估計與控制

由于發動機節氣門的快速變化（特別是在瞬態過程中），因此對4沖程汽油機空燃比的控制是一項具有挑戰性的工作。由于發動機循環燃燒過程是不平衡的，因此為了提高其瞬態性能，對燃燒循環瞬態的空氣、燃料和廢氣的控制是非常重要的。基于模型估計與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，該模型是在氣缸內氣體總量、燃燒效率和殘余廢氣系數可以測量的基礎上建立的，可以用來預測發動機的瞬態特性。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）的條件下實現空燃比反饋控制。試驗結果表明，所提出的汽油機空燃比預測和控制方案在發動機全工況試驗條件下都是有效的。

應注意的是，對氣缸內氣體總量的測量，以及燃燒效率和殘余氣體系數的測量也是很困難的。由于發動機的工作循環是不平衡的，如果噪聲不滿足隨機特性的假設，則需要根據發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的不斷變動，造成了發動機性能的循環波動（如空燃比和轉矩的波動），這極大地影響了發動機的性能。由于發動機氣缸內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模型為線性時變系統，狀態變量為燃料總質量、殘留的未反應空氣和燃氣質量。Kalman濾波算法用于這些狀態變量的預測，利用PI反饋控制器可對空燃比期望值進行控制。在穩態和瞬態工況下，對空燃比模型和控制系統進行了驗證。

刊名：ControlTheory andTechnology（英）

刊期：2015年第2期

作者：MadanKumar

編譯：王亮