單區(qū)放熱率計(jì)算中考慮傳熱影響的比熱比自適應(yīng)估計(jì)方法

張 喆，廖 勇，張 青,張 力

(1.重慶大學(xué) 汽車工程學(xué)院，重慶 400044；2.重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司，重慶 40023)

內(nèi)燃機(jī)測(cè)得的缸內(nèi)工質(zhì)壓力可用于爆震檢測(cè)、燃燒放熱分析和排氣溫度估計(jì)，運(yùn)行過(guò)程中在線監(jiān)控并反饋控制這些參數(shù)以優(yōu)化熱機(jī)性能已得到廣泛應(yīng)用[1-3]。其中放熱率分析已被證明是汽油機(jī)燃燒放熱過(guò)程可靠的診斷方式，燃燒相位和持續(xù)期是評(píng)估燃燒過(guò)程的重要參數(shù)[4-6]。

在進(jìn)行放熱率分析時(shí)，缸內(nèi)壓力變化除了工質(zhì)放熱外，還受到氣缸容積變化、氣壁間傳熱和余隙流動(dòng)等過(guò)程的影響[7]。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們提出了諸多數(shù)值模型來(lái)提高分析精度。Krieger 等[8]提出的單區(qū)模型用平均狀態(tài)來(lái)表示缸內(nèi)工質(zhì)的熱力學(xué)特性，基于熱力學(xué)第一定律計(jì)算放熱參數(shù)，但比熱比和傳熱量難以合理估計(jì)成為限制其發(fā)展的瓶頸。復(fù)雜的多區(qū)模型將氣缸劃分為一個(gè)未燃區(qū)和多個(gè)已燃區(qū)分別計(jì)算，分析時(shí)結(jié)合各區(qū)域界面隨時(shí)間的演變，能更全面地描述燃燒過(guò)程[9]。近年來(lái)多區(qū)分析模型雖取得了諸多進(jìn)展，但其精度很大程度上仍取決于所采用傳熱模型的可靠度，且計(jì)算的復(fù)雜性導(dǎo)致其并不適用于大量循環(huán)的在線計(jì)算[10-16]。

目前工程上應(yīng)用于燃燒閉環(huán)控制的模型均為單區(qū)，比熱比采用定值估計(jì)和忽略傳熱影響導(dǎo)致了一定的誤差[17]。Tunest?l[18]在單區(qū)模型的基礎(chǔ)上提出了一種考慮傳熱影響的比熱比估計(jì)方法，并在一臺(tái)HCCI(homogeneous charge compression ignition)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的驗(yàn)證。該方法依據(jù)缸壓和容積曲線估計(jì)循環(huán)的比熱比，但關(guān)于比熱比如何進(jìn)行合理插值并沒有做進(jìn)一步研究。……