一种用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电控发动机控制技术领域，特别是关于一种用于灵活燃料发动机的燃 料自适应控制方法。
【背景技术】
[0002] 替代燃料概念提出的初衷是为了找到新的能量来源，以应对可能到来的石油能源 短缺危机。灵活燃料汽车也被认为是未来内燃机发展的重要方向。替代燃料的使用不仅能 够实现燃料的多元化，解决全世界范围内石油紧缺的问题，而且大量的研宄表明，相比于传 统的汽油和柴油，一些替代燃料在改善发动机燃烧特性，降低排放方面有着不可忽视的潜 力。目前适用于汽油机的替代燃料已经商业化，常见的主要是乙醇汽油，通过将乙醇与汽油 安装一定比例掺混来进行燃烧。目前已经商用化的柴油机替代燃料有生物柴油、天然气合 成油GTL(GastoLiquid)等。
[0003] 传统电控汽油机和电控柴油机主要采用开环查表的控制方法。当燃料改变时，原 有标定数据基础上的燃烧将发生改变。动力性变化导致驾驶者驾驶感受发生变化，不利于 驾驶体验；经济性也不能达到最优的控制效果。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种燃料发生变化后发动机的动力性和经济 性都能够维持最优的用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于灵活燃料发动机的燃料自 适应控制方法，其包括以下步骤：1)设置一汽柴油掺混灵活燃料发动机燃烧闭环控制系 统，其包括发动机电控单元、灵活燃料压燃发动机、压阻式缸压传感器和燃料自适应控制单 元，燃料自适应控制单元包括动力性自适应控制模块、经济性优化自适应控制模块和平均 有效压力计算模块；发动机电控单元通过CAN总线分别与灵活燃料压燃发动机和燃料自适 应控制单元连接；灵活燃料压燃发动机的每一气缸内均设置一压阻式缸压传感器，各压阻 式缸压传感器均通过线缆与燃料自适应控制单元连接；2)压阻式缸压传感器实时采集灵 活燃料压燃发动机的缸压信号并发送到平均有效压力计算模块，平均有效压力计算模块采 集灵活燃料压燃发动机的曲轴转速信号；平均有效压力计算模块根据接收到的缸压信号和 曲轴转速信号计算得到頂EP和PMEP;平均有效压力计算模块将MEP和PMEP传输至动力性 自适应控制模块，同时将頂EP传输至经济性优化自适应控制模块；3)发动机电控单元实时 采集灵活燃料压燃发动机的转速信号和油门踏板位置信号，并通过CAN总线发送到动力性 自适应控制模块，动力性自适应控制模块根据接收到的转速信号、油门踏板位置信号、IMEP 和PMEP计算得到新的喷油量，发动机控制动力性自适应控制模块将新的喷油量传输至发 动机电控单元，发动机电控单元对燃料动力性进行自适应控制；4)发动机电控单元实时采 集灵活燃料压燃发动机的喷油时刻信号，通过CAN总线将喷油时刻信号发送到经济性优化 自适应控制模块，经济性优化自适应控制模块采用极值搜索算法对体现发动机燃烷烃济性 的指标指示热效率进行闭环控制，得到喷油时刻修正值，并传输至发动机电控单元，发动机 电控单元对燃料经济性进行优化自适应控制。
【主权项】
1. 一种用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法，其包括以下步骤： 1) 设置一汽柴油掺混灵活燃料发动机燃烧闭环控制系统，其包括发动机电控单元、灵 活燃料压燃发动机、压阻式缸压传感器和燃料自适应控制单元，燃料自适应控制单元包括 动力性自适应控制模块、经济性优化自适应控制模块和平均有效压力计算模块；发动机电 控单元通过CAN总线分别与灵活燃料压燃发动机和燃料自适应控制单元连接；灵活燃料压 燃发动机的每一气缸内均设置一压阻式缸压传感器，各压阻式缸压传感器均通过线缆与燃 料自适应控制单元连接； 2) 压阻式缸压传感器实时采集灵活燃料压燃发动机的缸压信号并发送到平均有效压 力计算模块，平均有效压力计算模块采集灵活燃料压燃发动机的曲轴转速信号；平均有效 压力计算模块根据接收到的缸压信号和曲轴转速信号计算得到頂EP和PMEP ;平均有效压 力计算模块将頂EP和PMEP传输至动力性自适应控制模块，同时将MEP传输至经济性优化 自适应控制模块； 3) 发动机电控单元实时采集灵活燃料压燃发动机的转速信号和油门踏板位置信号， 并通过CAN总线发送到动力性自适应控制模块，动力性自适应控制模块根据接收到的转速 信号、油门踏板位置信号、頂EP和PMEP计算得到新的喷油量，发动机控制动力性自适应控 制模块将新的喷油量传输至发动机电控单元，发动机电控单元对燃料动力性进行自适应控 制； 4) 发动机电控单元实时采集灵活燃料压燃发动机的喷油时刻信号，通过CAN总线将喷 油时刻信号发送到经济性优化自适应控制模块，经济性优化自适应控制模块采用极值搜索 算法对体现发动机燃烷烃济性的指标指示热效率进行闭环控制，得到喷油时刻修正值，并 传输至发动机电控单元，发动机电控单元对燃料经济性进行优化自适应控制。
2. 如权利要求1所述的一种用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法，其特征在 于：所述步骤2)中，指示平均有效压力IMEP为：
泵气平均有效压力PMEP为：
式中，Vs为气缸工作容积，CA为曲轴转角，p为缸压，V为气体体积。
3. 如权利要求1所述的一种用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法，其特征在 于：所述步骤3)中，发动机电控单元对燃料动力性的自适应控制过程为： 首先，动力性自适应控制模块根据接收到的转速信号和油门踏板位置信号查表得到目 标有效转矩，并根据接收到的转速信号将发动机的目标有效转矩需求转化为目标BMEP的 需求； 其次，动力性自适应控制模块根据目标BMEP、接收到的PMEP和预估的FMEP计算得到所 需要的MEP，即： IMEP = BMEP+PMEP+FMEP ； 最后，动力性自适应控制模块将计算得到的所需要的MEP设置为MEP的目标值 MEPsp，发动机动力性自适应模块根据接收到的MEP的实际测量反馈值MEPfbk对喷油量进 行PID闭环控制，得到喷油量修正值；动力性自适应控制模块根据转速信号和頂EP的目标 值MEP sp查表得到前馈油量；喷油量修正值与前馈油量相加，得到新的喷油量。
4. 如权利要求1或2或3所述的一种用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法，其 特征在于：所述步骤4)中，对指示热效率Ii i的闭环优化控制过程包括： (I) 经济性优化自适应控制模块对CA50进行闭环控制，其具体包括： 首先，根据油门和转速查表得到喷油时刻前馈值； 其次，经济性优化自适应控制模块计算得到CA50 ; 最后，经济性优化自适应控制模块根据喷油时刻前馈值和CA50的反馈值对CA50进行 PID闭环控制； (II) 经济性优化自适应控制模块进行经济性优化闭环控制，其具体包括： 首先，经济性优化自适应控制模块根据接收到的頂EP和计算得到的CA50,通过经济性 优化控制器Gl得到CA50目标反馈修正值； 其次，CA50目标反馈修正值与CA50前馈值相加得到CA50目标值，经济性优化自适应 控制模块根据得到的CA50目标值和步骤（I)中对CA50的PID闭环控制过程实现对指示热 效率Tli的闭环优化控制。
5. 如权利要求4所述的一种用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法，其特征在 于：所述步骤（I)中，经济性优化自适应控制模块计算得到CA50,其计算过程为： ① 根据灵活燃料压燃发动机的几何参数和所处的曲轴转角位置，计算当前的气缸容积 V ：
式中，V。为气缸剩余容积，D为气缸直径，r为曲轴半径，供当前曲轴转角，1为连杆长 度； ② 基于热力学第一定律，计算当前气缸容积V内汽柴油掺混燃烧放热的瞬时放热率 ROHR ：
式中，γ为气缸内汽柴油混合气的绝热指数，P为缸压，Qw为缸壁传热造成的热损失； ③ 对计算得到的瞬时放热率ROHR进行积分，将处于不同曲轴转角位置的放热量进行 累加，得到循环累计放热量Qahk:
④ 将循环累计放热量Qahk达到循环累计放热量最大值50%的位置作为CA50。
6. 如权利要求4所述的一种用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法，其特征在 于：所述步骤（II)中，经济性优化控制器Gl的实现过程为： ① 将CA50目标值预设为上止点后10°C A ; ② 将CA50目标值减1，如果获得的新的頂EP增大，则继续将CA50目标值减1，直到頂EP 减小时，将CA50目标值加0. 5,对应得到新的MEP与CA50增加之前获得的頂EP的最大值 对比；如果获得的新的頂EP小于CA50增加之前頂EP的最大值，则将CA50增加之前的CA50 作为CA50目标值，如果获得的新的MEP大于CA50增加之前MEP的最大值，则将当前的 CA50作为CA50目标值； ③如果当CA50目标值减1后，获得的新的MEP减小，则CA50目标值加1，直到頂EP减 小时，将CA50目标值减0. 5,对应得到新的MEP与CA50减小之前获得的頂EP的最大值对 比；如获得的新的MEP小于CA50减小之前頂EP的最大值，则将CA50减小之前的CA50作 为CA50目标值，如果获得的新的MEP大于CA50减小之前MEP的最大值，则将当前的CA50 为CA50目标值。
【专利摘要】本发明涉及一种用于灵活燃料发动机的燃料自适应控制方法，其包括：设置包括发动机电控单元、灵活燃料压燃发动机、压阻式缸压传感器和燃料自适应控制单元的汽柴油掺混灵活燃料发动机燃烧闭环控制系统，燃料自适应控制单元包括动力性自适应控制、经济性优化自适应控制和平均有效压力计算模块；平均有效压力计算模块得到IMEP和PMEP并传输至动力性自适应控制模块，同时IMEP传输至经济性优化自适应控制模块；动力性自适应控制模块得到新的喷油量并传输至发动机电控单元，发动机电控单元对燃料动力性进行自适应控制；经济性优化自适应控制模块得到喷油时刻修正值并传输至发动机电控单元，发动机电控单元对燃料经济性进行优化自适应控制。
【IPC分类】F02D41-30, F02D41-14
【公开号】CN104727963
【申请号】CN201510072591
【发明人】王金力, 杨福源, 欧阳明高
【申请人】清华大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月11日