柴油机低温燃烧瞬态过程闭环控制研究.pdf

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1、柴油机低温燃烧瞬态过程闭环控制研究柴智刚2015年10月中图分类号：TK427UDC分类号：621柴油机低温燃烧瞬态过程闭环控制研究作者姓名柴智刚学院名称机械与车辆学院指导教师张付军答辩委员会主席马朝臣申请学位工学博士学科专业动力机械及工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016.01.05ResearchonLowTemperatureCombustionClose-loopControlforDieselEngineunderTransientOperationsCandidateName:ChaiZhigangSchoolorDepartment:SchoolofMechani

2、calEngineeringFacultyMentor:Prof.ZhangFujunChair,ThesisCommittee：Prof.MaChaochenDegreeApplied：DoctorofPhilosophyMajor：PowerMachineryandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：2016.01.05研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写

3、过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要随着世界石油资源的日益枯竭以及排放法规的日趋严格，为了实现柴油机高效清洁燃烧，降低系统成本，柴油机低温燃烧技术近年来在国内外得到了广泛的研究。采用大EGR率和单次晚喷实现柴油机低温燃烧的方式，虽然可以降低污染物排放，但带来燃烧稳定性及燃油经济性的问题。因此，本文通过台架试验和仿真模拟相结合的方法，进行了柴油机低温燃烧特性及燃烧模式切换瞬态过程闭环控制方法研究。通过搭建试验台架以及采集系统，进行

4、了柴油机EGR率、EGR温度、喷油相位以及喷油压力等燃烧控制参数对低温燃烧模式的燃烧特性和排放特性参数影响规律的研究，明确了控制过程存在的问题；分析了瞬态工况下EGR的化学反应平衡过程，总结了进排气氧浓度、新鲜空气氧浓度与EGR率和过量空气系数之间的关系，为低温燃烧模式控制方法的研究提供基础。在发动机工作过程中，不同的控制参数下，为了可以有效及时识别当前缸内的燃烧模式，保证燃烧模式切换过程缸内燃烧的稳定性以及排放性能。首先，通过低温燃烧化学动力学反应机理分析，获得了实现低温燃烧的主要影响机制；从缸压、压升率以及瞬时放热率等燃烧特征参数中，确定了采用瞬时放热率曲线上低温冷焰反应导致的二阶段

5、滞燃现象来识别当前缸内的燃烧模式；并搭建了发动机GT-Power仿真模型，通过标定准维燃烧模型燃烧控制参数，从燃烧路径的角度，分析了缸内从传统燃烧模式向低温燃烧模式过度过程中，缸内工质当量比-燃烧温度的变化。同时，为了解决柴油机传统燃烧模式和低温燃烧模式切换时，带来的发动机输出功率降低以及燃油经济性差的问题。搭建了GT-Power和Matlab/Simulink联合仿真平台，开展了燃烧模式切换控制方法研究，并进行了低温燃烧模式的经济性优化。首先通过基于模型标定的方法，分析并获取发动机低温燃烧模式经济性优化的目标控制参数，然后采用了两输入两输出继电反馈测试闭环控制模型，解决两输入两输出系统

6、参数间耦合带来的控制参数整定困难以及标定工作量大问题。最后，通过低温燃烧联合仿真平台，分别采用两输出两输出控制模型双目标（IMEP、CA50）闭环控制方法和单输入单输出控制模型单目标（IMEP）闭环的控制方法，进行了发动机经济性的对比，结果表明，两输入两输出双目标闭环控制方法在不恶化排放水平的基础上，在低温燃烧模式下以及燃烧模式切换瞬态条件下均可以实I现燃油经济性的提高。关键词：柴油机；闭环控制；低温燃烧；废气再循环；继电反馈IIAbstractWiththedepletionoffossiloilresourcesintheworld,aswellastheincreasinglyst

7、ringentexhaustemissionregulation,inrecentyears,lowtemperaturecombustion(LTC)technologyfordieselenginewaswidelyinvestigatedintheworldinordertoachievehighefficiencycleancombustionandreducesystemcost.Althoughthepollutante