天然氣發(fā)動機瞬態(tài)空燃比控制策略研究

【摘要】：在環(huán)境污染嚴(yán)重和節(jié)能減排的大環(huán)境下，發(fā)展車用替代燃料已成為汽車領(lǐng)域發(fā)展的新熱點。壓縮天然氣（CNG）具有良好的經(jīng)濟性、安全性以及燃燒排放性能，加之目前逐步完善的加氣站設(shè)施建設(shè)，天然氣將會在較大一段時間內(nèi)作為發(fā)動機的主要代用燃料。由于天然氣發(fā)動機在機械結(jié)構(gòu)和空燃比控制策略等方面與汽油機或柴油機有較大差異，針對天然氣發(fā)動機進行研究是非常有必要的。瞬態(tài)工況在發(fā)動機整個運行工況中占有很大比例，由于發(fā)動機工況變化快，很難對瞬態(tài)空燃比進行精確的控制，因此它是空燃比控制的核心與難點。 在分析天然氣發(fā)動機特性基礎(chǔ)上，旨在通過對進氣流量的精確控制與計算以及燃料噴射量的閉環(huán)修正基礎(chǔ)上，對瞬態(tài)空燃比進行補償修正，以此達到對瞬態(tài)空燃比的精確控制。在此過程中，在傳統(tǒng)PID控制器的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計電子節(jié)氣門的非線性PID控制器，對節(jié)氣門開度進行更為精確的控制，達到對進氣流量的精確控制；對比分析質(zhì)量流量法與速度-密度法，分析燃料噴射持續(xù)時間的影響因素，在分析開環(huán)控制與瞬態(tài)空燃比誤差原因的基礎(chǔ)上，根據(jù)誤差模型提出瞬態(tài)空燃比補償控制策略；結(jié)合發(fā)動機平均值模型，電子節(jié)氣門控制器模型，利用MATLAB/simulink建立帶失效安全策略的天然氣發(fā)動機空燃比控制系統(tǒng)模型，傳感器信號故障時能夠選擇相應(yīng)的策略正確進行控制，閉環(huán)控制空燃比達到0.01%的控制精度，瞬態(tài)空燃比控制達到3%的控制精度。 重點對電子節(jié)氣門、空燃比控制策略和失效安全策略進行研究。采用精確度更高的非線性PID控制器，并搭建電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)硬件平臺，進行標(biāo)定實驗與響應(yīng)實驗；穩(wěn)態(tài)工況采用“前饋+閉環(huán)”的控制策略，瞬態(tài)工況采用自適應(yīng)補償控制策略；對節(jié)氣門傳感器故障、轉(zhuǎn)速信號故障、進氣氣管壓力傳感器故障以及氧傳感器故障設(shè)計了相應(yīng)的安全控制策略。 最后提出了本文研究內(nèi)容的不完善與不周之處，并做出了結(jié)論和展望。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動機 瞬態(tài) 空燃比 控制策略 失效安全
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U464.174
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-13
• 1.1 課題的提出及研究意義8
• 1.2 CNG 發(fā)動機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-10
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀8-10
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀10
• 1.3 CNG 發(fā)動機空燃比控制發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.4 本課題的提出和主要研究內(nèi)容11-13
• 2 電子節(jié)氣門建模與控制器仿真分析13-22
• 2.1 電子節(jié)氣門非線性因數(shù)分析13-15
• 2.2 電子節(jié)氣門數(shù)學(xué)模型15-16
• 2.3 電子節(jié)氣門控制器設(shè)計16-19
• 2.3.1 傳統(tǒng) PID 控制器16-17
• 2.3.2 非線性 PID 控制器17-19
• 2.4 電子節(jié)氣門建模與仿真實驗分析19-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 3 CNG 發(fā)動機空燃比閉環(huán)控制策略22-35
• 3.1 每缸每循環(huán)進氣量控制22-25
• 3.2 燃氣噴射量控制25-34
• 3.2.1 閉環(huán) PI 控制的反饋修正——短效修正26-31
• 3.2.2 閉環(huán)自學(xué)習(xí)修正——長效修正31-34
• 3.2.3 噴油器的無效噴射時間修正34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 CNG 發(fā)動機瞬態(tài)空燃比補償控制策略35-45
• 4.1 空燃比開環(huán)控制35-41
• 4.2 瞬態(tài)空燃比誤差分析41-42
• 4.3 瞬態(tài)空燃比全局有效補償策略42-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 5 CNG 發(fā)動機空燃比控制策略建模與仿真45-59
• 5.1 “前饋+閉環(huán)”空燃比控制策略46-48
• 5.2 失效安全控制策略48-53
• 5.3 控制策略仿真結(jié)果及分析53-58
• 5.3.1 閉環(huán)控制策略仿真及其分析54-56
• 5.3.2 瞬態(tài)空燃比補償控制策略仿真及其分析56-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 6 調(diào)試、模擬實驗與結(jié)果分析59-70
• 6.1 實驗硬件與軟件設(shè)計59-65
• 6.1.1 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計59-61
• 6.1.2 電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)軟件設(shè)計61-65
• 6.2 實驗準(zhǔn)備65-66
• 6.3 模擬實驗與結(jié)果分析66-69
• 6.4 本章小結(jié)69-70
• 7 結(jié)論與展望70-72
• 7.1 結(jié)論70
• 7.2 展望70-72
• 參考文獻72-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及科研成果74-75
• 致謝75-76

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