[發明專利]一種發動機的虛擬缸壓檢測方法

有效

• 申請號: 202010524324.0
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111929067B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 陳韜;史吏春
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M15/08
• 分類號: G01M15/08
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

1.一種發動機的虛擬缸壓檢測方法，用以實現汽油機的燃燒過程的優化控制，其特征在于，包括以下步驟：

S1.通過實驗測量不同工況下的發動機穩態燃燒的平均狀態，利用所得到的發動機穩態實驗的平均數據，標定用于燃燒預測的韋伯函數；

S2.在實際應用中，根據點火時刻，利用基于韋伯函數的燃燒模型計算得到預測的缸壓曲線，進而得到預測的最大爆發壓力相位，并確定最大爆發壓力搜索范圍；

S3.分析所采集的發動機實際曲軸信號，基于實際曲軸角速度的變化曲線，提取實際最可能的最大爆發壓力相位信息；

S4.比較預測的最大爆發壓力相位與實際的最大爆發壓力相位，若一致，則預測缸壓曲線，直接作為重構的缸壓曲線輸出；否則，調節預測模型中的燃燒相位，迭代計算，使預測的最大爆發壓力相位與實際的最大爆發壓力相位一致后，再將重構的缸壓曲線輸出；

S5.基于所得到的重構缸壓曲線，計算燃燒反饋控制所需的最大爆發壓力、最大爆發壓力相位、最大壓升率、最大壓升率相位、缸內溫度曲線、放熱率曲線、燃燒始點CA10、燃燒相位CA50和燃燒持續期信息，提供給燃燒反饋控制使用；

其中，通過臺架標定實驗，對于特定型號的測試發動機進行燃燒信息測試，要采集的信息包括轉速、進氣壓力、循環噴油量、點火提前角、CA50和燃燒放熱持續時間θ_duration，利用轉速和進氣壓力確定發動機工況，將不同工況下測試得到的發動機燃燒信息進行平均，作為預測模型標定的基礎；建立燃燒相位和燃燒持續期隨工況、點火角和噴油量變化的函數關系，用以標定基于韋伯函數的燃燒預測模型，該燃燒預測模型通過以下公式得到預測的缸壓曲線：

MFB＝CE[1-exp(-WC×(θ-SOC_si)³)]

SOC_si＝CA50-1.044×θ_duration

其中，MFB為θ曲軸轉角下燃油已燃質量分數，CE為燃燒效率系數，取值范圍為0.75到0.95，θ為曲軸轉角，SOC_SI為SI燃燒始點，定義為燃料燃燒1％的曲軸轉角，θ_duration為燃燒放熱持續時間，定義為燃料燃燒1％至99％所需的曲軸轉角，為通過實驗測定的不同工況下CA50與θ_duration的增益系數；V(θ)為任意曲軸轉角的氣缸容積，D為缸徑，S為沖程，λ為連桿比，ε為壓縮比；

已知燃料量和當前體積的基礎下，通過理想氣體狀態方程pV＝nRT，得出每個曲軸轉角下的溫度，通過疊加燃料放熱量的影響，求出每個角度下的缸內壓力，得到缸壓曲線；其中，p是指理想氣體的壓強，V為理想氣體的體積，n表示氣體物質的量，T則表示理想氣體的熱力學溫度，R為理想氣體常數；

已知當前曲軸轉角溫度T_i下，通過溫升ΔT求得下一度曲軸轉角的溫度T_i+1，結合缸內物質的量的變化結果，通過理想氣體狀態方程求得下一度曲軸轉角的缸內壓力P_i+1，這樣的計算過程一直循環下去直到MFB≥0.99終止后，將最后一度曲軸轉角的壓力和溫度作為初始值傳遞給第三段膨脹過程的計算，第三段膨脹過程缸內溫度壓力歷程的計算方法與第一段一致，最終得到預測缸壓曲線。

2.根據權利要求1所述發動機的虛擬缸壓檢測方法，其特征在于，通過將預先標定的燃燒模型參數輸入基于韋伯函數的燃燒預測模型得到預測的缸壓曲線。

3.根據權利要求2所述發動機的虛擬缸壓檢測方法，其特征在于，通過實時測量的曲軸角速度變化信息，提取真實的燃燒信息，對預測的缸壓曲線進行校驗和調整，盡可能得到貼近真實的缸壓曲線。

4.根據權利要求3所述發動機的虛擬缸壓檢測方法，其特征在于，其所提供的燃燒信息，是根據缸壓曲線計算得到CA50、燃燒放熱持續時間θ_duration、平均指示壓力和燃燒溫度。