基于宽域氧传感器的CNG发动机空燃比自学习控制策略研究设计

论文摘要

在车用发动机电控燃油喷射系统中,为了提高三元催化器的转换效率以充分净化排气来满足日益严苛的排放法规,普遍采用的策略是借助安装在排气管中的废气氧传感器来获得排气中氧含量的反馈信号,以实现对喷油脉宽的闭环修正,使实际空燃比尽可能地靠近理论空燃比,即空燃比的闭环控制。同时,在车辆的行驶过程中,随着发动机使用时间的增长,空气系统或供油系统会发生磨损、疲劳、老化,这又会造成实际空燃比相对于理论空燃比的偏离不断增大。鉴于此,传统的发动机控制策略是通过引入基于开关型氧传感器空燃比自学习控制算法和闭环PI调节来对喷油脉宽进行补偿,以实现空燃比的高精度控制。但是由于传统氧传感器可检测的范围较窄和其输出信号的“开关”特性,决定了在空燃比控制过程中,ECU只能根据氧传感器输出的信号逐步增加或者减少燃料喷射的脉宽,直到混合气浓度达到理论空燃比。采用传统氧传感器时空燃比的控制过程较慢,使得发动机的瞬态响应较差,也无法进一步改善排放。对增压稀燃CNG发动机来说,普通的开关型氧传感器更是不能满足宽范围空燃比闭环控制的要求,因此,本文在试验用的增压稀燃CNG发动机上采用了基于宽域氧传感器的空燃比自学习控制算法。因为宽域氧传感器能够提供可燃混合气不同混合状态时的准确空燃比反馈信号给发动机电子控制单元,所以在此基础上设计开发的空燃比自学习控制算法能够有效地补偿发动机因磨损、老化等原因造成的空燃比的较大漂移。本文的研究工作是“代用燃料汽车专用装置关键技术开发”项目中的一部分内容,该项目为国家高技术研究发展计划(863计划),并且以朝柴CY4102增压中冷柴油机为原型机,开展了CNG发动机电子控制理论和关键技术的研究工作。本文在前期课题所开发的增压稀燃空燃比闭环控制系统的基础上设计出了基于宽域氧传感器的空燃比自学习控制算法。通过闭环控制和自学习控制的共同作用,可以实现对空燃比更为精确的控制,以达到进一步改善电控CNG发动机排放性能和经济性能的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电控发动机空燃比控制策略简介
• 1.2 电控发动机空然比控制策略研究现状
• 1.2.1 国外电控CNG 发动机A/F 控制策略研究现状
• 1.2.2 国内电控CNG 发动机A/F 控制策略研究现状
• 1.3 本文课题背景及研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 宽域氧传感器的结构组成及工作原理分析
• 2.1 宽域氧传感器的结构组成
• 2.1.1 开关型氧传感器
• 2.1.2 泵氧电池
• 2.2 宽域氧传感器的线束接插头及各管脚定义
• 2.3 宽域氧传感器的工作原理
• 2.4 本章小结
• 3 宽域氧传感器建模仿真
• 3.1 电压型氧传感器和电流氧型传感器
• 3.2 BOSCH LSU 4.2 和LSU 4.9 宽域氧传感器的对比
• 3.2.1 BOSCH LSU4.2 宽域氧传感器
• 3.2.2 BOSCH LSU4.9 宽域氧传感器
• 3.3 宽域氧传感器建模理论
• 3.3.1 宽域氧传感器温度特性分析
• 3.3.2 宽域氧传感器泵氧电流Ip 控制原理
• 3.4 宽域氧传感器及内部电池的建模仿真
• 3.4.1 UEGO 传感器电流-电压控制建模
• 3.4.2 UEGO 传感器建模模型参数识别
• 3.4.3 UEGO 传感器电流-电压控制建模仿真实现
• 3.5 本章小结
• 4 电控CNG 发动机空燃比控制策略研究分析
• 4.1 电控发动机空燃比的控制特点概述
• 4.2 电控CNG 发动机空燃比控制策略
• 4.3 空燃比闭环Smith 预估器补偿PID 控制策略
• 4.3.1 PID 控制器设计
• 4.3.2 Smith 预估补偿控制原理
• 4.3.3 Smith 预估器控制在空燃比控制中的运用
• 4.4 本章小结
• 5 空燃比自学习（BLM）控制策略设计研究
• 5.1 空燃比自学控制策略（BLM）的提出
• 5.2 基于EGO 氧传感器的空燃比自学习控制策略概述
• 5.3 基于UEGO 传感器的空燃比自学习控制策略研究设计
• 5.3.1 基于UEGO 传感器的A/F 自学习控制策略工作原理
• 5.3.2 空燃比自学习控制算法的使能条件
• 5.3.3 空燃比自学习控制的算法设计
• 5.4 本章小结
• 6 基于UEGO 的空燃比自学习控制算法的实验验证
• 6.1 系统试验总体方案设计
• 6.2 系统试验环境介绍
• 6.3 系统调试及结果分析
• 6.3.1 空燃比持续偏浓时的自学习过程
• 6.3.2 空燃比持续偏稀时的自学习过程
• 6.3.3 空燃比自学习修正对喷油脉宽的影响
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢