[发明专利]一种基于离子电流与缸内喷水的HCCI发动机燃烧循环波动闭环控制系统

权利要求书

1.一种基于离子电流与缸内喷水的HCCI发动机燃烧循环波动闭环控制系统，其特征在于：包括保温水箱（1）、进出水管（2）、流量控制阀（3）、温度传感器（4）、高压水泵（5）、高压水轨（6）、高压水喷嘴（7）、机体（8）、离子电流探针（11）、离子电流信号处理模块（12）和控制器（13）；

所述进出水管（2）安装在保温水箱（1）上；所述保温水箱（1）内设有换热器；所述进出水管（2）中的水与内燃机冷却液进行热交换；

所述流量控制阀（3）安装在进出水管（2）上，所述流量控制阀（3）与所述控制器（13）电连接；

所述温度传感器（4）采集保温水箱（1）内的水箱温度数据，并将数据信号通过CAN通讯协议输入至控制器（13）；所述控制器（13）接收测量水箱温度数据，并与目标水箱温度进行比较；当测量水箱温度小于目标水箱温度时，控制器（13）调整输出信号占空比，并配合不同的比例系数、积分系数和差分系数，向流量控制阀（3）输出电信号控制指令，控制流量控制阀（3）全开，热水进入保温水箱（1），通过保温水箱（1）内部的换热器将测量水箱温度加热至目标水箱温度；当测量水箱温度高于目标水箱温度时，控制器（13）调整输出信号占空比，并配合不同的比例系数、积分系数和差分系数，向流量控制阀（3）输出电信号控制指令，控制流量控制阀（3）关闭，切断进入保温水箱（1）的热水；

所述高压水泵（5）通过高压管连接保温水箱（1）；所述高压水泵（5）与控制器（13）电连接；

所述高压水轨（6）通过高压管连接高压水泵（5）；所述高压水轨（6）上设有轨压传感器；

所述高压水喷嘴（7）安装在机体（8）内，所述高压水喷嘴（7）通过高压管连接高压水轨（6）；所述高压水喷嘴（7）与控制器（13）电连接；

所述高压水泵（5）将保温水箱（1）中的水加压后输送并储存在高压水轨（6）中，高压水轨（6）上的轨压传感器测量出高压水轨（6）的压力，并将当前轨压值数据信号通过CAN通讯输入至控制器（13）；所述控制器（13）接收该数据信号，并与目标轨压值进行比较；当目标轨压值低于当前轨压值时，控制器（13）向高压水泵（5）输出控制指令，切断高压水泵（5）的出口流量来降低当前轨压值使其向目标轨压值靠近；当目标轨压值高于当前轨压值时，控制器（13）向高压水泵（5）输出控制指令，增加高压水泵（5）的出口流量来提高当前轨压值使其达到目标轨压值；

当所述高压水轨（6）将高压水分配至高压水喷嘴（7）时，所述控制器（13）向高压水喷嘴（7）输出由峰值保持电压占空比指令，并通过调整峰值保持电压占空比指令的起始时间与持续时间控制高压水喷嘴（7）的喷射时刻与喷射脉宽，将高压水喷入燃烧室内；

所述离子电流探针（11）安装在所述机体（8）内；所述离子电流探针（11）与离子电流信号处理模块（12）电连接；

所述离子电流探针（11）对燃烧过程中缸内离子电流信号进行监测，并将监测数据输入至离子电流信号处理模块（12）；所述离子电流信号处理模块（12）接收离子电流探针（11）监测到的离子电流信号后进行信号处理，获得当前工况燃烧循环波动情况信号；

所述离子电流信号处理模块（12）将当前工况燃烧循环波动情况信号通过CAN通讯协议与控制器（13）进行通讯，将当前工况燃烧循环波动情况信号输出至控制器（13）；

所述控制器（14）主要通过采集发动机曲轴位置传感器、进气压力温度传感器、宽裕氧传感器对HCCI发动机当前工况下的转速、负荷进行测量，并建立离子电流与缸内燃烧过程循环波动估计模型计算得到当前工况下的燃烧循环波动值，其计算函数如下，

式一至式三中，CS为燃烧循环波动Combustion Stability，ICS为离子电流循环波动Ion Current Stability，n为发动机转速，T为进气温度，P为进气压力，AFR为空燃比，LUT_1为发动机台架试验标定获取的查找表，该表包含发动机转速n，进气温度T，进气压力P，空燃比AFR四个输入变量，查找表的输出参数为ICS与CS的修正系数，IC_max为测量得到的单一循环的离子电流信号极值，是N个循环离子电流信号极值平均值，LUT_2为发动机台架试验标定获取的另一个查找表，该表包含发动机转速n，进气温度T，进气压力P，空燃比AFR四个输入变量，查找表的输出参数为当前工况下的离子电流循环波动计算循环数量N，由控制器（14）根据发动机转速n，进气温度T，进气压力P，空燃比AFR对LUT_2查找表确定，N的范围为在3～10；

所述控制器（13）计算出当前工况下的燃烧循环波动值，并与控制阈值进行比较；当当前工况燃烧循环波动值高于控制阈值时，所述控制器（13）调整喷射控制指令，向高压水喷嘴（7）输出控制指令，控制高压水喷嘴（7）的喷射脉宽与喷射时刻；当当前工况燃烧循环波动值低于控制阈值时，所述控制器（13）调整喷射控制指令，向高压水喷嘴（7）输出控制指令，停止高压水喷嘴（7）向缸内喷射高压水。