[发明专利]基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统及方法

权利要求书

1.基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：包括低碳/零碳燃料发动机、信号采集系统、燃烧特征参数识别系统和电子控制系统ECS；

信号采集系统包括缸压传感器、并行式信号接收单元、集成式电荷放大单元、角标仪、脉冲信号发生器和信号采集卡；燃烧特征参数识别系统包括缸压信号滤波单元、燃烧特征参数计算单元和信号报警单元；ECS包括电子控制单元ECU、点火器、电源、点火线圈或引燃燃料供给单元、燃料喷射阀；

所述的低碳/零碳燃料发动机为点燃式或压燃式多缸发动机，配有角标仪，各气缸配有独立的燃料喷射阀、点火器和缸压传感器；所述角标仪安装于低碳/零碳燃料发动机一侧曲轴端面上，角标仪的外壳通过过度结构固定在低碳/零碳燃料发动机缸体上，角标仪的中心轴随曲轴同步旋转，用于产生上止点和曲轴转角信号；所述燃料喷射阀安装于低碳/零碳燃料发动机的进气歧管上；所述点火器垂直安装在低碳/零碳燃料发动机的气缸盖上，其中心轴线与气缸盖的中心轴线重合；所述缸压传感器为压电式传感器，安装在低碳/零碳燃料发动机的气缸盖上；

信号采集系统同时采集低碳/零碳燃料多缸发动机各缸的缸压信号；燃烧特征参数识别系统根据各缸的缸压信号，计算平均有效指示压力IMEP、燃烧始点CA5，燃烧重心CA50、燃烧持续期CA90和循环变动系数COV燃烧特征参数；ECS接收燃烧特征参数识别系统提取的特征参数后，基于燃烧特征参数的实际值和目标值，控制低碳/零碳燃料发动机的点火装置、燃料喷射规律和当量比条件，基于单缸燃烧状态优化燃烧相位和放热规律，提高低碳/零碳燃料发动机的燃烧稳定性和效率，改善发动机动力性、经济性和排放性。

2.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：信号采集系统对低碳/零碳燃料多缸发动机全部气缸的缸压信号进行独立、并行采集以及集成式放大；集成式电荷放大单元有多输入和多输出通道，输入端依次连接各缸的缸压传感器，将微弱电荷信号转换成与其正比的电压信号；所述并行式信号接收单元是多通道输入的模数转换电路，将电压变换成与其正比的数字信号。

3.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：信号采集系统的信号采集频率由角标仪输出的脉冲信号决定；脉冲信号包括上止点和曲轴转角信号，以第一缸上止点为起始相位，经过每一固定时间步长产生一次触发脉冲信号；数据采集卡按照脉冲信号的触发间隔采集缸压信号，同步完成相位编码。

4.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：燃烧特征参数识别系统的缸压信号滤波单元，使用非抽样小波变换法对缸压信号的时间序列做滤波处理，剔除噪声干扰。

5.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：燃烧特征参数识别系统计算和提取的燃烧特征参数，包括平均有效指示压力IMEP、燃烧始点CA5、燃烧重心CA50、燃烧持续期CA90和循环变动系数COV参数。

6.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：ECS带有多路D/A通道，针对不同气缸的实际燃烧状况，独立控制单缸燃料喷射规律和点火规律，实现多反馈参数的联合控制和综合优化。

7.根据权利要求1所述的基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统，其特征是：ECS输出控制信号的时序受低碳/零碳燃料发动机曲轴形状和点火顺序的影响；当发动机为六缸天然气发动机时，各缸点火顺序为1-5-3-6-2-4，1、6缸曲拐同侧，5、2缸曲拐同侧，3、4缸曲拐同侧，ECS同步输出1、6缸控制信号后，120°CA曲轴转角后同步输出5、2缸控制信号，240°CA曲轴转角后同步输出3、4缸控制信号，依次往复。