[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

说明书

本发明的目的在于提供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，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。本发明基于CA50和IMEP双燃烧特征参数为基础的燃烧闭环控制策略，即保证低碳/零碳燃料发动机的动力性需求，又改善了低碳/零碳燃料发动机的燃烧合理性。本发明并行式采集和集成式放大的信号处理手段，使发明通过较低成本高效、准确的识别缸内压力变动情况，实现高转速下低碳/零碳燃料发动机的动态控制，显著提高低碳/零碳燃料发动机在稀燃条件下的性能表现。

技术领域

本发明涉及的是一种发动机控制系统及控制方法。

背景技术

经济全球化推动了世界运输业的快速发展，也导致发动机尾气成为城市空气污染物的主要来源。对此国内外立法机构严格排放法规，迫使发动机制造商采取新的战略减少废气排放，发展清洁高效的低碳/零碳发动机技术。

稀薄燃烧是低碳/零碳燃料发动机的一项先进燃烧技术，有助于提高燃烧效率，降低NO_X等气体排放量。但低碳/零碳发动机稀薄燃烧过程中，对过量空气系数变化异常敏感，特别是在燃烧边界附近产生的“爆震”和“失火”等非正常燃烧现象，导致发动机燃烧稳定性变差，导致效率迅速下降和排放的急剧增加。因此，提高低碳/零碳燃料发动机的稀燃稳定性，对其改善动力性、经济性和排放性能具有重要的现实意义。发明专利CN109723537B公开了一种稀薄燃烧综合控制系统及方法，通过检测排气总管氧传感器的信号判断发动机的燃烧状态，闭环控制节气门、增压旁通阀和燃气喷射阀等，保证发动机整体实现稀薄燃烧所需的空气、燃气量及空燃比保持在预定范围，以提高发动机经济性。但稀燃条件下，受谐振、进气及流动损失的影响，气缸间的空燃比总存在波动性差异，而稀燃条件下微小的空燃比变化又会对燃烧过程产生放大影响，导致低碳/零碳燃料发动机燃烧循环间及气缸间差异明显，使发动机很难控制、性能恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供有效改善低碳/零碳燃料发动机的燃烧稳定性、提高发动机动力性和热效率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及方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明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。

本发明基于缸压反馈的低碳-零碳燃料发动机燃烧闭环控制系统还可以包括：