[发明专利]一种发动机的虚拟缸压检测方法

说明书

本发明公开一种发动机的虚拟缸压检测方法，用以实现汽油机的燃烧过程实时优化控制，包括步骤：利用测试工况点的平均实验数据标定用于燃烧预测的韦伯函数；利用基于韦伯函数的燃烧模型计算得到预测缸压曲线，进而得到预测的最大爆发压力相位；分析所采集的发动机实际曲轴信号，基于实际曲轴角速度信息得到贴近实际的最大爆发压力相位；比较预测的最大爆发压力相位与实测的最大爆发压力相位，若一致，则输出预测缸压曲线，否则调节韦伯函数中的燃烧相位，迭代计算，使预测的最大爆发压力相位与实际的最大爆发压力相位一致后再输出。本发明有助于发动机燃烧过程的实时优化控制，从而达到节油减排的目的。

技术领域

本发明涉及发动机燃烧过程控制技术领域，特别是涉及一种基于燃烧模型预测以及用于燃烧信息反馈的发动机虚拟缸压检测方法。

背景技术

燃烧反馈控制技术是在实际应用中改善发动机性能的重要技术发展方向。目前，绝大部分车用内燃机都已经采用了电子式控制系统。但，当前的发动机电子控制系统中，燃烧控制都采用基于MAP图的开环控制方式。而且，在基于MAP的控制中，同一个型号发动机的所有控制参数被设定为一样的，只有部分参数会根据发动机个体运行时某些传感器参数进行修正和调整。燃烧过程作为发动机工作过程的核心，由于缺乏有效的反馈信息，在当前控制体系中始终采取开环控制的方式。这对于在实际中发动机个体根据自身制造偏差和工作条件的变化实时优化燃烧过程是不力的。目前，有研究单位提出采用缸压传感器采集发动机实时缸压，作为燃烧闭环反馈的信息来源。所谓的燃烧闭环控制是，以缸压计算得到的某种燃烧状态指标为反馈变量，根据优化值与反馈变量的差值，调整点火、喷油等控制参数，使反馈变量尽可能趋近优化值，进而达到优化燃烧过程的目的。燃烧状态闭环控制在降低发动机油耗和排放、分缸平衡控制、增加发动机的燃料适应性、减轻标定工作量和故障诊断等方面都有很大的应用潜力。

虽然，燃烧闭环控制是改善发动机性能重要且有效的方法，但是，受限于现实缸压传感器成本和可靠性问题，通过缸内压力传感器进行燃烧状态反馈控制的方法虽被广泛进行研究，但主要存在于实验室研究，无法在量产车辆上得到广泛的应用。目前，精度受到广泛承认的Kistler公司生产缸压传感器，单支的成本就大约相当于40台套汽车控制系统的成本的总和，而且还不计入使用该传感器所引出的附加成本。考虑到燃烧反馈控制在节油方面的巨大潜力，近年来，有多种替代缸压信息的燃烧反馈方法被提出，例如采用曲轴转速变化信号进行反馈和采用缸体震动信号进行反馈等。这些替代的燃烧反馈方法均尝试利用系统现有的发动机传感器，因此，不会引起成本的显著提升。但是，无论是曲轴转速变化信息还是机体振动信息，都不是对燃烧过程的直接测量，只能提供间接的燃烧信息。所以，两者测量的变量信息中虽然会包含一定的燃烧信息，但是只能在其信号中对燃烧信息进行提取。两者信号本身的噪声大，信息提取不存在理论相关只能靠经验，信噪比差，测量值非常不可靠，也很难为实际闭环控制所采用。

发明内容

本发明的目的是克服发动机燃烧过程控制的信息反馈难题，提供一种基于燃烧模型预测和实际高噪声转角信号检测相结合的缸压虚拟测量方法。将燃烧模型预测的缸内压力曲线作为基础，通过实际测量曲轴角速度变化信息提炼关键参数，校准预测压力曲线，从而实现缸内压力的重构，并进一步计算出用于反馈控制的缸内燃烧信息，实现对发动机机燃烧状态信息的虚拟传感，从而解决燃烧闭环反馈控制的信息传感问题。该方法是对现有发动机基于预测标定控制的升级，同时利用了已知的发动机知识和理论，采用“以点校线”的实时修正，实现智能化的燃烧传感和反馈控制。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种发动机的虚拟缸压检测方法，用以实现汽油机的燃烧过程控制，其特征在于，包括以下步骤：

S1.通过实验测量不同工况下的发动机稳态燃烧的平均状态，利用所得到的发动机稳态实验的平均数据，标定用于燃烧预测的韦伯函数；

S2.在实际应用中，根据点火时刻，利用基于韦伯函数的燃烧模型计算得到预测缸压曲线，进而得到预测的最大爆发压力相位，并确定最大爆发压力搜索范围；