PFI汽油机空燃比控制仿真及试验研究

摘要

空燃比控制技术是解决车辆排放问题的关键，也是提高发动机动力性和燃油经济性的重要途径。为此，本文以ZS157FMI-3型PFI汽油机和BYQ125(J)型摩托车为对象，从稳态工况拓宽到过渡工况，从单缸发动机延伸到整车，通过仿真与试验两方面开展了较为系统的研究，探索了PFI汽油机及整车空燃比控制的新方法。
　　首先，PFI汽油机稳态工况空燃比控制仿真。基于GT-Power仿真平台，获取发动机结构和性能参数，建立发动机一维仿真模型并进行试验标定。利用排气组分浓度测量的方法构建了氧传感器模型，设计PID控制器并进行参数整定，实现了稳态工况下空燃比闭环反馈控制。
　　其次，PFI汽油机过渡工况空燃比控制仿真。考虑到进气道油膜动态传输机理和燃油补偿策略，基于X-τ油膜模型，推导出x-y油膜模型的离散化数学迭代方程。通过实验识别油膜特性参数，建立了进气道燃油补偿器并进行验证，实现了过渡工况下空燃比开环前馈控制。
　　最后，整车运行工况空燃比控制仿真及试验。基于神经网络控制构建了发动机均值模型，利用详细发动机模型生成DOE样本数据并训练神经网络，使其达到期望的预测功能。以BYQ125(J)型骑士车为对象，建立整车空燃比一维仿真模型并对其优化。基于课题组改装的电控摩托车，设计试验与仿真工况，通过试验值和仿真值比较，验证了整车空燃比控制仿真模型的准确性。

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1 绪论

1.1 摩托车排放法规与空燃比研究意义

1.2 国内外PFI汽油机空燃比控制研究现状

1.3 软件仿真平台

1.4 研究目的与主要内容

2 空燃比控制理论与试验研究基础

2.1 空燃比控制理论

2.2 PFI汽油机空燃比控制策略

2.3 ZS157FMI-3型发动机电控试验台架系统

2.4 整车电控试验系统

2.5 本章小结

3 发动机稳态工况空燃比控制

3.1 发动机一维仿真模型建立

3.2 一维仿真模型标定

3.3 发动机稳态工况空燃比控制

3.4 本章小结

4 基于油膜模型的过渡工况空燃比控制

4.1 进气道燃油动态特性建模与分析

4.2 燃油动态补偿器离散化数学模型

4.3 补偿器特性参数识别及结果分析

4.4 燃油动态补偿器仿真结果验证

4.5 本章小结

5 整车空燃比控制仿真及试验研究

5.1 构建发动机平均值一维仿真模型

5.2 整车空燃比控制仿真模型建立

5.3 整车空燃比试验验证

5.4 本章小结

6 总结及展望

6.1 全文工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的学术论文