基于延时的汽油机空燃比闭环PI控制系统耦合仿真研究

摘要

目前，提高汽车发动机的经济性能和排放性能对能源和环境问题的解决至关重要。空燃比的闭环反馈控制系统是现代发动机电控技术的核心技术。三元催化转化器是现在应用比较广泛的汽车后处理系统。三元催化器只有在λ=1附近的窗口范围内才能对CO、HC和NOx同时具有较高的转化率。但是氧传感器一旦发生老化，测得的最高电压信号和中值电压都会下降，导致λ窗口发生偏移，造成三效催化器对排放物CO、HC和NOx的转化效率下降。针对上述问题，本文提出了一种基于延时的汽油机空燃比闭环系统耦合仿真的方法。
　　文中采用GT-POWER和Simulink进行耦合仿真建立了汽油机空燃比闭环系统模型，在讨论了PI控制器参数选取对闭环系统的影响之后，针对氧传感器老化或者其他原因造成的空燃比窗口偏移时传统PI控制存在误差大的问题，提出了在传统PI控制器的基础上加入延时的空燃比闭环控制方法。加入延时可以增加混合气加浓时间或减稀时间，由此有效地实现了对空燃比窗口偏移进行修正，使空燃比窗口回到最佳的工作范围。
　　文中对氧传感器电压由于老化发生向下偏移和工作在高温区时由于一部分 NO无法检测到导致氧传感器电压向上偏移两种情况进行仿真，对比了不加入延时和加入延时的空燃比输出结果，并从污染物排放量的角度进行验证，证明了加入延时的PI控制策略能够有效地补偿氧传感器电压造成的空燃比偏移。

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1． 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 三效催化器工作原理及物理结构

1.3 空燃比控制发展及现状

1.4 本文的主要研究工作和目的

2. 汽油机模型耦合仿真理论基础

2.1 GT-POWER软件的基本介绍

2.2 Simulink软件基本介绍

2.3 Stateflow控制系统建模介绍

2.4 空燃比闭环控制PI调节原理

2.5 本章小结

3. GT-POWER和Simulink耦合仿真模型的建立

3.1 建立GT-SUITE模型

3.2 建立Simulink模型

3.3 建立并运行耦合仿真

3.4 本章小结

4. 基于PI控制器的空燃比闭环系统研究

4.1 初始喷油量对空燃比闭环系统的影响

4.2 PI控制器中P参数对闭环系统的影响

4.3 PI控制器中I参数对闭环系统的影响

4.4 本章小结

5. 基于延时的PI控制器空燃比闭环系统研究

5.1 氧传感器电压信号偏移分析

5.2 氧传感器正常时仿真结果分析

5.3 氧传感器中心电压偏移仿真结果分析

5.4 本章小结

6. 本文总结和展望

致谢

参考文献

附 录 攻读硕士学位期间发表学术论文情况