一种获取焦炉气发动机最佳点火提前角的方法   0    0

本发明公开了一种获取焦炉气发动机最佳点火提前角的方法。常见的点火提前角优化方法MBT未兼顾到排放性，应用于焦炉气发动机时，会导致氮氧化物的排放严重超标。本发明利用由汽油机改造而来的焦炉气发动机，结合测功机、排放分析仪和燃烧分析仪，研究不同工况下点火提前角对发动机动力性、排放特性的影响规律，并据此利用点火提前角优化算法，最终建立单目标求解模型，并计算得到各个工况下的最佳点火提前角。本发明得到最佳点火提前角可写入ECU的点火MAP图，用于焦炉气发动机的实际控制。

1.一种获取焦炉气发动机最佳点火提前角的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
第一步：首先，通过测功机控制焦炉气发动机的运行工况，同时获取在每个工况下焦炉气发动机的扭矩；数据采集与控制系统控制点火提前角，并确定每个工况下焦炉气发动机稳定运行的点火提前角范围，稳定运行状态为无爆震，且转速与功率波动范围均在5％以内；其次，通过排放分析仪测量得到催化器入口处在每个工况下对应不同点火提前角时的氮氧化物、一氧化碳及碳氢排放物浓度；再次，通过燃烧分析仪采集并分析计算得到在每个工况下对应不同点火提前角时的焦炉气发动机缸内燃烧信息，包括缸内压力和放热率；最后，通过数据采集与控制系统，读取每个工况下对应不同点火提前角时的焦炉气发动机的扭矩，氮氧化物、一氧化碳及碳氢排放物浓度，以及焦炉气发动机缸内燃烧信息；
第二步：首先，根据焦炉气发动机的扭矩以及氮氧化物、一氧化碳和碳氢排放物浓度在每个工况下对应不同点火提前角时的变化关系，拟合出多项式数学模型；其次，在焦炉气发动机稳定运行的前提下，以点火提前角为优化参数，获得焦炉气发动机的扭矩最大，氮氧化物、一氧化碳和碳氢排放物浓度最低为优化目标，建立多目标优化模型；再次，采用评价函数建立单目标模型，具体为：建立点火提前角的评价函数如下：
其中，g(θign)为评价指标，αi为fi(θign)对应的权重，设α1＝α2＝0.4，α3＝α4＝0.1，α1为焦炉气发动机扭矩的权重，α2为氮氧化物排放量的权重，α3为一氧化碳排放量的权重，α4为碳氢排放量的权重，点火提前角的上限为爆震临界点KTA，下限为稳定工作临界点SCP，稳定工作状态为焦炉气发动机的转速与功率波动范围均在5％以内，f1(θign)代表焦炉气发动机的扭矩拟合函数，f2(θign)代表氮氧化物排放量拟合函数，f3(θign)代表一氧化碳排放量拟合函数，f4(θign)代表碳氢排放量拟合函数；
最后，根据单目标模型求解获取最佳点火提前角，具体如下：对fi(θign)在量级和量纲上的差别进行归一化处理：
其中，best(fi)为fi(θign)在当前工况下且在点火提前角范围内的理想值，best(f1)＝max(f1(θign))，best(f2)＝min(f2(θign))，best(f3)＝min(f3(θign))，best(f4)＝min(f4(θign))；
用hi(θign)替代fi(θign)，最终建立评价函数模型如下：
然后计算得到当前工况的最佳点火提前角。

2.根据权利要求1所述的一种获取焦炉气发动机最佳点火提前角的方法，其特征在于：
在每个工况下对应不同点火提前角时的焦炉气发动机的扭矩，氮氧化物、一氧化碳及碳氢排放物浓度，以及焦炉气发动机缸内燃烧信息均采用多次测量取平均值作为最终结果，测量次数取十次以上。

3.根据权利要求1或2所述的一种获取焦炉气发动机最佳点火提前角的方法，其特征在于：所述多项式数学模型的拟合具体如下：
采用麦夸特法与通用全局优化算法拟合出fi(θign)，fi(θign)代表在每个工况下对应不同点火提前角的多项式拟合函数，公式如下：
fi(θign)＝P1+P2·θign+P3·θign2+P4·θign3
其中，θign代表点火提前角；P1、P2、P3、P4为拟合后多项式的系数；fi(θign)代表拟合函数的统一表达式，i＝1,2,3,4，具体如下：
Tq代表焦炉气发动机的扭矩，NOx代表氮氧化物排放量，CO代表一氧化碳排放量，THC代表碳氢排放量。

4.根据权利要求3所述的一种获取焦炉气发动机最佳点火提前角的方法，其特征在于：
f1(θign)和在每个工况下数据采集与控制系统读取的焦炉气发动机扭矩值的相关系数、f2(θign)和在每个工况下数据采集与控制系统读取的氮氧化物排放量的相关系数、f3(θign)和在每个工况下数据采集与控制系统读取的一氧化碳排放量的相关系数、f4(θign)和在每个工况下数据采集与控制系统读取的碳氢排放量的相关系数均大于0.98。