汽油机空燃比控制系统的设计

汽油机空燃比控制系统的设计

空燃比（AFR）控制系统的控制目标包括发动机和三元催化器（TWC）。控制这两个部分的目的是在保有驱动性能和便利的诊断性能的条件下，获得最优的排放性能。通过控制发动机的燃料喷射、点火时间和空气混合比例可以获得可传递的转矩，控制三元催化器中氧气的储量可减少CO、NOx、HC的排放。在空燃比系统的前、后端安装氧气传感器可获得反馈测量数据，弥补系统排放的失效性。因此，双氧气传感器已经成为汽车工业中空燃比控制系统的标配。

介绍了一种汽油发动机空燃比架构设计，通过开关与/或宽量程氧传感器，在满足发动机性能下，最大限度地减少校准工作。带有前催化剂氧传感器反馈的高带宽抖动内环基准跟踪控制器和带有后催化剂氧传感器反馈、设定值为低带宽的外环跟踪控制器，分别用于发动机排气控制和三元催化剂中氧气的存储。

本文给出的综合设计通过协调和纠正措施使系统显著的非线性得以处理，同时有望获得开环中的响应模块，而不会增加闭环控制器的负担。通过采用遗传算法闭环优化，增加了开环回路建模和控制器基准生成工作，而不需迭代闭环控制增益，在脱机下实现了校准；简化了校准过程，同时满足性能标准和稳定性标准，并显著减少了对车载调谐的需求。试验结果表明，在升温条件一个标准驱动周期内，上述方法可以获得与原始设备供应商所提供的空燃比控制器相媲美的排放性能。

刊名：Control Engineering Practice（英）

刊期：2014年第27卷

作者：Sai S.V. Rajagopalan et al

编译：张振伟