关于封闭式静音发电机低温燃烧／压燃（LTC／CI）燃烧模式切换过程中的瞬态控制问题，提出并开发了组合燃烧模式下的燃油机构和空气装置协调控制方法。实验结果表明，采用油气协调的控制措施，燃烧模式转换快速平稳，保证了LTC的减排效果。

　　静音发电机低温燃烧（LTC），既能够产生较低的排放，又能够保持较高的燃烧效率，在最近10多年来，成为学术界的研究热点［1－3］。一般可以通过燃料早喷、小锥角喷油器喷油和燃料晚喷的方式实现LTC。燃料晚喷的方式是通过在上止点附近喷射柴油和高废气再循环（EGR）率来提升预混合比例和降低燃烧温度。这种方式不需要对燃烧室进行重新匹配，燃烧相位可以通过喷油定期控制［4－6］。本文采用燃料晚喷来实现 LTC。但是，这种LTC局限在中低负荷工况，其他工况仍然需要使用传统的压燃（CI）:EGR会致使燃烧恶化，使燃油经济性变差，噪音增加；高EGR率虽然可以延迟滞燃期，当负荷变大，喷油持续期变长，燃烧恶化的程度也会使碳烟排放量增大［7］。当LTC使用区域的边界时，需要切换回CI燃烧。

　　国内外对集装箱发电机LTC／CI燃烧模式转换及其控制举措探求的报道并不多。Michigan大学的Busch等［8］在一台四缸1.9L室外型静音发电机上探求了LTC／CI燃烧模式转换时的NOx排放，指出快速的燃油压力建立流程是燃烧模式转换过程的一个关键控制点。但是该文的切换途径并没有对LTC和CI各自燃烧所需油气混合需求进行优化。

　　美国西南研讨院的王俊敏等［9］采用基于模型的空气系统控制界面，以气体组分和增压压力为控制目标，关于LTC和传统CI设计了两组滑模监控系统以获得更加快速和平顺的空气装置响应，同时设计了监督控制器（Supervisory controller）在LTC／CI燃烧模式转换瞬态中来协调两组滑模控制系统的作业。利用基于模型的控制举措使EGR和VNT的控制解耦，得到了良好的转矩跟随和空燃比跟随效果。但是，该文中采用的空气机构模型过于复杂，燃油系统的协调控制也没有加入控制框架中。

　　Wisconsin－Madison大学的 Burton等［10］在一台四缸1.9L预制舱式静音发电机上对发电机组稳态点LTC／CI燃烧模式转换和发电机组瞬间步骤中LTC／CI燃烧模式转换进行了探讨，发现从LTC到CI的转换致使NOx排放尖峰，而从CI到LTC的切换则致使HC排放尖峰，Burton认为这是燃油和空气系统不协调致使的。但是，该文并没有提出HCCI瞬态控制中油气综合控制的对策，只是在发电机组ECM上进行了大概的MAP图的标定。

　　本文在研讨各个油气参数对LTC燃烧影响的基本上，提出了一套油气协调切换控制方案，对LTC／CI燃烧模式切换步骤进行控制。

　　系统所用的发电机组控制单元，静音发电机基于Freescale MPC5634M32位高性能单片机开发。该单片机使用LQFP 144封装，CPU频率达到80MHz，具有2路CAN总线位AD、Nexus调试接口支持、DMA支持和浮点运算支持等多种用途［11］。控制单元硬件框架如图1所示。

　　该操作系统支持6～32V宽电压输入范围，可以消除32路模拟信号、20路开关信号、4路PWM信号和2路速度信号，能够驱动20路开关型负荷、8路PKW负载、1路直流发电机负荷和8缸喷油嘴。配备的智能喷油器驱动机构能够实时闭环控制充电泵电压和喷油嘴驱动电流。该控制面板能够满足降噪型发电机燃油机构控制、空气机构控制和后排除系统控制的硬件资源需求。

　　开发的发电机组控制途径如图2所示。在原有的基于扭矩的控制框架基本上，加入LTC低温燃烧控制和LTC／CI燃烧模式转换控制。

　　（3）在燃烧模式协调控制面板中，得到当前的目标IMEP和燃烧模式，通过IMEP和油量之间的转换关系得到目标油量。

　　图2中，TFLT和QFLT分别是滤波后的扭矩和滤波后的油量，用于燃油系统的控制；TADV和QADV相对于TFLT和QFLT，动态响应更快，用于空气机构控制。燃油系统支持轨压控制和多段喷射；空气装置采用PID控制系统对EGR和VNT进行独立控制。

　　该发电机组使用高压共轨型燃油喷射机构。对原机整改后，加装了VNT系统和EGR机构。该发电机组为直列四冲程、直喷、水冷、增压、中冷发电机组，4缸，缸径×冲程为92mm×94mm，总排气量为2.499L，压缩比为17.5，额定容量／额定速度为87kW／4000r·min－1，最大扭矩／最大扭矩转速为280N·m／2000r·min－1，EGR系统为外部、水冷中冷。

　　本文使用的燃料晚喷方式注重燃烧步骤的改善，它的技术特性是在上止点附近高压喷射燃油，配合使用大EGR率。柴油晚喷和EGR的应用使得燃烧滞燃期增长，为燃油和空气争取更多的混合时间，使得预混合燃烧的比例增大；使用过高的燃油喷射压力也会促进油气均匀混合；同时由于大EGR率的使用，氧气浓度下降，燃烧温度降低。这些方案，能够使得NOx和PM排放同时减小。

　　－1，扭矩为78.2N·m，预喷油量为3.0mm3，主喷油量为16.0mm3，预喷定期为－19.5℃A（上止点前），主喷定时为2.9℃A（上止点后），喷射压力为120MPa，EGR率为20%，燃烧放热重心CA50为20℃A，NOx排放体积浓度为98×10－6。

　　EGR从0%～28%的变化，其对LTC燃烧状态的影响如图7所示，图中虚线表示LTC基准工况点对应的传统CI燃烧的排放水平。

　　x排放大幅度下降。因为大量缸内燃烧产生的废气通过EGR装置再次循环进入气缸，废气涡轮增压装置所能利用的排烟能量降低，缺少必要的驱动能量，增压机构在整个LTC适用工况范围内基本没有调控空气装置的能力。

　　燃烧模式从CI切换到LTC时，要保证转换过渡流程转矩输出平滑则需要避免燃烧的不稳定，而不稳定燃烧源于大EGR率下低压喷油喷射，此时燃油雾化程度不良，部分区域严重缺氧致使燃烧分布不均匀且发生大量碳烟，故而喷射定期控制屏应当在燃烧切换初期立刻转换到晚喷，同时保证喷油压力快速建立至高压状态；此外，在切换过程中，可以利用VNT增加排气背压以增强EGR阀的流通速率，加快EGR机构的响应。因此，可制定喷油模式和燃油喷射压力控制器迅速响应，VNT辅助EGR机构的控制时序，如图8所示。

　　当确认燃烧模式切换命令后，喷射压力控制和EGR控制系统使用经过优化的满足快速响应要求的控制数据，而VNT子系统在切换过程初期使用降性能控制，通过利用VNT和EGR机构的耦合效应，减少涡轮流通截面，增加排烟背压，在短时间内辅助EGR装置迅速稳定到目标值，当EGR率接近预定目标时，VNT自动切换控制目标和控制参数（转换因素见图8，其中Δ为标定量）。

　　燃烧模式从LTC切换到CI燃烧模式初期，EGR阀立刻关闭，并将VNT控制切换到CI状态下的控制目标和控制参数，使得进气压力和新鲜空气量迅速上升，拖车发电机组当进气压力到达转换条件时（见图9），EGR控制进行状态切换（因为此时EGR率需求较小，EGR阀从完全关闭到达控制目标所需时间不长，这种简单的控制逻辑的目的是以牺牲短时间NO

　　x排放来减少控制办法复杂度）。喷油模式的转换时刻应保证满足两个要素:一是要保证足够的空气量，二是应等待喷射压力下降到适当的程度，防止发生燃烧噪音。整个切换步骤的协调控制时序如图9所示。

　　1，L1）、（n2，L2）、（n1，L2）和（n2，L1）的燃烧模式决定。从该MAP图得到的燃烧模式，要么是传统压燃，要么是低温燃烧，没有中间模式，故而，一般只进行查表运算，而不需要进行插值运算。

　　1＋n2）／2附近波动（这种波动在发电机组正常运转程序中很正常），将会致使查表得到的值D（n，L）来回波动，这种波动会致使燃烧模式在CI与LTC之间来回切换。所以本文使用滞回式查表办法来清除这种潜在的高频燃烧模式切换。

　　－1速度、80N·m扭矩工况下从CI切换到LTC（图中HCCI）的实验结果。图12所示为1800r·min－1速度、80N·m扭矩工况下从LTC切换到CI的实验结果。图11和图12中策略1为使用基于模型的轨压控制方法［12］的控制结果，步骤2为使用普通PID的轨压控制对策的控制结果。

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