本發(fā)明涉及的是一種內(nèi)燃機(jī)燃燒規(guī)則的參數(shù)的確定方法。

背景技術(shù)：

為了解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，國(guó)際排放法規(guī)越來(lái)越苛刻，限制發(fā)動(dòng)機(jī)的有害排放物，致使生產(chǎn)廠家，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制看得尤為重要。而柴油機(jī)的排放特性與缸內(nèi)燃燒過(guò)程有著密切的聯(lián)系，因此實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒過(guò)程的實(shí)時(shí)控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制具有重要意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)擁有了蓬勃的生命力，通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象模仿，抽象出系統(tǒng)模型，人們?cè)谟?jì)算機(jī)上對(duì)這樣的模型進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究，既降節(jié)約了科研和生產(chǎn)成本，降低了風(fēng)險(xiǎn)，也提高了科研效率。那么系統(tǒng)模型的可靠性和準(zhǔn)確性，直接決定仿真結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，基于韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的零維燃燒模型形式簡(jiǎn)單，建模難度小，同時(shí)在一定的工況范圍內(nèi)具備一定的仿真精度。以此韋伯(wiebe)燃燒模型為基礎(chǔ)，眾多研究者們成功的對(duì)直噴，非直噴，二沖程柴油機(jī)進(jìn)行了缸內(nèi)壓力和溫度的預(yù)測(cè)。韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)會(huì)直接影響韋伯(wiebe)燃燒模型的準(zhǔn)確性，有文獻(xiàn)對(duì)韋伯(wiebe)燃燒模型的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)如何校準(zhǔn)進(jìn)行了研究，比如代數(shù)分析方法和最小二乘算法，但是代數(shù)分析方法和最小二乘算法各有優(yōu)缺點(diǎn)。前者穩(wěn)定性好，不需要給定初值，但不能保證校準(zhǔn)參數(shù)的最優(yōu)性；后者可保證校準(zhǔn)參數(shù)的局部最優(yōu)性，但是收斂性和校準(zhǔn)結(jié)果依賴于給定的初值。因此有必要考慮將兩種方法進(jìn)行結(jié)合，使兩者優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)，最終實(shí)現(xiàn)快速且精確地校準(zhǔn)韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供實(shí)現(xiàn)快速且精確地自動(dòng)校準(zhǔn)參數(shù)的韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)校準(zhǔn)方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)校準(zhǔn)方法，其特征是：

(1)根據(jù)韋伯燃燒規(guī)則xb為已燃燃料百分?jǐn)?shù)，m為燃燒品質(zhì)指數(shù)，a為燃燒效率因子，為瞬時(shí)曲軸轉(zhuǎn)角，為燃燒持續(xù)角，為燃燒始點(diǎn)，令0％的已燃分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為燃燒擬合終點(diǎn)角，為燃燒擬合起始角，舍去之前和之后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)代數(shù)變換，變換后的韋伯燃燒規(guī)則的表達(dá)式如下：

(2)根據(jù)步驟1中變換后的韋伯燃燒規(guī)則，進(jìn)行線性化處理，令a＝m+1；那么韋伯燃燒規(guī)則的線性化等式為：

(3)對(duì)韋伯燃燒規(guī)則進(jìn)行線性擬合，依據(jù)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合得出a和b，利用m0＝a-1和根據(jù)a和b反求出韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)初步估計(jì)值m0和a0；

(4)對(duì)韋伯燃燒規(guī)則以m0、a0和分別作為m、a和的迭代初值，采用非線性最小二乘算法擬合求出最終的m、a和

本發(fā)明還可以包括：

1、擬合得出a和b的具體步驟為：

(1)經(jīng)由試驗(yàn)測(cè)定的n組數(shù)據(jù)，分別為為曲軸轉(zhuǎn)角，xbn為已燃燃料百分?jǐn)?shù)，韋伯燃燒規(guī)則的線性化等式對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為根據(jù)可以得出上述數(shù)據(jù)：

(2)由于韋伯燃燒規(guī)則的線性化等式的數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)一次函數(shù)的關(guān)系，則線性最小二乘所對(duì)應(yīng)的法方程一定是線性方程組，線性方程組的系數(shù)矩陣是非奇異，且方程組有唯一解，則韋伯燃燒規(guī)則線性方程組如下：

解此方程組可得：

(3)根據(jù)a和b計(jì)算得出韋伯燃燒規(guī)則的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，如下：

燃燒品質(zhì)指數(shù)m＝a-1；那么，

燃燒效率因子那么，

本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：本發(fā)明根據(jù)韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則，以已燃分?jǐn)?shù)(也可以是放熱率或比放熱率)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依托，將代數(shù)分析方法和最小二乘算法結(jié)合，使兩者優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)，最終實(shí)現(xiàn)快速且精確地自動(dòng)校準(zhǔn)得出韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的方法。此方法收斂性和穩(wěn)定性較好，精確度較高，實(shí)現(xiàn)了韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)，為業(yè)內(nèi)研究人員校準(zhǔn)韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)提供極大便利。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：

結(jié)合圖1，本發(fā)明的核心是提供了韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)方法，以獲得更精確的燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。為了使內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明方案，并通過(guò)優(yōu)選的實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

本發(fā)明實(shí)例，提供了內(nèi)燃機(jī)零維燃燒建模的韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則如下的參數(shù)方程：

其中：xb為已燃燃料百分?jǐn)?shù)；m為燃燒品質(zhì)指數(shù)；a為燃燒效率因子；—曲軸轉(zhuǎn)角；—燃燒持續(xù)角；—燃燒始點(diǎn)。

則內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)零維建模韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)方法，其具體包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則，令為0％的已燃分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角令為的曲軸轉(zhuǎn)角期間，舍去之前和之后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)代數(shù)變換，變換后韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的表達(dá)式如下：

步驟2：根據(jù)步驟1中，變形后的韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則，進(jìn)行線性化處理，令a＝m+1；那么韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的線性化等式為：

步驟3：韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的線性化等式是一個(gè)以a,b為參數(shù)的一次方程，對(duì)韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則進(jìn)行線性擬合，依據(jù)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合得出a和b。利用m0＝a-1和根據(jù)a和b反求出韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)初步估計(jì)值m0和a0。

步驟4：對(duì)韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則以m0、a0和分別作為m、a和的迭代初值，采用非線性最小二乘算法擬合求出最終的m、a和

上述的韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定方法步驟3具體包含如下步驟：

步驟3.1：經(jīng)由試驗(yàn)測(cè)定的n組數(shù)據(jù)，分別為在權(quán)利要求4的步驟2中，已經(jīng)假設(shè)那么韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的線性化等式對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)就能夠聯(lián)合得出，其方法是：同理可以得出

步驟3.2：因?yàn)轫f伯(wiebe)燃燒規(guī)則的線性化等式的數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)一次函數(shù)的關(guān)系，所以線性最小二乘所對(duì)應(yīng)的法方程一定是線性方程組，線性方程組的系數(shù)矩陣是非奇異，且方程組有唯一解，則韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則線性方程組如下：

解此方程組可得：

步驟3.3：由步驟3.2，給出了擬合后的一次曲線系數(shù)a和b,可以通過(guò)變量代換，計(jì)算得出韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，如下：

燃燒品質(zhì)指數(shù)m＝a-1；那么，

燃燒效率因子那么，

至此根據(jù)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，就可以將韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算得出。

本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或者類似的變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的確定方法具體原理如下：

韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則存在四個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，通過(guò)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)參數(shù)以擬合測(cè)得的已燃分?jǐn)?shù)xb和比放熱率qr。然而由于韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則為非線性函數(shù)，其中經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的校準(zhǔn)具有一定困難。對(duì)于測(cè)得的已燃分?jǐn)?shù)和比放熱率，存在大量的噪聲信號(hào)和由傳熱計(jì)算引入的不確定性，需要采取一定措施避免噪聲信號(hào)和不確定性對(duì)wiebe經(jīng)驗(yàn)參數(shù)校準(zhǔn)的干擾。已燃分?jǐn)?shù)和比放熱率中的噪聲信號(hào)和不確定性也會(huì)導(dǎo)致由此計(jì)算出的發(fā)火始點(diǎn)存在很大不確定性。為減小經(jīng)驗(yàn)參數(shù)校準(zhǔn)的難度，傳統(tǒng)方法通常采用作為韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則中的燃燒始點(diǎn)各工況下燃燒效率因子a均取為相同的定值。然而，研究表明，將作為wiebe燃燒規(guī)則中的會(huì)使校準(zhǔn)精度較大波動(dòng)；a隨工況變化取為不同的定值，相比取相同的定值，可明顯提高韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則擬合精度；相比a，已燃分?jǐn)?shù)對(duì)燃燒形狀指數(shù)(m)更加敏感，因此m需更加謹(jǐn)慎估計(jì)；已燃分?jǐn)?shù)對(duì)各經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的敏感度和比放熱率大致呈正比關(guān)系。對(duì)于現(xiàn)有的韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的校準(zhǔn)方法有代數(shù)分析方法和最小二乘算法，前者穩(wěn)定性較好且不需要給定初始值，但不能保證校準(zhǔn)結(jié)果的最優(yōu)性；后者可保證校準(zhǔn)結(jié)果的局部最優(yōu)性，但是其計(jì)算時(shí)間、收斂性以及校準(zhǔn)結(jié)果依賴于給定的迭代初值。根據(jù)以上研究結(jié)論，本發(fā)明提出如下改進(jìn)措施以提高韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則的校準(zhǔn)精度、收斂性和穩(wěn)定性并實(shí)現(xiàn)韋伯燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)：

(1)舍去和的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用之間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)韋伯(wiebe)燃燒規(guī)則經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

(2)取為曲軸轉(zhuǎn)角期間。

(3)先校準(zhǔn)m，然后根據(jù)m校準(zhǔn)a。

(4)a根據(jù)m求出，工況不同取值不同。

(5)以發(fā)火始點(diǎn)試驗(yàn)值燃燒始點(diǎn)的預(yù)估值，采用代數(shù)分析方法計(jì)算得出a0和m0，以a0和m0作為a和m的迭代初值，然后采用最小二乘算法進(jìn)行迭代計(jì)算得出最終估計(jì)值a和m。