质子交换膜燃料电池发动机空气系统仿真与试验研究

基于AMEsim分析软件建立了质子交换膜燃料电池发动机空气系统模型,对某高压燃料电池发动机台架的空气系统进行了仿真计算和试验验证.结果表明,仿真结果与试验结果基本吻合,具有明显的一致性,仿真研究能够为空气系统设计以及控制提供理论依据.     

燃料电池发动机空气参数的最优控制

研究了燃料电池测试平台空气系统的控制算法,目的是获得最佳的空气温度和湿度控制,使得系统调整时间最短。建立了燃料电池空气子系统的温度控制模型和湿度控制模型,给出了控制算法,并将本研究的最优控制算法应用于燃料电池发动机系统;计算结果表明,该算法实现了系统的最优控制。     

高压质子交换膜燃料电池运行参数优选研究

通过正交试验,研究了空气压力、空气当鼍比、空气-氢气压力差及燃料电池工作温度等运行参数对高压质子交换膜燃料电池性能的影响.对试验结果的分析表明:使用该高压燃料电池时,理应尽可能采用较高的空气当量比,但会相应增加空气压缩机的功率消耗,故在燃料电池发动机整体设计中须加以综合权衡;在较小电流情况下,较高的空气压力有利于燃料电池性能的提高;而随着电流的增加,工作温度对于燃料电池性能的影响增大.     

燃料电池系统性能试验分析与研究

本文基于GB/T 24554-2009《燃料电池发动机性能试验方法》和相关试验要求,对某款燃料电池系统的启动特性、额定功率、峰值功率、动态响应、稳态响应等工作特性制定试验方案,通过燃料电池系统测试台开展性能试验,并对试验数据和性能表现做出分析研究,为产品设计优化和匹配应用提供测评依据。     

新型燃料电池发动机空气增湿系统性能研究

对鼓风机、散热器和膜增湿器的工作特性进行了研究,基于系统整体性能优化进行了燃料电池发动机空气增湿系统集成设计。空气增湿系统和冷却系统得到有效耦合,对新型空气增湿系统性能研究表明:该系统效率更高,鲁棒性更强。     

缸内直喷汽油发动机高压油泵噪声控制研究

汽油缸内直喷发动机的喷油压力普遍在10 MPa以上,甚至可高达20 MPa或更高,这就需要增加一套高压供油装置。高压燃油系统噪声是直喷发动机开发的重点。针对缸内直喷汽油发动机高压油泵在怠速工况时的噪声优化控制的研究,主要通过包裹隔声法和标定控制策略优化法有效地降低了高压油泵噪声,同时也提高了发动机怠速声品质。     

燃料电池空气供应系统非线性鲁棒控制

提出了一种质子交换膜燃料电池空气供应系统非线性鲁棒控制方法.控制目标是在阶跃负载电流条件下过氧比和电堆阴极压力调整到期望值,避免燃料电池空气供应系统出现氧气不足的现象,获得最大净功率.建立了面向控制的空气供应系统多输入多输出模型,针对空气供应系统模型中电堆阴极压力不能直接测量和模型具有非线性程度高、耦合性强、参数的不确定性大等特点,设计了非线性鲁棒控制方法,该方法包括微分观测器和基于反馈线性化的非线性鲁棒控制器.进行了仿真试验,验证了模型精度,并在负载电流阶跃变化和系统参数不确定的条件下,验证了微分观测器和燃料电池空气供应系统非线性鲁棒控制方法的鲁棒性和有效性.     

燃料电池系统阴极气体压力及流量闭环控制

为简化质子交换膜燃料电池系统中空气压力和空气流量解耦控制算法，在充分分析现有燃料电池系统中普遍使用的离心式空压机特性的基础上，提出一套基于PID和模糊控制的无解耦空气压力、空气流量闭环算法。将该控制算法在空气供应子系统台架和质子交换膜燃料电池系统上进行了测试，结果表明：空气压力和空气流量在燃料电池系统稳态运行时误差分别在1 kPa及1 g/s以内，该算法控制效果良好，精度满足实际需求，且可以很好地规避空压机喘振问题。     

燃料电池空气系统非奇异滑模控制

为了提高燃料电池的效率和使用寿命，必须对其多个状态进行精确的控制。首先，建立了面向控制的燃料电池空气系统四阶非线性方程，并进行模型有效性验证。然后，针对空气供给系统压力和空气流量的非线性和强耦合性等特点，提出了一种基于全局反馈线性化理论的非奇异终端滑模控制策略。反馈线性化通过对空压机转速和背压阀开度的协同控制，将非线性模型转化为线性模型，实现对阴极压力和空气流量的解耦；考虑空气系统在复杂环境下受到不确定性扰动，设计比例积分观测器对扰动进行观测以减少环境影响；在此基础上，设计非奇异滑模控制器。仿真结果表明：非奇异滑模控制的阴极压力和过氧比各误差积分均小于传统滑模和反馈线性化控制，可显著提高燃料电池空气供给控制系统精度和鲁棒性，对今后研发高精度燃料电池阴极空气供给控制系统提供参考。     

改善涡轮增压柴油机瞬态响应的功率转换系统

为了改善涡轮增压柴油机的加速性和瞬态响应,通过由发动机带动的泵供给高压液体到液力涡轮来驱动离心压气机,可以获得过量的空气。这过量的空气降低了烟度,改善燃料经济性,并达到自然吸气发动机的响应性能。     

GD-1高压共轨电控柴油机起动控制的试验研究

与机械式供油系统相比,高压共轨电控系统在起动时可迅速建立起较高的油压、灵活地调节喷油量和喷射提前角。基于GD—1高压共轨电控系统,采取对喷油量、喷油压力和喷射正时等主要参数的调节与控制,做了电控共轨柴油机起动的试验研究。试验结果表明,该系统能有效改善柴油机起动性能。     

高压共轨柴油机燃烧与排放模型的研究

利用高速闪光摄影技术,对高压喷射喷雾体空间发展规律进行了试验分析,提出了一个计算高压喷射喷雾体发展的数学公式;在正确描述高压燃油喷雾的基础上,建立了一个能预测高压共轨柴油机性能和排放的准维燃烧模型,此模型改进了燃油喷射模型及碳烟的生成与氧化模型,考虑到燃烧区的区间传热和缸内工质的对流辐射传热,对一台高压共轨柴油机进行了仿真计算。计算与试验结果对比分析表明,改进后的燃烧与排放模型能较好地反映缸内各区的燃烧与排放情况。     

高压共轨燃油系统后喷射控制研究

根据柴油机后喷射作用机理,以有效降低燃烧噪声、减少排放为目的,分析设计高压共轨燃油喷射系统后喷射控制策略,解决后喷射控制中有关喷射协调、后喷射量、喷射起始时刻、喷射器作用时间和喷射释放以及相关参数修正等问题。     

五十铃公司的高压喷油系统HEUI

介绍了五十铃公司新开发的多功能休闲车 (SUV)用 4JX1TC柴油机高压燃油喷射系统。这种喷油系统利用发动机润滑油作为燃油增压的工作介质 ,是一种新型共轨式燃油喷射系统。其增压式喷油器和电子控制系统的综合应用充分体现了五十铃公司燃油喷射系统的独特功能。     

高压共轨柴油机快速建立起动油压的方法研究

对GD—1高压共轨式柴油机已有的起动油压控制策略进行了理论分析和试验研究,在此基础上试验了多种改进方案,总结出两套优化起动油压建立过程的控制方法,经试验验证,柴油机冷起动过程中共轨油压能够更加迅速地达到目标值,为进一步优化高压共轨式柴油机冷起动性能和降低起动过程中的排放奠定了良好的基础。     

柴油机喷油压力的智能开关型模糊PID复合控制

以车用柴油机电控高压共轨燃油喷射系统为对象 ,提出了智能开关型模糊PID复合控制 ,开发了仿真软件 ,进行了PID控制、模糊控制、模糊PID复合控制的仿真 ,说明智能开关型模糊PID复合控制更适合于柴油机的燃油喷射压力控制     

高压共轨喷油器压力波动与针阀响应解耦分析

多次喷射过程中,不同喷射之间的相互影响导致循环喷油量的控制难度增大。建立了高压共轨系统的AMESim仿真模型,通过数值仿真和试验测试相结合的方法,揭示了喷油器内部压力波动和针阀开启阶段动作响应的强耦合作用是导致主喷油量随喷射间隔波动的根本原因,当主喷油量基准值为60．0 mm3时,其波动量最大可达3．6 mm3。建立了共轨系统的无阻尼 L C液力系统模型,通过对模型的分析,针对强耦合作用提出了减小喷油器内部油道长径比和盛油槽容积的解耦方法。对解耦方法的仿真试验验证表明,采用解耦方法后压力波动和针阀响应的耦合程度降低53％。     

低压油路供油压力对单体泵喷油压力的影响

为了研究不同供油压力下单体泵的建压过程及单体泵性能呈现出的变化规律,在电控单体泵试验台上进行了油泵台架试验,获得了高转速工况下不同供油压力的单体泵油压特性曲线。分析了供油压力与单体泵喷油压力之间的关系,并研究了电控单体泵空转时供油压力对单体泵性能的影响。结果表明:高转速时,供油压力低,油压建立过程存在无规律波动;高转速时,一定范围内,供油压力越大,油压上升时刻越早;不同转速对应着不同的临界充油压力,当供油压力大于等于临界压力时,单体泵才能够稳定而有规律地建压;相同工况下,一定范围内,供油压力越大,单体泵喷油量越大。     

基于实时仿真平台的大功率柴油机控制策略开发与验证

针对大功率共轨柴油机的控制,设计了相应的EMS控制策略,包括柴油机的工况判断与切换、喷油控制、油轨压力控制。基于实时仿真平台,通过实时仿真对EMS控制策略进行了调整与优化,对EMS的轨压控制、喷油控制等策略进行了验证,证明了控制策略设计合理、功能正常,可以用于实际大功率柴油机的控制试验。     

共轨柴油机启动控制研究

在自主研制的基于MPC 555的32位电控单元基础上,将柴油机的启动过程分为启动初期、启动加速期、启动过渡期和转速闭环控制期4个阶段来分别控制。根据各个阶段的特点来优化启动油量、轨压和喷油提前角等参数,控制更为精细。在一台4缸共轨柴油机上进行了启动参数优化试验,试验结果表明:优化后的柴油机启动响应快、平滑性好、转速超调小。