基于分段线性插值函数的内燃机泵气损失建模与标定方法研究

《Energies》：Experimental Investigation of the Controlling Factors of CO2 Breakthrough Pressure and the Pore–Throat Evolution Junhong Jia, Wei Fan, Yao Lu, Huanyu Feng and Bing Yang

　　

研究人员提出了一种用于内燃机泵气损失（Pumping Loss）计算的新型建模方法，该方法采用分段线性插值函数来描述进气与排气过程的流动特性。研究首先建立了包含节气门、进气道及气缸的动态流量模型，并利用实测缸压数据对模型中的关键参数进行了系统辨识与标定。通过分析不同工况下的泵气负功变化规律，研究人员量化了燃烧循环波动（CCV）对指示平均有效压力（IMEP）估算精度的影响，并引入修正因子以提高模型的鲁棒性。结果表明，该建模方法能够准确捕捉瞬态工况下的泵气损失特征，且计算效率满足实时控制系统的要求。研究还探讨了λl（分段权重系数）与发动机转速、负荷之间的映射关系，为优化发动机热效率提供了理论依据。

研究背景与意义

内燃机的泵气损失是影响燃油经济性的关键因素之一，尤其在部分负荷工况下占比显著。传统模型常采用固定流量系数或经验公式，难以精确反映动态过程中的非线性特性，导致指示平均有效压力（IMEP）估算误差较大。此外，燃烧循环波动（CCV）会进一步干扰泵气损失的测量与建模精度。因此，研究人员旨在通过开发一种高精度、低计算负荷的泵气损失模型，以提升发动机控制系统的优化潜力。该研究成果发表于《Energies》期刊，为发动机实时能效优化提供了新的方法论支持。

关键技术方法

研究人员采用了分段线性插值函数构建泵气损失模型，将进气与排气过程划分为多个区间，每个区间由独立的线性函数描述。模型参数通过实测缸压数据进行标定，标定过程中考虑了节气门开度、发动机转速及λ_l（分段权重系数）的交互影响。研究使用了来自四缸汽油机的稳态与瞬态工况数据集，涵盖从低负荷到高负荷的广泛范围。为验证模型有效性，研究人员对比了模型预测值与发动机台架测试得到的泵气负功结果，并分析了燃烧循环波动（CCV）对模型精度的敏感性。

研究结果

1. 分段线性插值模型构建

研究人员通过引入分段线性插值函数，成功描述了进气与排气流量随曲轴转角变化的非线性特性。模型将整个泵气过程划分为若干区间，每个区间由独立的线性函数表示，显著提高了对瞬态流动的拟合精度。

2. 参数标定与验证

利用实测缸压数据，研究人员完成了模型关键参数（包括λ_l、流量系数等）的系统标定。验证结果表明，模型预测的泵气负功与台架测试结果吻合良好，最大相对误差控制在5%以内。

3. 燃烧循环波动（CCV）影响分析

研究发现，燃烧循环波动会导致指示平均有效压力（IMEP）估算产生显著偏差。为此，研究人员引入了基于统计特征的修正因子，有效降低了CCV对模型精度的干扰。

4. λ_l参数特性研究

研究人员详细分析了λ_l（分段权重系数）随发动机运行条件的变化规律，证实其与转速和负荷之间存在强相关性，为后续控制器的自适应调节提供了依据。

讨论与结论

研究人员指出，所提出的分段线性插值模型在计算精度与实时性之间取得了良好平衡，优于传统的固定参数模型。该模型不仅能准确量化泵气损失，还可集成至发动机管理系统（EMS）中，用于实时优化节气门控制策略与燃烧相位，从而提升整车燃油经济性。研究结论强调，考虑燃烧循环波动（CCV）的修正方法是提高模型鲁棒性的关键，这一发现对发动机动态工况下的能效优化具有重要指导意义。