本發(fā)明屬于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，具體涉及一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法及燃燒模型。
背景技術(shù)：
1、由于全球運(yùn)輸貿(mào)易的迅猛增速，海上貨物運(yùn)輸重要性更加顯著。高可靠性、低油耗、廣應(yīng)用范圍使柴油機(jī)在全世界船用柴油機(jī)的市場上擁有頭部地位，全世界有80％以上船舶以柴油機(jī)作為動(dòng)力的源頭。
2、在柴油機(jī)的燃燒方式中，部分預(yù)混合燃燒(ppc)相比傳統(tǒng)的燃燒方式，通過空氣與燃料的部分預(yù)混合優(yōu)化了燃料與空氣的混合程度，使得燃燒更均勻和穩(wěn)定。均勻的燃燒減少了熱損失，提高了燃燒效率，也降低了氮氧化物(nox)和顆粒物(pm)的排放量。此外，ppc通過優(yōu)化燃油噴射時(shí)刻和混合氣形成過程，可以避免傳統(tǒng)壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒過快或燃燒不均勻的問題，降低燃燒過程中的爆震風(fēng)險(xiǎn)。
3、ppc的燃燒過程是一個(gè)復(fù)雜的物理與化學(xué)過程，通過詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理建立的模型不利于控制。因此，在滿足實(shí)時(shí)性需求的前提下，為保證對燃燒參數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)測，一般采用多韋伯方程預(yù)測缸壓，然而多韋伯方程需要辨識的參數(shù)較多，需要耗費(fèi)大量的物力和人力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對目前建立ppc燃燒模型辨識參數(shù)多和準(zhǔn)確度不夠高的問題，本發(fā)明提出了一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法，在僅需要辨識少量韋伯參數(shù)的情況下就可以精確預(yù)測缸壓。
2、一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
3、步驟一、建立關(guān)于柴油機(jī)的預(yù)噴正時(shí)、預(yù)噴燃油質(zhì)量、主噴正時(shí)和主噴燃油質(zhì)量四個(gè)噴油參數(shù)和曲軸轉(zhuǎn)角的由單韋伯函數(shù)描述的放熱率模型；
4、步驟二、根據(jù)熱力學(xué)第一定律，由放熱率模型反推得到用于估計(jì)缸壓的缸壓模型，將之定義為主模型；
5、步驟三、通過高斯過程建立用以描述主模型與真實(shí)缸壓之間的缸壓偏差的偏差模型，實(shí)時(shí)更新訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并進(jìn)行超參數(shù)優(yōu)化；
6、步驟四、通過高斯回歸預(yù)測缸壓偏差，結(jié)合主模型對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程進(jìn)行預(yù)測，缸壓偏差與估計(jì)缸壓之和即為最終預(yù)測缸壓。
7、作為本發(fā)明更優(yōu)的技術(shù)方案，所述的步驟一中由單韋伯函數(shù)描述放熱率模型，表示形式如下：
8、
9、式中：θ為曲軸轉(zhuǎn)角，單位為°ca；為θ時(shí)的累積表征放熱量，qtot為總表征放熱量，單位都是j；θsoc和θeoc分別為燃燒開始時(shí)刻和燃燒結(jié)束時(shí)刻的曲軸轉(zhuǎn)角；a和m為韋伯參數(shù)。
10、作為本發(fā)明更優(yōu)的技術(shù)方案，所述的步驟二中由放熱率模型反推缸壓模型的公式如下：
11、
12、式中：γ是比熱比，是θ時(shí)的缸內(nèi)壓力，單位是pa，v(θ)是θ時(shí)的工作體積，單位是m^3。
13、作為本發(fā)明更優(yōu)的技術(shù)方案，所述的步驟三中在使用高斯過程建立偏差模型如下：將m個(gè)數(shù)據(jù)對作為高斯過程的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，即其中將第一次噴油正時(shí)θpinj、第二次噴油正時(shí)θminj、第一次噴油量mpinj、第二次噴油量mminj四個(gè)噴油參數(shù)及曲軸轉(zhuǎn)角設(shè)置為xi＝[θ,θpinj,θminj,mpinj,mminj]，對應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角θ下真實(shí)缸壓與主模型缸壓偏差設(shè)為yi＝[ep,θ]。數(shù)據(jù)集的在線采集由均方根誤差rmse確定，公式如下：
14、
15、式中：n代表一組噴油參數(shù)中選取的曲軸轉(zhuǎn)角個(gè)數(shù)。每當(dāng)rmse小于一個(gè)設(shè)定的閾值時(shí)，就認(rèn)為補(bǔ)償后的模型缸壓與真實(shí)缸壓一致，此時(shí)數(shù)據(jù)集不需要更新；當(dāng)rmse大于該閾值時(shí)，即認(rèn)為偏差模型需要更新，此時(shí)需要更新數(shù)據(jù)集。
16、作為本發(fā)明更優(yōu)的技術(shù)方案，所述的步驟三中高斯過程的表現(xiàn)形式如下：
17、
18、式中：k(x,x)為協(xié)方差矩陣，σ2為噪聲方差，核函數(shù)形式如下：
19、
20、其中σf和l均為待優(yōu)化的超參數(shù)，采用極大似然估計(jì)得到，對數(shù)似然函數(shù)如下所示：
21、
22、作為本發(fā)明更優(yōu)的技術(shù)方案，所述的步驟四中通過高斯回歸預(yù)測缸壓偏差如下：
23、以x*代表預(yù)測輸入，以μ*和k*分別代表預(yù)測輸出值的均值和方差，預(yù)測輸出值的均值作為真實(shí)缸壓偏差，公式如下：
24、
25、通過高斯過程回歸預(yù)測得到的缸壓偏差與通過主模型得到的估計(jì)缸壓之和即為本發(fā)明最終預(yù)測缸壓。
26、本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒模型，包括主模型和偏差模型，所述的主模型基于單韋伯方程進(jìn)行描述用于估計(jì)缸壓，由放熱率模型反推得到，所述的偏差模型用于描述主模型與真實(shí)缸壓之間的缸壓偏差，通過高斯過程建立；缸壓偏差與估計(jì)缸壓之和即為最終預(yù)測缸壓。
27、作為本發(fā)明更優(yōu)的技術(shù)方案，所述的所述的主模型表示為：
28、
29、作為本發(fā)明更優(yōu)的技術(shù)方案，所述的通過高斯回歸預(yù)測缸壓偏差如下：
30、以x*代表預(yù)測輸入，以μ*和k*分別代表預(yù)測輸出值的均值和方差，預(yù)測輸出值的均值作為真實(shí)缸壓偏差，公式如下：
31、
32、有益效果為：
33、本發(fā)明提供柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒模型的建模方法包括建立主模型與偏差模型兩部分，所述的主模型基于單韋伯方程進(jìn)行描述，所述的偏差模型則基于在線的高斯過程回歸擬合，從而有效降低了傳統(tǒng)方法下確定模型參數(shù)的工作量，并實(shí)現(xiàn)更精確的缸壓預(yù)測。
1.一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法，其特征在于：所述的步驟一中由單韋伯函數(shù)描述放熱率模型，表示形式如下：
3.如權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法，其特征在于：所述的步驟二中由放熱率模型反推缸壓模型的公式如下：
4.如權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法，其特征在于：所述的步驟三中在使用高斯過程建立偏差模型如下：
5.如權(quán)利要求4所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法，其特征在于：所述的步驟三中高斯過程的表現(xiàn)形式如下：
6.如權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒過程預(yù)測方法，其特征在于：所述的步驟四中通過高斯回歸預(yù)測缸壓偏差如下：
7.一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒模型，其特征在于：包括主模型和偏差模型，所述的主模型基于單韋伯方程進(jìn)行描述用于估計(jì)缸壓，由放熱率模型反推得到，所述的偏差模型通過高斯過程建立，用于描述主模型與真實(shí)缸壓之間的缸壓偏差；缸壓偏差與估計(jì)缸壓之和即為最終預(yù)測缸壓。
8.如權(quán)利要求7所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒模型，其特征在于，所述的主模型表示為：
9.如權(quán)利要求7所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部分預(yù)混合燃燒模型，其特征在于，