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在稳定工况下,发动机空燃比控制较为容易;而在变工况条件下,由于进气惯性的原因,进气量波动较大,无法准确地测量进气流量,这会导致空燃比偏离理论空燃比,造成排放增加。为了更加精确的控制空燃比,降低污染物的排放,本文采用了PID神经网络(Proportional-Integral-Derivative Neural Network,PIDNN)控制策略进行过渡工况条件下空燃比控制,并进行了以下研究工作:以一台四缸直喷发动机为研究对象,利用该发动机参数,在发动机建模软件AMESim中,建立发动机模型。同时,基于该直喷发动机燃烧系统关键参数,建立单缸直喷发动机试验平台。研究了PIDNN算法的原理与实现,并在Simulink中搭建PIDNN辨识器与控制器框图模型,同时与AMESim软件进行联合仿真,仿真负荷选定为常用的中小负荷条件。本文首先仿真发动机转速对过渡工况空燃比控制的影响;其次仿真了在加速工况和减速工况下,不同的节气门开度变化速率对空燃比控制的影响。仿真结果表明:在同样的节气门开度变化条件下,高转速工况中PIDNN的空燃比控制效果优于低转速工况。当在不同的节气门开度变化速率条件下,不管是加速工况还是减速工况,空燃比控制效果均随着节气门开度变化速率变得缓慢而渐趋理想,当节气门开度从10%至40%之间变化时间超过2s时,过量空气系数一直维持在1附近,节气门开度的变化对混合气浓度基本没有影响。在单缸直喷发动机上进行空燃比控制试验研究,设计了实现空燃比控制功能的ECU程序以及完成了相关信号(进气压力信号、节气门位置信号、宽域氧传感器信号)采集的程序与电路;设计完成了节气门负载变化调节器,定时定量的完成不同节气门开度的转换;设计了与ECU程序相对应的上位机。本文在常用的中小负荷条件中进行试验,测试转速对过渡工况空燃比控制的影响,以及不同的节气门开度变化速率对加速工况和减速工况空燃比控制的影响。结果表明:在不同的转速与不同的节气门开度变化速率条件下,PIDNN控制算法对于空燃比均具有很好的控制效果,加速工况中,过量空气系数超调量在1.2以内;减速工况中,混合气过量空气系数最低至0.8,并能够在2s内把混合气浓度控制至理论空燃比附近。验证了PIDNN控制算法应用于空燃比控制的可行性。