空燃比是发动机控制中的一个重要参数,直接影响着汽车发动机的排放性能、燃油经济性能和动力性能。另外随着排放法规的日益严格以及燃油价格的日益上涨,低排放、低油耗和高的动力性能越来越成为汽车制造商和消费者所追求的目标。而实现空燃比的精确控制,就可以降低汽车排放,提高燃油的使用效率,从而提高发动机的综合性能。大多数空燃比控制方法把各个气缸看成是具有相同结构的系统,未考虑各个气缸之间的差异。而且很多的控制方法把研究重点集中在气缸进气门之前,其控制精度必然受到一定影响。要实现更高精度的空燃比控制,就需要对每个气缸的空燃比进行单独控制,即分缸空燃比控制。然而由于气缸内高温高压的特殊性,单个气缸的空燃比很难直接进行测量,这成为分缸空燃比控制的一个难点。因此通过建立观测器,精确估计出每个气缸的空燃比,成为实现空燃比分缸控制的一个关键问题。本文假设每循环进入气缸的空气量不变,把研究重点集中在油路部分。首先针对四气缸四冲程进气道喷射发动机,建立其完整的油路模型。油路模型主要包括燃油传输模型、气体(废气)混合过程模型、废气传输模型和氧传感器模型。由于发动机循环周期与氧传感器采样周期不同,因此对排气管中的废气混合过程进行了详细的分析讨论,推导出废气混合点空燃比采样公式。然后利用Matlab/Simulink函数库搭建油路的离散数学模型。通过发动机仿真软件enDYNA以及查阅相关文献资料获取油路模型的参数。利用enDYNA提供的精确发动机模型,在工况与输入均相同的情况下,对所建立的油路模型进行校验,确定所建模型的有效性。在分析空燃比估计问题时,把每个气缸内的空燃比作为系统的输入,把氧传感器测量得到的空燃比作为系统的输出,由于系统输入未知,那么分缸空燃比的估计问题就是输入估计问题。基于所建立的油路模型,推导出分缸空燃比的状态／输入观测器,估计出排气管混合点处的空燃比大小。然后通过分析废气混合过程,进行时序分离,得出每个气缸的空燃比估计值。利用线性矩阵不等式理论,求取输入观测器参数,并计算观测器极点,验证所建观测器的稳定性。然后把所设计的输入观测器用在enDYNA软件之中进行离线仿真实验,将估计结果与真实值进行分析对比,验证所设计的观测器的合理性与有效性。为了进一步验证观测器算法在实时环境中的有效性,本文在由dSPACE系统和xPC-Target实时环境所组成的发动机仿真台架上,对所设计的分缸空燃比估计算法进行在线的快速原型实验。通过反复的快速原型实验,进一步说明了所设计的观测器的合理性与可行性。本文采用基于模型的观测器设计方法,经过详细的分析讨论与实验验证,所提出的分缸空燃比估计算法取得了令人满意的效果。但论文的研究工作也遗留了一些问题。如所设计的分缸空燃比输入观测器,是在假设每循环进入气缸的空气量不变的条件下完成的。另外在观测器设计过程中,忽略了模型中的一些时间延迟,如废气传输延迟和传感器响应延迟,这使得观测器模型与实际系统存在一定的误差。本文所研究的内容,只是本课题组对分缸空燃比估计与控制问题的一个初步研究,如何获得更精确的空燃比估计与控制方法,还有待进一步的学习与探讨。