这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

主要作者与机构

该研究的主要作者包括Gabriel Ingesson、Lianhao Yin、Rolf Johansson和Per Tunestål。研究由瑞典隆德大学（Lund University）的LCCC Linnaeus中心和ELLIIT卓越中心的研究人员完成。研究发表于2017年美国控制会议（American Control Conference），会议于2017年5月24日至26日在西雅图举行。

学术背景

该研究的主要科学领域为内燃机（internal-combustion engine）的优化控制，特别是压缩点火发动机（compression-ignition engines）的缸内压力（in-cylinder pressure）优化。自内燃机发明以来，优化缸内压力以实现高效可靠的输出一直是研究的重点。随着缸内压力传感器、压电式喷油器（piezoelectric injector）、多段喷射（multiple injection events）以及计算能力的提升，基于循环的缸内压力优化技术已成为现实。本研究的目标是通过多段燃油喷射和缸内压力传感器反馈，探索在最大缸压约束下实现效率最优的压力曲线。

研究流程

研究分为以下几个步骤：

1. 问题定义
   研究的主要目标是最大化发动机的指示效率（indicated efficiency），具体为在缸内最大压力约束下优化闭环循环的指示效率。优化变量包括主喷射（main injection）和先导喷射（pilot/post injection）的开始时间、喷射能量及其比例。研究使用零维模型（zero-dimensional model）来模拟缸内压力变化，并通过启发式控制器（heuristic controller）实现优化。

2. 模型建立与仿真
   研究采用基于热力学第一定律和理想气体定律的单区缸内压力模型（single-zone in-cylinder pressure model）。通过Vibe燃烧率表达式（Vibe heat-release expression）模拟燃烧过程，并考虑热传递（heat transfer）和点火延迟（ignition delay）等因素。模型参数包括进气条件、燃烧率参数和热传递系数等。

3. 控制器设计
   研究设计了两种启发式控制器（C1和C2），分别针对不同的燃烧时序（combustion timing）优化。C1控制器在先导喷射与主喷射之间优化燃烧时序，而C2控制器在主喷射与后喷射之间优化。控制器通过调整喷射比例和时序来满足最大压力约束，并通过反馈控制实现效率优化。

4. 仿真与实验验证
   仿真部分使用模型验证控制器的性能，并引入高斯噪声模拟实际工况中的不确定性。实验部分在Scania D13重型柴油发动机上进行，验证了控制器在瞬态工况下的性能。实验结果表明，控制器能够在满足最大压力约束的同时，显著提高指示效率。

主要结果

1. 仿真结果
   仿真显示，在最大压力约束下，双喷射策略（double-injection strategy）能够显著提高指示效率。通过调整喷射比例和时序，控制器能够在不违反压力约束的情况下，将燃烧时序提前，从而提高效率。

2. 实验结果
   实验验证了C1控制器的性能。在负载变化时，控制器能够动态调整喷射比例和时序，确保缸内压力不超过设定上限，同时保持较高的指示效率。实验数据表明，控制器在高负载工况下的效率显著高于单喷射策略。

结论

该研究成功设计并验证了一种基于多段喷射和缸内压力反馈的启发式控制器，能够在最大压力约束下实现发动机效率的优化。该控制器在仿真和实验中均表现出优异的性能，为内燃机的高效控制提供了新的解决方案。

研究亮点

1. 创新性方法
   研究首次将多段喷射与缸内压力反馈结合，提出了一种高效的启发式控制器设计方法。
2. 实际应用价值
   控制器在重型柴油发动机上的成功验证，展示了其在工业应用中的潜力。
3. 模型与实验结合
   研究通过详细的模型仿真和实验验证，确保了结果的可靠性和实用性。

其他有价值内容

研究还提供了详细的模型参数和控制器设计过程，为后续研究提供了参考。此外，实验数据的公开也为其他研究者提供了宝贵的资源。

通过这项研究，内燃机的效率优化技术迈出了重要一步，为未来的清洁能源和高效动力系统奠定了基础。