基于平均值模型的柴油机空气系统控制策略研究

发布时间：2020-09-22 12:25

　　废气再循环(EGR)和可变几何截面涡轮增压(VGT)是发动机机内净化的主要措施,能够有效降低排放,但随着国VI排放法规中要求柴油机裸机排放限值的颁布,仅通过控制EGR与VGT已难以达到排放要求。而在加入节气门之后,能够在低负荷时通过控制节气门开度来提供更高的EGR率和一定空燃比来满足国VI排放要求。目前,对于三者耦合控制的研究较少,仅通过标定加上简单的PID控制,因此有必要对节气门、EGR和VGT设计非线性协调控制器。本文由此展开了如下研究:1)基于GT-POWER建立了带有EGR、VGT和节气门的四缸柴油机模型,一方面通过稳态及瞬态工况验证了模型的真实性,另一方面分析了各阀门开度对于排放的影响。结果表明,所建立的GT-POWER模型能够模拟真实发动机的工况,同时引入进气节气门后,能够减少PM排放。2)基于所建立的GT-POWER模型提供的数据,建立了能够面向控制的四缸柴油机四阶平均值模型,并通过稳态及瞬态工况验证。结果表明,所搭建的平均值模型具有极高的精度。3)基于所搭建的平均值模型,本文设计了多输入多输出模型预测控制器和滑模控制器,其目的是能够准确的跟踪进气空气流量和进气增压压力。还验证了控制器的鲁棒性能。结果表明,滑模控制算法具有更高的控制精度及鲁棒性。4)基于所搭建的四阶柴油机模型,搭建了带有EGR、VGT及节气门的二级增压柴油机的五阶平均值模型,并设计了滑模控制器,对比了二级增压柴油机与原有柴油机的控制效果。结果表明,滑模控制器具有良好的控制效果。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U464.172
【部分图文】：

柴油发动机,气机,中冷器,室外空气

标定转速r/min 800-3500标定功率kw 128气缸数量 4气缸直径mm 100冲程mm 100连杆长度mm 152排量L 3.14压缩比 18EGR 方式外部高压回路EGR的模型是在 GT-POWER 软件中提供的柴油发动机模型基础之上，增加了节喷嘴类型和燃烧模型进行修改，并加入了柴油机排放模块，调整各个参数如下图2-2-1 模型：

涡轮,阀门开度,阀门,建模

VGT开度由rack position决定。涡轮map图是由简化的涡轮转速reduced turbo speed，简化的质量流量reduced Mass Flow Rate，压缩率 Pressure Ratio 和效率Efficiency 组成。数据如图2-2-2 所示。图2-2-2 涡轮建模所建的EGR 阀主要通过阀门直径大小来表示 EGR 阀门开度，例如如：直径为 25mm时意味着EGR 阀全开，直径为0mm 时意味着 EGR 阀全闭。其中 EGR 阀门直径由 enginespeed (RPM)和Requested BMEP(bar)确定。如图 2-2-3 所示。节气门模块建模原理与 EGR阀一致，考虑实际运行，节气门直径的区间为30-50mm，为50mm 时表示全开。

开度,燃烧模型,排放物,监视器

-3EGR开度

【参考文献】