廢氣循環(huán)柴油機(jī)單渦輪增壓器的建模與控制

廢氣循環(huán)柴油機(jī)單渦輪增壓器的建模與控制

隨著排放法規(guī)對柴油機(jī)的NOx排放要求越來越嚴(yán)格，開始采用廢氣循環(huán)系統(tǒng)來降低NOx的排放。而由于渦輪增壓器與廢氣循環(huán)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是相關(guān)聯(lián)的，所以具有廢氣循環(huán)系統(tǒng)和渦輪增壓器柴油發(fā)動機(jī)的空氣氣流控制很復(fù)雜。研究了基于模型的柴油機(jī)控制結(jié)構(gòu)，這個控制結(jié)構(gòu)為發(fā)動機(jī)模型的性能分析提供了控制策略。發(fā)動機(jī)具有很高的非線性，而且易受很多不確定因素的影響。為了克服這個問題，采用滑模控制方法設(shè)計了一個魯棒控制器。該控制器可以無需轉(zhuǎn)換控制目標(biāo)參數(shù)，直接對燃燒廢氣成分進(jìn)行控制。基于模型控制策略的優(yōu)勢在于，其能夠很容易對每個工況點(diǎn)做出反應(yīng)，因為控制器的執(zhí)行一直跟隨著發(fā)動機(jī)的物理模型，相比于基于發(fā)動機(jī)示功圖的控制策略，該控制器的算法更加合理。推導(dǎo)了代表發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管、排氣歧管、廢氣循環(huán)系統(tǒng)、渦輪增壓器等部件的熱力學(xué)方程和微分方程，用來建立狀態(tài)空間形式，這是一個比較傳統(tǒng)的建模方法。在Matlab/Simulink下搭建了發(fā)動機(jī)模型并進(jìn)行了仿真，對仿真過程中不同階段的發(fā)動機(jī)參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，對排氣歧管中的燃燒廢氣含量進(jìn)行檢測。分析結(jié)果證明，所設(shè)計的滑模控制器對具有廢氣循環(huán)系統(tǒng)和渦輪增壓器的柴油發(fā)動機(jī)控制策略的有效性。未來的研究可以采用更加可靠的發(fā)動機(jī)仿真軟件。

Hojin Jung et al.SAE 2013-01-2649.

編譯:吳玉杰