高压共轨柴油机电控EGR控制策略研究

论文摘要

为了防止大气污染,各国在排放法规中限制了汽车尾气中氮氧化合物(NOx)的排量。目前,排气再循环(EGR)技术是降低NOx的最有效措施之一。但是EGR在有效降低NOx排放的同时微粒(PM)的排放也会随之增加。为了调和NOx与PM之间的矛盾,在进行EGR的时候,必须根据发动机的转速及负荷等参数来对EGR阀进行精确控制,以得到最佳的EGR率。再者,考虑到柴油机在某些运行工况时排气压力小于进气压力,排气难以自动流入进气管的问题,研究的控制系统中还对节流阀(TVA)进行控制,通过进气节流提高排气的平均压力,迫使排气流入进气管,实现排气再循环。较高的回流废气温度使柴油机动力性、经济性及微粒排放受到不良影响,而且采用EGR系统会引起高压共轨柴油机压力的提高,鉴于这些不良后果,本系统在EGR阀前安装了EGR冷却器用以降低回流废气温度及进气压力。基于上述情况,以高压共轨柴油机为研究对象,利用ETAS公司的ASCET软件开发平台,采用结构化和模块化相结合的程序设计方法,创新性的提出了EGR控制策略方案。全面的考虑到发动机转速、喷油量、进气温度、冷却液温度、发动机每缸进气量、大气压力及增压压力等修正参数,对EGR阀及TVA阀值进行修正,使控制值符合发动机当前运行工况,更精确有效的控制NOx的排放。将系统分为五大控制模块,其中前馈控制模块解决了快速响应问题,能够快速地给系统一个EGR阀和TVA阀的输出值,完成了系统的开环控制；建立起的期望值计算模块及自适应控制模块完成了系统的闭环控制,给出了符合发动机当前工况的EGR阀及TVA阀的开度；系统还建立了监测和关闭模块对发动机状态进行监测,当系统发生错误时给出EGR阀及TVA阀的默认值；最后,冷却旁通阀开闭计算模块用来实现冷却器的开闭以实现回流温度调节。最后,根据标定好的发动机转速、喷油量、温度、空气质量等参数和EGR相关MAP值,对系统模块进行模拟仿真。仿真结果验证了EGR控制策略的正确性以及模块功能的可行性,从而表明该控制系统能精确有效实现EGR控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 柴油机的发展
• 1.3 柴油机的主要排放污染物及相关排放法规
• 1.3.1 柴油机主要排放污染物
• 1.3.2 排放物的危害
• 1.3.3 相关国内外排放法规
• 1.4 改善柴油机排放的措施和EGR技术现状
• 1.4.1 改善柴油机排放的措施
• 1.4.2 国内外EGR技术现状
• 1.5 论文的研究内容
• 1.6 论文的结构
• 第二章 EGR的工作原理及高压共轨柴油机EGR控制难点
• X的机理和对发动机的影响'>2.1 EGR降低NO_X的机理和对发动机的影响
• X的生成机理'>2.1.1 NO_X的生成机理
• X排放的机理'>2.1.2 EGR降低NO_X排放的机理
• 2.2 目前EGR技术主要存在问题
• 2.3 高压共轨柴油机EGR控制难点
• 2.4 本文研究的EGR系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 高压共轨柴油机EGR控制策略建模及仿真
• 3.1 EGR控制系统实现工具
• 3.1.1 基于模型的嵌入式系统开发模式
• 3.1.2 基于模型的V-Cycle开发模式
• 3.1.3 开发流程工具介绍
• 3.1.4 建模语言
• 3.2 高压共轨柴油机EGR控制策略
• 3.3 高压共轨柴油机EGR控制策略的建模
• 3.3.1 定义EGR控制系统
• 3.3.2 前馈值的计算
• 3.3.3 期望空气量的计算
• 3.3.4 自适应排气再循环控制器
• 3.3.5 监测和关闭
• 3.4 EGR系统控制模块的仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 高压共轨柴油机EGR冷却旁通阀控制策略建模及仿真
• 4.1 EGR冷却器的应用
• 4.2 冷却旁通阀的控制策略
• 4.3 冷却旁通阀开闭计算模块
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 论文结论
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文）
• 附录B 参量注释