柴油机电子节气门控制策略研究

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面对日益严峻的能源消耗与环境污染问题,柴油机需要使用机内净化技术与后处理技术才能满足日益严格的排放法规与燃油消耗标准。排气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)技术、颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)、选择性催还还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技术等作为柴油机节能减排的关键技术,在降低柴油机排放的同时也面临了一些问题,首先,对于装备了涡轮增压系统的柴油机,在低转速、高负荷工况下,排气平均压力低于进气压力,排气难以流入进气管,造成NOx排放偏高。此外,在国六排放标准采用的瞬态测试循环(World Harmonized Transient Cycle,WHTC)中,低负荷工况点的排气温度较低,SCR催化转化效率不佳,无法满足DPF再生温度的需求。通过节气门可以减少柴油机的进气流量,对提高EGR率和排气温度具有重要的意义。为此,课题展开了对柴油机电子节气门控制策略的研究。通过分析柴油机节气门的控制需求,设计基于进气量和节气门位置的双闭环控制架构。针对柴油机的工况变化,设计PID控制参数自适应修正策略,提高闭环控制的准确性。在位置控制策略中设计自学习及软落座保护策略,对节气门阀门的位置和移动速度进行修正及限制,保证节气门的稳定运行。针对节气门中存在的响应迟滞问题,设计滞后补偿策略,对节气门驱动占空比进行补偿,提高控制的响应速度。通过AMESim软件建立柴油机节气门仿真模型,并与Simulnik软件进行了联合仿真,对节气门控制策略的可靠性及响应性能进行验证,通过仿真研究节气门开度变化对柴油机EGR率的影响。最后,将所设计的节气门控制策略模型与实验室自主开发的柴油机控制系统集成,进行台架测试,验证节气门控制策略的有效性,并研究节气门开度对柴油机排放温度及排放特性的影响。仿真及试验结果表明:设计的柴油机节气门控制策略具有良好的开度控制性能,能够满足柴油机节气门的控制需求,通过控制节气门的开度能够显著增加柴油机的EGR率及排气温度,满足柴油机的排放要求。
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