2.0TC高压共轨柴油机EGR控制策略的研究

【摘要】随着社会的发展，环境污染和能源短缺的问题越来越严重，节能环保的呼吁对内燃机的发展提出了挑战。轻型高速柴油机压缩比较大和稀薄燃烧的特点使其具备良好的动力性和经济性，且CO和HC排放远低于汽油机。此外，柴油机还能够有效降低CO2的排放，实现低碳燃烧。柴油机因其具备节能环保、低碳排放的优点而受到了广泛欢迎，加之欧美等国家对轻型柴油机各方面技术的成功应用，进一步促进了我国汽车柴油化的趋势。虽然柴油机具备上述优点，但是正是由于柴油机区别于汽油机的特殊燃烧方式，其和微粒排放较高。随着柴油机的广泛应用及排放法规越来越严格，柴油机的排放问题已经成为了制约柴油机发展的主要因素。目前应对柴油机排放问题的技术路线主要有两条：第一，电控高压共轨喷射技术+SCR路线；第二，电控高压共轨喷射技术+EGR+DOC/DPF/POC。SCR控制技术相对复杂，且SCR系统需要安装尿素定量和喷射系统，开发成本较高。对轻型柴油机而言，使用EGR路线，开发成本优势非常明显。电控EGR系统在柴油机运行的全工况下，为了实现对柴油机再循环废气量的灵活控制、实现对柴油机排放性能的改善。除了需要依靠ECU等硬件、底层电路和机械结构的良好配合外，还需要制定合理的EGR控制策略。合理的EGR控制策略，不仅能够减少标定的工作量、缩短标定周期，还可以实现不同工况下对EGR率（EGR阀门开度）的精确灵活控制，使发动机综合性能达到最佳。发动机在不同工况下运行时，对发动机动力性、经济性和排放性的需求不同。本文首先通过对2.0TC高压共轨柴油机台架进行试验，分析研究了整车常用工况下，EGR率对发动机经济性、动力性、排放性及放热规律的影响，并由此确定了试验工况下，使发动机综合性能最佳的EGR率。然后根据试验数据的分析结果，制定了合理的EGR控制策略，使发动机运行在不同工况时，均能达到最佳EGR率。对应的具体控制策略如下：1.当发动机运行在起动和怠速工况时，由于燃烧温度不高,NOx的排放量较少，此时，为了使发动机能够顺利的起动并在怠速工况下稳定运转,需要关闭EGR阀；2.在低转速区，10%负荷以内，由于NOx排放量较低，且随着EGR率的增加，油耗率显著增加，输出转矩明显下降。因此在低转速10%负荷以内，不使用EGR或者采用很小的EGR率；在20%-80%负荷范围内，NOx的排放较高，此时采用较大的EGR率，对油耗和输出转矩及HC、CO的排放影响不大，却可以显著降低NOx的排放，因此这些工况要采用较大的EGR率。3.中高转速时，NOx排放较高，在中小负荷下，为了满足排放要求，应使用较大的EGR率；而大负荷时，为了保证动力性能够满足需求，不使用EGR或使用较小的EGR率。4.发动机超速、超长怠速、换挡、冷却水温过低过高、环境温度过高过低、大气压过低等特殊情况出现时，由于燃烧环境差，NOx排放量不高，为了保证发动机正常稳定运行，关闭EGR阀。基于以上的EGR控制策略，运用Matlab/Simulink软件建立了EGR位置控制和基于EGR率的EGR开度修正模块的双闭环控制模型并进行了仿真验证。通过对模型的优化及参数的调整，使模型在不同工况下的仿真结果与整车常用工况下的试验数据相吻合，从而保证EGR控制模型能够满足实际应用的精度需求。仿真结果表明：使用建立的EGR阀控制模型仿真得到的结果能够很好的和实验测量值吻合，这表明控制策略及其仿真模型在试验柴油机的整车常用工况范围内均能够满足实际应用的需求，这为模型转化为底层控制代码，用于新的电控系统的开发奠定了基础。
【作者】栾晓芳；
【导师】林学东；
【作者基本信息】吉林大学，动力工程，2014，硕士
【关键词】高压共轨；轻型柴油机；EGR；控制策略；

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