涡轮增压柴油机废气排放的预测控制

涡轮增压柴油机废气排放的预测控制

研究了配备有废气再循环（EGR）阀和可变几何涡轮增压器（VGT）柴油机的排放控制系统。提出了一种新的基于多模型预测控制（MMPC）技术的控制策略，该策略考虑了控制问题的约束，同时利用了非线性模型，以提高控制性能。MMPC控制器通过调节空燃比以满足燃料消耗和转矩响应，调节EGR以降低污染物排放，尤其是NOx排放。对比分析了MMPC控制器和基于广义预测控制（GPC）控制器的动态特性，并通过仿真结果验证了该方案的可行性。

一般先进的柴油机都配备了额外的硬件（如EGR阀和VGT）以满足排放限值。一种降低柴油机排放的可行方法是废气经过EGR阀再循环。然而，涡轮增压柴油机功率密度增加，需要更多的空气进入气缸，在相同体积和不增加空气燃料比条件下消耗更多的燃料。EGR阀和VGT工作与废气排放情况高度耦合，传统发动机控制结构通常忽视这种耦合。MMPC控制策略则能够有效解决这一问题。

介绍了MMPC控制策略，该策略包含了4个线性模型的模型预测控制（MPC）。此外，这些模型是在某些工作点导出的，使用雅可比线性化设计控制器和控制变量。控制器采用了合适的结构方式，以保证发动机转矩和最小燃料消耗。在不降低效率和动态特性的前提下给出了废气的约束。在不同的工作条件下，通过计算机仿真验证了该设计方法的性能。

刊名：IECON（英）

刊期：2015年第11期

作者：Hamed Nademi

编译：王亮