渦輪增壓發動機節流閥和排氣門模型預測控制器的設計

渦輪增壓發動機節流閥和排氣門模型預測控制器的設計

在汽油機中，理論配比的空燃比可以使催化轉化器處于最優工作區域，這將導致發動機輸出轉矩與發動機氣流之間的強耦合，需要對發動機空氣流量快速而精確地控制，可以采用在發動機進氣歧管處安裝一個節流閥的方法對空氣流量進行控制。而渦輪增壓發動機空氣流量取決于由壓縮器增加的節流閥入口壓力。該壓力可通過排氣門進行調節。通過采用節流閥和排氣門控制器設計解決發動機氣流和增壓控制的雙輸入、雙輸出問題。

采用線性模型預測控制（MPC）協調節流閥和渦輪增壓器廢氣驅動來對發動機氣流量增壓壓力進行控制。對用于線性模型預測控制的預測模型進行簡化，降低了對存儲器內存的需求。模型中沒有考慮可變凸輪正時對模型預測的影響，而是在線性模型預測控制的魯棒性分析中考慮了這一影響。比較了抗飽和積分器以及卡爾曼濾波兩種分析方法，實現對發動機氣流和增壓壓力的無偏移跟蹤。對比分析結果表明，卡爾曼濾波干擾估算法改善了凸輪正時的瞬態特性，提高了其穩定性。

未來的研究工作主要是魯棒性評估，在評估當中會考慮其它影響因素，特別是影響氣門正時的因素，例如渦輪增壓器的增速作用等。此外，計劃采用更為精確的線性模型預測控制，以此精確測試非線性模型和發動機功率。

Santillo,M.et al.American Control Conference(ACC), 17-19 June 2013.

編譯：賀蓉