随着常规能源的日趋枯竭和排放法规日益严格,迫使内燃机朝着低污染、低油耗和高比功率的方向发展。为同时实现降低污染物排放和提高燃油经济性这两个目标:一方面,需要提高排气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)率控制氮氧化合物(Nitrogen Oxides,NO_x)排放并保证空燃比从而控制微粒(Particulate matter,PM)排放;另一方面,通过精确匹配柴油机空气系统,优化排气背压从而降低柴油机的泵气损失是改善经济性的重要途径之一。传统的由固定截面增压器和EGR组成的空气系统,由于涡轮截面固定,实现柴油机全工况范围的排气背压优化存在较大困难。采用可变喷嘴涡轮增压器(Variable Nozzle Turbocharger,VNT)和EGR组成的空气系统,通过调节VNT开度,不仅可以提高柴油机的空燃比和EGR率,还可以通过调整VNT开度优化排气背压,改善柴油机经济性。EGR和VNT均由排气驱动,EGR率增加,则驱动涡轮的排气量减少,涡轮功率降低,导致增压压力降低,进气量减小。随着EGR率增大,需要减小VNT开度,提高增压压力和进气量。反之,则需要增加VNT开度。因此,EGR率控制需要同时控制VNT开度和EGR阀开度,但是EGR阀开度和VNT开度之间存在非线性关系。因此,提出基于进气歧管压力、进气质量流量的EGR与VNT协调控制策略。本文进行了如下研究:1)对EGR控制策略进行理论分析并基于MATLAB/Simulink建立EGR控制模型。EGR控制策略采用基于空气量与基于EGR阀位置的双闭环控制,保证了EGR控制系统的准确性与实效性。基于空气量的闭环控制包括EGR开环计算、目标空气量计算、PID自适应控制、监控与切换模块。基于EGR阀位置的闭环控制包括了EGR实际开度计算、PID自适应以及EGR占空比计算。2)对VNT开度的计算过程进行了理论分析并基于MATLAB/Simulink建立VNT控制模型。由于VNT柴油机空气系统的非线性和迟滞性将控制方式分为开环控制或开环与闭环共同控制。当柴油机处于瞬态工况时,通过开环控制计算出VNT开度,解决快速响应的需求。当柴油机处于稳态工况时,根据目标增压压力与实际增压压力的偏差进行PID闭环修正,计算出VNT增压器在当前工况下的开度。通过基于开度的闭环控制将VNT开度转换为占空比控制VNT增压器。将所设计的EGR控制策略模型和VNT控制策略模型与实验室自主开发的柴油机控制系统集成,并进行了台架测试,验证EGR与VNT控制策略的有效性。试验结果表明:EGR控制策略与增压控制策略能够在柴油机不同工况下,精确控制EGR率与增压开度,满足柴油机排放控制要求。通过EGR阀卡滞保护控制策略,能够有效监控EGR阀卡滞状态并在阀门卡滞后采取断电措施保护EGR阀。