Air Fraction and EGR Proportion Control for Dual Loop EGR Diesel Engines

Control de la facción de aire fresco y proporción de EGR en motores Diesel de doble circuito de EGR

Este artículo describe una nueva técnica para controlar la fracción de aire fresco en el colector de admisión de motores Diesel con doble circuito de recirculación de gases de escape (RGE). Esta estrategia de control permite regular eficientemente la fracción de aire, satisfaciendo al mismo tiempo una proporción deseada entre las RGE de alta y baja presión. Basado en un modelo físico de la dinámica de la fracción de aire a lo largo del sistema de aire del motor, se diseña un regulador lineal cuadrático a parámetros variables (LPV-LQR) para asegurar la estabilidad de la fracción de aire y minimizar un índice de desempeño cuadrático. La controlabilidad del sistema, necesaria para garantizar la existencia del controlador LPV-LQR, se verifica mediante la definición de un subespacio convexo de parámetros utilizando un enfoque politópico. El controlador es evaluado bajo fuertes condiciones transitorias utilizando como referencia un modelo del motor validado experimentalmente.

1. INTRODUCCIÓN

La normativa sobre las emisiones de los motores diésel es cada vez más estricta, y satisfacer simultáneamente la legislación sobre emisiones y los objetivos deseados de manejabilidad del motor es una cuestión especialmente difícil. Aunque en los últimos años se han introducido mejoras significativas, aún quedan muchas cuestiones técnicas por resolver para cumplir las futuras leyes de regulación de las emisiones. La introducción de sofisticados modos de combustión alternativos, como el encendido por compresión de carga homogénea (HCCI), la combustión a baja temperatura (LTC) y el encendido por compresión controlado premezclado (PCCI), ofrece un gran potencial para reducir los niveles de emisiones del motor [1]-[3]. Sin embargo, estos nuevos modos requieren estrategias de alimentación de combustible y condiciones en el cilindro específicas, creando así la necesidad de sistemas y tecnologías de control más complejos, fiables y precisos.

La recirculación de los gases de escape (EGR) de doble bucle con recirculación de alta (HP) y baja presión (LP) es una de las nuevas estrategias que pueden proporcionar las condiciones adecuadas para múltiples modos de combustión [4]. De hecho, la cantidad total de EGR en el cilindro, así como la relación entre la EGR de alta presión (HP-EGR) y la EGR de baja presión (LP-EGR) permiten controlar eficazmente la combustión en el cilindro y las emisiones del motor. La regulación de la fracción de aire en el colector de admisión es una forma eficaz de controlar las condiciones de EGR en el cilindro [5], [6]. Además, en el caso de los motores con sistemas de EGR dobles, la fracción de aire antes del compresor proporciona la tasa de EGR LP, mientras que la fracción de aire en el colector de admisión proporciona la tasa total de EGR. Por lo tanto, si las fracciones de aire en cada sección de la trayectoria del aire del motor están bien reguladas, entonces la HP y la LP-EGR también pueden controlarse eficazmente.  Sin embargo, garantizar las condiciones adecuadas en el cilindro sigue siendo una tarea especialmente difícil, ya que la introducción de la EGR implica diseñar controladores eficientes a pesar de la falta de mediciones de los caudales de EGR y de la fracción de aire.​