Model Based Boost Pressure and Exhaust Gas Recirculation Rate Control for a Diesel Engine With Variable Turbine Geometry

IEEE Trans. Contr. Syst. Technol.

Nielsen

2010

Abstract-A control structure is proposed and investigated for coordinated control of exhaust gas recirculation (EGR) valve and variable geometry turbochargers (VGT) position in heavy duty diesel engines. Main control goals are to fulfill the legislated emission levels, to reduce the fuel consumption, and to fulfill safe operation of the turbocharger. These goals are achieved through regulation of normalized oxygen/fuel ratio, , and intake manifold EGR-fraction. These are chosen both as main performance variables and feedback variables since they contain information about when it is possible to decrease the fuel consumption by minimizing the pumping work. Based on this a novel and simple pumping work minimization strategy is developed. The proposed performance variables are also strongly coupled to the emissions which makes it easier to adjust set-points, e.g., depending on measured emissions during an emission calibration process, since it is more straightforward than control of manifold pressure and air mass flow. Further, internally the controller is structured to handle the different control objectives. Controller tuning is important for performance but can be time consuming so the controller objectives are captured in a cost function, which makes automatic tuning possible even though objectives are conflicting. Performance tradeoffs are necessary and are illustrated on the European Transient Cycle. The controller is validated in an engine test cell, where it is experimentally demonstrated that the controller achieves all the control objectives and that the current production controller has at least 26% higher pumping losses compared to the proposed controller.Index Terms-Diesel engine modeling, exhaust gas recirculation (EGR)-fraction, engine control, oxygen/fuel ratio, proportional-integral-derivative (PID).

Section: Proposed Control Approachmentioning

confidence: 99%

“…Various approaches have been published, and an overview of different control aspects is given in [2]. A multi-variable controller is presented in [3], some approaches that differ in the selection of performance variables are compared in [4], and in [5] decoupling control is investigated. Other control approaches are described in [6]- [12].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

EGR-VGT Control and Tuning for Pumping Work Minimization and Emission Control

IEEE Trans. Contr. Syst. Technol.

Nielsen

2010

“…Reference [2] presents a good overview of different control aspects of Diesel engines with EGR and VGT, and in [3] there is a comparison of some control approaches with different selections of performance variables. Other control approaches are described in [4][5][6][7][8][9][10][11][12].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Nonlinear EGR and VGT Control with Integral Action for Diesel Engines

Oil Gas Sci. Technol. – Rev. IFP Energies nouvelles

2011

Résumé -Régulation de Recirculation des Gaz d'Echappement (RGE) et de Turbine à Géo-métrie Variable (TGV) non linéaire avec action intégrée pour moteursDiesel -Une conception de régulation non linéaire à variables multiples avec action intégrée est proposée et étudiée pour une régulation de la Recirculation des Gaz d'Echappement (RGE) et une Turbine à Géométrie Variable (TGV) au sein de moteurs Diesel à usage industriel. L'objectif principal de la régulation consiste à réguler le rapport oxygène / carburant et la fraction de RGE de tubulure d'admission, qui sont spécifiés au sein d'une boucle extérieure. Ceux-ci sont choisis en tant que variables de performance principales puisqu'ils sont fortement associés aux émissions. Une conception de régulation non linéaire existante basée sur une linéarisation en retour est étendue avec une action intégrée. En particulier, la méthode de conception de régulation utilise une fonction de Lyapunov, une régulation optimale inverse et une transformation de données d'entrée non linéaire. Des comparaisons entre des structures de régulation différentes sont réalisées par des simulations présentant les quatre points suivants. Premièrement, une action intégrée est nécessaire pour gérer les erreurs de modèle, de sorte que le régulateur puisse suivre les variables de performance spécifiées dans la boucle extérieure. Deuxièmement, la conception de régulation proposée gère les effets non linéaires au sein du moteur Diesel, ce qui conduit à des erreurs de régulation moindres par comparaison avec une structure de régulation au moyen de régulateurs PID. Troisièmement, il est important d'utiliser la transformation de données d'entrée et il est suffisant d'utiliser une structure de régulateur dotée de contrôleurs PID et d'une transformation de données d'entrée pour gérer les effets non linéaires. Quatrièmement, la conception de régulation proposée est sensible aux erreurs de modèle au cours de la transformation de données d'entrée tandis qu'une structure de régulation dotée de contrôleurs PID et d'une transformation d'entrée gère ces erreurs de modèle. Abstract -Nonlinear EGR and VGT Control with Integral Action for Diesel Engines -A nonlinear multivariable control design with integral action is proposed and investigated for control of Exhaust Gas Recirculation (EGR) and Variable Geometry Turbine (VGT) in heavy duty

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Nonlinear EGR and VGT Control with Integral Action for Diesel Engines

IFAC Proceedings Volumes

2009

-Régulation de Recirculation des Gaz d'Echappement (RGE) et de Turbine à Géométrie Variable (TGV) non linéaire avec action intégrée pour moteurs Diesel-Une conception de régulation non linéaire à variables multiples avec action intégrée est proposée et étudiée pour une régulation de la Recirculation des Gaz d'Echappement (RGE) et une Turbine à Géométrie Variable (TGV) au sein de moteurs Diesel à usage industriel. L'objectif principal de la régulation consiste à réguler le rapport oxygène / carburant et la fraction de RGE de tubulure d'admission, qui sont spécifiés au sein d'une boucle extérieure. Ceux-ci sont choisis en tant que variables de performance principales puisqu'ils sont fortement associés aux émissions. Une conception de régulation non linéaire existante basée sur une linéarisation en retour est étendue avec une action intégrée. En particulier, la méthode de conception de régulation utilise une fonction de Lyapunov, une régulation optimale inverse et une transformation de données d'entrée non linéaire. Des comparaisons entre des structures de régulation différentes sont réalisées par des simulations présentant les quatre points suivants. Premièrement, une action intégrée est nécessaire pour gérer les erreurs de modèle, de sorte que le régulateur puisse suivre les variables de performance spécifiées dans la boucle extérieure. Deuxièmement, la conception de régulation proposée gère les effets non linéaires au sein du moteur Diesel, ce qui conduit à des erreurs de régulation moindres par comparaison avec une structure de régulation au moyen de régulateurs PID. Troisièmement, il est important d'utiliser la transformation de données d'entrée et il est suffisant d'utiliser une structure de régulateur dotée de contrôleurs PID et d'une transformation de données d'entrée pour gérer les effets non linéaires. Quatrièmement, la conception de régulation proposée est sensible aux erreurs de modèle au cours de la transformation de données d'entrée tandis qu'une structure de régulation dotée de contrôleurs PID et d'une transformation d'entrée gère ces erreurs de modèle.