中国重型车国6排放,这一有史以来最具挑战性的法规即将出台,要满足该法规要求,柴油机再仅靠提高燃油的喷射精度已无法实现期望的燃烧控制及相应的排放限值。随着国内柴油机国6项目的开发深入,空气系统控制的重要性已越来越被重视。目前,传统的空气控制系统,是以新鲜空气进气流量为控制目标,以热膜式空气流量计作为控制依据。由于控制目标不清晰,控制理论不完善,极易受匹配及环境条件影响等原因,导致控制精度低,难以有效控制排放水平,且标定复杂,适应性很差。为了克服传统空气系统的上述缺陷,本文通过对影响柴油机燃烧因素的深入分析,提出了有效EGR率的概念。重新设计了新的空气系统,并制定了以空燃比和有效EGR率作为控制目标的控制策略。通过对有效EGR率的控制解决了传统空气系统没有考虑柴油机过量空气燃烧,废气中影响燃烧的CO2比例不稳定的缺陷。通过对影响空燃比的原因分析,采用新的空气系统控制策略。新的策略以增压器和节气门作为空燃比的控制手段,EGR阀作为EGR率的控制手段,解决了传统空气系统EGR阀、节气门同时影响空燃比和EGR率的控制冲突问题。为提高控制响应性和适应性,本文还研究了基于模型的预控制策略,使用了流体力学的音速喷嘴原理搭建阀类零部件的流量预测模型,以提高阀开度的预控制精度。为提高闭环控制的响应,还研究了预估补偿PID的控制策略,对闭环差异做快速分析预测以进一步提高空气系统的控制效果。新的空气系统控制策略大幅提高了控制精度和响应性,使燃烧过程得到更有效的控制,并且简化了标定,增强了适应性。新的空气系统控制策略需要以进气混合气氧浓度为控制依据,但传统的氧传感器是为排气环境而设计的,其测量环境温度、测量压力范围、露点处理都与进气环境存在很大差异。排气环境一般为150～800 ℃的中高温度,测量压力接近大气压,测量介质容易达到露点,而且排气中极易产生冷凝水。而进气温度一般不超过70℃,进气压力因增压器的原因相对排气压力变化范围大很多,进气难以达到露点。以上条件差异决定必须对传统宽裕氧传感器重新开发,以适应进气环境的测量。针对上述需求,重新设计了氧传感器的加热模块,使传感器能够快速达到工作温度;开发了压力补偿模块以解决进气压力大幅变化的问题;并且通过对传感器探头结构的改进和特殊涂层的应用,特别强化了传感器的耐淋水性能,以解决进气露点处理困难,使传感器能够快速进入有效工作状态。