高压共轨柴油机可变涡轮增压器匹配及控制策略研究

发布时间：2017-04-25 13:14

  本文关键词：高压共轨柴油机可变涡轮增压器匹配及控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在高压共轨增压柴油机中，传统的涡轮增压器存在高低转速时转矩无法兼顾、涡轮迟滞现象以及与EGR、喷油参数相互耦合等问题。可变涡轮增压器是一种可以随工况变化，通过调节叶片开度，实现排气涡轮面径比可变的增压机构，它可以有效地改善转矩对转速适应性差的问题，同时提高增压器的瞬态响应特性，减弱涡轮迟滞现象。另外通过设计VNT的控制策略，综合环境/冷却水温度、环境压力、进气压力、EGR率和喷油参数等影响因素的修正，精确地控制VNT的开度值，满足燃烧过程对进气量及时性和精确性的要求。 VNT的电子控制除了需要完善的ECU硬件接口、驱动电路以及可靠合理的执行机构外，还需要完善的控制策略，从而在常规工况下保证VNT工作的稳定性和精确性，在特殊工况仍可以保证工作的可靠性，如冷启动、瞬态、系统发生错误等工况。 本文主要从匹配和控制两个方面对增压器进行研究。 首先，通过匹配不同面径比的增压器，结果发现输出转矩对转速的适应性较差，在低转速时，小面径比的增压器性能较好；而在高转速时，大面径比的增压器有较好的增压效果，从而引出面径比可变的VNT，它通过调节VNT开度实现大小涡轮之间的切换，匹配效果较好，当匹配VNT时输出转矩对转速的适应性得到了改善，并且燃油消耗率有所降低，经济性区间较宽。 其次，在研究VNT的控制策略之前，通过台架试验研究增压器与EGR、增压器与喷油参数之间的耦合关系，并以试验为基础选择最佳的EGR率和喷油参数（主喷时刻和轨压）。 1）在NEDC工况下进行台架试验，分析EGR率对排气参数的影响。排气参数影响涡轮的入口状态，从而影响进气流量和进气压力，进气流量的变化又会直接影响实际的EGR率。 2）通过试验研究，分析主喷时刻和轨压对进排气参数的影响。喷油参数影响缸内燃烧，排气参数随燃烧过程的好坏而变化，而排气参数又会影响涡轮的入口状态，那么涡轮的入口状态将会直接影响增压器的工作特性。 通过研究表明：EGR与增压器协调工作时，从对进排气参数影响的角度分析，小负荷宜采用较大的EGR率，大负荷时宜采用较小的EGR率。增压器与喷油参数协调工作时，可以通过牺牲一部分热效率，采用较小的主喷时刻和轨压，从而改善进排气参数，提高增压器的增压能力。 第三，在增压器协调控制试验研究的基础上，又通过试验研究进排气参数、动力性和经济性随VNT开度的变化规律，标定了开环VNT开度以及目标进气压力MAP，为后期控制策略的设计提供试验基础。 最后，在以上三个试验的基础上，提出VNT的控制策略，采用开环前馈与闭环控制相结合的方式，分别以叶片开度和进气压力为控制目标，，针对稳态与瞬态工况，切换开闭环控制系统，并对控制模型进行模块划分，定义每个子模块的功能以及输入输出量。借助Simulink软件设计控制策略的仿真模型并进行试验验证，误差在5%之内，可以作为后期研究的基础。
【关键词】：高压共轨 增压器 匹配 耦合 面径比 VNT 控制策略
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-14
• 1.2 增压器的匹配现状14-18
• 1.2.1 废气涡轮增压器匹配面临的挑战14-16
• 1.2.2 VNT 的工作原理16-17
• 1.2.3 VNT 的匹配现状17-18
• 1.3 VNT 的控制现状18-21
• 1.3.1 四冲程内燃机进气量和进气压力的关系18
• 1.3.2 VNT 的控制策略研究现状18-19
• 1.3.3 VNT 的协调控制研究现状19-21
• 1.4 本文的研究内容与意义21-23
• 1.4.1 本文的研究内容21-22
• 1.4.2 本文的研究意义22-23
• 第2章 试验台架及设备23-27
• 2.1 试验台架23-25
• 2.1.1 试验样机24-25
• 2.1.2 试验测试设备25
• 2.2 INCA 软件25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 增压器与发动机的匹配27-35
• 3.1 增压对发动机性能的影响27-30
• 3.1.1 增压器与发动机的匹配原则27
• 3.1.2 不同 WG 增压器对发动机性能的影响27-30
• 3.2 VNT 对发动机性能的影响30-33
• 3.3 本章小结33-35
• 第4章 VNT 协调控制策略35-81
• 4.1 废气涡轮增压器与 EGR 耦合关系的试验研究35-44
• 4.1.1 EGR 率对进排气过程的影响36-42
• 4.1.2 EGR 率对动力性的影响42-43
• 4.1.3 EGR 率对经济性的影响43-44
• 4.2 废气涡轮增压器与喷射参数耦合关系的试验研究44-67
• 4.2.1 主喷时刻与增压器耦合对性能的影响45-56
• 4.2.2 轨压与增压器耦合对性能的影响56-67
• 4.3 VNT 开度对发动机性能的影响67-73
• 4.3.1 VNT 开度对性能影响的试验研究67-72
• 4.3.2 VNT 控制 MAP 的制定72-73
• 4.4 VNT 控制策略的制定73-78
• 4.4.1 前馈控制和反馈控制74-75
• 4.4.2 VNT 控制策略设计75-76
• 4.4.3 VNT 控制模块的划分76-78
• 4.5 本章小结78-81
• 第5章 VNT 控制策略的仿真模型及验证81-91
• 5.1 仿真软件的介绍81
• 5.2 VNT 控制的仿真模型81-90
• 5.2.1 基于叶片位置的开环控制模型82-84
• 5.2.2 基于目标进气压力的双闭环控制模型84-89
• 5.2.3 增压监测关闭控制模型89-90
• 5.3 本章小结90-91
• 第6章 全文总结和展望91-95
• 6.1 全文总结91-93
• 6.2 全文展望93-95
• 参考文献95-101
• 作者简介及科研成果101-102
• 致谢102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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  本文关键词：高压共轨柴油机可变涡轮增压器匹配及控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：326397