天然气增压发动机废气旁通阀控制研究

发布时间：2020-05-18 10:17

【摘要】：随着汽车保有量的急剧增加,汽车废气造成环境污染严重。在节能减排的背景下,天然气作为车用燃料受到广泛重视和推广,是继汽油和柴油之后的第三大车用燃料。目前我国天然气发动机大部分是在原有汽油机和柴油机基础上进行系统改造而来的,其中动力性下降是其主要问题。改善发动机功率及热效率、进一步降低排放水平以及实现整车的优化匹配技术是天然气汽车推广应用的关键。涡轮增压中的废气旁通阀控制技术,能提高天然气发动机的燃烧效率和动力性等,因此针对废气旁通阀控制研究是非常有必要的。本文针对研究的废气旁通阀,将传统的机械式废气旁通阀改造成电控废气旁通阀。该电控废气旁通阀由气动执行机构和电磁阀控制端组成,根据分析两部分的数学模型,在Simulink软件中分别搭建其仿真模型。模型搭建完成后,仿真分析了废气旁通阀开启过程的影响因素及其变化规律,为电子废气旁通阀模型优化以及后续其选型设计提供依据。以DK4A柴油机为参考对象,在GT-Power软件中分别搭建了柴油机和改装后的天然气增压发动机。验证了模型的准确性后,将天然气发动机与增压器进行了重新匹配,根据匹配要求进行计算和分析,选择型号为GT2554R涡轮增压器。针对废气旁通阀开度的优化标定进行了研究,在天然气发动机的外特性工况下,根据分析同一转速下不同旁通阀开度对发动机性能的影响,标定了旁通阀最佳开度,在该开度下,天然气发动机的性能有所提升。以同样的标定方法,对发动机部分负荷下旁通阀开度进行了优化标定,得到了发动机全工况下旁通阀最优开度MAP,以及目标开度下发动机增压压力MAP。针对废气旁通阀控制策略进行了研究设计,采用开环前馈和闭环反馈相结合的复合控制方式。旁通阀控制模型分为增压压力控制和旁通阀位置控制,针对瞬态工况,采用以目标旁通阀开度开环前馈控制和旁通阀位置控制组合成单闭环控制;而稳态工况下,采用以目标增压压力闭环修正控制和旁通阀位置控制组合双闭环控制。在Simulink软件中搭建整个旁通阀控制模型,其中针对目标增压压力MAP和旁通阀最佳开度MAP,采用BP神经网络进行了数据优化处理;针对旁通阀位置控制,采用了增量式模糊PID控制器。将有天然气发动的GT-Power与有旁通阀模型及其控制模型的Simulink进行联合仿真分析,结果表明旁通阀位置控制器和增压压力控制器具有良好的控制效果。对于制定的旁通阀控制策略,完成了硬件电路设计和软件程序设计,旁通阀控制系统采用分布式控制方案,通过CAN通讯接口获取发动机参数,计算分析后输出PWM信号。利用自制的控制单元MCU,进行了电磁阀模型标定与测试实验,以及废气旁通阀控制的响应实验。通过模拟实验为搭建的电磁模型提供依据,验证了电子废气旁通阀控制策略的正确性,旁通阀控制系统能够实现基于标定的最优旁通阀开度进行控制,为以后的台架实验打下了良好的理论和实践基础。
【图文】：

趋势图,天然气燃料,天然气汽车,市场份额

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放气阀调节,方式,旁通阀,阀片

天然气增压发动机废气旁通阀控制研究旁通路径转入废气出口路径，从而减少提供给涡轮机转子的废气能量。传统的增压器废气旁通阀设计中，旁通阀阀片与摇臂片通过销钉连接在一起，并在阀片底部焊接或铆接而成。这种结构会加剧零件之间由于运动产生的磨损。长时间运行后，会出现间隙增加导致阀片在发动机低速时关不严，甚至脱落，，严重影响发动机的性能。如图 1.3 所示为几种不同放气阀调节方式。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.174

【参考文献】