高壓共軌柴油機可變渦輪增壓器匹配及控制策略研究

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1、—————————————————————高壓共軌柴油機可變渦輪增壓器匹配及控制策略研究—————————————————————ResearchonVNTMatchandControlStrategyofHighPressureCommonRailDieselEngine作者姓名:彭成成領域(方向):動力工程指導教師:林學東教授類別:工程碩士答辯日期:2015年6月4日摘要高壓共軌柴油機可變渦輪增壓器匹配及控制策略研究在高壓共軌增壓柴油機中,傳統(tǒng)的渦輪增壓器存在高低轉速時轉矩無法兼顧、渦輪遲滯現(xiàn)象以及與EGR、噴油參

2、數(shù)相互耦合等問題??勺儨u輪增壓器是一種可以隨工況變化,通過調(diào)節(jié)葉片開度,實現(xiàn)排氣渦輪面徑比可變的增壓機構,它可以有效地改善轉矩對轉速適應性差的問題,同時提高增壓器的瞬態(tài)響應特性,減弱渦輪遲滯現(xiàn)象。另外通過設計VNT的控制策略,綜合環(huán)境/冷卻水溫度、環(huán)境壓力、進氣壓力、EGR率和噴油參數(shù)等影響因素的修正,精確地控制VNT的開度值,滿足燃燒過程對進氣量及時性和精確性的要求。VNT的電子控制除了需要完善的ECU硬件接口、驅動電路以及可靠合理的執(zhí)行機構外,還需要完善的控制策略,從而在常規(guī)工況下保證VNT工作的穩(wěn)定性和精確性,在

3、特殊工況仍可以保證工作的可靠性,如冷啟動、瞬態(tài)、系統(tǒng)發(fā)生錯誤等工況。本文主要從匹配和控制兩個方面對增壓器進行研究。首先,通過匹配不同面徑比的增壓器,結果發(fā)現(xiàn)輸出轉矩對轉速的適應性較差,在低轉速時,小面徑比的增壓器性能較好;而在高轉速時,大面徑比的增壓器有較好的增壓效果,從而引出面徑比可變的VNT,它通過調(diào)節(jié)VNT開度實現(xiàn)大小渦輪之間的切換,匹配效果較好,當匹配VNT時輸出轉矩對轉速的適應性得到了改善,并且燃油消耗率有所降低,經(jīng)濟性區(qū)間較寬。其次,在研究VNT的控制策略之前,通過臺架試驗研究增壓器與EGR、增壓器與噴油參

4、數(shù)之間的耦合關系,并以試驗為基礎選擇最佳的EGR率和噴油參數(shù)(主噴時刻和軌壓)。1)在NEDC工況下進行臺架試驗,分析EGR率對排氣參數(shù)的影響。排氣參數(shù)影響渦輪的入口狀態(tài),從而影響進氣流量和進氣壓力,進氣流量的變化又會直接影響實際的EGR率。2)通過試驗研究,分析主噴時刻和軌壓對進排氣參數(shù)的影響。噴油參數(shù)影響缸內(nèi)燃燒,排氣參數(shù)隨燃燒過程的好壞而變化,而排氣參數(shù)又會影響渦輪的入口狀態(tài),那么渦輪的入口狀態(tài)將會直接影響增壓器的工作特性。通過研究表明:EGR與增壓器協(xié)調(diào)工作時,從對進排氣參數(shù)影響的角度分析,小負荷宜采用較大的E

5、GR率,大負荷時宜采用較小的EGR率。增壓器與噴油參數(shù)協(xié)調(diào)工作時,可以通過犧牲一部分熱效率,采用較小的主噴時刻和軌壓,從而改善進排氣參數(shù),提高增壓器的增壓能力。I第三,在增壓器協(xié)調(diào)控制試驗研究的基礎上,又通過試驗研究進排氣參數(shù)、動力性和經(jīng)濟性隨VNT開度的變化規(guī)律,標定了開環(huán)VNT開度以及目標進氣壓力MAP,為后期控制策略的設計提供試驗基礎。最后,在以上三個試驗的基礎上,提出VNT的控制策略,采用開環(huán)前饋與閉環(huán)控制相結合的方式,分別以葉片開度和進氣壓力為控制目標,針對穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)工況,切換開閉環(huán)控制系統(tǒng),并對控制模型進行

6、模塊劃分,定義每個子模塊的功能以及輸入輸出量。借助Simulink軟件設計控制策略的仿真模型并進行試驗驗證,誤差在5%之內(nèi),可以作為后期研究的基礎。關鍵詞:高壓共軌,增壓器,匹配,耦合,面徑比,VNT,控制策略IIABSTRACTResearchonVNTMatchandControlStrategyofHighPressureCommonRailDieselEngineInthehighpressurecommonraildieselengine,thetraditionalturbochargershavesome

7、problemsthatitisimpossibletoachieveenoughtorqueathighandlowspeedsynchronously,andturbinelag,matchingproblemsofturbochargerandEGR,turbochargerandinjectionparameters.VNTisakindofmechanismwhosediameterratio(A/R)ofturbineisvariablebyadjustingthebladeopening,anditcou

8、ldeffectivelyimprovethetorquecontradictionathighandlowspeed,atthesametimealsocanimprovetransientresponseandturbinelag.Inaddition,throughthecontrolstrategydesignofVNTa

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