專利名稱：柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)增壓控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種能根據(jù)高原海拔高度變化，進(jìn)行自適 應(yīng)調(diào)節(jié)的可變截面增壓系統(tǒng)。 技術(shù)背景我國(guó)擁有世界上最大面積的高原地域，海拔高度IOOO米以上的高原面積約占全國(guó)總面積 的58%， 2000米以上的高原約占33%。青藏高原是我國(guó)乃至世界上最具代表性的高原，平 均海拔4000米以上。青藏高原不僅平均海拔高，更具有海拔變化范圍大的特點(diǎn)，進(jìn)藏的青藏、 川藏和新藏三條公路海拔變化范圍最大可達(dá)4000米。由于隨海拔升高，大氣壓力下降，進(jìn)氣量減小，柴油機(jī)在高原工作會(huì)出現(xiàn)功率下降、油 耗上升等問(wèn)題。對(duì)于自然吸氣柴油機(jī)，海拔每升高1000米，功率約下降8-10%，外特性最低 燃油消耗率約增加3-4%，并且可靠性明顯降低。柴油機(jī)匹配渦輪增壓器能夠提高進(jìn)氣量，同 時(shí)輔以供油量調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)在固定海拔的性能恢復(fù)。工作在青藏高原的柴油機(jī)變海拔工作 需求強(qiáng)烈，當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行海拔相對(duì)匹配海拔上升或下降時(shí)，進(jìn)氣量偏離最佳進(jìn)氣量，性能仍 會(huì)下降。可變截面增壓器能根據(jù)海拔變化，調(diào)整渦輪噴嘴環(huán)開(kāi)度來(lái)改變渦輪流通截面。這相 當(dāng)于在不同海拔為柴油機(jī)匹配了一系列固定截面增壓器，為柴油機(jī)提供各海拔下的最佳進(jìn)氣 量，從而使柴油機(jī)適應(yīng)海拔高度的變化，實(shí)現(xiàn)全海拔的最佳動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)檢索， 國(guó)內(nèi)外公開(kāi)的文獻(xiàn)中沒(méi)有采用可變截面增壓技術(shù)解決柴油機(jī)高原適應(yīng)性問(wèn)題的相關(guān)文獻(xiàn)。 發(fā)明內(nèi)容-本發(fā)明目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)現(xiàn)有增壓系統(tǒng)不能適應(yīng)海拔變化的缺陷， 設(shè)計(jì)一種柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓控制方法及系統(tǒng)。柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓控制方法，其特征在于，含有由電子控制單元控制執(zhí)行的以下步驟1)在穩(wěn)態(tài)工況下1.1) 電子控制單元接收壓力傳感器上傳的壓氣機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門(mén) 位置信號(hào)，根據(jù)該上述三個(gè)信號(hào)查詢最佳增壓壓力MAP圖，得到最佳增壓壓力/^,;1.2) 接收溫度傳感器上傳的壓氣機(jī)進(jìn)氣口的溫度值，根據(jù)該溫度值對(duì)所述最佳增壓壓力 /V進(jìn)行修正，得到目標(biāo)增壓壓力;1.3) 接收另一個(gè)壓力傳感器上傳的中冷器出口處的實(shí)際增壓壓力/^(，計(jì)算目標(biāo)增壓壓力 p。A,與中冷器出口端的實(shí)際增壓壓力&的差值A(chǔ)p ;1.4) 利用PI控制器根據(jù)上述差值A(chǔ)p控制渦輪噴嘴環(huán)開(kāi)度/"，使得可變截面渦輪具有最佳 的流通截面；2)在瞬態(tài)工況下電子控制單元接收發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和壓氣機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào)，根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和壓氣 機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào)査詢最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度MAP圖，得到最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度；,，使得可變截面渦輪 具有最佳的流通截面。在上述1.2)步中，以溫度值對(duì)所述最佳增壓壓力p，進(jìn)行修正的方法進(jìn)氣溫度相對(duì)25°C 上升rC，最佳增壓壓力p一修正-(0.002 0.003)bar;進(jìn)氣溫度相對(duì)25'C下降1'C，最佳增壓 壓力 ,修正+ (0.002 0.003)bar。柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓系統(tǒng)，其特征在于，含有具有柴油機(jī)、中冷器、由壓氣機(jī)和可 變截面渦輪組成的可變截面增壓器，及電子控制單元，在該可變截面增壓器內(nèi)部有可繞自身軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的噴嘴環(huán)葉片；所述柴油機(jī)的出氣口連接可變截面渦輪的進(jìn)氣口，所述可變截面渦 輪與所述壓氣機(jī)同軸，所述壓氣機(jī)的出氣口連接中冷器的進(jìn)氣口，所述中冷器的出氣口連接 柴油機(jī)的進(jìn)氣口；在所述壓氣機(jī)的進(jìn)氣口裝有壓力傳感器和溫度傳感器，將壓力信號(hào)和溫度 信號(hào)傳給電子控制單元；所述柴油機(jī)內(nèi)部配備有轉(zhuǎn)速傳感器和油門(mén)位置傳感器，將柴油機(jī)的 轉(zhuǎn)速和油門(mén)位置信號(hào)傳輸給所述電子控制單元；在中冷器的出氣口裝有另一個(gè)壓力傳感器， 將中冷器出氣口的實(shí)際增壓壓力傳給電子控制單元；所述電子控制單元的控制信號(hào)輸出端連 接可變截面渦輪的控制信號(hào)輸入端。試驗(yàn)證明，在不同海拔高度，控制方法和系統(tǒng)能夠根據(jù)進(jìn)氣條件及柴油機(jī)運(yùn)行工況控制 可變截面渦輪噴嘴環(huán)開(kāi)度，使可變截面渦輪具有最佳的流通截面，達(dá)到了預(yù)期的目的。實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)避免壓氣機(jī)喘振、增壓器超速及渦輪前排 氣溫度過(guò)高等問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為穩(wěn)態(tài)工況控制方法。圖3為瞬態(tài)工況控制方法。
具體實(shí)施例方式如圖1所示的柴油機(jī)高原變海拔自適應(yīng)增壓系統(tǒng)，具有柴油機(jī)6，中冷器4，由壓氣機(jī)2 和可變截面渦輪9組成的可變截面增壓器及電子控制單元16，柴油機(jī)具有進(jìn)氣口5、出氣口 7，可變截面增壓器具有壓氣機(jī)2和可變截面渦輪9，壓氣機(jī)2和可變截面渦輪9同軸，壓氣 機(jī)2具有進(jìn)氣口 1和出氣口 3，可變截面渦輪9具有進(jìn)氣口 8和出氣口 10，壓氣機(jī)出氣口 3 與中冷器4相連，中冷器4與柴油機(jī)進(jìn)氣口5相連，可變截面渦輪進(jìn)氣口 8與柴油機(jī)出氣口 7相連?？勺兘孛鏈u輪9內(nèi)部具有可繞自身軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的噴嘴環(huán)葉片。ll是柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、 12是油門(mén)位置信號(hào)、13是中冷器出口處的實(shí)際增壓壓力信號(hào)、14是壓氣機(jī)進(jìn)氣口的溫度信 號(hào)、15是壓氣機(jī)進(jìn)氣口的壓力信號(hào)、17是控制可變截面渦輪噴嘴環(huán)開(kāi)度的的控制信號(hào)。從柴油機(jī)排出的高溫、高壓廢氣經(jīng)可變截面渦輪的進(jìn)氣口 8進(jìn)入到可變截面渦輪9，可變 截面渦輪9經(jīng)廢氣驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)與可變截面渦輪同軸的壓氣機(jī)2高速旋轉(zhuǎn)。進(jìn)氣經(jīng)壓氣機(jī)后，壓力/7升高，溫度r升高，經(jīng)中冷器4將溫度r降低后進(jìn)入柴油機(jī)6?？刂葡到y(tǒng)存在兩種不同的控制方法，分別應(yīng)用于穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況。如圖2所示，在穩(wěn)態(tài)工況，電子控制單元16根據(jù)壓力傳感器傳來(lái)的壓氣機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào) 15、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)11及油門(mén)位置信號(hào)12三個(gè)參量，查詢最佳增壓壓力MAP圖，得到最佳 增壓壓力；v ，根據(jù)溫度傳感器傳來(lái)的壓氣機(jī)進(jìn)氣溫度信號(hào)14對(duì)最佳增壓壓力進(jìn)行修正， 得到目標(biāo)增壓壓力凡~ 。 PI控制器根據(jù)目標(biāo)增壓壓力p—.與中冷器出口處的實(shí)際增壓壓力A" (壓力信號(hào)13)的差值A(chǔ)/7，計(jì)算得到最佳渦輪噴嘴環(huán)開(kāi)度r，使可變截面渦輪9具有最佳的 流通截面^，驅(qū)動(dòng)增壓器達(dá)到最佳轉(zhuǎn)速w，壓氣機(jī)2為柴油機(jī)提供最佳進(jìn)氣流量G，使柴油 機(jī)功率P最大，燃油消耗率《最低。如圖3所示，在瞬態(tài)工況，為了簡(jiǎn)化控制邏輯、加快響應(yīng)速度。采用僅以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和 柴油機(jī)進(jìn)氣壓力為控制變量的控制方法。具體地，電子控制單元16根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)11 和壓氣機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào)15査詢最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度MAP圖，得到最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度；,，對(duì)可變截 面增壓器進(jìn)行直接控制。在上述控制方法和系統(tǒng)中，壓力傳感器和溫度傳感器可以是常規(guī)的市售產(chǎn)品，柴油機(jī)本 身配備有轉(zhuǎn)速傳感器和油門(mén)位置傳感器，電子控制單元可以是單獨(dú)的控制器，也可以與汽車(chē) 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)集成。在進(jìn)氣溫度為25'C條件下，以動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，以壓氣機(jī)不發(fā)生喘振、 增壓器不發(fā)生超速、渦輪前排溫不過(guò)高以及最高燃燒壓力不超過(guò)允許值為限制條件，試驗(yàn)得 到不同進(jìn)氣壓力p,"、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速"及油門(mén)位置/下的最佳增壓壓力/v,，進(jìn)而得到以進(jìn)氣壓 力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速"及油門(mén)位置/三個(gè)參量為查圖變量的最佳增壓壓力MAP圖。最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度MAP圖的制取方法為-在進(jìn)氣溫度為25'C條件下，以瞬態(tài)響應(yīng)特性為目標(biāo)，以壓氣機(jī)不發(fā)生喘振、增壓器不發(fā) 生超速、渦輪前排溫不過(guò)高以及最高燃燒壓力不超過(guò)允許值為限制條件，試驗(yàn)得到不同進(jìn)氣 壓力/^和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n下的最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度^,，進(jìn)而得到以進(jìn)氣壓力/7, 和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,7兩 個(gè)參量為查圖變量的最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度MAP圖。進(jìn)氣溫度修正方法為-進(jìn)氣溫度相對(duì)25'C每上升/下降rc，最佳增壓壓力p，修正-(0.002~0.003)15虹/+ (0.002 0,003)bar。本方法和系統(tǒng)能夠在不同海拔高度，根據(jù)進(jìn)氣條件及柴油機(jī)運(yùn)行工況控制可變截面渦輪 噴嘴環(huán)開(kāi)度，使可變截面渦輪具有最佳的流通截面，達(dá)到了預(yù)期的目的。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工 況最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)避免壓氣機(jī)喘振、增壓器超速及渦輪前排氣溫度過(guò)高等 問(wèn)題。
權(quán)利要求
1、柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓控制方法，其特征在于，含有由電子控制單元控制執(zhí)行的以下步驟1)在穩(wěn)態(tài)工況下1.1)電子控制單元接收壓力傳感器上傳的壓氣機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門(mén)位置信號(hào)，根據(jù)該上述三個(gè)信號(hào)查詢最佳增壓壓力MAP圖，得到最佳增壓壓力popt；1.2)接收溫度傳感器上傳的壓氣機(jī)進(jìn)氣口的溫度值，根據(jù)該溫度值對(duì)所述最佳增壓壓力popt進(jìn)行修正，得到目標(biāo)增壓壓力pobj；1.3)接收另一個(gè)壓力傳感器上傳的中冷器出口處的實(shí)際增壓壓力pact，計(jì)算目標(biāo)增壓壓力pobj與中冷器出口端的實(shí)際增壓壓力pact的差值Δp；1.4)利用PI控制器根據(jù)上述差值Δp控制渦輪噴嘴環(huán)開(kāi)度r，使得可變截面渦輪具有最佳的流通截面；2)在瞬態(tài)工況下電子控制單元接收發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和壓氣機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào)，根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和進(jìn)氣壓力信號(hào)查詢最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度MAP圖，得到最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度ropt，使得可變截面渦輪具有最佳的流通截面。
2、 如權(quán)利要求l所述的柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓控制方法，其特征在于，在上述1.2)步中， 以溫度值對(duì)所述最佳增壓壓力p，進(jìn)行修正的方法進(jìn)氣溫度相對(duì)25'c上升rc，最佳增 壓壓力；^修正-(0.002 0.003)bar;進(jìn)氣溫度相對(duì)25。C下降1'C，最佳增壓壓力/^,修正+ (0.002 0.003)bar。
3、 柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓系統(tǒng)，其特征在于，含有具有柴油機(jī)、中冷器、由壓氣機(jī)和可變 截面渦輪組成的可變截面增壓器，及電子控制單元，在該可變截面增壓器內(nèi)部有可繞自身 軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的噴嘴環(huán)葉片；所述柴油機(jī)的出氣口連接可變截面渦輪的進(jìn)氣口，所述可變截面 渦輪與所述壓氣機(jī)同軸，所述壓氣機(jī)的出氣口連接中冷器的進(jìn)氣口，所述中冷器的出氣口 連接柴油機(jī)的進(jìn)氣口；在所述壓氣機(jī)的進(jìn)氣口裝有壓力傳感器和溫度傳感器，將壓力信號(hào) 和溫度信號(hào)傳給電子控制單元；所述柴油機(jī)內(nèi)部配備有轉(zhuǎn)速傳感器和油門(mén)位置傳感器，將 柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和油門(mén)位置信號(hào)傳輸給所述電子控制單元；在中冷器的出氣口裝有另一個(gè)壓 力傳感器，將中冷器出氣口的實(shí)際增壓壓力傳給電子控制單元；所述電子控制單元的控制 信號(hào)輸出端連接可變截面渦輪的控制信號(hào)輸入端。
全文摘要
柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓控制方法及系統(tǒng)涉及柴油機(jī)增壓控制技術(shù)領(lǐng)域。其特征是，在穩(wěn)態(tài)工況下，根據(jù)壓氣機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門(mén)位置信號(hào)查詢最佳增壓壓力MAP圖，得到最佳增壓壓力，并根據(jù)其與實(shí)際增壓壓力的差值，通過(guò)PI控制器來(lái)控制渦輪噴嘴環(huán)開(kāi)度，得到最佳流通截面；在瞬態(tài)工況下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和壓氣機(jī)進(jìn)氣壓力信號(hào)查詢最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度MAP圖，得到最佳噴嘴環(huán)開(kāi)度，從而控制最佳流通截面。該系統(tǒng)含有柴油機(jī)、中冷器、由壓氣機(jī)和可變截面渦輪組成的可變截面增壓器、電子控制單元，壓力傳感器和溫度傳感器等部件。本發(fā)明可適應(yīng)海拔變化，對(duì)可變截面渦輪流通截面進(jìn)行調(diào)節(jié)，使柴油機(jī)在各海拔都具有最佳動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)F02B37/24GK101328831SQ20081011768
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者張揚(yáng)軍, 張海雷, 諸葛偉林, 鄭新前 申請(qǐng)人:清華大學(xué)