高压共轨柴油机可变涡轮增压器匹配及控制策略研究

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1、—————————————————————高压共轨柴油机可变涡轮增压器匹配及控制策略研究—————————————————————ResearchonVNTMatchandControlStrategyofHighPressureCommonRailDieselEngine作者姓名：彭成成领域（方向）：动力工程指导教师：林学东教授类别：工程硕士答辩日期：2015年6月4日摘要高压共轨柴油机可变涡轮增压器匹配及控制策略研究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

2、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

3、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

4、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E

5、GR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。I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

6、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IIABSTRACTResearchonVNTMatchandControlStrategyofHighPressureCommonRailDieselEngineInthehighpressurecommonraildieselengine,thetraditionalturbochargershavesome

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

8、ldeffectivelyimprovethetorquecontradictionathighandlowspeed,atthesametimealsocanimprovetransientresponseandturbinelag.Inaddition,throughthecontrolstrategydesignofVNTa