CN103184927A - 基于模型的发动机涡轮增压控制方法 - Google Patents

基于模型的发动机涡轮增压控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103184927A
CN103184927A CN2011104577989A CN201110457798A CN103184927A CN 103184927 A CN103184927 A CN 103184927A CN 2011104577989 A CN2011104577989 A CN 2011104577989A CN 201110457798 A CN201110457798 A CN 201110457798A CN 103184927 A CN103184927 A CN 103184927A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
exhaust gas
pass valve
model
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011104577989A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103184927B (zh
Inventor
付长波
华东旭
王超
杨雪珠
祝浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FAW Group Corp
Original Assignee
FAW Group Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FAW Group Corp filed Critical FAW Group Corp
Priority to CN201110457798.9A priority Critical patent/CN103184927B/zh
Publication of CN103184927A publication Critical patent/CN103184927A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103184927B publication Critical patent/CN103184927B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Supercharger (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于模型的发动机涡轮增压控制方法，其特征在于：压气机能量计算模型，涡轮机能量计算模型，压气机与涡轮机能量平衡模型，弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型，通过建立压气机与涡轮机能量平衡模型来得到增压压力与流过废气旁通阀的废气流量的关系，之后利用弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型来对这个废气流量进行控制，从而控制涡轮的能量输出，最终控制增压压力；其使增压控制系统实现更快的系统响应，同时进一步节省台架标定时间，并且增加控制算法的可移植性。

Description

基于模型的发动机涡轮增压控制方法
技术领域
    本发明涉及一种基于模型的发动机涡轮增压控制方法，属于汽车电子控制系统开发领域。
背景技术
涡轮增压技术由于众多优点目前已广泛应用于内燃机领域。由于车用内燃机使用工况复杂多变，所以必须对增压压力进行调控以适应其较宽的转速和功率范围。随着发动机电控技术的逐步发展，使全工况内发动机与增压器之间的最佳配合成为可能。作为电子控制系统的重要组成部件，控制算法在很大程度决定了控制效果，成为增压器控制的关键技术之一，开发出更为先进的控制算法对发动机增压技术的发展与应用有着重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于模型的发动机涡轮增压控制方法，其使增压控制系统实现更快的系统响应，同时进一步节省台架标定时间，并且增加控制算法的可移植性。
本发明的技术方案是这样实现的：基于模型的发动机涡轮增压控制方法，其特征在于：压气机能量计算模型，涡轮机能量计算模型，压气机与涡轮机能量平衡模型，弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型，通过建立压气机与涡轮机能量平衡模型来得到增压压力与流过废气旁通阀的废气流量的关系，之后利用弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型来对这个废气流量进行控制，从而控制涡轮的能量输出，最终控制增压压力；
具体计算方法如下: 
建立压气机能量模型
压气机的功率可表示为：
Figure 284247DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 689690DEST_PATH_IMAGE002
为压缩机的功率；
Figure 424427DEST_PATH_IMAGE003
为流过压缩机的空气质量流量；
Figure 344848DEST_PATH_IMAGE004
为绝热压缩功；
Figure 835784DEST_PATH_IMAGE005
为绝热效率；为空气比热容；
Figure 63689DEST_PATH_IMAGE007
为压缩机进口温度；
Figure 35187DEST_PATH_IMAGE008
为压缩机压比；
Figure 855113DEST_PATH_IMAGE009
为空气绝热系数：
Figure 861247DEST_PATH_IMAGE010
为压缩机入口压力；
Figure 311688DEST_PATH_IMAGE011
为压缩机出口压力；
Figure 832799DEST_PATH_IMAGE012
为大气压力；为空气滤清器损失压力；为中冷器损失压力；
Figure 708536DEST_PATH_IMAGE014
为增压压力；
1.  建立涡轮机能量模型
与压气机相似，涡轮机的功率可表示为：
式中，为涡轮机消耗功率；
Figure 204742DEST_PATH_IMAGE017
为涡轮机效率；
Figure 356107DEST_PATH_IMAGE018
为涡轮机膨胀比；
Figure 216527DEST_PATH_IMAGE019
为尾气绝热指数；
Figure 384335DEST_PATH_IMAGE020
为绝热压缩功； 
Figure 553017DEST_PATH_IMAGE021
为废气比热容；为涡轮机进口温度； 
Figure 85815DEST_PATH_IMAGE023
为涡轮机入口压力；为涡轮机出口压力；
Figure 505033DEST_PATH_IMAGE024
为流过涡轮的废气质量流量；
2.  建立压气机与涡轮机能量平衡模型
在发动机稳态工况下，扣除机械损失，涡轮机的输出功率与压气机的消耗功率相等：
Figure 713291DEST_PATH_IMAGE025
式中，为流过废气旁通阀的流量，为燃料流量；
这样就建立了增压压力
Figure 172152DEST_PATH_IMAGE011
与流过废气旁通阀废气量
Figure 479374DEST_PATH_IMAGE026
之间的关系，可以根据需求增压压力计算得到需求流过废气旁通阀的废气量；
3.  建立弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型
弹簧连杆机构处的力平衡是由废气旁通阀两端压力
Figure 23619DEST_PATH_IMAGE023
，，大气压力，控制压力，以及弹簧形变共同形成；弹簧形变即为连杆的移动，其决定了废气旁通阀开启程度从而决定其有效节流面积，根据气体流量公式，废气旁通阀的有效节流面积，
Figure 594147DEST_PATH_IMAGE023
与
Figure 400341DEST_PATH_IMAGE028
的压差直接决定了
Figure 340615DEST_PATH_IMAGE026
，因此，可以利用查表算法来描述与
Figure 175585DEST_PATH_IMAGE029
之间的关系，即：
Figure 215216DEST_PATH_IMAGE030
通过以上步骤后,建立起目标增压压力
Figure 830743DEST_PATH_IMAGE011
与流过废气旁通阀废气量之间的关系以及流过废气旁通阀废气量与三通电磁阀出口端压力的关系,之后通过发动机控制单元发出PWM控制信号,控制三通电磁阀的开闭,进而控制其出出口端压力
Figure 998605DEST_PATH_IMAGE029
,最终达到控制增压压力的目的。
本发明的积极效果是可以缩短系统响应时间，利用增压器厂商提供数据进行基本参数的标定，节省发动机台架资源，有利于软件控制算法的平台化。
附图说明
图1为本发明的增压控制系统构成图。
图2为本发明的基于模型的控制算法结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：如图1、2所示，基于模型的发动机涡轮增压控制方法，其特征在于：压气机能量计算模型，涡轮机能量计算模型，压气机与涡轮机能量平衡模型，弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型，通过建立压气机与涡轮机能量平衡模型来得到增压压力与流过废气旁通阀的废气流量的关系，之后利用弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型来对这个废气流量进行控制，从而控制涡轮的能量输出，最终控制增压压力；
具体计算方法如下: 
建立压气机能量模型
压气机的功率可表示为：
Figure 474717DEST_PATH_IMAGE031
式中，
Figure 267222DEST_PATH_IMAGE002
为压缩机的功率；为流过压缩机的空气质量流量；
Figure 358860DEST_PATH_IMAGE004
为绝热压缩功；
Figure 740294DEST_PATH_IMAGE005
为绝热效率；
Figure 330413DEST_PATH_IMAGE006
为空气比热容；为压缩机进口温度；为压缩机压比；
Figure 809083DEST_PATH_IMAGE009
为空气绝热系数：
Figure 122384DEST_PATH_IMAGE010
为压缩机入口压力；
Figure 182482DEST_PATH_IMAGE011
为压缩机出口压力；
Figure 264838DEST_PATH_IMAGE012
为大气压力；为空气滤清器损失压力；
Figure 689872DEST_PATH_IMAGE013
为中冷器损失压力；
Figure 490469DEST_PATH_IMAGE014
为增压压力。
4.  建立涡轮机能量模型
与压气机相似，涡轮机的功率可表示为：
Figure 88678DEST_PATH_IMAGE032
式中，
Figure 291121DEST_PATH_IMAGE016
为涡轮机消耗功率；
Figure 943514DEST_PATH_IMAGE017
为涡轮机效率；为涡轮机膨胀比；为尾气绝热指数；
Figure 860895DEST_PATH_IMAGE020
为绝热压缩功； 
Figure 191513DEST_PATH_IMAGE021
为废气比热容；
Figure 465237DEST_PATH_IMAGE022
为涡轮机进口温度； 为涡轮机入口压力；
Figure 844397DEST_PATH_IMAGE028
为涡轮机出口压力；
Figure 260247DEST_PATH_IMAGE024
为流过涡轮的废气质量流量。
5.  建立压气机与涡轮机能量平衡模型
在发动机稳态工况下，扣除机械损失，涡轮机的输出功率与压气机的消耗功率相等：
Figure 761767DEST_PATH_IMAGE033
式中，
Figure 257208DEST_PATH_IMAGE026
为流过废气旁通阀的流量，为燃料流量。
这样就建立了增压压力
Figure 938594DEST_PATH_IMAGE011
与流过废气旁通阀废气量
Figure 970135DEST_PATH_IMAGE026
之间的关系，可以根据需求增压压力计算得到需求流过废气旁通阀的废气量。
6.  建立弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型
弹簧连杆机构处的力平衡是由废气旁通阀两端压力
Figure 141091DEST_PATH_IMAGE023
，，大气压力
Figure 625293DEST_PATH_IMAGE034
，控制压力，以及弹簧形变共同形成。
弹簧形变即为连杆的移动，其决定了废气旁通阀开启程度从而决定其有效节流面积，根据气体流量公式，废气旁通阀的有效节流面积，与的压差直接决定了
Figure 748416DEST_PATH_IMAGE026
。
因此，可以利用查表算法来描述
Figure 90273DEST_PATH_IMAGE026
与之间的关系，即：
通过以上步骤后,建立起目标增压压力
Figure 84960DEST_PATH_IMAGE011
与流过废气旁通阀废气量
Figure 589629DEST_PATH_IMAGE026
之间的关系以及流过废气旁通阀废气量与三通电磁阀出口端压力的关系,之后通过发动机控制单元发出PWM控制信号,控制三通电磁阀的开闭,进而控制其出出口端压力
Figure 983613DEST_PATH_IMAGE029
,最终达到控制增压压力的目的。
增压控制系统的主要构成为发动机电子控制单元，增压压力传感器，三通电磁阀，三通电磁阀出口压力传感器，弹簧连杆机构。与多数增压控制系统所采用的以增压压力作为驱动力的方式相比（见图1中虚线部分），这种方式的优点是在增压压力没有建立起之前，就可以开始对增压压力进行控制，在增压器匹配合理的前提下可以进一步的降低油耗，改善经济性和排放。
在图2中，根据目标增压压力计算出目标压气机能量
Figure 176828DEST_PATH_IMAGE036
，根据目标得到目标涡轮机
Figure 66024DEST_PATH_IMAGE037
，之后得到目标流过废气旁通阀废气量，最终得到目标三通电磁阀出口压力
Figure 988981DEST_PATH_IMAGE038
最为直接控制量。

Claims (1)

1.基于模型的发动机涡轮增压控制方法，其特征在于：压气机能量计算模型，涡轮机能量计算模型，压气机与涡轮机能量平衡模型，弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型，通过建立压气机与涡轮机能量平衡模型来得到增压压力与流过废气旁通阀的废气流量的关系，之后利用弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型来对这个废气流量进行控制，从而控制涡轮的能量输出，最终控制增压压力；
具体计算方法如下：
(1)建立压气机能量模型
压气机的功率可表示为：
Figure DEST_PATH_FDA0000141276980000011
其中
Figure DEST_PATH_FDA0000141276980000012
则
Figure DEST_PATH_FDA0000141276980000013
其中
P1＝Pamb-ΔPairfilier  (5)
三P2＝Pboost+ΔPintarecoler  (6)
式中，Qk为压缩机的功率；qmk为流过压缩机的空气质量流量；had-k为绝热压缩功；ηad-k为 绝热效率；Cp，air为空气比热容；T1为压缩机进口温度；PrC为压缩机压比；K为空气绝热系数：P1为压缩机入口压力；P2为压缩机出口压力；Pamb为大气压力；为空气滤清器损失压力；
ΔPintercooler为中冷器损失压力；Pboost为增压压力；
(2)建立涡轮机能量模型
与压气机相似，涡轮机的功率可表示为：
QT＝QmTHTηT  (7)
其中
Figure DEST_PATH_FDA0000141276980000021
则
Figure DEST_PATH_FDA0000141276980000022
其中
Figure DEST_PATH_FDA0000141276980000023
式中，QT为涡轮机消耗功率；ηT为涡轮机效率；PrT为涡轮机膨胀比；Kexh为尾气绝热指数；HT为绝热压缩功；Cp，exh为废气比热容；T3为涡轮机进口温度；P3为涡轮机入口压力；为涡轮机出口压力；qmT为流过涡轮的废气质量流量；
(3)建立压气机与涡轮机能量平衡模型
在发动机稳态工况下，扣除机械损失，涡轮机的输出功率与压气机的消耗功率相等： 
QT＝QK  (11)
根据式(3)，式(9)，式(11)得出
Figure DEST_PATH_FDA0000141276980000031
qm，WG＝qmk+qmfule-qmT  (13)
式中，qm，WG为流过废气旁通阀的流量，qm，fule为燃料流量；
这样就建立了增压压力P2与流过废气旁通阀废气量qm，WG之间的关系，可以根据需求增压压力计算得到需求流过废气旁通阀的废气量；
(4)建立弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型
弹簧连杆机构处的力平衡是由废气旁通阀两端压力P3，，大气压力，控制压力，以及弹簧形变共同形成；弹簧形变即为连杆的移动，其决定了废气旁通阀开启程度从而决定其有效节流面积，根据气体流量公式，废气旁通阀的有效节流面积，P3与P4的压差直接决定了qm，WG，因此，可以利用查表算法来描述与P5之间的关系，即：
P5＝Tablel(qm，WG，(P3-P4))+Pamb  (14)
通过以上步骤后，建立起目标增压压力P2与流过废气旁通阀废气量之间的关系以及流过废气旁通阀废气量qm，WG与三通电磁阀出口端压力的关系，之后通过发动机控制单元发出PWM控制信号，控制三通电磁阀的开闭，进而控制其出出口端压力P5，最终达到控制增压压力的目的。 
CN201110457798.9A 2011-12-31 2011-12-31 基于模型的发动机涡轮增压控制方法 Active CN103184927B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110457798.9A CN103184927B (zh) 2011-12-31 2011-12-31 基于模型的发动机涡轮增压控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110457798.9A CN103184927B (zh) 2011-12-31 2011-12-31 基于模型的发动机涡轮增压控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103184927A true CN103184927A (zh) 2013-07-03
CN103184927B CN103184927B (zh) 2016-10-05

Family

ID=48676320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110457798.9A Active CN103184927B (zh) 2011-12-31 2011-12-31 基于模型的发动机涡轮增压控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103184927B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104234820A (zh) * 2014-09-09 2014-12-24 韩志强 一种两级涡轮增压系统测试装置及其测试方法
CN104863695A (zh) * 2014-02-21 2015-08-26 康明斯有限公司 优化发动机性能以高扭矩运行的装置、方法和系统
CN106121808A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 哈尔滨工程大学 柴油机相继增压模拟系统及其控制方法
CN108087108A (zh) * 2017-12-22 2018-05-29 中国第汽车股份有限公司 一种天然气发动机废气旁通式增压器控制系统及其方法
CN109252965A (zh) * 2017-07-12 2019-01-22 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于具有废气阀涡轮机的发动机组件的气路控制

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5549525A (en) * 1978-10-04 1980-04-10 Hitachi Ltd Exhaust gas by-pass valve operating mechanism for turbo charger
CN101205829A (zh) * 2006-12-20 2008-06-25 万国引擎知识产权有限责任公司 基于模型的涡轮增压机控制
CN101718220A (zh) * 2008-09-24 2010-06-02 奥迪股份公司 控制和/或调节排气涡轮增压器增压压力的方法和内燃机
CN102400775A (zh) * 2010-09-07 2012-04-04 福特环球技术公司 用于控制内燃机的涡轮增压器装置的方法以及涡轮增压器装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5549525A (en) * 1978-10-04 1980-04-10 Hitachi Ltd Exhaust gas by-pass valve operating mechanism for turbo charger
CN101205829A (zh) * 2006-12-20 2008-06-25 万国引擎知识产权有限责任公司 基于模型的涡轮增压机控制
CN101718220A (zh) * 2008-09-24 2010-06-02 奥迪股份公司 控制和/或调节排气涡轮增压器增压压力的方法和内燃机
CN102400775A (zh) * 2010-09-07 2012-04-04 福特环球技术公司 用于控制内燃机的涡轮增压器装置的方法以及涡轮增压器装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104863695A (zh) * 2014-02-21 2015-08-26 康明斯有限公司 优化发动机性能以高扭矩运行的装置、方法和系统
CN104234820A (zh) * 2014-09-09 2014-12-24 韩志强 一种两级涡轮增压系统测试装置及其测试方法
CN106121808A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 哈尔滨工程大学 柴油机相继增压模拟系统及其控制方法
CN109252965A (zh) * 2017-07-12 2019-01-22 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于具有废气阀涡轮机的发动机组件的气路控制
CN108087108A (zh) * 2017-12-22 2018-05-29 中国第汽车股份有限公司 一种天然气发动机废气旁通式增压器控制系统及其方法
CN108087108B (zh) * 2017-12-22 2023-09-08 中国第一汽车股份有限公司 一种天然气发动机废气旁通式增压器控制系统及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103184927B (zh) 2016-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204082312U (zh) 一种两级涡轮增压系统测试装置
CN103184927A (zh) 基于模型的发动机涡轮增压控制方法
CN104234820A (zh) 一种两级涡轮增压系统测试装置及其测试方法
CN101149308A (zh) 带有辅助制动系统的涡轮增压器性能测试试验台
CN101949324A (zh) 一种内燃机涡轮增压通流匹配方法
CN103032152A (zh) 具有补气功能的柴油机相继增压结构
CN110543715B (zh) 基于仿真计算的两级增压系统匹配方法
CN114060143B (zh) 基于旁通阀流通特性的变海拔增压压力稳定性控制方法
CN204705475U (zh) 废气涡轮增压器的性能测试装置
CN203717114U (zh) 废气旁通式增压器高精度控制系统
CN104533598A (zh) 可切换相继/二级增压结构及控制方法
CN203257533U (zh) 二级可调增压控制系统
CN203310632U (zh) 一种发动机增压系统模拟装置
CN202451313U (zh) 柴油机台架试验用辅助增压系统
CN108757158A (zh) 一种活塞发动机用涡轮增压器控制机构及其控制方法
CN105370390A (zh) 增压中冷内燃机进气旁通控制装置
CN104747279A (zh) 进气压力控制式废气旁通装置
CN201851209U (zh) 防止船用柴油机增压器喘振的装置
CN103365315A (zh) 一种进气温度调节装置
CN203035338U (zh) 具有补气功能的柴油机相继增压结构
CN101832862A (zh) 排气迥流电加热涡轮性能试验系统
CN103790695A (zh) 恒定压缩比的涡轮-机械增压内燃机
CN204357554U (zh) 可切换相继/二级增压结构
CN208650973U (zh) 涡轮旁通阀可调的两级电控气动增压系统
CN208669418U (zh) 一种活塞发动机用涡轮增压器控制机构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant