CN111911301A - 变海拔柴油机瞬态工况下双vgt二级可调增压系统vgt叶片路径优化方法 - Google Patents

变海拔柴油机瞬态工况下双vgt二级可调增压系统vgt叶片路径优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，二级可调增压系统包括串联的可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)和低压级增压器(LVGT)、电控单元(ECU)、增压系统控制器(TCU)和电控执行器，柴油机原机依次串联可变喷嘴截面高压级增压器以及低压级增压器，柴油机通过数据线连接电控单元，电控单元通过CAN总线连接增压系统控制器，增压系统控制器分别连接高压级增压器电控执行器，以及低压级增压器的电控执行器。

Description

变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路 径优化方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法。
背景技术
为了使发动机在5500m海拔高度恢复功率达到平原功率90％的目标，压气机的压比在最大扭矩点至标定点区间内至少达到4.8以上。若采用单级增压方案，目前世界上没有任何一款压气机能够达到如此高的压比和流量范围要求，因此需要采用二级可调增压系统。
在高海拔下，柴油机瞬态过程是机械-热量-流动动态过程，喷油量的增加能够即时响应操作者的意图，但缸内新鲜空气增加到最终稳定值却要克服排气能量传递、涡轮增压器转动惯量以及进气管压力建立等多种惯性因素。提高增压器转速主要有两种方式，第一需要提高涡轮转矩，第二需要减小增压器转子的转动惯量。高压级涡轮采用小增压器就是为了提高涡轮转子的转动惯量，采用VGT形式就是为了提高高压级涡轮功。
然而，目前还未开展柴油机瞬态过程中二级增压系统控制参数(VGT叶片和涡轮旁通阀)路径规划方面的研究。本专利为提高变海拔柴油机瞬态工况的增压压力响应性，针对双VGT二级可调增压系统高、低压级VGT叶片在瞬态工况下的路径进行优化设计。
发明内容
针对现有二级增压系统存在的技术缺陷，本发明提供的一种变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统高、低压级VGT叶片路径优化方法能够根据海拔和发动机工况的变化调节HVGT和LVGT叶片开度，进一步提升变海拔柴油机瞬态工况增压压力的响应能力。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，其特征在于：二级可调增压系统包括串联的可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)和低压级增压器(LVGT)、电控单元(ECU)、增压系统控制器(TCU)和电控执行器，柴油机原机依次串联可变喷嘴截面高压级增压器以及低压级增压器，柴油机通过数据线连接电控单元，电控单元通过CAN总线连接增压系统控制器，增压系统控制器分别连接高压级增压器电控执行器，以及低压级增压器的电控执行器。
而且，电控单元(ECU)安装有有大气压力传感器及温度传感器。
而且，连接柴油机与高压级增压器之间的进气管安装有中冷器，并且在柴油机与中冷器之间的进气管上安装有增压压力传感器和温度传感器；高压级增压器(HVGT)与低压级增压器(LVGT)之间的进气管安装有中冷器，在该中冷器与高压级增压器之间的进气管上安装有增压压力传感器；在连接柴油机与高压级增压器之间的排气管上安装有涡前温度传感器、涡前压力传感器，在高压级增压器与低压级增压器之间的排气管上安装有涡中压力传感器；上述传感器分别通过数据线连接增压系统控制器(TCU)。
而且，步骤如下：
(1)柴油机电控单元(ECU)确定所在海拔、转速和油门开度信号；
(2)确定目标高、低压级增压器叶片开度和增压压力信号，输出至增压系统控制器(TCU)，增压系统控制器(TCU)结合接收的实际增压压力和目标值信号；
(3)增压系统控制器分别输出控制信号至电控执行器，实时控制高、低压级增压器叶片开度，选择高压级增压器与低压级增压器叶片的控制方案。
而且，恒载加速工况，制定的高压级增压器叶片开度三种控制方案如下：
Figure BDA0002554470400000021
而且，负载恒载加速工况，制定的低压级VGT叶片开度控制三种方案如下：
Figure BDA0002554470400000022
本发明的优点和积极效果是：
1、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统高、低压级VGT叶片路径优化方法，双VGT二级可调增压系统由HVGT和LVGT串联，电控单元ECU和电控执行器实现VGT叶片开度的控制。
2、研究变海拔柴油机瞬态过程中HVGT和LVGT叶片开度控制路径，进行双VGT二级可调增压柴油机变海拔恒载加速和恒速加载两种瞬态工况HVGT和LVGT叶片的调节特性研究。提出恒载加速工况HVGT与LVGT叶片协同控制策略。
附图说明
图1所示为本发明的变海拔双VGT二级可调增压系统；
图2所示为本发明的不同海拔下1000r/min时高、低压级VGT叶片对加载过程增压压力响应影响；
图3所示为本发明的5500m海拔柴油机等负荷转速增加规律曲线；
图4所示为本发明的海拔5500m恒载加速工况HVGT和LVGT不同组合方式对柴油机性能的影响。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，如图1所示，二级可调增压系统包括串联的可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)和低压级增压器(LVGT)、电控单元(ECU)、增压系统控制器(TCU)和电控执行器，柴油机原机依次串联可变喷嘴截面高压级增压器以及低压级增压器，柴油机通过数据线连接电控单元，电控单元通过CAN总线连接增压系统控制器，增压系统控制器分别连接高压级增压器电控执行器，以及低压级增压器的电控执行器。
电控单元(ECU)安装有有大气压力传感器及温度传感器。
连接柴油机与高压级增压器之间的进气管安装有中冷器，并且在柴油机与中冷器之间的进气管上安装有增压压力传感器和温度传感器；高压级增压器(HVGT)与低压级增压器(LVGT)之间的进气管安装有中冷器，在该中冷器与高压级增压器之间的进气管上安装有增压压力传感器；在连接柴油机与高压级增压器之间的排气管上安装有涡前温度传感器、涡前压力传感器，在高压级增压器与低压级增压器之间的排气管上安装有涡中压力传感器；上述传感器分别通过数据线连接增压系统控制器(TCU)。
本方法步骤如下：
(1)柴油机电控单元(ECU)确定所在海拔、转速和油门开度信号，
(2)确定目标高、低压级VGT叶片开度和增压压力信号，输出至增压系统控制器(TCU)，增压系统控制器(TCU)结合接收的实际增压压力和目标值信号；
目标高、低压级VGT叶片开度的确定方法为：
5500m海拔全负荷恒载加速工况，制定三种高压级VGT开度调节策略，高压级VGT叶片开度控制方案参见表1；
5500m海拔全负载恒载加速工况，制定的低压级VGT叶片开度控制方案包括三种，详见表2；
(3)增压系统控制器(TCU)分别输出控制信号至电控执行器，实时控制高、低压级VGT叶片开度，选择优化的HVGT与LVGT叶片的组合方式。
实际控制路径组合方式有9组，参见表3。
如图2所示，不同海拔下1000r/min时高、低压级VGT叶片对加载过程增压压力响应影响，通过比较0m和5500m海拔下，高、低压级VGT对1000r/min恒速加载工况的增压压力的影响，如图2(a)、(b)所示，HVGT叶片在0.2开度下，LVGT叶片开度越小，增压压力的增加越快，但HVGT叶片在0.5开度下，增压压力在LVGT叶片0.6开度下增加最快。这是因为LVGT叶片在0.6附近，二级涡轮效率最大，相同排气能量下，增压压力越大。与LVGT相比，HVGT开度变化对增压压力影响更大。
如表1所示，本发明的5500m恒载加速工况HVGT调节策略。为保证柴油机在限制条件不超的前提下加速性能最佳，加速开始和结束时HVGT开度保持在试验得到的稳态工况最佳开度。选择5500m，1300r/min全负荷恒载加速工况，制定三种HVGT开度调节策略，考察柴油机加速过程瞬态性能。
表1 5500m恒载加速工况HVGT调节策略
Figure BDA0002554470400000041
如表2所示，本发明的5500m恒载加速工况LVGT调节策略。考虑HVGT叶片开度设计策略，LVGT在5500m海拔恒载加速工况设计的控制方案有三种。
表2 5500m恒载加速工况LVGT调节策略
Figure BDA0002554470400000042
如表3所示，本发明的HVGT与LVGT叶片不同组合方式，高、低压级VGT瞬态过程开度实际控制路径有9组。
表3 HVGT与LVGT叶片不同组合方式
Figure BDA0002554470400000043
Figure BDA0002554470400000051
综上所述，本发明创造的实施方式，仅为本发明创造实施方式的一部分，但发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明创造揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明创造的保护范围应以所属权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，其特征在于：二级可调增压系统包括串联的可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)和低压级增压器(LVGT)、电控单元(ECU)、增压系统控制器(TCU)和电控执行器，柴油机原机依次串联可变喷嘴截面高压级增压器以及低压级增压器，柴油机通过数据线连接电控单元，电控单元通过CAN总线连接增压系统控制器，增压系统控制器分别连接高压级增压器电控执行器，以及低压级增压器的电控执行器。
2.根据权利要求1所述的变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，其特征在于：电控单元(ECU)安装有有大气压力传感器及温度传感器。
3.根据权利要求1所述的变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，其特征在于：连接柴油机与高压级增压器之间的进气管安装有中冷器，并且在柴油机与中冷器之间的进气管上安装有增压压力传感器和温度传感器；高压级增压器(HVGT)与低压级增压器(LVGT)之间的进气管安装有中冷器，在该中冷器与高压级增压器之间的进气管上安装有增压压力传感器；在连接柴油机与高压级增压器之间的排气管上安装有涡前温度传感器、涡前压力传感器，在高压级增压器与低压级增压器之间的排气管上安装有涡中压力传感器；上述传感器分别通过数据线连接增压系统控制器(TCU)。
4.根据权利要求1所述的变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，其特征在于：步骤如下：
(1)柴油机电控单元(ECU)确定所在海拔、转速和油门开度信号；
(2)确定目标高、低压级增压器叶片开度和增压压力信号，输出至增压系统控制器(TCU)，增压系统控制器(TCU)结合接收的实际增压压力和目标值信号；
(3)增压系统控制器分别输出控制信号至电控执行器，实时控制高、低压级增压器叶片开度，选择高压级增压器与低压级增压器叶片的控制方案。
5.根据权利要求1所述的变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，其特征在于：恒载加速工况，制定的高压级增压器叶片开度三种控制方案如下：
Figure RE-FDA0002660121490000011
6.根据权利要求1所述的变海拔柴油机瞬态工况下双VGT二级可调增压系统VGT叶片路径优化方法，其特征在于：恒载加速工况，制定的低压级VGT叶片开度控制三种方案如下：
Figure RE-FDA0002660121490000021
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