CN115711172B - 一种增压器的压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增压器的压力控制方法，针对涡轮增压器的增压压力进行监控限值，能够解决在某些瞬态工况下发动机的排气流量突然增大，导致增压器连接轴发生晃动或开裂的技术问题。使用这套增压器的压力控制方法能够准确测量出增压器压气机前后的实时压力，并且在急加速这种瞬时工况下，也能够对增压器压气机出口压力及增压器压气机进口前压力进行关系限定，防止增压器压气机出口的压力与增压器压气机进口前压力的差值大于限定值，导致对增压器的连接轴造成一定的损伤甚至发生断裂风险。

Description

一种增压器的压力控制方法

技术领域

本发明涉及增压器技术领域，尤其涉及一种增压器的压力控制方法。

背景技术

可变截面的涡轮增压器一般适用于柴油发动机。目前，可变截面涡轮增压器的超速保护标定以许用转速为限值，即当整车运行在任何工况下，增压器的瞬时最高转速均不允许超过该限值。

但是，在发动机的工作状态中，有一些工况并不是稳态过程，是瞬态变化的，比如当发动机排气流量在某瞬态加速工况下突然增大时，涡轮增压器的涡轮端转速加快，同时扭矩会突然增大，然而涡轮增压器的压气机端叶轮转速未能够同步增大，因此压气机端的扭矩也并未增加，这就造成了涡轮增压器的压气机端出现反应迟滞现象；随着涡轮增压器的快速调整，压气机端叶轮的扭矩突变增大，导致增压器在调节过程中会出现增压压力突增然后再下降的现象，这种情况会增加增压器叶轮和涡轮之间的连接轴出现轴荷不均的风险，导致轴容易发生晃动、甚至开裂等问题。

针对这个问题，当前诊断方法选择仅关注于增压器的压气机端叶轮转速，并未针对压气机后的增压压力进行有效监控。在某些瞬态工况下，发动机的排气流量增大，导致涡轮转速和扭矩明显突增，增压器在调整过程中，将会导致压气机端的增压压力急剧突增，如果在没有针对增压压力进行监控限值的状态下，增压器的增压压力可能会在瞬态超过增压器能够承受的最大值，对增压器造成损坏。另一方面，在增压器的调节过程中，容易导致机油压力低，从而对增压器润滑不充分，加剧增压器轴断裂的风险。因此，目前涡轮增压器的诊断方法存在缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种增压器的压力控制方法，针对涡轮增压器的增压压力进行监控限值，能够解决在某些瞬态工况下发动机的排气流量突然增大，导致增压器连接轴发生晃动或开裂的技术问题。

为实现上述目的，本发明所设计的一种增压器的压力控制方法，所述方法包括以下步骤，

步骤1.增加增压器的压气机端和排气涡轮端的参数约束，利用相应的控制算法，建立进气压力模型和排气压力模型，对增压器运行过程中的瞬态和稳态点进行模拟；

步骤2.在发动机运行过程中，监测压气机后中冷前进气压力模型、增压器涡前排气压力模型的实时变化状态；

步骤3.发动机增压器稳态标定完成后，按照可变截面增压器部件的限制要求，增压器涡前排气压力模型与压气机后中冷前进气压力模型的差值稳态控制在要求范围内；在发动机瞬时加速过程中，增压器涡前排气压力模型的增长值大于压气机后中冷前进气压力模型的增长值，导致发动机瞬态工况下增压器涡前排气压力模型与压气机后中冷前进气压力模型的差值超限；

步骤4.通过标定发动机压缩比限值，即增压器涡前排气压力模型与压气机后中冷前进气压力模型的比值，来实现对增压器瞬态最大位置的限制，进而限制瞬态增压器涡前排气压力模型与压气机后中冷前进气压力模型的差值超限。

作为优选方案，气流方向从增压器压气机端依次经过增压器后中冷前进气管路、中冷器、中冷后进气管路、发动机进气歧管、发动机排气歧管、增压器涡轮端，最终从发动机排气管路排出发动机。

作为优选方案，控制发动机压缩比最大限值，通过增压器涡后排气输出压力模型计算得到增压器膨胀比最大限值，即增压器涡前排气压力模型与增压器涡后排气输出压力模型比值的最大值，将标定发动机压缩比限值转化为计算增压器膨胀比最大限值。

作为优选方案，计算增压器膨胀比最大限值具体方法为，根据当前增压器涡后排气输出压力模型，查表增压器膨胀比模型，关联增压器实际开度和发动机排气能量，推导出发动机进气流量、增压器开度与增压器膨胀比模型的关系，并得到发动机当前工况下增压器执行器最大开度限值；

根据增压器执行器最大开度的限值，同时结合增压器的预留开度命令值，判断增压器最大开度的命令值是否合理，通过增压器最大开度的设定，管控不同工况下的增压器的开度。

作为优选方案，增压器涡前排气压力模型的压力值大于压气机后中冷前进气压力模型的压力值。

本发明的有益效果：

1.通过采用补充增压器压气机端和排气涡轮端的参数约束，以及相应的控制算法，建立相关的进气模型，对增压器运行过程中的瞬态和稳态点进行模拟。

2、对目前国内柴油机增压器的控制标定方法进行优化，避免目前仅通过监控增压器许用转速的状态下，而没有监控增压器的增压压力，使得当发动机在急加速等瞬时工况运行时，增压器由于涡轮转速突然升高，导致压气机后的增压压力也瞬时升高，造成与增压器压气机前的压力差高于安全限值，造成增压器连接轴存在损伤或断裂风险。因此，该方法能提升增压器的使用安全性以及可靠性。

3.使用这套增压器的压力控制方法能够打破传统控制的思维逻辑，从增压器的膨胀比和压比等特性方面考虑，将增压器后中冷前的进气压力、空滤后增压器前的进气压力、增压器涡前压力、增压器出口排气压力等参数作为参考指标进行实时监测，同时根据膨胀比和压比的计算公式，推导出个参数之间的关系，便于对增压器的最大开度进行有效管控。

4.使用这套增压器的压力控制方法能够准确测量出增压器压气机前后的实时压力，并且在急加速这种瞬时工况下，也能够对增压器压气机出口压力及增压器压气机进口前压力进行关系限定，防止增压器压气机出口的压力与增压器压气机进口前压力的差值大于限定值，导致对增压器的连接轴造成一定的损伤甚至发生断裂风险。

附图说明

图1为本发明发动机进气系统示意图；

图2为本发明逻辑框图；

附图标记说明：

1-发动机本体，2-发动机进气歧管，3-中冷后进气管路，4-中冷器，5-增压器后中冷前进气管路，6-发动机排气歧管，7-增压器压气机端，8-增压器涡轮端，9-发动机排气管路；压气机后中冷前进气压力模型P2，增压器涡前排气压力模型P3，增压器涡后排气压力模型P4。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种增压器的压力控制方法，尤其涉及一种可变截面的涡轮增压器的压力控制方法，适用于所有装配了可变截面增压器系统的柴油发动机。

图1为本发明发动机进气系统示意图，气流方向从增压器压气机端7依次经过增压器后中冷前进气管路5、中冷器4、中冷后进气管路3、发动机进气歧管2、发动机排气歧管6、增压器涡轮端8，最终从发动机排气管路9排出发动机。

本发明中将压气机后中冷前进气压力模型记为P2，增压器涡前排气压力模型记为P3，增压器涡后排气压力模型记为P4。发动机正常工作的情况下，增压器涡前排气压力模型P3比进气压气机端压力模型P2大一些，即P3与P2的差值大于零。

增压器涡后排气压力模型P4可表示为：

P4＝增压器出口压力-后处理DOC入口压力+后处理DFF入口的压力损失+后处理SCR处的压力损失+后处理插入损失；

则P3与P4的关系如下：P3＝P4*增压器膨胀比。

P3与P2比值的最大限值为发动机压缩比最大限值，P3与P4比值的最大限值为增压器膨胀比最大限值。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤1.增加增压器的压气机端和排气涡轮端的参数约束，利用相应的控制算法，建立进气压力模型和排气压力模型，对增压器运行过程中的瞬态和稳态点进行模拟；

气流方向从增压器压气机端依次经过增压器后中冷前进气管路、中冷器、中冷后进气管路、发动机进气歧管、发动机排气歧管、增压器涡轮端，最终从发动机排气管路排出发动机，方向如图1中箭头所示。

步骤2.在发动机运行过程中，监测压气机后中冷前进气压力模型P2、增压器涡前排气压力模型P3、增压器涡后排气输出压力模型P4的实时变化状态；

步骤3.发动机增压器稳态标定完成后，按照可变截面增压器部件的限制要求，将增压器涡前排气压力模型P3与压气机后中冷前进气压力模型P2的差值(P3-P2)稳态控制在要求范围内；本实施例中增压器涡前排气压力模型P3与压气机后中冷前进气压力模型P2的差值小于200kPa。

在发动机瞬时加速过程中，增压器涡前排气压力模型P3的增长值大于压气机后中冷前进气压力模型P2的增长值，导致瞬态工况下P3-P2的差值超限；

步骤4.通过标定发动机压缩比限值，即增压器涡前排气压力模型P3与压气机后中冷前进气压力模型P2的比值，来实现对增压器瞬态最大位置的限制，进而限制瞬态增压器涡前排气压力模型P3与压气机后中冷前进气压力模型P2的差值超限。

控制发动机压缩比最大限值(P3/P2)，通过增压器涡后排气输出压力模型P4计算得到增压器膨胀比最大限值(P3/P4)，即增压器涡前排气压力模型P3与增压器涡后排气输出压力模型P4比值的最大值，将标定发动机压缩比限值转化为计算增压器膨胀比最大限值。

计算增压器膨胀比最大限值具体方法为，根据当前P4模型值，查表增压器膨胀比模型，关联增压器实际开度和发动机排气能量，推导出发动机进气流量、增压器开度与增压器膨胀比模型的关系，并得到发动机当前工况下增压器执行器最大开度限值，共同对增压器最大开度进行监控和调整，避免增压器开度过高，同时验证了增压器的压比的对应关系；

根据增压器执行器最大开度的限值，同时结合增压器的预留开度命令值，判断增压器最大开度的命令值是否合理，通过进行增压器最大开度的设定，管控不同工况下的可变截面增压器开度；

进行最终判定，通过标定发动机压缩比限值(P3/P2)，来实现对增压器瞬态最大位置的限制，进而限制瞬态P3与P2的差值超限的问题；

当发动机处于急加速的工况下，对于发动机的瞬态工况，通过设置合理的发动机压缩比限值，使得发动机运行时P3与P2的比值的限值始终小于安全限定值，因此可以避免出现P3与P2的差值大于限值的情况出现，达到保护增压器的目的。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种增压器的压力控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，

步骤1.增加增压器的压气机端和排气涡轮端的参数约束，利用相应的控制算法，建立进气压力模型和排气压力模型，对增压器运行过程中的瞬态和稳态点进行模拟；

步骤2.在发动机运行过程中，监测压气机后中冷前进气压力模型(P2)、增压器涡前排气压力模型(P3)的实时变化状态；

步骤3.发动机增压器稳态标定完成后，按照可变截面增压器部件的限制要求，增压器涡前排气压力模型(P3)与压气机后中冷前进气压力模型(P2)的差值稳态控制在要求范围内；在发动机瞬时加速过程中，增压器涡前排气压力模型(P3)的增长值大于压气机后中冷前进气压力模型(P2)的增长值，导致发动机瞬态工况下增压器涡前排气压力模型(P3)与压气机后中冷前进气压力模型(P2)的差值超限；

步骤4.通过标定发动机压缩比限值，即增压器涡前排气压力模型(P3)与压气机后中冷前进气压力模型(P2)的比值，来实现对增压器瞬态最大位置的限制，进而限制瞬态增压器涡前排气压力模型(P3)与压气机后中冷前进气压力模型(P2)的差值超限。

2.根据权利要求1所述的增压器的压力控制方法，其特征在于：气流方向从增压器压气机端依次经过增压器后中冷前进气管路、中冷器、中冷后进气管路、发动机进气歧管、发动机排气歧管、增压器涡轮端，最终从发动机排气管路排出发动机。

3.根据权利要求1所述的增压器的压力控制方法，其特征在于：控制发动机压缩比最大限值，通过增压器涡后排气输出压力模型(P4)计算得到增压器膨胀比最大限值，即增压器涡前排气压力模型(P3)与增压器涡后排气输出压力模型(P4)比值的最大值，将标定发动机压缩比限值转化为计算增压器膨胀比最大限值。

4.根据权利要求3所述的增压器的压力控制方法，其特征在于：计算增压器膨胀比最大限值具体方法为，根据当前增压器涡后排气输出压力模型(P4)，查表增压器膨胀比模型，关联增压器实际开度和发动机排气能量，推导出发动机进气流量、增压器开度与增压器膨胀比模型的关系，并得到发动机当前工况下增压器执行器最大开度限值；

根据增压器执行器最大开度的限值，同时结合增压器的预留开度命令值，判断增压器最大开度的命令值是否合理，通过增压器最大开度的设定，管控不同工况下的增压器的开度。

5.根据权利要求4所述的增压器的压力控制方法，其特征在于：增压器涡前排气压力模型(P3)的压力值大于压气机后中冷前进气压力模型(P2)的压力值。