CN204921057U - 一种vgt控制系统终端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种VGT控制系统终端，包括用于与涡轮增压系统连接检测涡轮增压系统运行工况参数的信号测量模块，信号测量模块的输出端经A/D转换模块与主控模块的输入端连接，主控模块的输出端经D/A转换模块与执行机构驱动模块连接，执行机构驱动模块的输出端与用于调整涡轮增压器喷嘴环开度的执行机构连接；还包括反馈装置，反馈装置的测量端用于与涡轮增压器喷嘴环中的驱动杆连接，反馈装置的输出端与主控模块的输入端连接。本实用新型能够在大范围运行工况下都取得较好的控制效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于柴油发动机的控制系统，特别是一种VGT控制系统终端。
背景技术
可变截面涡轮增压器（VGT）是根据柴油机不同工况的要求改变喷嘴环上各叶片倾角，从而得到适合涡轮叶片的最佳气流参数；通过喷嘴环导流叶片倾角的调节可以改善增压器与柴油机的匹配，不仅如此，采用可变截面涡轮增压器（VGT）还可以改善柴油机部分负荷时性能和满足高原地区柴油机功率的恢复。将可变截面涡轮增压器（VGT）与电子控制技术相结合，可以实现全工况范围内柴油机与增压器良好匹配。
现有的VGT控制系统多采用闭环控制策略，控制目标多为增压压力，根据PID算法输出控制执行器开度，实现对控制目标的追踪控制。这种控制策略具有简单、控制效果好等优点，但是不适用于所有的工况，仅用于稳态工况，在一些瞬态工况或者特殊环境中控制效果不好，应用受到限制。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种VGT控制系统终端，该VGT控制系统终端能够在大范围运行工况下都取得较好的控制效果。
本实用新型要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的。本实用新型是一种VGT控制系统终端，其特点在于：包括用于与涡轮增压系统连接检测涡轮增压系统运行工况参数的信号测量模块，所述的信号测量模块的输出端经A/D转换模块与主控模块的输入端连接，所述的主控模块的输出端经D/A转换模块与执行机构驱动模块连接，所述的执行机构驱动模块的输出端与用于调整涡轮增压器喷嘴环开度的执行机构连接；还包括反馈装置，所述的反馈装置的测量端用于与涡轮增压器喷嘴环中的驱动杆连接，反馈装置的输出端与主控模块的输入端连接。
本实用新型一种VGT控制系统终端技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的信号测量模块包括分别用于测量增压器转速和测量发动机转速的转速测量装置、用于测量增压压力的压力检测装置、用于测量柴油机油门位置的位移测量装置、用于测量叶片位置的角度测量装置、用于检测水温的水温测量装置和用于检测进气温度的气温测量装置，所述的转速测量装置、压力检测装置、位移测量装置、角度测量装置、水温测量装置和气温测量装置的输出端均经所述的A/D转换模块与所述的主控模块的输入端连接。
本实用新型一种VGT控制系统终端技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的主控模块包括单片机，所述的单片机的输出端连接有液晶显示模块。
本实用新型一种VGT控制系统终端技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的单片机为ATmegal28单片机。
本实用新型一种VGT控制系统终端技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的执行机构为步进机构，所述的步进机构用于与所述的涡轮增压器喷嘴环中的驱动杆连接。
本实用新型一种VGT控制系统终端技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的步进机构为步进电机，步进电机的电机轴与所述的驱动杆连接。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的控制效果：
本实用新型涡轮喷嘴环的开度是通过执行机构带动的，执行机构的每一步动作和喷嘴叶片转角是一一对应关系，并且对喷嘴叶片转角的位置进行稳定的追踪控制，快速相应实现微调，以实现叶片转角开度的快速、稳定、精确和同步的控制，以满足系统实时性的要求；由于本实用新型对VGT的控制能够更精确、更灵活，改善了系统的应用工况，并大大提高了系统的控制效果；匹配VGT增压器后，柴油机的增压器转速在低工况区明显升高，涡轮效率较高，燃烧改善，涡前排温也得到了改善。
附图说明
图1为本实用新型的系统方框图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本实用新型的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本实用新型，而不构成其权力的限制。
实施例1，参照图1，一种VGT控制系统终端，包括用于与涡轮增压系统连接检测涡轮增压系统运行工况参数的信号测量模块1，所述的信号测量模块1的输出端经A/D转换模块2与主控模块4的输入端连接，所述的主控模块4的输出端经D/A转换模块5与执行机构驱动模块6连接，所述的执行机构驱动模块6的输出端与用于调整涡轮增压器喷嘴环开度的执行机构7连接；还包括反馈装置8，所述的反馈装置8的测量端用于与涡轮增压器喷嘴环中的驱动杆连接，反馈装置的输出端与主控模块4的输入端连接。反馈装置8用于检测喷嘴环开度，并将开度数据传输到主控模块4，便于主控模块4发送对检测喷嘴环开度微调的指令。
所述的信号测量模块包括分别用于测量增压器转速和测量发动机转速的转速测量装置、用于测量增压压力的压力检测装置、用于测量柴油机油门位置的位移测量装置、用于测量叶片位置的角度测量装置、用于检测水温的水温测量装置和用于检测进气温度的气温测量装置，所述的转速测量装置、压力检测装置、位移测量装置、角度测量装置、水温测量装置和气温测量装置的输出端均经所述的A/D转换模块与所述的主控模块的输入端连接。转速测量装置均为定时器，压力检测装置为压力传感器，位移测量装置为位移传感器，角度测量装置为角度传感器，水温测量装置和气温测量装置均为温度传感器。信号测量中需采集的信号数据有：增压器转速、发动机转速、涡轮增压器增压压力、油门位置、叶片位置、水温和进气温度7个信号。
所述的主控模块包括单片机，所述的单片机的输出端连接有液晶显示模块3，所述的单片机为ATmegal28单片机，液晶显示模块3连接到ATmegal28单片机的端口C上，A/D转换模块2连接到ATmegal28单片机的端口E上，D/A转换模块5连接到ATmegal28单片机的端口A和端口D上，执行机构驱动模块6连接到D/A转换模块5上。主控模块里包含初始化模块、稳态控制模块、瞬态控制模块、故障诊断模块和通讯与监控模块。
所述的执行机构7为步进机构，所述的步进机构用于与所述的涡轮增压器喷嘴环中的驱动杆连接，所述的步进机构可以选用步进电机。
本实用新型的工作过程：
在发动机热怠速状态时，将涡轮增压器喷嘴环喷嘴环开度设为最大，在发动机处于低温怠速工况时，减小涡轮增压器喷嘴环喷嘴环的开度可以使背压提高，从而提高发动机热负荷，加快燃烧室温度的上升和发动机的预热；采用水温传感器测温，如果发动机处在热怠速状态，则取消反馈控制，直接将喷嘴环开到最大；如果发动机处于低温怠速状态，也取消反馈控制，直接将喷嘴环开到最小，以加速暖机过程，为了保证发动机的安全性，停车状态将涡轮增压器喷嘴环喷嘴环开度放置在最大位置；实际运行过程中，VGT系统采用发动机转速为输入参数，用以表征发动机的工作状态；以涡轮增压器喷嘴环开度为控制变量，压气机出口压力为被控变量，并根据进气温度加以温度修正，主控模块得到转速信号和进气温度信号后，首先进行信号处理和数据采集，对数据进行处理得出目标增压压力，根据反馈回来的当前增压压力，通过数据处理判断，得到喷嘴环开度调整的方向和幅度，输出驱动信号控制步进电机，步进电机配合反馈装置对喷嘴环开度进行调整，使喷嘴环开度达到目标位置，直到控制压力在目标压力允许的误差范围内，如此构成压力闭环控制。
发动机实际工作中主要有以下两种典型瞬态工况：
（1）发动机转速没有变化，油门突然加大或减小：这是驾驶意图或是对于海况的预先反应；油门突然减小时，如果发动机转速也跟着下降控制系统相应减小叶片开度，以保持一定的增压压力；如果转速基本保持不变，则将叶片开度直接开到一个很大的位置后，保持一定的时间，在发动机转速稳定后回到该工况下的最佳位置值，并且恢复稳态工况下的增压压力反馈PID控制；
（2）油门位置不变，发动机转速出现较大上升或下降：
发动机转速突然上升时，表明发动机的受到的阻力突然减小，这时候增压压力也会迅速上升，这种情况下增压器会供给过多的空气量，相当于油门减小的效果，因此将叶片开度直接开到超过最佳开度一定时间，当发动机转速不再变化时，将叶片位置回到该工况下的最佳位置值，并且恢复稳态工况下的增压压力反馈PID控制。
发动机转速突然下降时，这时发动机受到的阻力突然增大，由于发动机转速突然下降，增压压力也随着下降，这时增压压力不足，相当于油门增大的效果，因此将叶片开度直接关到比最佳位置更小的位置，位置的减小量由发动机转速下降的速率确定。保持在该位置一定时间，然后回到该工况下的最佳位置值，并恢复稳态工况下的增压压力反馈PID控制。
匹配VGT增压器后，柴油机的增压器转速在低工况区明显升高，涡轮效率较高，燃烧改善，涡前排温也得到了改善。高工况区基本没有变化。这是因为高工况下的VGT开度角与原机的状态接近。
Claims (6)
1.一种VGT控制系统终端，其特征在于：包括用于与涡轮增压系统连接检测涡轮增压系统运行工况参数的信号测量模块，所述的信号测量模块的输出端经A/D转换模块与主控模块的输入端连接，所述的主控模块的输出端经D/A转换模块与执行机构驱动模块连接，所述的执行机构驱动模块的输出端与用于调整涡轮增压器喷嘴环开度的执行机构连接；还包括反馈装置，所述的反馈装置的测量端用于与涡轮增压器喷嘴环中的驱动杆连接，反馈装置的输出端与主控模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的VGT控制系统终端，其特征在于：所述的信号测量模块包括分别用于测量增压器转速和测量发动机转速的转速测量装置、用于测量增压压力的压力检测装置、用于测量柴油机油门位置的位移测量装置、用于测量叶片位置的角度测量装置、用于检测水温的水温测量装置和用于检测进气温度的气温测量装置，所述的转速测量装置、压力检测装置、位移测量装置、角度测量装置、水温测量装置和气温测量装置的输出端均经所述的A/D转换模块与所述的主控模块的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的VGT控制系统终端，其特征在于：所述的主控模块包括单片机，所述的单片机的输出端连接有液晶显示模块。
4.根据权利要求3所述的VGT控制系统终端，其特征在于：所述的单片机为ATmegal28单片机。
5.根据权利要求1或2所述的VGT控制系统终端，其特征在于：所述的执行机构为步进机构，所述的步进机构用于与所述的涡轮增压器喷嘴环中的驱动杆连接。
6.根据权利要求5所述的VGT控制系统终端，其特征在于：所述的步进机构为步进电机，步进电机的电机轴与所述的驱动杆连接。
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