[发明专利]一种可变喷嘴涡轮增压控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机可变喷嘴涡轮增压系统，特别涉及一种以电液伺服比例电磁阀为执行器的柴油机可变喷嘴涡轮增压系统。

背景技术

涡轮增压器要适应发动机宽广的转速变化范围。固定截面涡轮增压器存在的缺点有：(1)在发动机低速运转时，由于废气提供的能量很少，涡轮增压器的转速过低，无法提供合适的增压压力和足够的进气量，发动机无法产生大的低速扭矩，导致其低速性能难以有明显的提高。(2)发动机高速运转时，由于排气温度和压力很高，可能会造成增压器超速。(3)增压器与发动机之间仅存在气动联系，在加速过程中增压器的响应滞后明显。由于发动机油量供给的响应比进气量供给的响应快，会导致发动机的加速性能不好，产生加速冒烟现象。因此固定截面涡轮增压器与发动机的匹配比较困难，如果涡轮增压器按照发动机高速工况进行设计匹配，就会出现低速时转速过低，增压压力过低，如果按照低速工况进行设计匹配，则在高速时，为避免出现增压器超速，在发动机排气管处需要安装一个废气放气阀，浪费了一部分的废气能量。然而，采用可变喷嘴涡轮增压器可以很好的解决涡轮增压器与发动机的匹配问题。发动机可变喷嘴涡轮增压器是在固定截面涡轮增压器上增加了一个可调节喷嘴截面的喷嘴环，喷嘴环一圈上有多个叶片，它们可以绕自己的轴心转动从而改变喷嘴截面，其调节通过喷嘴环上的操纵环实现，操纵环的转动由涡轮壳外的调节曲柄控制。转动调节曲柄，带动操纵环旋转，使喷嘴环叶片各自绕自己的轴心同时旋转。通过改变喷嘴环叶片的角度，改变涡轮入口的流通截面积。

目前发动机可变喷嘴涡轮增压器的喷嘴环开度的调节方式有以下几种：一、采用真空膜片弹簧的调节控制，通过一个膜片式的气动执行器来实现的，通过改变膜片弹簧一面的气体压力值来调节膜片位移，从而调节喷嘴环开度的调节曲柄。气体压力通过电磁阀或真空泵来控制。电控单元根据发动机所处的工况，控制真空执行器中膜片弹簧的位移，从而控制进气管中增压压力值。该机构的好处是真空度可以连续变化从而可以连续的调节喷嘴环的开度。其缺点主要是通过膜片弹簧的真空度来调节，在发动机瞬态变化时，喷嘴环动作的快速响应性能不够。二、采用步进电机为执行器的调节控制，步进电机通过一套机械结构与喷嘴环调节曲柄相连，调节步进电机的步进步数就可以调节喷嘴环截面开度的大小。该机构的好处是调节的速度快，在电信号的驱动下步进电机可以快速从最小位置动作到最大位置，其缺点是由于步进电机是单步前进的，不能连续调节喷嘴截面位置。

发明内容

本发明的目的和任务是开发一种可变喷嘴涡轮增压器的电控方法及系统。针对以电液伺服比例电磁阀为执行器的可变喷嘴涡轮增压器实现对涡轮喷嘴环开度的调节，对发动机各种工况都能快速调节涡轮增压器的喷嘴截面到指定位置，控制系统的精度高，响应速度快。

一种可变喷嘴涡轮增压控制方法，其特征在于：该控制方法采用以电液伺服比例电磁阀为执行元件，以可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环最佳开度目标位置对应的驱动信号为控制目标的前馈控制和以进气管内增压压力信号为控制目标的闭环分段数字PI反馈控制，前馈控制负责在瞬态工况时快速调节喷嘴截面到指定位置，反馈控制负责在小幅度的扰动工况下保持实际增压压力对最终目标增压压力的跟踪，其具体控制步骤如下：

1)若为正常工作状态：

1.1)闭环反馈控制

a.电控单元根据采集的发动机转速信号和油门位置信号查2维MAP图，得到发动机负荷量信号，再根据发动机负荷量和发动机转速查2维MAP图，得到初始目标增压压力值P_target0；

b.电控单元根据采集的环境压力信号查1维特性表对目标增压压力值进行修正，得到第一压力修正值P_rev1，根据采集的进气温度信号查1维特性表对目标增压压力值进行修正，得到第二压力修正值P_rev2，利用下式：

P_target＝P_target0+P_rev1+P_rev2得到最终目标增压压力值P_target；

c.电控单元根据最终目标增压压力值P_target与增压压力传感器采集的实际增压压力信号P_in的差得到压力偏差ΔP；

d.电控单元根据发动机转速信号和发动机负荷量信号查2维MAP图得到数字PI控制的比例控制参数Kp；根据发动机转速信号和发动机负荷量信号查2维MAP图得到数字PI控制的积分控制参数Ki，根据下式得到反馈部份控制量；

1.2)开环前馈控制