[发明专利]柴油机变海拔增压压力控制方法

权利要求书

1.一种柴油机变海拔增压压力系统的控制方法，增压压力系统

包括增压器控制器ECU（23）、三个温度传感器（2、4、26）、四个压力变送器（3、5、11、27）、高压级VGT叶片（8）、高、低压级涡轮调节阀（7、16）、执行机构三个直流电机（17、18、19）和电磁阀（20），其特征在于：增压器控制器ECU（23）通过与柴油机ECU（24）的CAN通信得到柴油机转速信号和油门位置信号；为了得到二级可调增压器的工作状态，采用三个温度传感器（2、4、26）、四个压力变送器（3、5、11、27）以及一个高压级涡轮调节阀（7）测量增压器进出口管道的温度、压力和涡轮转速；在涡前排温、最高燃烧压力和增压器转速约束限制条件下，增压器控制器ECU（23）根据采集的柴油机工况和大气压力信号，查询增压压力MAP，并通过进气温度修正，得到增压压力目标值，再根据已设计的控制算法，将增压压力目标值与当前实际增压压力对比，根据误差值得到高压级VGT叶片（8）和高、低压级涡轮调节阀(7、16)开度调整的方向和幅度大小，由此对执行机构三个直流电机（17、18、19）和一个电磁阀（20）发出驱动信号使其达到目标位置，以实现在0m~5500m海拔范围内，对增压压力进行变海拔、变工况的优化控制，保证柴油机在海拔5500m各项性能指标与平原相比不变，海拔5500m增压压力应与0m海拔增压压力相同；具体不同海拔、不同工况条件下，二级可调增压器高压级VGT叶片（8）、高压级涡轮调节阀（7）、低压级涡轮调节阀（16）和压气机旁通阀（13）的控制策略是：

（1）在0m海拔

在0m海拔条件下，低压级涡轮调节阀（16）和压气机旁通阀（13）全开；在中低转速工况（＜1400r/min），根据ECU(23)中标定增压压力MAP，调节高压级VGT叶片（8）开度从30%调至100%；随着柴油机转速继续增大（≥1400r/min），高压级VGT叶片（8）开度调至最大，为防止涡轮超速，限制增压压力，高压级涡轮调节阀（7）逐渐开启，在0~24%开度内进行调节；

（2）在0m~2500m海拔

随着海拔升高，大气压力下降，为保证高压级压气机进口处压力值不下降，低压级涡轮调节阀（16）开度从全开逐渐减小，至海拔2500m完全关闭，高压级VGT叶片（8）和涡轮调节阀(7)的控制策略与0m海拔相同；按照0m海拔标定增压压力MAP，高压级VGT叶片（8）开度从30%调至100%，高压级涡轮调节阀(7)开度从全关调至24%；

（3）在2500m~5500m海拔

随着海拔继续升高，低压级涡轮调节阀（16）和压气机旁通阀（13）完全关闭；高压级VGT叶片（8）和高压级涡轮调节阀(7)的控制策略与0m海拔相同；按照0m海拔标定增压压力MAP，高压级VGT叶片(8)开度从40%调至100%，高压级涡轮调节阀(7)开度从 3%调至17%；

上述二级可调增压器控制单元ECU（23）根据柴油机工况的变化，变海拔增压压力的控制算法采用前馈控制和模糊PID控制相结合的方式:

（1）稳态工况和一般瞬态工况

根据控制策略，在0m~5500m海拔范围内，柴油机的增压压力不下降，因此，二级可调增压器控制单元ECU（23）中只存储一张0m海拔增压压力MAP，随海拔升高，大气压力下降，实际增压压力降低，二级可调增压器控制单元ECU（23）查询0m海拔增压压力MAP，采用模糊PID控制算法，按照设计的控制策略，实时控制VGT叶片（8）和高、低压级两个涡轮调节阀（7、16）开度，确保增压压力实际值对目标值的追踪；

所述模糊PID控制算法所用模糊控制系统由分别是控制器、模糊控制器以及用以平滑切换控制方式的权重因子三部分组成，根据本发明的模糊PID算法的设计要求，采用根据误差的增压压力值判断控制方式的方法：选取两个数值作为上限压值和下限压值，当误差大于上限压值时，控制器只采用模糊控制方式，当调节阀误差小于下限压值时，只采用数字PID控制算法，为使两种控制方法之间实现更加平滑的切换，在上、下限压值之间的区域采用权重因子，模糊PID智能控制器的输出函数经过加权后为：

由上式中构造为下面的形式：

式中， 和 分别为下限压值和上限压值，也就是模糊控制规则和PID控制作用的分界点，从式中可以看出，当时，控制器只有PID控制作用；当时，控制器中的模糊控制和PID控制共同作用；当时，控制器只有模糊控制作用；

（2）瞬态工况

在不同海拔条件下，柴油机在动加速、突然加载、突然增速强瞬态工况下，采用前馈控制算法，以0~5500m范围内柴油机增压压力不下降为优化目标，分别存储了一张高压级涡轮调节阀（7）、一张低压级涡轮调节阀（16）和多张不同海拔下的高压级VGT叶片（8）的开度MAP；二级可调增压器控制单元ECU（23）接收环境压力信号，按照相应算法，转换为海拔值，ECU(23)采用数值插值确定当前海拔对应的高压级VGT叶片(8)和高、低压级两个涡轮调节阀(7、16)开度MAP，直接驱动高压级VGT叶片(8)和高、低压级两个涡轮调节阀（7、16）到目标开度。