專利名稱：一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)，特別涉及一種車用可變噴嘴渦輪增壓系統(tǒng)，通過電子控制單元和軟件控制算法實現(xiàn)可變截面噴嘴位置的最佳控制。
因此固定截面渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配比較困難，如果渦輪增壓器按照發(fā)動機(jī)高速工況進(jìn)行設(shè)計匹配，就會出現(xiàn)低速時轉(zhuǎn)速過低，增壓壓力過低，如果按照低速工況進(jìn)行設(shè)計匹配，則在高速時，為避免出現(xiàn)增壓器超速，在發(fā)動機(jī)排氣管處需要安裝一個廢氣放氣閥，浪費(fèi)了一部分的廢氣能量。
采用可變噴嘴渦輪增壓器可以很好的解決渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配問題。車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓器是在固定截面渦輪增壓器上增加了一個可調(diào)節(jié)噴嘴截面的噴嘴環(huán)，噴嘴環(huán)一圈上有多個葉片，它們可以繞自己的軸心轉(zhuǎn)動從而改變噴嘴截面，其調(diào)節(jié)通過噴嘴環(huán)上的操縱環(huán)實現(xiàn)，操縱環(huán)的轉(zhuǎn)動由渦輪殼外的調(diào)節(jié)曲柄控制。轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)曲柄，帶動操縱環(huán)旋轉(zhuǎn)，使噴嘴環(huán)葉片各自繞自己的軸心同時旋轉(zhuǎn)。通過改變噴嘴環(huán)葉片的角度，改變渦輪入口的流通截面積。車用可變噴嘴渦輪增壓器的工作原理如下(1)發(fā)動機(jī)低速時，讓噴嘴環(huán)葉片開度減小，渦輪流通截面積減小，廢氣流出速度相應(yīng)提高，增壓器轉(zhuǎn)速上升，壓氣機(jī)出口壓力增大，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量增加；(2)高速時，讓噴嘴環(huán)葉片開度增加，渦輪流通截面積增加，廢氣流出速度相對減小，增壓器轉(zhuǎn)速相對減小，增壓壓力降低，防止增壓過量。(3)在加速時，減小噴嘴環(huán)開度開度，在短時間內(nèi)迅速提高增壓器轉(zhuǎn)速，提高發(fā)動機(jī)增壓壓力，提供足夠的進(jìn)氣量，改善其加速性能。
目前車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓器的噴嘴環(huán)開度的調(diào)節(jié)是通過一個膜片式的氣動執(zhí)行器來實現(xiàn)的，通過改變膜片彈簧的一面的氣體壓力值來調(diào)節(jié)膜片位移，從而調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)開度的調(diào)節(jié)曲柄。氣體壓力通過電磁閥或真空泵來控制。電子控制單元根據(jù)發(fā)動機(jī)所處的工況，控制真空執(zhí)行器中膜片彈簧的位移，從而控制進(jìn)氣管中增壓壓力值。該機(jī)構(gòu)的好處是真空度可以連續(xù)變化從而可以連續(xù)的調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)的開度。
其缺點(diǎn)主要有(1)由于執(zhí)行元件多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加制造的成本。(2)通過膜片彈簧的真空度來調(diào)節(jié)，在發(fā)動機(jī)瞬態(tài)變化時，噴嘴環(huán)動作的快速響應(yīng)性能不夠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和任務(wù)是提供一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)對渦輪噴嘴環(huán)開度的調(diào)節(jié)。對發(fā)動機(jī)各種工況都能調(diào)節(jié)渦輪增壓器的噴嘴截面。硬件系統(tǒng)安裝方便，成本低，可靠性高。能與不同的發(fā)動機(jī)和增壓器匹配。
本發(fā)明的目的和任務(wù)是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制方法，該控制方法的特征在于(1)用電控單元，采用單片機(jī)為微控制器，通過儲存在單片機(jī)中的軟件控制程序采集轉(zhuǎn)速傳感器、油門位置傳感器，增壓壓力傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器的信號，根據(jù)油門位置信號的變化率判斷發(fā)動機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)還是過渡工況，根據(jù)發(fā)動機(jī)的性能通過發(fā)動機(jī)臺架試驗確定油門位置變化率的臨界值，當(dāng)油門位置信號的變化率絕對值小于該臨界值時為穩(wěn)態(tài)工況，否則為過渡工況；(2)當(dāng)油門位置信號的變化率的絕對值小于該臨界值時，發(fā)動機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)工況，采用以增壓壓力為控制目標(biāo)的數(shù)字PID閉環(huán)控制，增壓壓力的理想目標(biāo)值根據(jù)油門位置和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，查穩(wěn)態(tài)增壓壓力MAP圖得到，該臨界值和穩(wěn)態(tài)增壓壓力MAP圖中的值以及PID參數(shù)均由發(fā)動機(jī)匹配試驗確定，直接存儲在單片機(jī)中；(3)當(dāng)油門位置信號的變化率大于該臨界值時，發(fā)動機(jī)工作在加速過渡工況，采用開環(huán)預(yù)測控制，根據(jù)該時刻的油門位置和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，查開環(huán)位置MAP圖得到噴嘴環(huán)位置值，再根據(jù)該時刻油門位置的變化率得到位置修正值，兩者相加得到目標(biāo)位置值，直接驅(qū)動執(zhí)行器調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)開度到該目標(biāo)值，開環(huán)位置MAP圖值和變化率修正值由發(fā)動機(jī)匹配實驗得到，直接存儲在單片機(jī)中；(4)當(dāng)油門位置信號的變化率的負(fù)值大于該臨界值時，發(fā)動機(jī)工作在減速過渡工況，保持噴嘴環(huán)位置開度不變。
本發(fā)明提供了實施所述方法的一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，主要包括電子控制單元，為系統(tǒng)提供電力的供電電源，執(zhí)行器，傳感器，可變噴嘴渦輪增壓器，其特征在于所述電子控制單元采用單片機(jī)為微控制器，還包括存儲器擴(kuò)展芯片，用于驅(qū)動執(zhí)行器的驅(qū)動電路，用于進(jìn)行故障診斷的故障顯示電路，實現(xiàn)單片機(jī)與計算機(jī)之間串行通訊的通訊電路，電源電路以及預(yù)先儲存在存儲器擴(kuò)展芯片中的軟件控制程序，所述的執(zhí)行器采用步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)通過連桿與渦輪的噴嘴環(huán)調(diào)節(jié)曲柄相連，所述的傳感器包括采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，采集發(fā)動機(jī)油門位置的油門位置傳感器，采集發(fā)動機(jī)增壓壓力的壓力傳感器，采集發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度的溫度傳感器。
本發(fā)明的單片機(jī)采用MC68HC11E9；所述的存儲器擴(kuò)展芯片采用27256；所述的驅(qū)動電路采用集成芯片L297和L298；所述的通訊電路采用MAX232芯片。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在發(fā)動機(jī)飛輪殼處；油門位置傳感器安裝在噴油泵齒條處；增壓壓力傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器安裝在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管處。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)由于采用步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行器和實時性的控制軟件，瞬態(tài)過程響應(yīng)速度快，能充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)性能，提高動力性，降低排放水平(2)執(zhí)行元件少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高。(2)能獨(dú)立工作，只需改動軟件少量匹配MAP圖參數(shù)，即可實現(xiàn)與各種不同發(fā)動機(jī)的匹配。
圖2為主單片機(jī)電路。
圖3為驅(qū)動電路。
圖4為存儲器擴(kuò)展電路。
圖5為復(fù)位電路。
圖6為故障顯示電路。
圖7為通訊電路。
圖8為軟件控制策略圖。
圖9為程序總體流程圖。


圖10為工作循環(huán)流程圖。
圖11為閉環(huán)控制子程序流程圖。
圖12為開環(huán)控制子程序流程圖。
圖13為增壓系統(tǒng)安裝圖。
圖1為電子控制單元的硬件結(jié)構(gòu)連接簡圖。微控制器采用MC68HC11E9單片機(jī)，油門位置、增壓后的進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣壓力為模擬信號，其值輸給單片機(jī)的AD采集口，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、起動開關(guān)和故障診斷開關(guān)為數(shù)字信號，輸給單片機(jī)的數(shù)字檢測口。存儲器擴(kuò)展電路中存放控制軟件，其與單片機(jī)直接相連。電源電路為單片機(jī)和其它芯片提供5伏電壓，同時為驅(qū)動電路提供12伏驅(qū)動電壓，其供電由外部蓄電池提供。時鐘電路為單片機(jī)提供8M晶振信號。復(fù)位電路與單片機(jī)的復(fù)位口相連，用于手動復(fù)位控制軟件。通訊電路與單片機(jī)通訊口相連，實現(xiàn)與監(jiān)控計算機(jī)的串口通訊。故障顯示電路由單片機(jī)驅(qū)動，顯示電子控制單元的硬件或傳感器故障。驅(qū)動電路由單片機(jī)提供驅(qū)動的邏輯信號，其產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)直接與可變噴嘴渦輪增壓器的調(diào)節(jié)曲柄相連。
圖2為主單片機(jī)電路，晶振Y1為8M，VCC為電源電路提供的5伏信號。IGNSW為點(diǎn)火開關(guān)連接信號，ERRVIEW為故障顯示開關(guān)連接信號。RESET與復(fù)位電路相連。RXD和TXD與通訊電路相連，RXD接受計算機(jī)傳來信號，TXD給計算機(jī)發(fā)出信號。LRESET、STEPCL、DIRECT和LENABLE與驅(qū)動電路相連，LRESET為驅(qū)動電路復(fù)位信號，LENABLE為驅(qū)動電路使能信號，DIRECT為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動方向控制信號，STEPCL為上升沿觸發(fā)的脈沖信號，控制步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)運(yùn)動。ERRLT為故障顯示電路驅(qū)動信號。SOUT為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速輸入信號。PE0口采集油門位置信號，PE2口采集進(jìn)氣溫度信號，PE1口采集進(jìn)氣壓力信號。AD0到AD7、A8到A15、E、AS、R/-W與存儲擴(kuò)展電路相連。
圖3為驅(qū)動電路，L297芯片一端與單片機(jī)相連，一端與L298芯片相連，提供驅(qū)動的邏輯信號。L298為大功率雙H橋驅(qū)動芯片，提供執(zhí)行器的功率驅(qū)動。O1和O2接在步進(jìn)電機(jī)的一相繞阻的兩端，O3和O4接在另一相繞阻的兩端。
圖4為存儲器擴(kuò)展電路，AD0到AD7為數(shù)據(jù)和低八位地址線復(fù)用信號，A8到A14為高位地址信號。E和R/-W提供27256的讀寫控制信號，AS提供74HC373地址數(shù)據(jù)鎖存控制信號。27256為EPROM存儲器，控制軟件存儲在其中。
圖5為復(fù)位電路，實現(xiàn)單片機(jī)的硬件復(fù)位功能。MC34064為低電壓檢測芯片，當(dāng)電子控制單元供電電壓低于一定值時自動復(fù)位單片機(jī)。開關(guān)S1用于手動復(fù)位操作。
圖6為故障顯示電路，ERRLT由單片機(jī)的PA6口輸出，程序控制該信號的高低電平時間及轉(zhuǎn)換次數(shù)，來控制發(fā)光二極管LS1的亮滅，不同的故障有不同的亮滅方式，對比故障碼表就可以知道出故障否。
圖7為RS232通訊電路，與PC機(jī)的串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。RXD和TXD接單片機(jī)相應(yīng)管腳，YTXD和YRXD分別接計算機(jī)COM口的數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收腳。
圖8為軟件控制方法圖，結(jié)合該圖介紹控制方法原理和結(jié)構(gòu)如下a為轉(zhuǎn)速信號，t為油門位置信號，b和s分別對它們進(jìn)行了數(shù)字濾波處理，r為計算油門位置變化率，判斷油門變化快慢，q對油門變化率進(jìn)行了數(shù)字濾波。d為發(fā)動機(jī)穩(wěn)瞬態(tài)判斷邏輯，油門變化率小于絕對值預(yù)先設(shè)定的臨界值時，發(fā)動機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)，否則為瞬態(tài)。該臨界值針對具體的發(fā)動機(jī)由匹配試驗確定。
瞬態(tài)時采用開環(huán)控制c對以油門和轉(zhuǎn)速為自變量，執(zhí)行器驅(qū)動步數(shù)為因變量的一個三維MAP圖插值，e根據(jù)油門變化率進(jìn)行開環(huán)瞬態(tài)步數(shù)修正，o為發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)進(jìn)氣溫度信號，n根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行開環(huán)瞬態(tài)步數(shù)修正，最后得到驅(qū)動步數(shù)Y＝Y(jié)1+Y1′+Y1″。g為執(zhí)行器，本發(fā)明中采用步進(jìn)電機(jī)。
穩(wěn)態(tài)時采用以進(jìn)氣歧管內(nèi)的增壓壓力為控制目標(biāo)的閉環(huán)數(shù)字PID控制p對以油門和轉(zhuǎn)速為自變量，增壓壓力為因變量的一個三維MAP圖插值，f根據(jù)油門變化率進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)壓力修正，n根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行了閉環(huán)增壓壓力修正，i為采集的增壓壓力值，j對其進(jìn)行了數(shù)字濾波，增壓壓力目標(biāo)值P和實際值Pr′得出差值ΔP，k為根據(jù)實際驅(qū)動步數(shù)選擇的一個可變的PID控制比例參數(shù)值，1為根據(jù)實際驅(qū)動步數(shù)選擇的一個可變的PID控制積分參數(shù)值，m為根據(jù)實際驅(qū)動步數(shù)選擇的一個可變的PID控制微分參數(shù)值。其閉環(huán)PID控制算法公式(1)如下Sf=KpΔPn+KIΣk=1nΔPk+KD(ΔPn-ΔPn-1)----(1)]]>ΔPn當(dāng)前測量增壓壓力和目標(biāo)增壓壓力差值，ΔPn-1上一次測量增壓壓力和目標(biāo)增壓壓力差值，KP、KI、KD分別是PID控制的比例、積分和微分參數(shù)，Sf步進(jìn)電機(jī)控制步數(shù)。
PID參數(shù)根據(jù)發(fā)動機(jī)不同的工況采用不同的值，其確定過程如下首先選出發(fā)動機(jī)工作的一些典型工況，在這些穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)，通過發(fā)動機(jī)試驗得到相應(yīng)的一組最佳的PID參數(shù)值，在其它的穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)，通過線性插值確定它們的PID參數(shù)值。
圖9為根據(jù)控制算法編寫的控制軟件的總程序流程圖，單片機(jī)在初始化部分完成系統(tǒng)寄存器和RAM控制參數(shù)區(qū)的初始化、中斷定時器初始化和執(zhí)行器驅(qū)動電路的初始化工作。接著判斷啟動開關(guān)狀態(tài)，若接通進(jìn)入中斷循環(huán)工作程序，若斷開進(jìn)入等待循環(huán)程序。等待循環(huán)程序執(zhí)行階段發(fā)動機(jī)沒有工作，程序可以進(jìn)行與計算機(jī)的串口通訊和故障顯示處理，同時不斷檢測啟動開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)檢測到啟動開關(guān)接通后，表明發(fā)動機(jī)已經(jīng)開始轉(zhuǎn)動，程序會立即跳轉(zhuǎn)到中斷循環(huán)工作程序。
圖10為中斷工作循環(huán)流程圖，該中斷由單片機(jī)輸出比較定時器TOC1設(shè)定，每4ms產(chǎn)生一次。進(jìn)入中斷程序后，首先清定時器中斷標(biāo)志位以允許下一次中斷。在故障診斷部分，程序檢測故障開關(guān)接通否，若接通則進(jìn)入故障診斷子程序，該子程序?qū)Σ捎玫倪M(jìn)氣溫度、增壓壓力、油門位置和轉(zhuǎn)速四個傳感器以及單片機(jī)的RAM和ROM分別進(jìn)行診斷處理，若發(fā)現(xiàn)傳感器采集值超出該值的正常工作范圍，或者單片機(jī)RAM或ROM區(qū)出現(xiàn)故障，則設(shè)定相應(yīng)的故障碼，通過故障顯示電路顯示出來，同時在程序中對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)處理，以防止出現(xiàn)意外。若斷開則不進(jìn)行故障診斷，直接進(jìn)入下一步程序。SCI通訊處理部分首先判斷與監(jiān)控計算機(jī)有數(shù)據(jù)通訊否，若收到計算機(jī)端發(fā)來的數(shù)據(jù)，則根據(jù)該值的不同，進(jìn)行向計算機(jī)發(fā)送單片機(jī)采集到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、油門位置、增壓壓力等信號，或是接受計算機(jī)端發(fā)過來的對RAM參數(shù)區(qū)進(jìn)行修改的數(shù)據(jù)。采集濾波增壓壓力部分采集增壓壓力信號并進(jìn)行低通數(shù)字濾波，由于該信號為控制的目標(biāo)參數(shù)，所以每次中斷都執(zhí)行一次。轉(zhuǎn)速計算部分實時計算發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速值，通過單片機(jī)PA7口的外部脈沖累加計時器中斷實現(xiàn)，設(shè)發(fā)動機(jī)每轉(zhuǎn)三分之一圈產(chǎn)生一次中斷，兩次連續(xù)中斷之間的單片機(jī)E時鐘個數(shù)為M，則計算的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n為 計算出的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值存放在單片機(jī)的RAM區(qū)。之后程序根據(jù)設(shè)定的一個循環(huán)計數(shù)器的值的大小進(jìn)行不同的任務(wù)處理。當(dāng)循環(huán)計數(shù)器的值為1時，程序采集發(fā)動機(jī)油門位置信號，判斷是穩(wěn)態(tài)還是瞬態(tài)，以進(jìn)入相應(yīng)的閉環(huán)或是開環(huán)處理程序；當(dāng)循環(huán)計數(shù)器的值為2時，程序根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和油門位置兩個參數(shù)查壓MAP圖，得出需要的控制目標(biāo)壓力值，之后進(jìn)入與第一分支相同的處理程序；循環(huán)計數(shù)器的值為3時，對采集的增壓壓力和進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正處理，該數(shù)據(jù)和修正方法由發(fā)動機(jī)廠家提供；循環(huán)計數(shù)器的值為4時，進(jìn)行一次故障診斷處理，之后第三分支和第四分支也執(zhí)行與第一和第二分支相同的程序。當(dāng)循環(huán)計數(shù)器的值為5到200之間時，程序只調(diào)用閉環(huán)控制子程序，該情況只在發(fā)動機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)時執(zhí)行，也即當(dāng)在瞬態(tài)開環(huán)時，只進(jìn)行前四個分支的循環(huán)。
圖11為閉環(huán)控制子程序流程圖。根據(jù)圖10中查三維增壓壓力MAP圖得出目標(biāo)增壓壓力值，實際采集到的增壓壓力值減去目標(biāo)增壓壓力值得出增壓壓力誤差，根據(jù)公式(1)分別計算出數(shù)字PID控制的比例項，積分項和微分項，當(dāng)出現(xiàn)積分飽和時，進(jìn)行遇限削弱。對三項求和算出的位置值，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)到該位置，之后程序返回。
圖12為開環(huán)控制子程序流程圖。根據(jù)油門位置變化率的正負(fù)判斷是加速工況還是減速工況，當(dāng)油門位置變化率為正時為加速工況，根據(jù)油門位置和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速查三維開環(huán)位置MAP圖，得出一步進(jìn)電機(jī)位置值，再進(jìn)行開環(huán)加速修正，根據(jù)油門位置變化率查開環(huán)修正MAP圖，得出開環(huán)修正量，二者相加得到步進(jìn)電機(jī)目標(biāo)位置值，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)到該位置后返回，當(dāng)油門位置變化率為負(fù)時為減速工況，此時保持步進(jìn)電機(jī)位置不變，直接返回。
圖13為本發(fā)明的增壓系統(tǒng)連接圖。
下面結(jié)合該圖說明本發(fā)明的具體實施采集轉(zhuǎn)速信號的傳感器16安裝在發(fā)動機(jī)飛輪17處。采集油門位置信號的傳感器14安裝在油門處，與其同軸旋轉(zhuǎn)。采集進(jìn)氣歧管內(nèi)增壓壓力13和進(jìn)氣溫度12的傳感器均安裝在進(jìn)氣歧管11上?？勺儑娮鞙u輪增壓器安裝在發(fā)動機(jī)排氣管一側(cè)，可變噴嘴渦輪3的進(jìn)氣口7與發(fā)動機(jī)排氣歧管9相連，增壓器軸6的另一端的壓氣機(jī)8的進(jìn)氣口5通空氣空氣濾清器，壓氣機(jī)出口10與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管11相連，執(zhí)行器1為步進(jìn)電機(jī)，安裝在壓氣機(jī)一側(cè)并通過連桿2與渦輪可變噴嘴調(diào)節(jié)曲柄相連。
電子控制單元15安裝在駕駛室座椅下，18為啟動開關(guān)，其接通以后電子控制單元開始工作，它采集油門和轉(zhuǎn)速信號，計算出油門變化率。根據(jù)油門變化率的值判斷進(jìn)入穩(wěn)態(tài)閉環(huán)或是進(jìn)入瞬態(tài)開環(huán)，兩種情況下都需要采集進(jìn)氣溫度信號進(jìn)行溫度修正。19為故障顯示開關(guān)，其接通以后在系統(tǒng)工作時可以通過故障顯示電路進(jìn)行故障診斷。
本發(fā)明的工作過程如下發(fā)動機(jī)開始起動，電子控制單元上電，驅(qū)動執(zhí)行器到最大噴嘴環(huán)位置，防止增壓器超速。電子控制單元檢測轉(zhuǎn)速、油門位置、增壓壓力和進(jìn)氣溫度傳感器的信號，判斷發(fā)動機(jī)的工況。
發(fā)動機(jī)加速時，噴油量增加，電子控制單元驅(qū)動執(zhí)行器，減小可變噴嘴環(huán)葉片開度，迅速提高增壓器轉(zhuǎn)速，加大壓氣機(jī)端的進(jìn)氣量，與噴油量的增加相協(xié)調(diào)，使發(fā)動機(jī)提供大的輸出扭矩，避免一般發(fā)動機(jī)加速過程產(chǎn)生的冒煙現(xiàn)象。
發(fā)動機(jī)減速時，噴油量減少，此時保持噴嘴環(huán)開度不變，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量隨轉(zhuǎn)速下降略有減少，但油量的減少更快，因此不會出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。
發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時，需要恒定的增壓壓力，以保證定量的進(jìn)氣，對發(fā)動機(jī)油門和轉(zhuǎn)速的擾動，以及進(jìn)氣溫度的變化，采用閉環(huán)PID控制以保證恒定的增壓壓力值。當(dāng)實際增壓壓力值低于目標(biāo)值時，關(guān)小噴嘴環(huán)葉片提高增壓壓力，實際增壓壓力值高于目標(biāo)值時，增大噴嘴環(huán)葉片減小增壓壓力。
本發(fā)明應(yīng)用范圍各種車用增壓發(fā)動機(jī)，尤其是車用可變噴嘴渦輪增壓柴油機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制方法，該控制方法的特征在于(1)利用電控單元，采用單片機(jī)為微控制器，通過儲存在單片機(jī)中的軟件控制程序采集轉(zhuǎn)速傳感器、油門位置傳感器，增壓壓力傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器的信號，根據(jù)油門位置信號的變化率判斷發(fā)動機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)還是過渡工況，根據(jù)發(fā)動機(jī)的性能通過發(fā)動機(jī)臺架試驗確定油門位置變化率的臨界值，當(dāng)油門位置信號的變化率絕對值小于該臨界值時為穩(wěn)態(tài)工況，否則為過渡工況；(2)當(dāng)油門位置信號的變化率的絕對值小于該臨界值時，發(fā)動機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)工況，采用以增壓壓力為控制目標(biāo)的數(shù)字PID閉環(huán)控制，增壓壓力的理想目標(biāo)值根據(jù)油門位置和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，查穩(wěn)態(tài)增壓壓力MAP圖得到，該臨界值和穩(wěn)態(tài)增壓壓力MAP圖中的值以及PID參數(shù)均由發(fā)動機(jī)匹配試驗確定，直接存儲在單片機(jī)中；(3)當(dāng)油門位置信號的變化率大于該臨界值時，發(fā)動機(jī)工作在加速過渡工況，采用開環(huán)預(yù)測控制，根據(jù)該時刻的油門位置和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，查開環(huán)位置MAP圖得到噴嘴環(huán)位置值，再根據(jù)該時刻油門位置的變化率得到位置修正值，兩者相加得到目標(biāo)位置值，直接驅(qū)動執(zhí)行器調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)開度到該目標(biāo)值，開環(huán)位置MAP圖值和變化率修正值由發(fā)動機(jī)匹配實驗得到，直接存儲在單片機(jī)中；(4)當(dāng)油門位置信號的變化率的負(fù)值大于該臨界值時，發(fā)動機(jī)工作在減速過渡工況，保持噴嘴環(huán)位置開度不變。
2.實施如權(quán)利要求1所述方法的一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，主要包括電子控制單元，為系統(tǒng)提供電力的供電電源，執(zhí)行器，傳感器，可變噴嘴渦輪增壓器，其特征在于所述電子控制單元采用單片機(jī)為微控制器，還包括存儲器擴(kuò)展芯片，用于驅(qū)動執(zhí)行器的驅(qū)動電路，用于進(jìn)行故障診斷的故障顯示電路，實現(xiàn)單片機(jī)與計算機(jī)之間串行通訊的通訊電路，電源電路以及預(yù)先儲存在存儲器擴(kuò)展芯片中的軟件控制程序，所述的執(zhí)行器采用步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)通過連桿與渦輪的噴嘴環(huán)調(diào)節(jié)曲柄相連，所述的傳感器包括采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，采集發(fā)動機(jī)油門位置的油門位置傳感器，采集發(fā)動機(jī)增壓壓力的壓力傳感器，采集發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度的溫度傳感器。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的單片機(jī)采用MC68HC11E9。
4.按照權(quán)利要求2所述的一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的存儲器擴(kuò)展芯片采用27256。
5.按照權(quán)利要求2所述的一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的驅(qū)動電路采用集成芯片L297和L298。
6.按照權(quán)利要求2所述的一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的通訊電路采用MAX232芯片。
7.按照權(quán)利要求2至6中任一權(quán)利要求所述的一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于轉(zhuǎn)速傳感器安裝在發(fā)動機(jī)飛輪殼處，油門位置傳感器安裝在噴油泵齒條處，增壓壓力傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器安裝在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管處。
全文摘要
一種車用發(fā)動機(jī)可變噴嘴渦輪增壓控制方法及系統(tǒng),涉及一種發(fā)動機(jī)渦輪增壓電控系統(tǒng)。其特征是在采用可變噴嘴渦輪增壓器的電控系統(tǒng)中,通過采集發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、油門位置、發(fā)動機(jī)增壓壓力和進(jìn)氣溫度信號,判斷發(fā)動機(jī)工作工況,得到目標(biāo)增壓壓力值。該系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行器,通過連桿直接與渦輪噴嘴環(huán)調(diào)節(jié)曲柄相連。在過渡過程采用開環(huán)預(yù)測控制,直接驅(qū)動執(zhí)行器,調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)葉片開度到一定值;在穩(wěn)態(tài)時,采用以進(jìn)氣歧管內(nèi)增壓壓力信號為控制目標(biāo)的閉環(huán)數(shù)字PID控制。該電控系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比,瞬態(tài)過程響應(yīng)速度快,執(zhí)行元件少,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,可實現(xiàn)與各種不同增壓發(fā)動機(jī)的匹配,尤其是車用可變噴嘴渦輪增壓柴油機(jī)。
文檔編號F02D41/26GK1374444SQ02117418
公開日2002年10月16日 申請日期2002年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者王恩華, 歐陽明高, 李建秋, 周明, 龔振青 申請人:清華大學(xué)