北京去白癜风最好的医院可变喷嘴废气涡轮增压器控制系统发展概述
摘 要：文章针对目前内燃机行业快速发展的可变喷嘴废气涡轮增压技术，从其控制系统方面阐述了国外霍尼韦尔国际公司、美国通用汽车公司及日本石川岛播磨重工业公司可变喷嘴废气涡轮增压技术特点，以及清华大学、北京理工大学在可变喷嘴废气涡轮增压技术方面做了尝试，指出可变喷嘴废气涡轮增压技术在内燃机节能减排方面具有比传统废气涡轮增压器更为广阔的空间，是目前增压技术的发展方向，其研发对促进我国增压器行业的升级具有重要意义。
中国论文
关键词：可变喷嘴废气涡轮增压技术 控制系统 综述
中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0084-01
传统机械式废气涡轮增压器由于涡轮转动惯量的存在，瞬态响应差，可变截面涡轮增压器（VGT）可以很好克服上述问题，达到进一步节能减排的目的，是目前民用内燃机废气涡轮增压系统发展的主要方向。
1 国外VGT增压器控制系统发展概况
国外在VGT增压器控制系统的研究与创新方面一直处于领先地位，美国、德国、日本等都已经开发了多种典型实用的可变喷嘴涡轮增压器控制系统。
上个世纪霍尼韦尔国际公司Honeywell[1]，该系统主要由喷嘴叶片执行器、PCM阀、真空泵、控制单元和传感器及各种仪表组成。喷嘴叶片执行器采用膜片式负压执行器，执行器由安装于发电机后端的真空泵提供动力。在执行器与真空泵中间安装有PCM阀，用来控制执行器负压大小。控制单元根据发动机传感器信号向PCM阀发出控制信号，通过改变PCM阀开启和关闭的时间比来调节由真空泵产生的负压，从而控制喷嘴叶片角度。该控制系统以增压压力为控制目标参数，为了提高非稳态工况下系统的稳定性和平滑性，采用有前馈的PI控制算法：将发动机稳态工况下由转速和负荷所决定的喷嘴开度负载比值做为前馈，加入PI控制算法中，以实现对PCM阀的控制。
美国GM公司也开发了一种用于汽油机的VGT控制系统[2]。该系统由执行器、电子压力调节器（EPR）、电子真空调节器（EVR）、电控单元和传感器组成。系统膜片式压力执行器与以往膜片式执行器不同之处在于执行器气室被膜片一分为二，且膜片同时受来自于节气门后压气机前的进气歧管和增压后的进气歧管两个气室压力，该压力差推动膜片驱动喷嘴环叶片旋转，以保证气动执行器在各种工况下都能有效克服来自喷嘴拉杆的阻力。另外，两个气室中的压力又分别受EPR和EVR的控制。其控制策略是先制出稳态工况增压压力控制MAP图并存储于ECM中，把当前增压压力与ECM中的目标增压压力进行比较，电子控制包根据差值调节控制信号，使执行器动作进而实现增压压力的优化控制。
此外，日本石川岛播磨重工业公司还将模糊控制应用于装有VNT增压器的六缸柴油机上采用步进电机驱动执行器，并取得了很好的控制效果[3]。
2 国内VNT增压器控制系统研究状况
国内在VNT增压器的研究方面稍落后于国外，从事这方面研究的单位很少，其中清华大学、北京理工大学、同济大学等高校在VGT控制系统方面做了一些工作。
1995年，北京理工大学王*秋等人研制了一种VGT控制系统。该系统由电控单元ECU、涡轮截面开度执行器（力矩电机）、传感器及控制对象J6110Z柴油机等组成[4]。系统接受发动机转速、压气机端增压压力、涡轮端喷嘴叶片执行器位移等信号，通过一定算法，控制信号输出到喷嘴叶片执行器，改变喷嘴环叶片转动角度，进而控制涡轮喷嘴开度。
2000年，北京理工大学马朝臣等人为J6110Z六缸柴油机匹配的VGT设计了一种机械式启动控制系统[5]。该增压器的喷嘴环叶片位置由一根摆杆控制，采用杠杆原理，摆杆两端分别为喷嘴环叶片和弹簧，摆杆中间与气动膜片执行器推杆相连，通过弹簧拉力与气动执行器膜片两端压力差的平衡来推动喷嘴环叶片旋转。涡轮增压器的设计点选在标定点，此时弹簧的拉力与作用于膜片上的压气机出口压力相平衡。
清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，在大众TDI发动机上进行了VGT控制系统的开发[6]，特点是：采用以步进电机作为执行器，通过发动机转速传感器和油门位置传感器两个信号查MAP图，得到目标增压压力，进行PID控制。在稳态工况时，采用随可变喷嘴开度变化的PID控制，从而实现对目标增压压力的良好控制。在瞬态工况时，采用不同于稳态的PID参数并引入预测函数的控制方法，加强系统在瞬态工况时的响应速度，并在研制的软硬件系统上进行了试验。
3 结语
可变喷嘴废气涡轮增压技术在内燃机节能减排方面具有比传统废气涡轮增压器更为广阔的空间，是目前增压技术的发展方向，其研发对促进我国增压器行业的升级具有重要意义。国外经过几十年的技术积累，可变喷嘴涡轮增压器无论是整体技术还是控制技术都远远走在我国的前面，而我国对于可变喷嘴涡轮增压器的研究仅仅处于理论研究阶段。
参考文献
[1] H?Ogawa，M?Hayash，M?Yashiro.重型货车可调喷嘴涡轮增压系统连续反馈控制的发展[J].车用发动机，1998（1）：9-15.
[2] Joseph F?riable Geometry Turbocharging with Electronic Control[J].SAE Paper，860107.
[3] n Nieuwstadt，lmanovsky， ordinated EGR-VGT Control for Diesel Engines：an ExPerimental Comarison[J].SAE Paper 2000-01-0266.
[4] 王*秋，王延生，刘毅，等.电控可变几何涡轮增压器与J6110Z柴油机匹配性能研究[J].车用发动机，1995（3）：6-10.
[5] 马朝臣，吴中佐.涡轮调节方式对增压柴油机匹配性能的影响[J].内燃机学报.2000，18（2）：165-167.
[6] ernal bustion engine fundamentals[M].McGraw-Hill Book ComPany，1998.
