可变喷嘴涡轮增压器（VNT）与柴油机的匹配及其控制的研究

论文摘要

由于在动力、节能和排放等方面的优势,柴油机已成为节能环保汽车的实现技术选择,随着全球车用动力“柴油化”趋势的形成,增压技术在柴油机上的应用愈加广泛。本文结合国家科技部“863”项目“长丰新一代桥车用高效环保柴油机研发”,对可变喷嘴增压器（VNT）与柴油机的匹配及其控制展开研究,以解决常规涡轮增压柴油机存在低速转矩不足、部分负荷经济性差以及瞬态响应迟缓等问题。本文建立了涡轮增压柴油机各物理子系统工作过程的数学模型,在此基础上,利用GT-Power一维仿真软件,建立D01柴油机仿真计算模型,并与试验数据进行对比,验证该模型的准确性。利用仿真计算模型,开展了VNT与D01柴油机的匹配仿真研究,确定了全工况下,可变喷嘴环的最佳开度以及相应的最佳增压压力。根据仿真计算结果,分析了喷嘴环开度对发动机动力性与经济性的影响,并确定了最佳喷嘴环开度随发动机转速及负荷的变化规律。在对VNT与发动机的匹配结果进行深入分析的基础上,确定了VNT在各工况下的控制策略：稳态采用增压压力反馈PID控制；瞬态典型工况采用叶片位置式控制；怠速工况通过水温判断来确定喷嘴开度的大小。在此基础上对控制算法进行了研究,并利用Simulink建立了VNT控制系统模型。在此基础上,进行了控制系统执行部件选型研究。利用dSPACE平台,搭建了硬件在环系统,将执行机构与控制模型连接,对VNT进行了位置式反馈控制,实现软硬件联合调试。结果表明,系统误差较小,响应迅速,达到了控制要求。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 背景与意义
• 1.2 VNT与柴油机匹配的研究现状
• 1.3 VNT控制技术的国内外发展现状
• 1.3.1 国外VNT控制系统发展现状
• 1.3.2 国内VNT控制系统发展现状
• 1.4 本论文的主要研究目标及研究内容
• 1.4.1 本论文的主要研究目标
• 1.4.2 本论文的主要研究内容
• 2 VNT与柴油机匹配模型的建立
• 2.1 柴油机仿真模型的建立
• 2.1.1 柴油机燃烧系统仿真模型的建立
• 2.1.2 柴油机进、排气系统仿真模型的建立
• 2.1.3 中冷器仿真模型的建立
• 2.2 可变喷嘴涡轮增压器（VNT）仿真模型的建立
• 2.2.1 压气机仿真模型的建立
• 2.2.2 涡轮仿真模型的建立
• 2.3 仿真模型的验证
• 2.4 本章小结
• 3 VNT系统与柴油机匹配的仿真研究
• 3.1 VNT与柴油机匹配的研究
• 3.1.1 常规涡轮增压器与发动机的匹配要求
• 3.1.2 VNT的工作原理及与柴油机的匹配要求
• 3.2 可变喷嘴涡轮增压器与柴油机的匹配计算及选型
• 3.2.1 VNT与柴油机匹配各项参数的确定
• 3.2.2 BV40、GT15两款涡轮增压器与柴油机匹配选型分析
• 3.3 可调叶片位置MAP及增压压力MAP的确定
• 3.3.1 GT15与柴油机匹配的仿真研究
• 3.3.2 可调叶片位置MAP、增压压力MAP的确定
• 3.4 GT15 系统与柴油机匹配仿真结果分析
• 3.4.1 VNT不同叶片位置对柴油机动力性、经济性的影响
• 3.4.2 VNT喷嘴开度、增压压力随发动机转速的变化规律研究
• 3.4.3 VNT喷嘴开度、增压压力随发动机负荷的变化规律
• 3.5 本章小结
• 4 VNT控制系统的仿真研究
• 4.1 VNT控制系统组成和执行机构设计、选型
• 4.1.1 VNT控制系统组成
• 4.1.2 执行机构设计、选型
• 4.2 VNT系统控制策略的研究
• 4.2.1 稳态工况下VNT系统控制策略研究
• 4.2.2 瞬态工况下VNT系统控制策略研究
• 4.2.3 怠速工况下VNT系统控制策略研究
• 4.3 VNT控制系统模拟仿真研究
• 4.3.1 VNT控制系统仿真模型建立
• 4.3.2 VNT控制系统仿真研究
• 4.4 VNT控制系统硬件在环仿真研究
• 4.4.1 VNT控制系统硬件在环仿真平台的建立
• 4.4.2 VNT控制系统硬件在环仿真研究
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集