可变喷嘴涡轮增压器电控系统的制作方法

本发明涉及一种电控系统,尤其是一种可变喷嘴涡轮增压器电控系统。

背景技术：

发动机采用固定喷嘴涡轮增压器时,由于涡轮增压器不能控制调节,因此很难在高速和低速工况下都得到比较满意的结果;此外增压器的瞬态响应特性不好,因而发动机的动态特性也难以提高。为改进增压器的性能,人们采用了减小增压器转动惯量,加废气放气阀,采用可变喷嘴涡轮增压器等改进措施。在各种改进方法中,采用可变喷嘴涡轮增压器的方法对增压器和内燃机性能的改善最明显。

可变喷嘴涡轮增压器(variablenozzleturbocharger,VNT)是通过对执行器的控制来改变涡轮流通截面积的大小,从而实现增压器与发动机良好匹配的目的,其控制系统目前普遍采用了气动膜片式执行器。随着发动机电子控制技术的广泛应用,VNT控制系统从20世纪80年代中期开始迅速发展起来。美国、德国、日本都已开发出了比较成熟的电控系统,而国内在这方面还缺乏深入的研究。

技术实现要素：

为了提高稳定性和精度，本发明设计了一种可变喷嘴涡轮增压器电控系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：可变喷嘴涡轮增压器电控系统由信号测量、电子控制和执行机构3部分组成。其控制策略采用了查询控制MAP的开环控制方式,以发动机转速、油门拉杆位置和油门变化率作为控制MAP的输入信号(油门变化率由控制算法获得),电控单元(ECU)根据输入信号通过控制算法确定出系统的输出信号,该信号驱动电控系统的执行机构产生响应动作并带动喷嘴环转动,从而实现改变VNT涡轮截面积大小的控制策略。另外,为了提高控制精度,将执行机构的实际运行位置(即步进电机的转动位置)信号作为电控系统的反馈控制信号。

所述信号测量部分由转速传感器和油门位置传感器构成,用于获取发动机的转速和油门位置信号。转速传感器采用的是霍尔式传感器,其输出是脉冲信号,使用方便。油门位置传感器采用了专门为威孚PW泵匹配的传感器,其核心为高精度电位器,可根据油门位置的不同将供电电压线性输出。

所述电子控制部分即控制系统的电控单元(ECU),采用了SCB-51-6型单片微型计算机功能板。该功能板上集成有多种元件,可实现数据采集、A/D转换、负载驱动等功能。

所述执行机构主要包括执行器、传动装置、连接装置和反馈装置。

所述执行器选用了四相混合式步进电机,采用4步4拍工作方式,步距角为1.8°。

所述传动装置采用的是60JB型减速器,其结构为三级塔轮式,减速比为25。其作用是提高执行机构的驱动转矩和调节精度,同时也加强了执行机构的自锁能力。为实现步进电机和减速器的同轴传动,将步进电机和减速器安装在同一箱体外壳上,步进电机转子轴前端与减速器的输入轴采用套筒固接。

所述链接装置由摇臂、连接销和控制拉杆组成，将减速器输出轴的转动传递给VNT喷嘴环叶片销轴。摇臂的一端通过螺钉固定在减速器输出轴上,另一端通过连接销带动控制拉杆上下移动,控制拉杆的下端与控制VNT喷嘴环的销轴相连。

所述反馈装置是一个滑线变阻器,其中间抽头转动轴与步进电机转子轴后端同轴连接,滑线变阻器的壳体通过一个固定支架与连接步进电机和减速器的箱体连接。

电控系统的控制软件采用51系列单片机语言编写,并利用E2000/L型仿真器对控制软件进行了编译和调试。控制软件整体结构根据功能和控制目标的不同采用模块化设计方式,总体上分为前处理和工作循环2部分。所述前处理部分包括相关存储单元初始化、状态标识初始化、开中断、中断定时器初始化、执行机构复位子程序、启动工况子程序。所述工作循环包括信号采集子程序、状态判别子程序、标识位、停机或超速子程序、稳态控制子程序、瞬态控制子程序。

本发明的有益效果是，可变喷嘴涡轮增压器电控系统以步进电机、减速器等为核心部件，使整个电控系统具有响应快、精度高、可靠性好、结构简单和成本较低的特点。采用模块化的独立结构设计思想,既便于各功能模块的单独运行和调试,又可为今后的功能补充和完善提供方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是电控系统整体结构示意图。

图2是控制软件整体流程图。

具体实施方式

如图1，可变喷嘴涡轮增压器电控系统由信号测量、电子控制和执行机构3部分组成。

所述信号测量部分由转速传感器和油门位置传感器构成,用于获取发动机的转速和油门位置信号。转速传感器采用的是霍尔式传感器,其输出是脉冲信号,使用方便。油门位置传感器采用了专门为威孚PW泵匹配的传感器,其核心为高精度电位器,可根据油门位置的不同将供电电压线性输出。

所述电子控制部分即控制系统的电控单元(ECU),采用了SCB-51-6型单片微型计算机功能板。该功能板上集成有多种元件,可实现数据采集、A/D转换、负载驱动等功能。

所述执行机构主要包括执行器、传动装置、连接装置和反馈装置。所述执行器选用了四相混合式步进电机,采用4步4拍工作方式,步距角为1.8°。所述传动装置采用的是60JB型减速器,其结构为三级塔轮式,减速比为25。其作用是提高执行机构的驱动转矩和调节精度,同时也加强了执行机构的自锁能力。为实现步进电机和减速器的同轴传动,将步进电机和减速器安装在同一箱体外壳上,步进电机转子轴前端与减速器的输入轴采用套筒固接。所述链接装置由摇臂、连接销和控制拉杆组成，将减速器输出轴的转动传递给VNT喷嘴环叶片销轴。摇臂的一端通过螺钉固定在减速器输出轴上,另一端通过连接销带动控制拉杆上下移动,控制拉杆的下端与控制VNT喷嘴环的销轴相连。所述反馈装置是一个滑线变阻器,其中间抽头转动轴与步进电机转子轴后端同轴连接,滑线变阻器的壳体通过一个固定支架与连接步进电机和减速器的箱体连接。

如图2，电控系统的控制软件采用51系列单片机语言编写,并利用E2000/L型仿真器对控制软件进行了编译和调试。控制软件整体结构根据功能和控制目标的不同采用模块化设计方式,总体上分为前处理和工作循环2部分。所述前处理部分包括相关存储单元初始化、状态标识初始化、开中断、中断定时器初始化、执行机构复位子程序、启动工况子程序。所述工作循环包括信号采集子程序、状态判别子程序、标识位、停机或超速子程序、稳态控制子程序、瞬态控制子程序。