内燃机二级增压控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于内燃机技术领域，具体设及一种内燃机二级增压控制系统。
【背景技术】
[0002] 目前，内燃机的增压技术呈现多元化发展，主要可W分为废气满轮增压、机械增 压、谐振增压及气波增压。其中，废气满轮增压凭借结构紧凑、能量利用率大、噪声较小等优 点而得到广泛应用。进一步的，受到内燃机排放法规的限制和内燃机对于高升功率的追求， 单级满轮增压已满足不了运些需求。串联式二级增压系统应运而生，其具有高增压比、大流 量范围、高定赌效率的特点，配合各级满端和压端旁通阀的使用，二级增压系统几乎可W满 足各种复杂工况下的进气需求。
[0003] 二级增压系统虽然具有诸多优点，但是如果想要完全实现其功能，不可避免的需 要配备复杂的旁通管路W及布置多个旁通阀，运些布置会占用大量空间；而且，高压级废气 旁通蝶阀的工作条件极为恶劣，尤其是在瞬变切换过程中，旁通阀在高溫高压气体的不断 撞击下进行频繁切换，不仅影响了旁通阀切换过程中的灵敏度，又大大缩短了旁通阀的使 用寿命。
[0004] 二级增压系统将两个大小不同的满轮增压器串联布置，由于高压级满轮较小，改 善了内燃机的低速性能，而且提高了瞬变响应性能。在瞬变切换过程中，通过控制高压级废 气旁通蝶阀开度可W调节废气能量在高、低压级之间的分配。但是，研究发现:仅仅通过稳 态下旁通阀的调节规律来制定瞬变下旁通阀的控制方法，并不能充分的利用高压级满轮高 瞬变响应的优点。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述现有技术二级增压系统存在的问题，本实用新型提出一种改进的内 燃机二级增压系统，该系统在高压级满轮端旁通管路上游增设了一个气动两位调节阀；限 定高压级废气旁通蝶阀的最大开度为80%，保证高压级满轮具有最低的怠速流量，高压级 压气机不会产生节流效应，取消了高压级压气机端旁通管路的布置。
[0006] 本实用新型的技术方案是：
[0007] 该装置包括电子控制单元、内燃机、通过进气歧管连接在内燃机进气口上的进气 总管、通过排气歧管连接在内燃机排气口上的排气总管、在高压级满轮之前通过连接在排 气总管上的高压级旁通管引出旁通管路、通过排气Ξ通阀连接高压级旁通管，中压级排气 管和低压级旁通管、在低压级旁通管上安装气动两位低压级满轮调节阀、低压级旁通管与 低压级满轮的出口管路低压级排气管相连接、低压级压气机入口与低压级进气管相连接、 低压级压气机出口与中压级进气管相连接、通过低压级压气机旁通管连接低压级进气管和 中压级进气管、低压级压气机旁通管上安装气动两位低压级压气机调节阀、低压级压气机 和高压级压气机通过中压级进气管相连接、中压级进气管上安装进气压间中冷器、高压级 压气机和进气中冷器通过高压级进气管相连接、进气中冷器连接在高压级进气管和进气总 管之间；
[0008] 所述的高压级旁通管上安装气动两位高压级满轮调节阀和高压级废气旁通蝶阀、 气动两位高压级满轮调节阀入口与排气总管相连接、气动两位高压级满轮调节阀出口与高 压级废气旁通蝶阀入口相连接、高压级废气旁通蝶阀出口与排气Ξ通阀相连接；
[0009] 所述的电子控制单元分别与内燃机、高速转速传感器、高速扭矩传感器、满前压力 传感器、气动两位高压级满轮调节阀、高压级废气旁通蝶阀、气动两位低压级满轮调节阀和 气动两位低压级压气机调节阀控制连接。
[0010] 增压系统的工作模式可实现转换：当气动两位低压级满轮调节阀和气动两位低压 级压气机调节阀同时打开时，增压系统工作在仅有高压级增压器工作的模式；当气动两位 低压级满轮调节阀和气动两位低压级压气机调节阀同时关闭时，增压系统工作在二级增压 模式；当4个阀（气动两位高压级满轮调节阀、气动两位低压级满轮调节阀和气动两位低压 级压气机调节阀、高压级废气旁通蝶阀）同时打开时，增压系统不工作，仅有高压级增压器 保持怠速运转。
[0011] 先前的稳态实验中，提出了一种W燃油消耗率最小为目标、基于经济性的旁通阀 调节规律(参照附图2分区控制策略图）。基于稳态时旁通阀的调节规律，提出了本实用新型 的控制思想。
[0012] 本实用新型的主要思想是:在稳态及较低瞬变率的工况下，依据分区控制策略图 (参见附图2)进行调节;在旁通阀的瞬变加载切换过程中，迅速的关闭气动两位高压级满轮 调节阀，使高压级增压器工作在高效率区，直至满前压力超出预警值时立即打开气动两位 高压级满轮调节阀，与此同时，高压级废气旁通蝶阀利用气动两位高压级满轮调节阀关闭 和打开过程的时间差，调节到合适的旁通阀开度，由于气动两位高压级满轮调节阀的阻断 作用，整个调节过程不与高溫高压废气直接接触;在瞬变卸载过程中，及时打开4个阀（气动 两位高压级满轮调节阀、气动两位低压级满轮调节阀和气动两位低压级压气机调节阀、高 压级废气旁通蝶阀），W此减小排气的背压。
[0013] 基于上述的内燃机二级增压控制系统W及主要思想，具体的控制方法通过下列步 骤实现(参见附图3):
[0014] 1)电子控制单元采集内燃机的瞬时转速、转矩和气动两位高压级满轮调节阀、气 动两位低压级满轮调节阀、气动两位低压级压气机调节阀、高压级废气旁通蝶阀的开度，并 按W下两公式计算转速、转矩的瞬变率：
[0017] 式中：dn为转速变化率，Δη为单位时间的终点转速与起点转速之差，dTtq为转矩变 化率，ATtq为单位时间的终点转矩与起点转矩之差，At为单位时间。
[0018] 2)根据开发要求，在电子控制单元中输入满前压力预警值并设定转速、转矩瞬变 率限值，定义当瞬时转速、转矩变化率超出设定限值时为高瞬变率过程。
[0019] 3)判断当前工况是否属于高瞬变率过程(如果不是高瞬变率，则转接步骤9)。
[0020] 4)如果是高瞬变率过程，判断瞬时转速是否大于1650r/min，如果小于1650r/min， 则判断扭矩是否大于SOON · Μ。
[0021] 5)如果转速大于1650r/min则电子控制单元发出指令关闭气动两位低压级满轮调 节阀和气动两位低压级压气机调节阀；如果转速小于1650;r/min且扭矩大于800N · Μ则电子 控制单元发出指令关闭气动两位低压级满轮调节阀和气动两位低压级压气机调节阀；如 果转速小于1650r/min且扭矩小于800Ν · Μ，则电子控制单元发出指令打开气动两位低压级 满轮调节阀和气动两位低压级压气机调节阀。
[0022] 6)电子控制单元发出指令关闭气动两位高压级满轮调节阀，同时，电子控制单元 (14)根据瞬时转速和转矩在分区控制策略图（参见附图2)上判定高压级废气旁通蝶阀的开 度(参见附图4)并给伺服电机发出指令，将高压级废气旁通蝶阀调整到目标开度。
[0023] 7)电子控制单元监测满前压力值，当满前压力值超出预警值时立即输出指令打开 气动两位高压级满轮调节阀，如果满前压力值小于预警值，则在此处等待。
[0024] 8)打开气动两位高压级满轮调节阀后，等待Is后在继续执行。目的是防止气动两 位高压级满轮调节阀的频繁动作。
[0025] 9)如果不是高瞬变率过程，判断当前工况是否是瞬变卸载过程(如果是卸载过程， 则转到步骤12)。
[0026] 10)如果不是瞬变卸载过程，则当前工况可能是稳态或者低瞬变率的过程，电子控 制单元随时监测当前工况是否发生改变。
[0027] 11)如果当前工况发生改变，电子控制单元根据分区控制策略图（参见附图2)，确 定当前工况下各个阀的开度(参见附图4)并发出指令使阀打开到目标开度值;如果当前工 况没有发生改变，则维持各个阀的开度不变。
[0028] 12)如果是瞬变卸载过程，打开气动两位高压级满轮调节阀、气动两位低压级满轮 调节阀、气动两位低压级压气机调节阀，并将高压级废气旁通蝶阀开度打开到最大(80% )。 目的是减小卸载过程中的排气背压。
[0029] 13)将气动两位高压级满轮调节阀、气动两位低压级满轮调节阀、气动两位低压级 压气机调节阀、高压级废气旁通蝶阀的当前开度值反馈到电子控制单元，形成阀开度的反 馈控制。
[0030] 上述步骤2)中设定转速、转矩瞬变率限值的目的是鉴别高瞬变率的过程;设置满 前压力预警值的目的是防止满前压力过大损坏高压级满轮叶片的叶片，设置的预警值较大 有利于提高瞬变过程的响应速度，但同时有可能产生较大满前压力而损坏高压级满轮的叶 片。
[0031] 所述步骤5)中的转速1650r/min和转矩800N · Μ是根据分区控制策略图（参见附图 2)设定的，目的是把分区控制策略图划分成Ξ大控制区、六小控制分区。
[0032] 本实用新型的有益效果：
[0033] 本实用新型设计合理、结构简单，在满足二级增压系统功能的基础上，极大的优化 了管路的布置;尤其是瞬变过程中通过协同控制气动两位高压级满轮调节阀和高压级废气 旁通蝶阀，不仅能够提高瞬变响应速度，还保护了高压级废气旁通蝶阀切换过程中不受高 溫高压废气影响，提高了整个增压系统的工作可靠性。
[0034] 该系统的显著特点是：在高压级满轮端旁通管路上游增设了一个气动两位调节 阀；取消了高压级压气机端旁通管路的布置。系统依靠关闭气动两位高压级满轮调节阀，迅 速建立满前压力，提高瞬变响应速度，并在满前压力超出预警值时及时放气。本实用新型能 在实现