变海拔双VGT二级可调增压系统控制方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种变海拔双VGT二级可调增压系统控制方法。
背景技术
随着海拔的升高，大气压力随之降低，发动机功率随之下降。为了使发动机在5500m海拔高度恢复功率达到平原功率90％的目标，压气机的压比在最大扭矩点至标定点区间内至少达到4.8以上。若采用单级增压方案，目前世界上没有任何一款压气机能够达到如此高的压比和流量范围要求，因此需要采用二级可调增压。
然而，目前二级增压控制系统大多针对固定海拔各工况，针对不同地域海拔差距较大，当二级增压设计匹配点选择为平原地区的发动机，到了高原地区运行时，空气密度迅速下降，发动机功率也会相应下降。当二级增压设计匹配点选择为高原地区发动机，到了平原地区运行时，发动机低速段的排放性能又难以保证。
发明内容
针对现有二级增压系统存在的技术缺陷，本发明提供的一种变海拔双VGT二级可调增压系统控制方法，能够根据海拔和发动机工况的变化调节HVGT和LVGT叶片开度，以达到发动机在海拔5500m标定点功率恢复平原条件标定点90％目标。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种变海拔双VGT二级可调增压系统控制方法，其特征在于：包括可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)、可变喷嘴截面低压级增压器(LVGT)、电控单元(ECU)和电控执行器(TCU)，柴油机、可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)以及可变喷嘴截面低压级增压器(LVGT)串联，柴油机安装有油门位置传感器以及转速传感器通过数据线连接电控单元(ECU)，电控单元(ECU)连接电控执行器(TCU)，电控执行器(TCU)数据线分别连接可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)以及可变喷嘴截面低压级增压器(LVGT)发出控制信号；电控单元(ECU)安装有大气压力及温度传感器，实时检测当前海拔工况；柴油机的进气管及排气管上均安装有增压压力和温度传感器；可变喷嘴截面高压级增压器的进气端安装有增压压力传感器；可变喷嘴截面高压级增压器的排气端安装有涡中压力传感器，增压压力和温度传感器、增压压力传感器以及涡中压力传感器分别连接电控执行器(TCU)，将各部分实际增压压力信息发送给给电控执行器(TCU)；
在不同海拔和柴油机工况下，柴油机ECU内安装控制程序，柴油机ECU控制程序根据海拔、转速和油门开度信号，确定高、低压级VGT叶片开度和增压压力的目标值信号，将目标值信号输出至增压系统控制器(TCU)，TCU结合接收的实际增压压力和目标值信号，输出控制信号至电控执行器，实现高、低压级VGT叶片开度的闭环控制，达到不同海拔和工况下柴油机性能恢复目标。
而且，柴油机ECU控制程序流程为：开始读取增压压力MAP信号，根据大气压力及工况变化判断MAP是否升高，增压压力MAP若升高，再判断HVGT是否全开，若没有全开，则增大HVGT叶片；如果全开，再判断LVGT是否全开，若没有全开，则增大LVGT开度；若全开，程序结束；增压压力MAP若降低，判断HVGT是否全闭，如果全闭再判断LVGT全闭，如果全闭程序结束。
而且，柴油机性能恢复目标：部分负荷工况以燃油消耗率最优为目标，全负荷工况以动力性最大为目标。
而且，在海拔<3500m工况下，高压级增压器工作，LVGT叶片全开以降低排气阻力；在海拔3500m～5500m工况下，LVGT叶片开度逐渐减小，两级增压器均投入工作，提高柴油机的进气压力和进气流量，高、低压级VGT叶片实时调节柴油机进气流量和进气压力，达到柴油机变海拔全工况自适应的需求。
本发明的优点和积极效果是：
本发明建立在海拔、柴油机转速和负荷三维坐标下，双VGT二级可调增压系统增压压力自适应控制策略。在不同海拔环境下，部分负荷工况以燃油消耗率最优为目标，全负荷工况以动力性最大为目标。基于不同海拔和工况下柴油机性能恢复目标，结合之前高、低压级VGT叶片对排气能量与分配不同的调节规律，设计不同海拔下双VGT二级可调增压系统增压压力自适应控制策略。
附图说明
图1所示为本发明的一种变海拔双VGT二级可调增压系统结构示意图；
图2所示为本发明的变海拔双VGT二级可调增压系统控制流程图；
图3所示为本发明的变海拔高、低压级VGT叶片开度全工况控制策略。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种变海拔双VGT二级可调增压系统控制方法，如图1所示，本发明的一种变海拔双VGT二级可调增压系统，包括可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)、可变喷嘴截面低压级增压器(LVGT)、电控单元(ECU)和电控执行器(TCU)，柴油机、可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)以及可变喷嘴截面低压级增压器(LVGT)串联，柴油机安装有油门位置传感器以及转速传感器通过数据线连接电控单元(ECU)，电控单元(ECU)连接电控执行器(TCU)，电控执行器(TCU)数据线分别连接可变喷嘴截面高压级增压器(HVGT)以及可变喷嘴截面低压级增压器(LVGT)发出控制信号；
电控单元(ECU)安装有大气压力及温度传感器，实时检测当前海拔工况；
柴油机的进气管及排气管上均安装有增压压力和温度传感器；可变喷嘴截面高压级增压器的进气端安装有增压压力传感器；可变喷嘴截面高压级增压器的排气端安装有涡中压力传感器，增压压力和温度传感器、增压压力传感器以及涡中压力传感器分别连接电控执行器(TCU)，将各部分实际增压压力信息发送给给电控执行器(TCU)。
在不同海拔和柴油机工况下，柴油机ECU内安装控制程序，柴油机ECU控制程序根据海拔、转速和油门开度信号，确定高、低压级VGT叶片开度和增压压力的目标值信号，将目标值信号输出至增压系统控制器(TCU)，TCU结合接收的实际增压压力和目标值信号，输出控制信号至电控执行器，实现高、低压级VGT叶片开度的闭环控制。
如图2所示，本发明的变海拔双VGT二级可调增压系统控制流程图，控制程序开始读取增压压力MAP信号，根据大气压力及工况变化判断MAP是否升高，增压压力MAP若升高，再判断HVGT是否全开，若没有全开，则增大HVGT叶片；如果全开，再判断LVGT是否全开，若没有全开，则增大LVGT开度；若全开，程序结束；增压压力MAP若降低，判断HVGT是否全闭，如果全闭再判断LVGT全闭，如果全闭程序结束。
部分负荷工况以燃油消耗率最优为目标，全负荷工况以动力性最大为目标。
基于不同海拔和工况下柴油机性能恢复目标，结合之前高、低压级VGT叶片对排气能量与分配不同的调节规律，设计了不同海拔下双VGT二级可调增压系统增压压力自适应控制策略。
如表1所示，本发明的不同海拔两级可调增压系统控制策略。在低海拔条件(<3500m)下，高压级增压器工作，LVGT叶片全开以降低排气阻力。在高海拔(3500m～5500m)下，LVGT叶片开度逐渐减小，两级增压器均投入工作，提高柴油机的进气压力和进气流量。高、低压级VGT叶片实时调节柴油机进气流量和进气压力，达到柴油机变海拔全工况自适应的需求。
表1不同海拔两级可调增压系统控制策略
如图3所示，本发明的变海拔高、低压级VGT叶片开度全工况控制策略。在柴油机20％和100％两种负荷工况下，双VGT二级可调增压系统全工况控制策略见图3所示。从高低压级增压器效率和涡轮功分配角度，给出两级增压器变海拔、变工况控制策略，不同工况和海拔高低压级VGT开度调节比例。在部分负荷低速工况，由于排气能量较低，HVGT单独工作区域较大，HVGT与LVGT联合工作的切换转速在1200r/min，而在全负荷工况下，HVGT单独工作范围缩小，HVGT与LVGT联合工作的切换转速在1000r/min，同时在高海拔环境下，HVGT与LVGT联合工作范围大于部分负荷工况。在低海拔高速工况，由于排气流量较大，为防止增压压力过大，HVGT叶片大开度固定，LVGT单独工作即可提供目标增压压力。
综上所述，本发明创造的实施方式，仅为本发明创造实施方式的一部分，但发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明创造揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明创造的保护范围应以所属权利要求的保护范围为准。
