智能可调电辅助涡轮增压系统及其控制方法

本发明涉及的是一种发动机及其控制方法，具体地说是进排气系统及其控制方法。

背景技术：

1、涡轮增压技术是一种可以提高柴油机效率和输出功率的技术手段，通过向柴油机送入比自然吸气状态下更多的空气(以及因而更多的燃料)来实现柴油机燃烧效率和输出功率的提高。随着内燃机尤其是柴油机性能要求的不断提高，传统的增压技术已不能满足现代柴油机在不同工况下高效运行的需求。可变几何增压和电辅助涡轮增压技术逐渐成为研究热点。电辅助涡轮增压技术作为一种新兴的技术可以完美解决传统涡轮增压技术中存在的涡轮迟滞问题，并且可以将发动机高工况时多余的废气能量重新回收，使柴油机燃油经济性得到提升。目前对电辅助涡轮增压技术的研究主要集中在对改善柴油机性能和电辅助增压系统的设计方面。可变几何增压技术通过调整涡轮可变机构实现对发动机进气压力的精确控制。可变几何增压技术包含对三种可调部件进口导叶、扩压器叶片以及涡轮静叶的可调设计。

2、zhou和fiorentini提出了一种配备废气再循环(egr)、变几何涡轮(vgt)和变几何压气机(vgc)系统的柴油发动机气路系统的控制设计，对该气路系统稳态和动态响应进行了研究，以了解vgc结合vgt-egr执行器对系统性能的影响。国内外大多数研究学者对增压器的多可调部件联合运行局限在两个可调部件的联合，如可调进口导叶和可调叶片扩压器联合运行以及可变几何涡轮与可调叶片扩压器联合运行等。对于包含三种可调部件联合运行相关研究甚少，未对三种可调部件联合运行对提高电辅助涡轮增压器的性能是否有积极作用以及对改善柴油机性能能否有帮助作深入探讨与研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供可以实现柴油机进排气系统的优化匹配，提升整机经济性和低工况性能，解决压气机高效率区狭窄、涡轮效率低等问题，满足不同工况下的需求，并在不同工况下优化发动机的工作效率和稳定性，特别是在变转速、变负荷工况下，提供更高的灵活性和经济性的智能可调电辅助涡轮增压系统及其控制方法。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、本发明智能可调电辅助涡轮增压系统，其特征是：包括发动机、基本涡轮、基本压气机、受控涡轮、受控压气机，基本涡轮与基本压气机同轴，受控涡轮与受控压气机通过涡轮轴相连，涡轮轴上安装电机，受控压气机的入口安装可调进口导叶，受控压气机的出口安装可调叶片扩压器，所述受控涡轮设置可调静叶，基本压气机和受控压气机的出口汇合后连通中冷器，中冷器通过进气管连接进气歧管，进气歧管连通发动机，基本涡轮和受控涡轮的入口汇合后连通排气管，排气管通过排气歧管连通发动机。

4、本发明智能可调电辅助涡轮增压系统还可以包括：

5、1、受控涡轮可调静叶的调节包括小0°、1°以及2°；可调进口导叶的调节包括0°、负旋5°、正旋10°、正旋25°；可调叶片扩压器的调节包括0°、向通流面积减小方向旋转2°、向通流面积增加方向旋转2°。

6、2、还包括egr系统，egr系统的出口和进口分别连接进气管和排气管，egr系统的出口安装egr阀。

7、3、基本压气机的出口安装空气阀，基本涡轮的进口安装燃气阀。

8、本发明智能可调电辅助涡轮增压系统的控制方法，其特征是：采用上述智能可调电辅助涡轮增压系统：

9、(1)运行发动机，检查和校准所有传感器，获取初始数据，包括环境温度、压力、发动机的初始状态数据，使其进入正常运行状态；

10、(2)初始化各可调部件角度，将可调进口导叶、可调叶片扩压器和控涡轮可调静叶的角度设置为初始设定值；

11、(3)获取发动机当前运行工况，实时获取发动机当前的运行工况数据，分析并判断当前运行工况所属的具体类型；

12、(4)根据工况选择调节策略，根据当前负荷工况以及10个工况下对应的优化增压策略，调节电机的模式和功率，选择对应的进口导叶角度、扩压器叶片角度和涡轮静叶角度，并确定增压器运行模式；

13、(5)调节可调部件，调节电机的模式使其处于发电机模式或电动机模式，并调节电机的功率，调节可调进口导叶、可调叶片扩压器和控涡轮可调静叶角度、判断是否需要切换增压器运行模式或保持原有增压器运行模式；

14、(6)监控发动机性能参数，监控发动机功率、燃油消耗率、涡前温度、最大燃烧压力、压气机喘振裕度和压气机效率，将这些性能参数与优化目标进行比较；

15、(7)如果性能参数未达到优化目标，重新调整可调部件角度，重复步骤(3)；若性能参数达到优化目标，则保持当前设置；

16、(8)持续监控与调整，持续监控发动机运行状态和性能参数，实时进行调整以应对不同工况变化。

17、本发明智能可调电辅助涡轮增压系统的控制方法还可以包括：

18、1、所述10个工况分别为10％工况、20％工况、30％工况、40％工况、50％工况、60％工况、70％工况、80％工况、90％工况、100％工况。

19、2、10个工况的具体控制方法为：

20、10％工况：将进口导叶角度调节至10°，扩压器叶片角度调节至-2°，涡轮静叶角度调节至2°，调节电机功率为100％，使柴油机在1tc模式下运行；

21、20％工况：将进口导叶角度调节至-5°，扩压器叶片角度调节至-2°，涡轮静叶角度调节至1°，调节电机功率为80％，保持1tc模式运行；

22、30％工况：将进口导叶角度调节至0°，扩压器叶片角度调节至-2°，涡轮静叶角度调节至0°，维持电机功率不变，保持1tc模式运行；

23、40％工况：将进口导叶角度调节至-5°，扩压器叶片角度调节至-2°，涡轮静叶角度调节至0°，维持电机功率不变，保持1tc模式运行；

24、50％工况：将进口导叶角度调节至25°，扩压器叶片角度调节至2°，涡轮静叶角度调节至1°，调节电机功率为20％，切换至2tc模式运行；

25、60％工况：将进口导叶角度调节至10°，扩压器叶片角度调节至0°，涡轮静叶角度调节至2°，调节电机功率为0，保持2tc模式运行；

26、70％工况：将进口导叶角度调节至10°，扩压器叶片角度调节至0°，涡轮静叶角度调节至1°，维持电机功率不变，保持2tc模式运行；

27、80％工况：将进口导叶角度调节至0°，扩压器叶片角度调节至-2°，涡轮静叶角度调节至1°，保持2tc模式运行；

28、90％工况：将进口导叶角度调节至0°，扩压器叶片角度调节至-2°，涡轮静叶角度调节至0°，保持2tc模式运行；

29、100％工况：将进口导叶角度调节至-5°，扩压器叶片角度调节至0°，涡轮静叶角度调节至0°，保持2tc模式运行。

30、本发明的优势在于：本发明通过调整进口导叶的角度，可以改变压气机的流量特性和增压比，从而提高压气机的稳定性和效率。通过调节扩压器叶片的角度，可以控制压气机的流量和效率特性，特别是在高转速运行时更为显著。涡轮的可变几何设计通过调整静叶角度，实现对涡轮流量和效率的精细控制。通过联合调节三种可调部件，可以显著提高涡轮增压器的性能，并改善柴油机的整体性能，有效拓宽柴油机的高效运行范围。