大型渦輪增壓柴油機(jī)的壓力控制

?

大型渦輪增壓柴油機(jī)的壓力控制

大型發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用渦輪增壓器。渦輪增壓器進(jìn)氣歧管增壓會(huì)額外消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，因此精確控制這種壓力才能使發(fā)動(dòng)機(jī)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)及避免發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。介紹機(jī)車柴油機(jī)進(jìn)氣壓力，預(yù)估發(fā)動(dòng)機(jī)在不同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)未知的系統(tǒng)參數(shù)。基于參數(shù)估計(jì)調(diào)節(jié)控制器增益，驗(yàn)證利用實(shí)時(shí)增壓自適應(yīng)控制的性能。為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和效率，采用AVL公司的仿真工具。

為達(dá)到控制目標(biāo)，采用一個(gè)簡(jiǎn)單的柴油機(jī)三態(tài)模型，進(jìn)行動(dòng)力增壓。首先在機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)固定時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)增壓控制器，然后假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)不固定，開(kāi)發(fā)一個(gè)自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用仿真工具驗(yàn)證自適應(yīng)增壓控制器的性能，其與發(fā)動(dòng)機(jī)高度非線性特性匹配，即實(shí)時(shí)增壓。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件變化時(shí)，自適應(yīng)控制器能夠有效地工作，其增益也根據(jù)三態(tài)模型的參數(shù)在線估計(jì)得到更新，可減少大型柴油機(jī)控制所必須的校準(zhǔn)次數(shù)。

柴油機(jī)增壓壓力控制需要將所有的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件覆蓋在內(nèi)，這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)的工作。在渦輪增壓柴油機(jī)中，空氣管理是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合非線性快速動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)以及更高燃油效率的需求，對(duì)渦輪增壓的要求越來(lái)越高，并應(yīng)具有更高的增壓水平和高的壓力比。

增壓器渦輪從廢氣中回收能量通過(guò)渦輪軸傳遞給壓縮機(jī)。渦輪軸的轉(zhuǎn)速取決于流過(guò)渦輪氣流的速率，因此壓縮機(jī)由渦輪氣流驅(qū)動(dòng)。在過(guò)度增壓情況下旁通閥打開(kāi)，流過(guò)渦輪的僅為部分尾氣，其余尾氣直接通過(guò)旁通閥流入排氣管。

Nazli E.Kahveci et al. 2014 American Control Conference (ACC), USAJune 4-6, 2014.

編譯：王亮