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VGT-Turbolader – Erfahren Sie in 3 Minuten mehr über die schnell wachsende Entwicklung
Diese Arbeit gibt einen kurzen Überblick über die Entwicklung von VGT-Turbolader-Regelsystemen im In- und Ausland.
Allgemeine Situation der Entwicklung von VGT-Turboladerregelsystemen im Ausland
Ausländische Länder waren schon immer führend in der Forschung und Innovation von VGT-Turbolader-(Variable-Geometry-Turbocharger)-Regelsystemen. Die Vereinigten Staaten, Deutschland und Japan haben eine Vielzahl von typischen und praxisnahen variablen Düsenturbolader-Regelsystemen entwickelt.
Honeywell hat eine VGT Turboladersystem im letzten Jahrhundert, das hauptsächlich aus Leitschaufelverstellern, PCM-Ventilen, Vakuumpumpen, Steuereinheiten, Sensoren und verschiedenen Instrumenten besteht. Der Leitschaufelversteller verwendet einen Membran-Unterdrucksteller, und der Steller wird von einer Vakuumpumpe gespeist, die am hinteren Ende des Generators installiert ist. Ein PCM-Ventil ist zwischen dem Steller und der Vakuumpumpe installiert, um den Unterdruck des Stellers zu steuern.
Die Steuereinheit sendet gemäß dem Motordiggersignal ein Steuersignal an das PCM-Ventil und regelt den von der Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck, indem sie das Tastverhältnis des Öffnens und Schließens des PCM-Ventils ändert, wodurch der Winkel der Düsenflügel gesteuert wird. Das Steuersystem nimmt den Ladedruck als Zielparameter der Steuerung.
Um die Stabilität und Laufruhe des Systems unter Nicht-Gleichgewichtsbedingungen zu verbessern, wird ein PI-Regler mit Vorsteuerung verwendet: Die Motordrehzahl und die Last werden unter Gleichgewichtsbedingungen bestimmt. Das Öffnungsverhältnis der Düse zur Last wird als Vorsteuerung verwendet und zum PI-Regelalgorithmus addiert, um die Regelung des PCM-Ventils zu realisieren.
American GM hat auch ein VGT-Turboladersystem für Benzinmotoren entwickelt. Das System besteht aus einem Aktuator, einem elektronischen Druckregler (EPR), einem elektronischen Vakuumregler (EVR), einer elektronischen Steuereinheit und Sensoren.
Der Unterschied zwischen dem System-Membran-Druckaktuator und dem vorherigen Membran-Aktor besteht darin, dass die Luftkammer des Aktors durch die Membran in zwei Teile geteilt ist und die Membran gleichzeitig vom Ansaugkrümmer und vom Booster aus dem Ansaugkrümmer nach dem Kompressor nach der Drosselklappe beeinflusst wird.
Die Druckdifferenz zwischen den beiden Luftkammern des verdichteten Ansaugkrümmers drückt das Diaphragma, um die Schaufeln des Düsenrings anzutreiben und zu drehen, um sicherzustellen, dass der pneumatische Aktuator den Widerstand der Düsen-Zugstange unter verschiedenen Arbeitsbedingungen effektiv überwinden kann.
Zusätzlich wird der Druck in den beiden Luftkammern durch EPR bzw. EVR gesteuert. Die Regelstrategie besteht darin, zunächst eine Arbeitsbedingungskarte für die Stead-State-Ladedruckregelung zu erstellen und diese im ECM zu speichern, den aktuellen Ladedruck mit dem Soll-Ladedruck im ECM zu vergleichen und das elektronische Steuergerät passt das Steuersignal entsprechend der Differenz an, um den Stellgliedtreiber agieren zu lassen und die optimale Regelung des Ladedrucks zu realisieren.
Zusätzlich wandte auch die japanische Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. die Fuzzy-Regelung auf einen Sechszylinder-Dieselmotor an, der mit einer VTG-Turbolader, mittels eines Schrittmotors den Aktuator antreiben und erzielten gute Steuerungsergebnisse.
Forschungsstand des VNT-Turbolader-Regelsystems im Inland
Die heimische Forschung zu VNT-Turboladern liegt leicht hinter dem Ausland zurück und es gibt nur wenige Einheiten, die sich mit dieser Forschung beschäftigen. Unter ihnen haben die Tsinghua-Universität, das Beijing Institute of Technology, die Tongji-Universität und andere Hochschulen im Bereich des VGT-Regelsystems einige Arbeiten geleistet.
1995 entwickelten Wang Junqiu vom Beijing Institute of Technology und andere ein VGT-Steuerungssystem. Das System besteht aus einer elektronischen Steuereinheit (ECU), einem Öffnungsaktuator des Turbinenabschnitts (Torque Motor), Sensoren und dem Regelobjekt, einem J6110Z Dieselmotor und so weiter.
Das System akzeptiert Signale wie Motordrehzahl, Ladedruck am Verdichterende und Verstellung des Turbinendüsenklappenstellmotors am Turbinenende. Durch einen bestimmten Algorithmus wird das Steuersignal an den Turbinendüsenklappenstellmotor ausgegeben, um den Drehwinkel der Turbinendüsenklappen zu ändern und so die Turbinendüsenöffnung zu steuern.
Im Jahr 2000 entwarfen Ma Zhaochen vom Beijing Institute of Technology und andere ein mechanisches Startregelsystem für den VGT, das auf den Sechs-Zylinder-Dieselmotor J6110Z abgestimmt ist. Die Position der Düsenringschaufel des Laders wird durch eine Schwingstange gesteuert, die das Hebelprinzip nutzt.
Die beiden Enden der Schwingstange sind jeweils der Düsenringflügel und die Feder. Das Gleichgewicht des Druckunterschieds über die Aktuatormembran treibt die Düsenringflügel zum Drehen an. Der Auslegungspunkt des Turboladers wird am Kalibrierungspunkt gewählt, zu diesem Zeitpunkt ist die Federkraft mit dem auf die Membran wirkenden Verdichterausgangsdruck im Gleichgewicht.
Das State Key Laboratory of Automobile Safety and Energy Conservation der Tsinghua University hat das VGT-Turbolader-Steuerungssystem für den Volkswagen TDI-Motor entwickelt, das sich durch die Verwendung eines Schrittmotors als Aktuator auszeichnet und die MAP-Karte über die beiden Signale des Motordrehzahlsensors und des Gaspedalstellungssensors prüft, um den Ziel-Ladedruck zu ermitteln und eine PID-Regelung durchzuführen.
Im stationären Zustand wird die PID-Regelung mit der Änderung der variablen Düsenöffnung übernommen, um eine gute Regelung des Zielboostdrucks zu erreichen. Im transienten Zustand unterscheidet sich die Regelmethode der PID-Parameter vom stationären Zustand, und die Einführung einer Vorhersagefunktion wird übernommen, um die Ansprechgeschwindigkeit des Systems im transienten Zustand zu verbessern. Tests werden an dem entwickelten Soft- und Hardwaresystem durchgeführt.
Epilog
Die variable Ventilverstellungstechnologie für Abgasturbolader bietet im Vergleich zu herkömmlichen Abgasturboladern breitere Möglichkeiten zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung bei Verbrennungsmotoren. Dies ist die aktuelle Entwicklungsrichtung der Aufladetechnologie.
Seine Forschung und Entwicklung sind von großer Bedeutung für die Förderung des Upgrades der chinesischen VGT-Turboladerindustrie. Nach jahrzehntelanger technischer Akkumulation im Ausland ist der Turbolader mit variabler Düse der chinesischen Technologie und Regelungstechnik insgesamt weit voraus, während sich die Forschung an Turboladern mit variabler Düse in meinem Land nur im theoretischen Forschungsstadium befindet.
