本發(fā)明涉及一種電控系統(tǒng),尤其是一種可變噴嘴渦輪增壓器電控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

發(fā)動(dòng)機(jī)采用固定噴嘴渦輪增壓器時(shí),由于渦輪增壓器不能控制調(diào)節(jié),因此很難在高速和低速工況下都得到比較滿意的結(jié)果;此外增壓器的瞬態(tài)響應(yīng)特性不好,因而發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性也難以提高。為改進(jìn)增壓器的性能,人們采用了減小增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,加廢氣放氣閥,采用可變噴嘴渦輪增壓器等改進(jìn)措施。在各種改進(jìn)方法中,采用可變噴嘴渦輪增壓器的方法對(duì)增壓器和內(nèi)燃機(jī)性能的改善最明顯。

可變噴嘴渦輪增壓器(variablenozzleturbocharger,VNT)是通過對(duì)執(zhí)行器的控制來改變渦輪流通截面積的大小,從而實(shí)現(xiàn)增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)良好匹配的目的,其控制系統(tǒng)目前普遍采用了氣動(dòng)膜片式執(zhí)行器。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用,VNT控制系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代中期開始迅速發(fā)展起來。美國(guó)、德國(guó)、日本都已開發(fā)出了比較成熟的電控系統(tǒng),而國(guó)內(nèi)在這方面還缺乏深入的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高穩(wěn)定性和精度，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可變噴嘴渦輪增壓器電控系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：可變噴嘴渦輪增壓器電控系統(tǒng)由信號(hào)測(cè)量、電子控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3部分組成。其控制策略采用了查詢控制MAP的開環(huán)控制方式,以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門拉桿位置和油門變化率作為控制MAP的輸入信號(hào)(油門變化率由控制算法獲得),電控單元(ECU)根據(jù)輸入信號(hào)通過控制算法確定出系統(tǒng)的輸出信號(hào),該信號(hào)驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生響應(yīng)動(dòng)作并帶動(dòng)噴嘴環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)改變VNT渦輪截面積大小的控制策略。另外,為了提高控制精度,將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行位置(即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置)信號(hào)作為電控系統(tǒng)的反饋控制信號(hào)。

所述信號(hào)測(cè)量部分由轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器構(gòu)成,用于獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和油門位置信號(hào)。轉(zhuǎn)速傳感器采用的是霍爾式傳感器,其輸出是脈沖信號(hào),使用方便。油門位置傳感器采用了專門為威孚PW泵匹配的傳感器,其核心為高精度電位器,可根據(jù)油門位置的不同將供電電壓線性輸出。

所述電子控制部分即控制系統(tǒng)的電控單元(ECU),采用了SCB-51-6型單片微型計(jì)算機(jī)功能板。該功能板上集成有多種元件,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、負(fù)載驅(qū)動(dòng)等功能。

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括執(zhí)行器、傳動(dòng)裝置、連接裝置和反饋裝置。

所述執(zhí)行器選用了四相混合式步進(jìn)電機(jī),采用4步4拍工作方式,步距角為1.8°。

所述傳動(dòng)裝置采用的是60JB型減速器,其結(jié)構(gòu)為三級(jí)塔輪式,減速比為25。其作用是提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和調(diào)節(jié)精度,同時(shí)也加強(qiáng)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自鎖能力。為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)和減速器的同軸傳動(dòng),將步進(jìn)電機(jī)和減速器安裝在同一箱體外殼上,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸前端與減速器的輸入軸采用套筒固接。

所述鏈接裝置由搖臂、連接銷和控制拉桿組成，將減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給VNT噴嘴環(huán)葉片銷軸。搖臂的一端通過螺釘固定在減速器輸出軸上,另一端通過連接銷帶動(dòng)控制拉桿上下移動(dòng),控制拉桿的下端與控制VNT噴嘴環(huán)的銷軸相連。

所述反饋裝置是一個(gè)滑線變阻器,其中間抽頭轉(zhuǎn)動(dòng)軸與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸后端同軸連接,滑線變阻器的殼體通過一個(gè)固定支架與連接步進(jìn)電機(jī)和減速器的箱體連接。

電控系統(tǒng)的控制軟件采用51系列單片機(jī)語(yǔ)言編寫,并利用E2000/L型仿真器對(duì)控制軟件進(jìn)行了編譯和調(diào)試?？刂栖浖w結(jié)構(gòu)根據(jù)功能和控制目標(biāo)的不同采用模塊化設(shè)計(jì)方式,總體上分為前處理和工作循環(huán)2部分。所述前處理部分包括相關(guān)存儲(chǔ)單元初始化、狀態(tài)標(biāo)識(shí)初始化、開中斷、中斷定時(shí)器初始化、執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)位子程序、啟動(dòng)工況子程序。所述工作循環(huán)包括信號(hào)采集子程序、狀態(tài)判別子程序、標(biāo)識(shí)位、停機(jī)或超速子程序、穩(wěn)態(tài)控制子程序、瞬態(tài)控制子程序。

本發(fā)明的有益效果是，可變噴嘴渦輪增壓器電控系統(tǒng)以步進(jìn)電機(jī)、減速器等為核心部件，使整個(gè)電控系統(tǒng)具有響應(yīng)快、精度高、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本較低的特點(diǎn)。采用模塊化的獨(dú)立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想,既便于各功能模塊的單獨(dú)運(yùn)行和調(diào)試,又可為今后的功能補(bǔ)充和完善提供方便。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是電控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是控制軟件整體流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1，可變噴嘴渦輪增壓器電控系統(tǒng)由信號(hào)測(cè)量、電子控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3部分組成。

所述信號(hào)測(cè)量部分由轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器構(gòu)成,用于獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和油門位置信號(hào)。轉(zhuǎn)速傳感器采用的是霍爾式傳感器,其輸出是脈沖信號(hào),使用方便。油門位置傳感器采用了專門為威孚PW泵匹配的傳感器,其核心為高精度電位器,可根據(jù)油門位置的不同將供電電壓線性輸出。

所述電子控制部分即控制系統(tǒng)的電控單元(ECU),采用了SCB-51-6型單片微型計(jì)算機(jī)功能板。該功能板上集成有多種元件,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、負(fù)載驅(qū)動(dòng)等功能。

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括執(zhí)行器、傳動(dòng)裝置、連接裝置和反饋裝置。所述執(zhí)行器選用了四相混合式步進(jìn)電機(jī),采用4步4拍工作方式,步距角為1.8°。所述傳動(dòng)裝置采用的是60JB型減速器,其結(jié)構(gòu)為三級(jí)塔輪式,減速比為25。其作用是提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和調(diào)節(jié)精度,同時(shí)也加強(qiáng)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自鎖能力。為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)和減速器的同軸傳動(dòng),將步進(jìn)電機(jī)和減速器安裝在同一箱體外殼上,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸前端與減速器的輸入軸采用套筒固接。所述鏈接裝置由搖臂、連接銷和控制拉桿組成，將減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給VNT噴嘴環(huán)葉片銷軸。搖臂的一端通過螺釘固定在減速器輸出軸上,另一端通過連接銷帶動(dòng)控制拉桿上下移動(dòng),控制拉桿的下端與控制VNT噴嘴環(huán)的銷軸相連。所述反饋裝置是一個(gè)滑線變阻器,其中間抽頭轉(zhuǎn)動(dòng)軸與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸后端同軸連接,滑線變阻器的殼體通過一個(gè)固定支架與連接步進(jìn)電機(jī)和減速器的箱體連接。

如圖2，電控系統(tǒng)的控制軟件采用51系列單片機(jī)語(yǔ)言編寫,并利用E2000/L型仿真器對(duì)控制軟件進(jìn)行了編譯和調(diào)試?？刂栖浖w結(jié)構(gòu)根據(jù)功能和控制目標(biāo)的不同采用模塊化設(shè)計(jì)方式,總體上分為前處理和工作循環(huán)2部分。所述前處理部分包括相關(guān)存儲(chǔ)單元初始化、狀態(tài)標(biāo)識(shí)初始化、開中斷、中斷定時(shí)器初始化、執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)位子程序、啟動(dòng)工況子程序。所述工作循環(huán)包括信號(hào)采集子程序、狀態(tài)判別子程序、標(biāo)識(shí)位、停機(jī)或超速子程序、穩(wěn)態(tài)控制子程序、瞬態(tài)控制子程序。