车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统研究

HXN5B机车VTG增压器原理和常见电气故障解析摘要：VTG增压器是一种智能化增压系统，其工作原理基于可变几何涡轮技术。

这种技术使得涡轮可以在不同的柴油机负载和转速下产生更高的增压压力，并在柴油机高速运行时减小增压压力，以达到最佳燃油效率。

关键词： VTG 可变截面涡轮涡轮增压VTG增压器的工作原理是基于控制涡轮的进气量和排气量，以增加或减少增压压力。

当柴油机需要更多的空气来燃烧燃油时，VTG增压器会调整涡轮叶片的角度，以增加进气量并提高增压压力。

当柴油机负载降低时，VTG增压器会减小涡轮叶片的角度，以减少进气量并降低增压压力。

此外，VTG增压器还可以通过控制涡轮的调压阀来改变涡轮的工作状态。

当柴油机转速较低时，调压阀会关闭，使得涡轮叶片的角度变小，以便更快地旋转。

当柴油机转速提高时，调压阀会打开，使得涡轮叶片的角度变大，从而增加增压压力。

本文着重介绍了HXN5B机车VTG增压器的原理和常见电气故障解析的分析思路。

1 传统增压器和VTG增压器对比1.1传统涡轮增压器面临的问题在此之前，我们要简单了解一下涡轮增压柴油机的原理和特性。

增压柴油机区别于普通自然吸气柴油机，它是通过增压器进行强制进气的，这样可以大大提升进入气缸内的空气密度，从而达到提高机车功率的目的。

涡轮增压柴油机的增压器由排气能量驱动。

当柴油机转速较低时，排气能量往往比较小，此时有可能无法驱动增压器，会产生所谓的涡轮迟滞现象。

涡轮迟滞与增压涡轮的尺寸有关。

增压涡轮越大，涡轮就越难以被驱动，涡轮迟滞就越明显，反之如果增压涡轮很小，迟滞就会大幅度缓解。

与此同时，涡轮尺寸又与增压能量相关，小尺寸的涡轮虽然可以缓解涡轮迟滞，但在需要增压器工作时它能提供的增压值不大，不利于提升柴油机的动力。

1.2VTG增压器的特点VGT的核心在于它的增压器可以改变截面积，这就相当于改变了增压涡轮的大小。

在转速较低时，增压涡轮会采用较小的截面积，即使转速很低的状态下涡轮也可以顺利启动，大大缓解了涡轮迟滞。

新型电控柴油喷射系统的开发与性能研究的开题报告一、项目背景与研究意义柴油发动机因其高效能、高扭矩和高可靠性等特点而受到广泛的应用，而电子控制柴油喷射系统是其中最重要的组成部分之一。

该系统通过电控方式实现对柴油喷油量、喷油时机和喷油压力等参数的精确控制，提高了柴油发动机的燃油利用率、排放性能和动力输出等方面的性能。

因此，开发新型电控柴油喷射系统，对于推动柴油发动机的发展具有重要的意义。

二、研究内容及思路本项目的研究内容主要包括：1.设计新型电控柴油喷射系统的结构和工作原理。

2.研究新型电控柴油喷射系统中的电控部分的设计与实现，包括电控单元的选型和设计、信号采集和处理模块的设计等。

3.研究新型电控柴油喷射系统中的机械部分的设计与实现，包括高压油泵、喷油嘴和喷油管路等。

4.进行实验验证，测试新型电控柴油喷射系统在不同工况下的性能表现，包括燃油经济性、排放性能、动力输出等方面。

本项目的研究思路主要包括：1.通过对现有的电控柴油喷射系统的分析，了解其优点和不足，为设计新型电控柴油喷射系统提供参考。

2.在电控部分的设计中，应针对柴油发动机的工作特性和控制要求，选型合适的电路元件和芯片，设计出稳定可靠、性能优良的电控单元和信号处理模块。

3.在机械部分的设计中，应采用高精度的制造工艺和选用优质的材料，以确保新型电控柴油喷射系统的可靠性和耐久性。

4.在实验验证中，应根据不同的工况参数，如转速、负载等，对新型电控柴油喷射系统进行测试，收集数据并进行分析，评估系统的性能表现。

三、预期成果及应用前景本项目预期达到的成果包括：1.设计出具有自主知识产权的新型电控柴油喷射系统，并进行实验验证。

2.研究新型电控柴油喷射系统的性能表现，分析其在燃油经济性、排放性能和动力输出等方面的性能优劣。

3.结合工程实际和市场需求，对新型电控柴油喷射系统的应用前景进行分析和评估。

预计本项目所获得的成果可为柴油发动机的设计、制造和应用提供技术支持，具有重要的实际应用前景和市场价值。

摘要柴油机的高效、节能使得汽车的柴油机化日趋明显。

电控燃油喷射系统也成为目前柴油机领域的重要发展方向之一。

采用电控技术后，将有效改善柴油机的动力性和经济性，降低柴油机的有害排放。

柴油机的喷油系统主要是由高喷油泵、喷油器和连接喷油泵与喷油器的高压管组成。

随着国家对环境治理力度的加强，对机动车尾气排放的要求相对的提高了，特别是对柴油发动机的排放要求更加严格，所以喷油系统必须能够保证柴油机使柴油充分的燃烧，保证柴油机有足够的动力和运输的可靠性。

这样，就对喷油系统有较高的要求，改变了柴油发动机的控制模式，实现了精确的控制，使排放更加清洁，减小了柴油机做功粗暴所产生的噪音，提高了车辆的经济型和舒适性。

执行机构的控制研究是柴油机电控技术研究的关键。

本文在给出了油量执行结构及其位置传感器、供油定时控制机构及其提前角检测的设计方案，并对其控制策略进行了研究。

电控单元硬件、软件设计是电控系统设计的核心。

本文详细地讨论了电控单元硬件、软件设计过程，完成了硬件电路和软件模块化设计，并对硬件、软件提出了相应的抗干扰措施。

此外，为了完善柴油机电控系统开发，提出了柴油机标定系统。

采用以CAN 总线为基础平台的分配泵电控系统，实现下位机与PC机之间的通讯，完成对柴油机电控系统参数的监测。

本文阐述了采用单片机对柴油机喷油泵（BOSCH喷油泵）进行控制，主要实现对喷油泵内齿条位置的准确控制，从而实现对喷油量的准确控制，达到改善喷油系统和环保的目的。

本系统采用我们比较熟悉的89C51单片机作为控制核心，采用电感传感器作为反馈和信号的采集，使用光耦驱动电路使输入端与输出端相互隔离，使电路的抗干扰能力加强了，使用PID控制算法控制系统稳定，鲁棒性强。

关键词：柴油机；单片机；喷油泵；控制系统System of diesel engine fuel injection controlAbstractDiesel engines have been widely applied in the world because of their efficiency, economy and reliability．Electronically controlled fuel injection is one of important research directions in the diesel engine field．Introduction of electronic control techniques into diesel engine can not only improve the drivability and economy considerably．but reduce their exhaust emissions and contamination.Fuel injection system of diesel engine as long as it is made of high fuel injection pump，injector high-pressure tubing connected fuel injection pump and the injector.Along with the country to strengthen environmental regulation，on vehicle emissions requirements relative increase，Especially for the diesel engine emission requirements more stringent,So the injection system must be able to ensure that the diesel combustion,To ensure the reliability of diesel engine with power and transportation of enough.So,have high requirements for fuel injection system,To change the control mode of the diesel engine and precise control.The emissions of more clean,reduce the diesel engine work rude noise,improve vehicle economy and comfort.The executive mechanism is the key techniques in the diesel engine electronic control technology．In this paper detailed designs on control mechanisms and sensors are presented and control tactics are investigated also．As the core of diesel engine electronic control system．The whole process of ECU hardware and software designs is specified，moreover requisite software and hardware measures are taken in the system anti-disturbance performance．Besides，in order to calibrate the parameters of diesel engines，the electronically controlled unit of VE distributor pump is presented based on the CAN field bus．It adopts the simple and practical design of the electronically Controlled unit by CAN field bus communication and make the bottom processor and the top computer communicate and the parameters of the electronically controlled unit can be monitored．This paper expounds the application of single-chip microcomputer in diesel fuel injection pump (BOSCH pump) control,mainly to achieve precise control of fuel injection pump rack position,so as to realize the accurate control of injection quantity,Improve the fuel injection system and the purpose of environmentalprotection.The system uses the more familiar 89C51 microcontroller as control core,The inductive sensor as the feedback and signal acquisition,use optocoupler driving circuit to make the input and the output are isolated from each other,so that the anti-interference ability of the circuit to strengthen.The use of PID control algorithm of the control system stability,robustness.Keywords：Diesel enging；Microcontroller；Fuel injection pump；Control system目录第一章绪论 (1)1.1 论文选题背景及研究 (1)1.2 柴油机电控喷油系统的发展动态 (1)1.3 国内外电控燃油系统的发展现状 (3)1.4 论文研究的主要内容 (6)第二章方案论证 (7)2.1 系统设计要求 (7)2.2 系统方案论证 (7)2.2.1 单片机的选择论证 (7)2.2.2 传感器选择论证 (9)第三章硬件电路设计 (12)3.1 控制系统的硬件总体结构 (12)3.2 单片机最小系统 (13)3.2.1 复位电路 (14)3.2.2 振荡电路 (15)3.3 位置式传感器的工作特点 (16)3.4 传感器检测电路设计 (17)3.5 传感器激励电路设计 (19)3.6 AD转换电路设计 (19)3.7 位移执行器驱动电路设计 (20)3.8 CAN总线模块设计 (21)3.9 电源模块设计 (22)第四章系统流程图及软件设计 (23)4.1 系统流程图 (23)4.2 CAN总线控制流程图 (25)4.3 PID控制系统 (25)4.3.1 PID控制框图设计 (26)4.3.2 齿条位移闭环增量式PID控制 (26)4.3.3 PID流程图 (28)4.3.4 PID控制参数整定 (28)总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)第一章绪论1.1 论文选题背景及研究柴油机自问世以来，就以其高效、节能等优点而在车用动力中占有非常重要的地位，特别是近些年来，柴油机的应用有逐渐扩大的趋势。

车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统研究尹诚;侯延东;白玉民【摘要】在CA6DE柴油机上,对自主开发的可变喷嘴涡轮增压器(VNT)电控系统进行了多轮匹配试验,并进行了实车道路试验,找出了CA6DE柴油机VNT电控系统的控制策略和最优MAP.在VNT电控系统中采用适合于柴油机上控制的硬件电路和PID控制算法,以达到对VNT喷嘴环开度进行精确的控制.试验结果表明,与采用普通涡轮增压器相比,采用VNT电控系统可以提高柴油机扭矩20％、降低烟度25％～50％、降低油耗5％.%Several rounds of match tests were made to the self-developed variable nozzle turbocharger (VNT) electronically-controlled system based on CA6DE diesel engine, and road test was made to identify the control strategy and optimal MAP of the VNT electronic control system of CA6DE diesel engine. The control circuit and PID control algorithm are applied to VNT electronic control system that suitable for diesel control, for accurate control of VNT nozzle ring opening. Test results show that, compared with traditional turbocharger, vehicle with VNT electronic control system can improve engine torque by 20%, reduce soot by 25-50% and reduce fuel consumption by 5%.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】7页(P28-34)【关键词】柴油机;可变喷嘴涡轮增压器;电控系统;匹配【作者】尹诚;侯延东;白玉民【作者单位】启明信息技术股份有限公司;启明信息技术股份有限公司;启明信息技术股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】U464.1721 前言车用柴油机具有燃油经济性好及功率跨度大等优点，应用范围日益广泛，目前大、中型载重汽车及城市公交车中柴油机占有着绝对优势。

车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统研究车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统是一种先进的汽车动力系统，具有高效、可靠的特点，被广泛应用于各类载重及商用车辆中。

该系统主要由电控单元、加速器踏板位置、涡轮增压器、柴油喷油器、高压油泵及凸轮轴传感器等组成。

涡轮增压器是该系统的核心部件之一，可以为柴油机提供强大的动力支持。

而可变喷嘴则可以根据不同工作负荷和转速自动调整燃油喷射量，从而实现燃油的高效燃烧和降低尾气排放。

电控系统通过控制涡轮增压器和可变喷嘴实现对发动机的24小时实时监测和控制，从而实现最佳的动力输出和燃油经济性。

具体来说，当加速行驶时，车速快速提升，加速器踏板位置逐渐提高，电控单元通过传感器采集车速和加速器踏板位置并自动打开涡轮增压器增强进气量，同时调整可变喷嘴喷油量，增加燃料供应量，实现快速提高车速的目的。

相比传统燃油喷射技术，可变喷嘴引入的喷油系统中加入了电磁泵和电子控制元件，使得喷油时间和喷油量具有了更大的可控性和准确性。

在高转速和负载运转时，可变喷嘴可以将喷射量调整到最大值，最大限度地利用燃料能量。

不仅如此，该系统还可以实现故障检测和排放监测，在车辆出现异常状态时，电控单元会自动降低发动机输出功率，以保证车辆安全稳定，同时通过故障码记录，为日后维修提供便利。

总的来说，车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统是一种成熟且有效的技术，其具有高效、可靠、经济、环保等多种特点，在未来的生产和应用中将会发挥更大的作用。

随着汽车工业的发展和节能环保政策的实施，车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统正在逐步普及和推广。

其应用不仅能满足人们对行驶舒适性和动力性的要求，还可以有效降低柴油车车辆尾气排放，节能减排。

因此，其在未来汽车市场中必将发挥越来越重要的作用。

值得一提的是，目前该系统的技术水平已经相当成熟，不断地在细节和性能上进行改进。

例如，最新一代车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统已经拥有更为先进的涡轮增压器和可变喷嘴，能够更好地提高发动机的输出功率和燃油经济性。

我国内燃机车柴油机涡轮增压技术的研究与发展柴油机作为内燃机车推动力量的核心，是车辆性能的重要指标，其中的涡轮增压技术也是柴油机性能的核心技术。

因此，研究柴油机涡轮增压技术及其在我国内燃机车车上的应用发展，对于提高车辆性能，促进内燃机车发展具有重要意义。

涡轮增压技术是一种有效能源利用技术，其原理是利用涡轮增压装置将压缩机产生的压缩空气做功现象放大，以提高柴油机的功率和转速。

这种技术由英国工程师格拉斯于1903年提出，以后经过不断发展，已成为当今最重要的柴油机性能改进技术。

在中国，涡轮增压技术逐步应用于国家火车、汽车和工程机械等领域，但由于技术难度较高，这种技术应用较晚，且发展不够完善。

为了更好地发展柴油机涡轮增压技术，目前，国内科学家正在从多个方面进行研究。

首先，通过加强实验研究，不断探索新的涡轮增压技术。

目前，科研人员正在尝试利用多晶硅、陶瓷和新型金属材料等技术，来研究新型涡轮增压装置和传动机构，提高涡轮增压装置的增压比，使其对柴油机性能的改善能力更加有效。

其次，加强集成化设计研究，开发最优的涡轮增压系统。

国内科研人员结合汽车应用设计，综合考虑车辆性能和经济性，尝试开发更高效、更经济的涡轮增压系统，这将有效提高柴油机的性能。

再者，通过对柴油机性能和尾气排放特性的分析，改进涡轮增压技术。

针对有关柴油机性能和尾气排放方面的问题，通过对涡轮增压系统结构参数和工艺参数的调整，改善柴油机排放性能，使其具有更高的能量利用率，从而满足法规要求。

最后，不断创新柴油机涡轮增压控制技术，使其更加切合实际。

随着汽车技术的不断发展，汽车的变速箱结构越来越复杂，节能减排要求也越来越高，因此，研究人员正在尝试利用智能技术和先进的控制技术，来实现柴油机涡轮增压控制的智能化，使其对车辆性能的改善更加得心应手。

我国内燃机车柴油机涡轮增压技术的研究与发展，受到了政府部门、学术界以及柴油机制造企业的高度重视。

政府部门提供了科研、税收和财政优惠政策，联合学术界积极推动科研进步，柴油机制造企业也加大了投资力度，以加快技术研发与改良。

哈尔滨华德学院
毕业设计（论文）开题报告
专业
学生
学号
班号
指导教师
开题日期
2014 年 8 月29日
说明
一、开题报告应包括下列主要内容：
1．通过学生对课题题目和课题研究现状、选题的目的和意义论述，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求。

2．进度计划是否切实可行。

3．是否具备毕业设计所要求的基础条件。

4．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施。

5．主要参考文献。

二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。

三、开题报告要求学生认真填写，由开题答辩组和指导教师填写意见、签字后，统
一交所在分院保存，以备检查。

指导教师评语：
指导教师：年月日
开题答辩组审查意见：
组长：组员：
年月日。

6.2.2.1 柴油机可变废气涡轮增压系统简介随着世界范围内环境保护的呼声越来越高，对于汽车的排放法规的要求越来越严格。

同样，人们对车辆的驾驶性和舒适性的要求越来越高。

为了迎合上述的要求，近来，在发动机上应用可变废气涡轮增压技术越来越多。

从1990年到1998年，带有可变涡轮增压系统的发动机在欧洲是成倍的增加，如图1所示。

图1欧洲增压发动机的产量图可变涡轮增压技术的工作原理内燃机的燃烧过程不仅是消耗燃油的过程，更是消耗空气的过程.对自然吸气的内燃机而言，成倍地增加燃油喷射量很容易做到，但是，要使所需要的空气量也成倍地增加却非常困难，这也是提高内燃机体积功率密度的一个主要制约因素。

发动机安装废气涡轮增压器后，可以增加充气量，提高发动机功率，还可以增大发动机的扭矩，减少油耗，降低排气污染等。

但是，平均有效压力较高的车用涡轮增压柴油机普遍存在低速扭矩不足、加速性差等缺陷。

这不仅是由于柴油机与增压器的工作方式不同而使二者难于良好的匹配，而且还由于车用发动机的工况变化频繁等原因。

因此，要求增压器在宽广的工况范围内有良好的流通特性和较高的效率。

然而传统形式的涡轮增压器，涡轮喷嘴截面积的大小是固定的，因而难以同时满足发动机低速和高速的全面要求。

解决上述问题，人们提出了各种方法，如补燃法、放气法。

但从能量利用的角度来说，这些方法是不经济的。

近年来，正在兴起的可变喷嘴涡轮增压技术可在发动机宽阔的转速范围内获得最佳的增压匹配。

它通过改变喷嘴环叶片的转角位置来改变涡轮流通面积，进而控制增压器转速和增压压力。

在发动机低速时，通过减小涡轮流通截面积而使增压压力提高，从而改善发动机的低速特性；在发动机高速时，逐渐增大涡轮流通截面积，使增压压力比普通的(截面不可调)涡轮增压器的增压压力小，使增压器不至于超速，发动机的爆发压力不至于过大，同时还不会损坏高工况时发动机的经济性.该系统还能扩大低油耗运行区，提高发动机的加速性和瞬态响应性。

可变喷嘴涡轮增压器电控系统的设计与匹配
王恩华;周明;李建秋;王戈一;欧阳明高
【期刊名称】《内燃机学报》
【年(卷),期】2002(020)006
【摘要】为研究可变喷嘴涡轮增压对车用发动机性能的影响,针对国内研发的车用可变喷嘴涡轮增压器开发了电控系统.该电控系统采用MC68HC11E9单片机为微控制器,以进气歧管内的增压压力为控制目标,控制算法采用数字PID控制.在发动机台架上进行了装有国内研发的可变喷嘴涡轮增压器电控系统的6缸发动机的匹配和稳态试验,试验结果表明采用国产可变喷嘴涡轮增压器对发动机性能有较大的改善.
【总页数】5页(P559-563)
【作者】王恩华;周明;李建秋;王戈一;欧阳明高
【作者单位】清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084;燃汽涡轮研究院,四川,成都,610500;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TK421.8;U262.1
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2.车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统研究 [J], 尹诚;侯延东;白玉民
3.可变喷嘴涡轮增压器与柴油机匹配的数值模拟 [J], 邢世凯;马朝臣;高建兵
4.可变喷嘴涡轮增压器电控系统控制策略的研究 [J], 徐斌;刘泽文
5.基于GT-POWER的可变喷嘴涡轮增压器匹配分析 [J], 张莉莉;付翀;王彦龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

柴油机可变喷嘴涡轮增压器控制系统的开发
周军;张继果;龙峻;杨传雷
【期刊名称】《内燃机与配件》
【年(卷),期】2015(000)008
【摘要】可变喷嘴涡轮增压器(VNT)是改善高增压柴油机部分负荷性能的重要技术措施,其控制系统是VNT柴油机的重要组成部分.以单片机为控制核心,根据信号类型特点设计外围电路,以步进电机为执行机构,编制了控制程序,实现了数据采集、步进电机驱动等功能.运行结果表明,控制系统采集信号稳定、可靠,可以根据控制算法对VNT扩压器喷嘴叶片位置进行有效控制.
【总页数】5页(P11-15)
【作者】周军;张继果;龙峻;杨传雷
【作者单位】南京航空航天大学;连云港杰瑞深软科技有限公司;连云港杰瑞深软科技有限公司;中国舰船研究设计中心;哈尔滨工程大学
【正文语种】中文
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2.可变喷嘴涡轮增压器(VNT)对高原地区车用柴油机性能与排放的影响研究 [J], 杨永忠;申立中;毕玉华;雷基林;王俊
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4.可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响 [J], 郭鹏江;王天灵;吴
君华;高希彦
5.柴油机可变喷嘴涡轮增压器控制系统的开发 [J], 周军;张继果;龙峻;杨传雷;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。