德尔福TurboEMS培训ppt课件

1、德尔福Turbo EMS 培训增压发动机按增压与不增压可将发动机分为自然进气发动机和增压发动机。自然进气发动机是靠活塞向下运动时所产生的真空度进气，增压发动机使用增压器强制的把空气送到发动机中。增压发动机使用的增压器有两种，即涡轮增压器(Turbo Charge)和机械增压器(Super Charge)。两者功能都是一样的，即把进气加压或者是快速大量地向气缸充气，以提高发动机的功率与扭矩。此培训仅针对涡轮增压器的原理与结构进行描述。2涡轮增压-中冷(TCI)系统简介涡轮增压-中冷系统由发动机、涡轮增压器、中冷器组成3涡轮增压器(Turbine and Compressor) 涡轮增压器利用排气

2、喷出时的能量作动力源，排气喷到涡轮叶片上，驱动涡轮轴旋转，从而泵送空气。4涡轮增压器关键部件涡轮叶片 涡轮叶片也叫涡轮转子，当排气从外侧吹到涡轮叶片上时，使涡轮快速旋转。涡轮的转速最高可达200000rpm。废气旁通阀(Waste Gate) 随着发动机转速的上升涡轮的转速也急速上升，增压压力也变高。如果增压过高将引起发动机出现异常燃烧等故障，这将降低涡轮增压的效果，因此布置了排气旁通阀，其主要功能是控制涡轮增压的最高压力。5中冷器(Inter Cooler) 由于涡轮增压器压缩空气，增压后空气温度上升，如果直接充入汽缸容易引起爆震，为此在空气进入汽缸之前必须经过中冷器进行冷却，中冷器的结构和

3、散热器类似，中冷之后的空气温度下降且密度提高，进一步提高了涡轮增压器的效果Compressed Air InCooledAir Out6涡轮增压系统优势7被动控制涡轮增压系统(Passive Turbo) 涡轮增压系统分类废气阀膜片弹簧控制管路通往增压压力，随着增压压力的增大，推动膜片弹簧推动废气阀打开，旁通气量增大，增压气量减小，从而限制增压压力，保护发动机与增压器。此结构也称为为机械控制涡轮增压器，其增压器工作与否，增压比大小不受ECM控制。通过调节膜片弹簧预紧力来决定发动机最大增压压力。8主动控制涡轮增压系统(Active Turbo)涡轮增压系统分类在废气阀压力控制管路上安装一个电磁阀

4、，电磁阀在物理结构上为三通形式，一路为增压压力，一路为大气压力，第三路接在膜片弹簧控制管路上。通过其占空比变化使得作用在膜片弹簧上的压力在大气压力与增压压力之间作调节，从而达到控制增压的目的。9Turbo EMS 新增传感器10Turbo EMS 新增传感器SensorUsed ForDescription8charSW Var NameStatusp0TCBarometric Pressure sensor, 1BarVBARONfVIOS_p_BaroNewp1TCBoost Pressure sensor, measures pressure after compressor and i

5、ntercooler and before throttle on turbo charged engine. Only relevant for TC, 2BarVBOOSTVfVIOS_p_BoostPresFiltdNewp2SCIntake Manifold Plenum Pressure measured downstream of throttle and upstream of super charger. Only relevant for SC, 1 BarVPAPVfVIOS_p_IntakePlenumPresNewp2 (NA, TC) or p3 (SC)NA, TC

6、, SCMAP sensor measuring pressure seen by intake ports, NA 1Bar, TC,SC 2BarVMAPFILTVfVIOS_p_MnfdPresFiltdExistedt0NA, TC, SCAmbient Air Temperature sensor.VIATVfVIOS_T_IntakeTempExistedt1 (TC) or t3 (SC)TC, SCBoost Air Temperature sensor. Measures air temperature after compressor and intercooler on

7、turbocharged engine, measures gas temperature at intake ports on super charged engine.VIATBSTVfVIOS_T_BoostAirTempNew11Boost Pressure sensor为了对节气门进气流量准确估算，且BSTC控制的需要，需要引入增压后压力传感器，由于增压后进气压力超过一个大气压，故需要使用量程为2Bar的压力传感器来测量增压压力，以变量VBOOST表示。目前使用的传感器为16235939，与MAP传感器共用特性标定KsVIOS_MAP_SignalConversion，滤波系数标定为

8、KfVIOS_k_BoostPresFilt Barometric Pressure sensor对于自然进气发动机而言，大气压力是估算得到的，而对于增压发动机则无法估算，则需要安装大气压力传感器，以变量VBARO表示，目前使用的传感器为28084560(0-115kPa)或16235939(0-200kPa)，特性标定为KsVIOS_BARO_SignalConversion，滤波系数标定为KfVIOS_k_BarometricPresFiltTurbo EMS 新增传感器MAP sensorMAP传感器也需要使用2Bar量程的压力传感器，以变量VMAPFILT表示。目前使用的传感器为162

9、35939，特性标定为KsVIOS_MAP_SignalConversion，滤波系数标定为KfVIOS_k_MAP_Filt Boost Air Temperature Sensor增压温度以变量VIATBST表示，目前使用的传感器为12110446，特性标定为KtVIOS_T_BoostAirTempLo, KtVIOS_T_BoostAirTempHi Ambient Air Temperature Sensor大气温度以变量VIAT表示，目前使用的传感器为12129596，特性标定为KtVIOS_T_IntakeAirTempLo, KtVIOS_T_IntakeAirTempHi 1

10、2Generic Pressure and Temperature States used by EMS application layer. The figure combines Turbo and Super Charging into one configuration to clearly illustrate the need for each state. Turbo EMS 温度/压力变量13Turbo EMS 温度/压力变量14Turbo EMS PSE/TSE模型Pneumatic State Estimator and Thermal State EstimatorPre

11、ssureEstimatesFlow EstimatesTemperatureEstimatesAtmosphericPSEBARO1Intake ManifoldPSEMAP2Exhaust ManifoldPSEEXHPR3Evaporative CanisterPSEEVAPP4Fuel TankPSEFTPR5Purge ValvePSEPURFL6EGR ValvePSEEGRFL7Exhaust SystemPSEEXHFL8Intake PortPSEPRFL9IAC ValvePSEIACFL10Throttle ValvePSETHRFL11Exhaust ManifoldT

12、SEEXHM12EGR Valve InletTSEEGRIN13EGR OutletTSEEGROT14Exhaust PortTSECMBGT15Intake PortTSEINRUN16Intake PlenumTSEINMAN17Catalyst InletTSECATIN18IAC PositionVIACPMP29Fuel Tank VacuumQTKFLTVC28Throttle PositionVTHROT20EGR PositionVEGRPOSN21Purge Duty CyclePURGEDC22Vent Valve StatusVVSTATUS23MAPVMAPFILT

13、24Inlet Air TemperatureVIAT25CLT Temperature VCOOLTMP26Engine SpeedVRPM27BaroP0Throttle Inlet PressureP1Throttle Outlet PressureP2Ambient Air TemperatureToThrottle Inlet TemperatureT115Turbo EMS PSE/TSE模型Barometric Pressure (P0)VBARO 在自然进气发动机上靠估算得到，而Turbo发动机则依靠Baro传感器测得Airfilter Outlet Pressure (P1)

14、在Turbo发动机上通过计算得到PSEFOP = VBARO KtEPSE_dp_AirfilterPressureDrop(AIRFLOW)Compressor Outlet Pressure (P2)在Turbo发动机上通过计算得到PSECOP = VTIP + KtEPSE_dp_IntercoolerPresDrop(AIRFLOW)Throttle Inlet Pressure (P3)Naturally Aspirated and Super Charged: VTIP = VBAROTurbo Charged: VTIP = VBOOSTThrottle Outlet Press

15、ure (P4)Naturally Aspirated and Turbo Charged: VTOP = VMAPFILT16Exhaust Manifold Pressure (P7)Naturally Aspirated and Super Charged: PSEEXHPR = PSEEXPPRTurbo Charged: PSEEXHPR = PSEEXPPR * PSEPRTRBExhaust Pipe Pressure (P8)PSEEXPPR 与自然进气发动机计算方法相同Throttle Inlet Air Temperature (T3)Naturally Aspirated

16、 and Super Charged: TSETIT = TSEIATTurbo Charged: TSETIT = VIATBST + 273Intake Port Gas Temperature (T4)Naturally Aspirated and Turbo Charged: TSEINRUN = estimated by ETSESuper Charged: TSEINRUN = VIATBST + 273.15Exhaust Manifold Temperature (T7)TSEEXHM与自然进气发动机计算方法相同Exhaust Pipe Temperature (T8)Natu

17、rally Aspirated and Super Charged: TSEEXHPI = TSEEXHMTurbo Charged: TSEEXHPI由Turbo Estimation模块计算得到Turbo EMS PSE/TSE模型17更新进气密度修正因子由于Turbo EMS 中节气门进气温度/压力取代自然进气EMS中环境温度/压力相关计算，则以节气门阀体进气密度修正因子 (PSETHRDC) 取代环境进气密度修正因子 (PSEAMBDC)自然进气 EMSPSEDICOR = (TSEIAT / Tref) 0.5PSEAMBDC = VBARO / Pref / PSEDICORTur

18、bo EMSVfEPSE_r_DensityThrottleTempCor = (TSETIT / Tref) 0.5 (no 8char)PSETHRDC = VTIP / Pref / VfEPSE_r_DensityThrottleTempCorrTurbo EMS PSE/TSE模型18更新真空度定义以往仅有VMANVAC用来定义真空度，然而对于涡轮增压系统则需要引入另一个真空度定义，自然进气系统真空度恒为正值，而涡轮增压系统增空度则可为负值，其计算方式如下：VMANVAC = VBARO VMAPFILT VB2TOVAC = VBARO VTOP Notice that VB2TO

19、VAC = VMANVAC for Naturally Aspirated and Turbo. Turbo EMS PSE/TSE模型19Turbo EMS 标定坐标更改20Turbo EMS VE 特征传统的VE计算模型可用于涡轮增压系统EMSVE压力比计算参数需要作相应调整 压力比计算公式：对于自然进气发动机或被动控制涡轮增压发动机KfEPSE_Exh2BaroPresRatExp = 1,对于主动控制涡轮增压发动机KfEPSE_Exh2BaroPresRatExp 1,推荐值为0.621Turbo EMS VE 特征对于自然进气或被动控制涡轮增压发动机，压力比随VE增大单调减小，而对于

20、主动控制涡轮增压发动机，在WOT后有一段区域，压力比与VE变化趋势接近，传统压力比计算方法无法完全代表VE变化特性22 在主动控制涡轮增压系统中，BSTC模块使得发动机节气门尽可能提前全开，而节气门全开后依靠控制Waste Gate开度继续增大增压比，使得发动机输出功率继续上升，直到该转速额定功率。这就造成在WOT后一段区域，排气压力随进气压力的增加而增大。而VE本身仍然需要提高，故传统压力比并不能代表VE负荷特性。 若KfEPSE_Exh2BaroPresRatExp = KfELCL_T_INT_MAT_TempHi ORIATD ACT Short Active Fault Presen

21、t = TRUEANDVSS No Signal Fault Active ORKfELCL_v_INT_VehicleSpdHi = VKPH = KfELCL_v_INT_VehicleSpdLo中冷风扇开启标志位IFANREQ 为False的条件为： VIATBST KfELCL_v_INT_VehicleSpdHiVKPH KfELCL_v_INT_VehicleSpdLo26Turbo Estimation Turbo系统在排气总管与催化器之间安装了涡轮与废气阀，而通常我们需要估算排气总管与催化器入口处压力与温度，Turbo Estimation模块建立了一套完整的涡轮、压气机、废气

22、阀与催化器/消声器物理模型来对以上压力温度进行准确估算。 Turbo Estimation可归结为对涡轮前排气总管压力PSEEXHPR与涡轮后排气压力与温度PSEEXPPR、TSEEXHPI的估算 Turbo Estimation要求增压器供应商提供完整的增压器特性数据（增压器通用特性）才能对增压器进出口压力温度进行准确估算。 该模块计算需要使用特殊的Matlab工具，目前仅北美工程师可对该模块进行计算27自然进气发动机： PSEEXHPR = PSEEXPPR TSEEXHPI = TSEEXHMTurbo 发动机： PSEEXHPR = PSEPRTRB * PSEEXPPR 其中PSEP

23、RTRB为增压比，由 Turbo Estimation 逻辑计算得到 TSEEXHPI 直接由Turbo Estimation 逻辑计算得到Turbo Estimation28Turbo Speed 估算 增压器标态转速TCSSPD是增压比（PSECOP/PSEFOP）与标态增压器流量CSVFL的函数 TCSSPD = KtEPSE_n_ComprStdSpeed(PSECOP/PSEFOP , CSVFL) PSEFOP = VBARO KtEPSE_dp_AirfilterPressureDrop(AIRFLOW) PSECOP = VTIP + KtEPSE_dp_Intercooler

24、PresDrop(AIRFLOW)压气机功率估算 压气机熵增CENTHDLT表示在一定的增压比，一定效率下压缩一定量空气需要的熵增，而与此刻的压气机流量CMFL共同构成压气机功率CPWR CENTHDLT = KtEPSE_E_CompressorEnthalpyDelt(TCSSPD,CSVFL) CPWR = CMFL * CENTHDLT Turbo Estimation29Turbo Estimation涡轮增压比与流量估算30涡轮增压比PSEPRTRB与涡轮流量TMFL是涡轮功率项TCPWRTRM与涡轮边界项TBNDRFAC的函数，其中而其中TEFF为涡轮机械效率TEFF = KtE

25、PSE_Pct_TurbineEfficiency(PSEPRTRB)Turbo Estimation增压比PSEPRTRB与增压器标态流量TCORFL的关系可由以下标定给出：KtEPSE_r_TurbinePresRatVsCorFlw（需标定）KtEPSE_TurbineCorFlwVsCorPower（利用Matlab工具生成）31Turbo Estimation废气阀流量废气阀流量与涡轮流量关系如下：WGMFL = PSEEXHFL - TMFL排气歧管压力排气歧管压力PSEEXHPR由排气总管压力PSEEXPPR求得，排气总管压力按照常规方法求得32涡轮出口温度估算 在一定压力下，气

26、流流经涡轮的过程中受热膨胀，温度下降，同时与旁通气流相混合，该过程可由两个部分给出描述，第一部分为经过涡轮与废气阀后气体温度下降率，此比率以涡轮吸收的功TRDTHT，从而可以得到绝热状态下的涡轮出口温度（与涡轮壁不发生热交换），第二部分再将绝热涡轮出口温度转化为含热交换的实际涡轮出口温度。Turbo Estimation33BSTC (Boost Control) 逻辑BSTC是主动控制增压器独有的逻辑，其目的为通过调整排气阀开度，使得实际增压压力达到期望增压压力。其优势在于，可使发动机在中小负荷下工作于非增压状态，而在增压状态下尽量使节气门全开，以减小迸气损失，优化发动机工作状态，达到提升燃

27、油经济性的目的。34BSTC (Boost Control) 逻辑主动控制增压器废气阀结构示意图35期望增压压力(Desired Boost) 主动控制涡轮增压系统的一个明显优势为燃油经济性的优化，此优化是通过减少中低负荷状态下的多余增压，从而减少因此而产生的迸气损失得到的。 多余增压是指当节气门根据扭矩需求打开的过程中，增压器产生的超过满足达到所需扭矩的增压压力，这样进排气气门与节气门处都会产生多余的迸气损失，为了使迸气损失更小，则需要先在增压压力尽可能小的基础上，使节气门尽可能全开，然后在节气门全开的基础上依靠增大增压压力来使发动机达到需求扭矩。 由于在节气门全开的时候，节气门前后压力相等

28、，则可用Desired Map (AECDEMAP) 来表示Desired Boost。BSTC (Boost Control) 逻辑36期望增压压力(Desired Boost)边界条件发动机保护最大压力BCMDBSTE = KtBSTC_p_MaxBoostPresDsrd增压器保护最大压力BCMDBSTC = BCMXDCPR * PSEFOP PSEDPIC其中BCMXDCPR=KtBSTC_r_MaxComprPresRatioDsrd最大期望增压压力BCMXDBST = MIN(BCMDBSTE , BCMDBSTC)未滤波期望增压压力BCRDBST = MIN(AECDEMAP, BCMXDBST)滤波后期望增压压力BCDBOOST = MIN(BCRDBST,BCRMDBST)其中BCRMDBST为BCRDBST的滤波值（滤波方式为限制其增大速率）BSTC (Boost Control) 逻辑37废气阀预设压力(BCWGPP) 废气阀预设压力可理解为增