基于GTpower与Simulink的发动机及其控制系统仿真

第２０卷第１６期２００８年８月系统仿真学报＠ＪｏｕｍａＩｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉ蚰、，０１．２０Ｎｏ．１６Ａｕｇ．，２００８基于ＧＴ＿ｐｏｗｅｒ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的发动机及其控制系统仿真王银燕，杜剑维，王贺春，石凡（哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，哈尔滨１５０００１）摘要：为了减少发动机控制系统的开发时间和费用，建立了基于ＧＴ．ｐｏｗｅｒ与ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕＵｎｋ的联合仿真环境，并在此之上建立了相继增压柴油机的模型。仿真结果与试验数据进行了对比，证明该仿真模型适用于相继增压控制系统开发．在此基础之上，进行了相继增压切换仿真，分析了该仿真平台对于发动机控制系统设计的意义．关键词：发动机；相继增压；Ｇ，ｒ－ｐｏｗｅｒ；ＭＡＴＡＩ，ＡＢ／ｓｉｎｍｌｉｌｌｋ；系统仿真中图分类号：ＴＰ３９１．９；ｎ“１３．５文献标识码：Ａ文章编号：１００４．７３１Ｘ（２００８）１６－４３７９．０３ｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥｎｇｉｎｅａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄＧ１’－ｐｏｗｅｒａｎｄＳｉｍｕＵｎｋ黝ⅣＧＡｂｓｔｒａｃｔ：ｈｌｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔ１１ｅｂｄｓｅｄＭ玎埘疗，ＤＵ觑疗一聊ｆ，黝ⅣＧ胁一ｃ办“门，·Ｓ！ｌ啪励刀（ｃｏＩｌｅｇｅｏｆＰｏｗｅｒ粕ｄＥｎｅｑ科Ｅｎｇｉｎｅｅ血ｇ，ＨａｒｂｊｎＥｎｇｉｎ嘲曲ｇＵｎｉＶ啪咄Ｈａｒｂｉｎ１５０００ｌ，ｃｈｉＩｍ）ｗ船部细６，西＾以Ｔｈｅｓｉ删ｌａｔｉ∞ｒｅｓｕｌｔｓｄｅＶｅｌ叩ｍ％ｔｔ蚰ｅ柚ｄ∞ｓｔｏｆ饥百ｎｅｃｏｎ仃ｏｌｓｙｓｔｅⅡ塔，∞聊６切口打册占ｆｍ甜，口肋珂明Ｖ蛔月胁狮ｆＭＡＴＬＡＢ／ＳｉｍＨｌｉｎｋｎ砌ＧＴ－ｐｏｗｅｒｗｎｓｈｉｌｔｎｎｄｃｏ—ｓｉ＂ｍｌｄｔｉｏｎｍｄｅｔ《ａｓｅｑｔｌｅｎｔｉｎｌｔｔｌｒｂｏｃｈａｒｇｉｎｇｄｉｅｓｅｌ棚ｇｔｎｅｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｃｄｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍ％ｔｓ，ａｎｄ打妇ｐｍｗｄ纳耐肪已ｃＤ咕拥甜肠ｆｆＤ厅所Ｄｄ音，妇ｓｔｌｉ｜口ｂｌｅ加ｒｄ删ｅｔｏｐｍｅｎｔ《ｓ麟ｑｅｎｎｎｌｍｒｂｏｃｈａ毽ｉ曙ｃｏｎ臼Ｄｌ夥ｓｔｍ．ｓｗｉｔｃｈ蟛ｓｅｑｔＩｅｎｔ记｜ｍｒｂｏｃｈａｒｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗ∞ｓｉｍｕｌｎｌｅｄ．ｎｎｄｍｅｓｉｇ啦孬ｃｄｎｃｅ碍ｔｈｉｓｓｉｍｔｌｌ口ｌｉｏｎｐｌｎ咖ｒｍｗｎＳｄｎｎ｜ｙｚｅｄｔｏｍｅｄｅｓｉｇｎ可ｅｎｇ讯ｅｃｏｎ臼Ⅺｌｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：∞ｇｉｎｅ；∞ｑｕ∞ｔｉａｌｔＬⅡｂｏｃｈａ咖ｇ；ＧＴ－ｐｏｗｃｒ；ＭＡ：兀，ＡＢ／ＳｉＩｎｕｌｉｌｌｌ【；ｓｙｓｔｅｍｓｉｎｍｌａｔｉｏｎ研究更加具有实际意义·引言随着发动机各种新兴技术的不断发展，发动机的电控技１柴油机及其增压系统模型１．１术发展极为迅速，日趋复杂，因此需要在发动机研发中降低控制系统的研发时间与成本，这样亦可加速发动机的研发进程。在建立控制系统模型时，需要建立柴油机模型来检验控制策略。发动机控制系统模型多在ＭＡ：兀，ＡＢ／ＳｉｍｕｌｉＩｌｌ【中建立［１】，然而基于该平台的发动机模型１２卅，往往进行了诸多假设，有些只能够反映发动机部分参数在控制策略执行时的变化趋势。然而控制器实物与实际发动机联合运行时，往往会出现一些没有预料到的问题，从而需要修改控制策略，重新加工控制器。如果能够建立一个能够更全面地反映发动机性能的模型，则可以大大降低控制系统开发的时间与成本。而ＧＴ－ｐｏｗｅｒ是一个专业进行发动机仿真的软件，由该软件建立的发动机模型便可以满足上述要求。因此，对发动机及其控制系统进行了基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｌ【与ＧＴ－ｐｏｗｃｒ的联合仿真。相继增压是一种提高柴油机低工况性能、降低柴油机油耗和排放的新兴技术【５－８】，该技术多应用于大功率柴油机中【９】，试验成本很高，因此，应用联合仿真平台对其进行仿真收稿日期：２００７—０４．１０修回日期：２００７．０６．０８基金项目：相继增压新技术研究（４０１０１０４０１０３）作者介绍：王银燕ｆ１９６１．１，女，黑龙江人，教授，博导，研究方向为内燃机工作过程及增压；杜剑维（１９８２．），男，河北人，博士生，研究方向为内燃机工作过程及系统仿真与控制；王贺春（１９７９一），男，河北人，讲师，研究方向为内燃机相继增压技术及其电控；石凡（１９８ｌ一），男，湖南人，博士生，研究方向为内燃机工作过程及增压。ＧＴ－ｐｏｗｅｒ简介柴油机及其增压系统应用ＧＴ．ｐｏｗ盯软件进行建模仿真。ＧＴ－ｓｕＩＴＥ系列软件是美国Ｑ衄ｍＴｃｃｈｎｏｌｏ画ｅｓ公司开发的汽车仿真分析软件，其组成部分ＧＴ－ｐｏｗ盯是专业进行发动机性能仿真的软件，它是基于管内一维流动和缸内容积法进行计算分析的，适合于模拟分析各种发动机的性能。ＧＴ－ｐｏｗｅｒ是一个模块化的仿真软件，包括了发动机的传热模型、燃烧模型以及发动机的各个组成部分，如：气缸、气阀、涡轮、压气机等，便于建立准确的发动机模型。故ＧＴ．ｐｏｗｅｒ现在已被广泛应用于发动机的仿真与开发中。１．２柴油机及其增压系统模型柴油机采用相继增压技术后，改变了常规串联增压系统低工况时，由于排气能量的减少，使涡轮转速下降，增压压力不足，柴油机得不到要求扭矩所必需的空气量，从而使燃烧恶化，功率下降的现象。相继增压系统可以认为是一种非连续变化的可变截面涡轮增压系统，在额定工况下，所有增压器都工作，低工况时关掉一台或几台增压器，这样相当于减小了涡轮喷嘴通流面积。由于涡轮通流面积随柴油机转速和功率下降，排气能量的降低而减小，使得增压压力、空气流量和增压器的效率都能处于较高的水平上，满足了柴油机低速时的扭矩特性要求。ＴＢＤ２３４ｖ１２柴油机采用相继增压后的结构示意图如图　·４３７９·第２０卷第１６期、，０１．２０Ｎｏ．１６２００８年８月系统仿真学报Ａｕｇ．，２００８ｌ所示。整个相继增压柴油机系统包括柴油机本体，主增压析，判断并控制空气阀与燃气阀的开闭，使增压器运行在高器和受控增压器。在受控增压器的压气机出口处安装了空气效率区，充分利用废气能量，从而改善柴油机进气，提高柴阀，在受控增压器的涡轮进口处安装了燃气阀。在此仿真中油机性能。相继增压控制系统的主要参考信号为：柴油机转只考虑空气阀与燃气阀完全打开与完全闭合两种状态，忽略速信号、增压器转速信号。根据柴油机转速和增压器转速，其中间状态。判断并控制空气阀与燃气阀的开闭。当发动机由一台增压器中冷器工作（１Ｔｃ状态）过渡到两台增压器工作（２Ｔｃ状态）时，切入的增压器转速开始时较低，增压压力较小，而此时进气管的压力较高，就会出现空气倒流，进而引起压气机喘振。因此，需要先打开燃气阀，经过一段时间延迟后再打开空气阀。当发动机运行在切换点附近时，转速信号的波动以及传感器采样的误差可能会使受控增压器的频繁切入与切出，从而出现ｌＴｃ状态与２Ｔ℃状态间的不断变化的不稳定状态。故ｌＴＣ到２ＴＣ的切换条件须与２ＴＣ到１１℃的切换条件有一定的差值。控制器通过空气阀与燃气阀的状态信号来判断适用条中冷器件。在实际系统中，执行机构在接受到控制器发出控制信号图ｌ相继增压柴油机结构示意图到改变阀的状态有一定的延迟时间，因此在每个阀的控制信号输出中都加入了一个执行机构延迟模块。控制器的模型如柴油机及其增压系统ＧＴ＿ｐｏｗｃｒ模型如图２所示。图３所示。昌。卤回呷自即ｉ卫：主立王譬譬；譬；ｌ＿ｌ·Ｉ＿ｌ—Ｉ＿Ｉ皇址譬引譬；ｈ手孑’宁宁，宁壹查垒圣壹查．ｏＦ阜‘’冒甲譬垦一量量一ｌ＾一言．『：—罟曲皤呻…ｔ～互一Ｉ姒量ｉ卜…剖一争’嘻皤孽藓搴驴哥ｇ‘－．皆—且Ｌ＇——Ｊ心掣▲毪ｉ］Ｉ—｛｝￥￥昌茹『＿Ｉ—Ｉ—Ｉ＿ｌ＿１矗占’１崮．嚼删叫晤培·哼．玉；毒；噬摧￥；￥；晤培晤培皤·軎ａ，目叫奎。吕叫直．——罢：葚葛五ｘ图３相继增压控制器模型图２柴油机及其增压系统ＧＴｐ—，模型３联合仿真平台的建立２相继增压控制系统模型ＧＴ－ｐｏｗｅｒ与ｓｉＩ肌ｌｉｎｋ的连接是通过ＧＴ．ｐｏｗｅｒ中的控制模块实现的，其中包括ｗｉ血ｇＨ锄ｅｓｓ、Ａｃｔｕａｔｏ疋ｏｍ（执行相继增压控制器的仿真模型应用ＭＡ：兀，ＡＢ／ｓｉ删ｌｉｌｌＩ【软器）和Ｓ朗ｓｏ疋。衄（传感器）。最大信号传输量为６４个输入件建立。Ｍ朋凡ＡＢ是专门用于科学、工程计算和系统仿真的信号与６４个输出信号。发动机的状态参数作为控制器的参高级语言，它集数值计算、图形可视化、图像处理及多媒体考信号通过Ｓ即ｓｏ疋。加连接到Ｗ岫ｇＨ锄ｅｓｓ上并传送到技术于一体，成为众多领域中计算机仿真、计算机辅助设计ｓｉ咖ｌｉＩｌｌ【模型中，控制器的输出信号由Ｓｉｒｎｕｌｉｎｋ送至与分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选应用软件。ＷｌｒｉｎｇＨ锄ｅｓｓ，并通过Ａ曲ｌａｔｏ吒ｏｎｎ施控于被控对象。ＳｉＩ肌ｌ“【是ＭＡＴＬＡＢ中对动态系统进行建模、仿真和在进行联合仿真时，应用ＧＴ－ｐｏｗｅｒ建立起来的柴油机分析的一个软件包。它具有强大的功能和简便的操作，提供模型作为ｓｉＩｎｕｌｉｌｌｌ【的一个模块。Ｓｉ娜ｌｉｌｌｌ【模块的参数在每一图形式仿真工具，其操作平台允许建立子模型库，可以很方个采样周期被读取一次。在每个采样周期控制信号通过一个便的进行模型的组合和更改，而且仿真过程是交互的，从而函数的调用被传递至ＧＴ．ｐｏｗｅｒ中，在控制信号反馈到使动态系统建模与仿真工作变得相对简单。故ＳｉＩ加ｌｉＩｌｌ【被Ｓｉｎｌｕｌｉｎｋ之前，发动机模型进行一次计算。在联合仿真平台广泛应用于控制系统的开发。中，ＧＴ．ｐｏｗ盯作为Ｓｉ咖ｌｉｌｌｌ【的一个动态模块，数据通过模相继增压控制系统主要是对柴油机的运行参数进行分块Ｗ曲１９Ｈ咖嚣ｓ传递。联合仿真平台示意图如图４所示。·４３８０·　第２０卷第１６期２００８年８月、，０１．２０Ｎｏ．１６王银燕，等：基于ＧＴ－ｐｏｗｅｒ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的发动机及其控制系统仿真Ａｕｇ．，２００８因此在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中采集到的数据有所波动。增压压力读取平均值即曲线最密集的区间，如需获得参数平均值可查看ＧＴ－ｐｏｗｃｒ运行结果ＧＴ＿ｐｏｓｔ。切换过程的增压压力变化如图６所示，切换过程的增压器转速变化如图７所示。《∞一样曩１１００１３００１５００１７００１９００图４联合仿真平台图示意图转速／（ｒ／ｍｉｎ）图５柴油机仿真结果与实验值比较４仿真结果分析本文仿真研究选用的发动机为河南柴油机厂生产的ＴＢＤ２３４ｖ１２型柴油机。该系列柴油机具有结构紧凑、功率覆盖面广、油耗低、排放低、可靠性能好、使用寿命长等优点，从而被广泛应用于石油钻探、消防、交通、工程施工及其它各种固定和移动发电机组的动力。ＴＢＤ２３４Ｖ１２柴油机参数见表１。表ｌ参数冲程气缸直径Ｖ型夹角气缸个数压缩比曲柄连杆比额定功率额定转速平均有效压力允许最大爆发压力进气阀个数排气阀个数ＴＢＤ２３４ｖ１２型柴油机主要参数数值ｍｍ２枣出出Ｒ粤ｉｉｉ９８７６５４３２ｌ１８１０１２１４１６１８２０时间，ｓ图６切换过程增压压力变化曲线～鲫他～一～。时间／ｓ图７’切换过程增压器转速变化曲线在联合仿真之前，先应用ＧＴ．ｐｏｗｅｒ建立了发动机模型，在两台增压器同时运行时，仿真结果与试验数据能够很好的吻合，如图５所示。当发动机运行满足切换条件时，燃气阀首先打开，经过设定的延迟时间后，空气阀打开，这时发动机由一个增压器工作过渡到两个增压器同时运行。此时主增压器转速下降，受控增压器转速上升，增压压力下降，最终两台增压器转速基本相等，增压器重新回到高效率区。在使用ＧＴ＿ｐｏｗｅｒ对发动机进行仿真时，按每一循环进行计算，而在查看仿真结果时，ＧＴ－Ｄｏｓｔ只显示运行结束时的参数状态，通过联合通过ＧＴ－ｐｏｗｅｒ与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｎｍｌｉｎｋ的联合仿真，能够观察相继增压切换时柴油机及增压器的参数的变化情况，从而更加全面地检验控制策略的正确性，为选取相继增压系统的切换点提供了重要参考。该联合仿真平台为发动机的仿真及其控制系统开发提供了一个新的方法，其意义在于利用准确的发动机模型，在开发早期检验控制系统，从而节约开发时间与成本。（下转第４３８６页）５结论仿真还可以观察到ＧＴ．Ｄｏ嘣运行时，每一个循环发动机的参数变化。增压压力与增压器转速在每个循环中都有波动，·４３８ｌ·　第２０卷第１６期２００８年８月、ｂｌ＿２０Ｎｏ．１６系统仿真学报Ａｕｇ．，２００８一皇，Ｊ。￡毒ｃ）急起步曲线一鼻Ｅ。由坡道起步曲线％：发动机转速％：离合器输出轴转速疋：发动机转矩疋：离合器传递转矩￡：滑摩功』：冲击度图５起步仿真结果曲线从图中可以看出，在不同工况中，发动机都能较好的跟随目标转速曲线变化，发动机转速几乎无波动，很好的实现了发动机恒转速起步。由于发动机工作在最大转矩点，因此发动机带载能力强，车辆起步能力强。随着起步意图的增强，离合器滑摩时间逐渐减小，但不是特别显著，原因是在大油门开度下，发动机目标转速较高，离合器需待发动机升高到目标转速后才能快速接合，这在一定程度上延长了滑摩时间。车速变化趋势与起步意图完全一致，快起步时，车辆加速快。小油门开度下，起步滑摩功较小，大油门开度下，起步滑摩功较大，这是因为大油门开度下，离合器接合过程中主从动转速差较大同时离合器转矩也较大的缘故。从’冲击度曲线可速跟随目标曲线动态变化，本文提出了一种离合器自适应模糊控制策略，设计了以妇。、幽。及离合器行程ｘ等为控制参数的自适应模糊控制及相应协调规则构建的控制系统。仿真结果表明，在多种工况下，控制策略均能实现发动机恒转速起步，转速波动小，车辆起步快捷且滑摩功小，能够充分反映驾驶员起步意图，有效提高了车辆起步性能。参考文献：【ｌ】黄建明，曹长修，苏玉刚．汽车起步过程的离合器控制册．重庆大学学报：自然科学版，２００５，２８（３）：９１．９４．【２】李永军，陈树星，崔勇，等·机械式自动变速器起车过程综合控【３】～看出，冲击度变化趋势与起步意图保持一致，慢起步时冲击度较小，急起步时冲击度较大。在坡道起步情况下，由于坡道阻力较大，离合器滑摩时间较长，同时滑摩功也显著增大。【５】裟０羹焉．翟嚣东暑毒速起步自喇愀叨．一机械工程学报，２００３，３９（１１）：１０８．１１２．李永军，陈树星，崔勇，等．机械式自动变速器汽车过程综合控【４】制叽汽车工程，２００３，２５（２）：１７８一１８１．赵和平，刘奋，张建武．自动离合器的变结构控制方法研究【＿Ｉ】．农业机械学报，２００２，３３（２）：２４－２７．５结论【６】Ｈａｉ伽Ｌ嗵Ｈｕｉｙ龃ＣｌｌｅｔＩ，孙ｌａ枷ｇＤｉｎｇ．Ａｄａ州ｖｅ车辆起步过程离合器控制是一个较复杂的控制问题，由Ｐｒｏｌｃ哪ｃ阳仃ｏｌｆｂｒＡｕｔ锄ａｄｃＭｅｃｈ肌ｉｃａｌＴｍｓｒｎｉ船ｉ∞ｍ．Ｊ伽皿ａｌ于起步控制目标之间存在矛盾性，且起步工况复杂多变，给离合器控制增加了难度。发动机恒转速控制策略是一种有效控制策略，受外部条件影响小，适应性强。为实现发动机转（上接第４３８２页）【７】Ｃｌ嘶Ｅｎ础ｇｏｆＢｅｏｉｎｇ龇ｏｆＴｅ衄ｂｌｏ科（ｓｌｏｏ伽５７９）＇２００５，１４（２）：ｌ傩１７４．动态仿真【Ｊ】·电机与控制学报，２００５，９（１）：７２－７６·谢先平，温嘉斌，周美兰，等·金属带式汽车无级变速系统建模及一＋一一—．＿一一．．…＋一一＋一一＋一一＋一一－．…＋一一＋一一＋一一＋一工程大学学报，１９９９，２０（１）：３６枷．参考文献：【ｌ】薛定宇．基于ＭＡｌＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ的系统仿真技术与应用［Ｍ】．北京：清华大学出版丰土．２００２．【２】№１流兰娑三：１＝桊篙劳：譬：艺意；：：＝兰Ｔｌｌｒｂｏｃｈａｒ咖ｇ１ｋｌｌＴｌｏｌｏ鼢Ｂｅｉｊｉｎｇ’２００６：７９．８６．【７】王贺春．ＴＢＤ２３４ｖ１２柴油机相继增压技术研究【Ｄ】．哈尔滨：哈尔滨工程大学学位论文，２００４．【８】丁钟江．相继增压柴油机准稳态建模及仿真研究【Ｊ】．中国造船，２００４，４５（Ｂ１２）：２１５．２２０．【９１ＡＡＡｂｄｅｌ．ＲａｈｍａＩＩ，ＭＫＩｂ甩１１ｉｍ’ＡＡＳａｉｄ．Ａｎ孙建波，郭晨，张旭．大型船舶动力装置的建模与仿真研究（Ｊ】．系统仿真学报，２００７，１９（３）：４６５＿４６９·王海燕，张均东，任光．大型船用柴油机建模与动态仿真【Ｊ】．系统仿真学报，２００６，１８（９）：２６３８．２６４ｌ，２６７５．【３】【４】陈新传，徐定海，敖晨阳．Ｍｗ￣ｒｒＢＤ２３４Ｖ８柴油机闭式循环仿真ｌ∞ｄｄｉｅ∞ｌ即ｇｉｎ髓ｏｐｅｒａｌｉＩｌｇ砒ｃ∞ｓ臼眦蹄。ｅｄ【Ｊ】．系统仿真学报，２００ｌ，１３（２）：２１９．２２０ｊ珥３．咖ｄｉｔｉ∞ｓ．【ｃＷⅡ“∞ｈＥＡＤｌ５９２。１９９４．·２０８：２ｌ－２５．王银燕．带有旁通补燃的相继增压柴油机的计算分析【Ｊ】．哈尔滨ｐｅ响咖∞ｏｆｉ脚ｐ∞ｖ锄即ｔｏｆｐａｎ【５】　·４３８６·基于GT-power与Simulink的发动机及其控制系统仿真

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

WANG Yin-yan， 杜剑维， WANG He-chun， 石凡， WANG Yin-yan， DU Jian-wei， WANGHe-chun， SHI Fan

哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,哈尔滨,150001系统仿真学报

JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION2008，20(16)2次

1.薛定宇 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用 2002

2.孙建波.郭晨.张旭 大型船舶动力装置的建模与仿真研究[期刊论文]-系统仿真学报 2007(03)3.王海燕.张均东.任光 大型船用柴油机建模与动态仿真[期刊论文]-系统仿真学报 2006(09)4.陈新传.徐定海.敖晨阳 MWMTBD234V8柴油机闭式循环仿真[期刊论文]-系统仿真学报 2001(02)5.王银燕 带有旁通补燃的相继增压柴油机的计算分析[期刊论文]-哈尔滨工程大学学报 1999(01)

6.Yinyan Wang.Fan Shi Calculation and Analysis of a TBD234V12 Marine Diesel Engine with STC 20067.王贺春 TBD234V12柴油机相继增压技术研究[学位论文] 20048.丁钟江 相继增压柴油机准稳态建模及仿真研究 2004(B12)

9.A A Abdel-Rahman.M K Ibrahim.A A Said An improvement of part load performance of diesel enginesoperating at constant speed conditions 1994

1.学位论文 王红莲 基于虚拟仪器的相继增压热动力试验台测控系统设计 2009

相继增压技术是改善高增压柴油机低工况性能的有效方法之一，被众多柴油机所采用。然而在其应用过程中，如果相继增压的切换点和切换延迟等选择不当，特别是在柴油机瞬态过程中，容易导致压气机喘振、涡轮增压器超速以及油耗增加等问题的出现。
　　

为了进一步研究相继增压系统在各种工况下的运行特性，建设了相继增压热动力试验台，该试验台可完成增压器中压气机、涡轮的相关特性参数的测量和三台增压器的切换试验，有利于更好的改进相继增压系统。测控系统是试验台十分重要的组成部分，是在计算机等现代科技高速发展情况下，人们借助各种电子设备完成对试验过程的控制以及重要参数的采集处理，是试验顺利进行的有效保证。
　　

本文在分析研究试验台性能测控要求及传统测控手段的基础上，利用现代计算机技术、传感技术、电子技术以及软件技术，研究开发了一套完整的基于虚拟仪器的相继增压热动力试验台测控系统。
　　

根据对试验台结构和试验目的的全面分析，确定了各试验参数、测量精度与上下限范围，制定了试验项目和具体的试验方法。并在此基础上，选取了合适的传感器、信号调理模块、数据采集模块、数字输入输出模块，确定了数据传输形式。在选取过程中，测控系统硬件采用功能化、模块化、插卡化以减少装置和设备数量，并尽量选择了标准设备以易维修。外部选用CAN总线实现两台工控机的数据传输，内部选用工控机自身的PCI总线为CPU及高速外部设备提供高性能的数据通路，并设计制作了控制台，确定了控制方案。
　　

软件采用三层递进模块式结构，采取由上至下的设计方法，用流行软件LabWindows/CVI实现各功能模块运作。层次化设计的主要目的是隔离硬件和应用程序，以支持未来不可避免的硬件升级。在设计过程中运用MAX实现对测控系统中各硬件模块的配置，ini文件实现对测控系统各物理通道的初始化配置，数据循环缓冲技术和数据流存盘技术实现数据采集、实时曲线显示、存储与回放等功能，等值线绘制方法实现压气机特性曲线绘制，用CVISQL工具包实现对Access数据库的访问，从而实现用户登录与管理、日志与报警记录的存储与调用等功能。
　　

最后，进行了系统抗干扰设计与软硬件联调。通过验证，设计方案可以满足相继增压热动力试验台的测控要求。

2.学位论文 杨传雷 基于虚拟仪器的相继增压柴油机试验台测控系统设计 2007

为了对相继增压柴油机及其电控系统进行深入研究，建立了TBD234V12相继增压柴油机试验台，测控系统是该试验台的重要组成部分。本文着重于试验台测控系统的设计。测控系统以一台工业控制机为核心，根据所采集信号的性质不同，选配了多功能数据采集卡，自主设计了信号调理箱，开发了DL(动力)2000发动机测控系统，对试验台进行参数采集和相关控制。

本文主要包括三大部分，分别是测控系统硬件设计、测控系统软件设计和测控系统调试和功能验证。

在硬件设计部分，汇总了所要测量的参数，并进行了分类，详细阐述了各种信号的测量和控制方法：自主设计了信号调理箱来完成各种信号的调理，分类介绍了各种信号的调理电路，并给出了信号调理箱内部的总布局以及接线图，为软件的开发打下良好的基础。

在软件设计部分，利用流行的G语言开发平台LabVIEW，开发了DL2000发动机测控系统，实现了对试验台的测量以及控制。软件主要完成各参数的采集、显示、存储、回放以及报警等功能。软件主界面以试验台结构图为背景，在测量点处显示相应的参数，以非常直观的方式来组织界面，做到了界面美观、操作方便。对软件开发中运用的几项技术进行了介绍，包括数据库技术、自定义控件和混合编程等。最后对各模块功能的实现进行了详细说明，包括数据采集、数据存储、示功图分析、参数报警和报表打印模块等。

在系统调试和验证部分，对测控系统的功能、性能指标和可靠性，利用信号发生器以及自制的信号发生电路进行了调试和试验，对数据进行了记录和分析，表明系统功能完善、测试精度较高，达到了预期目标。

3.期刊论文 杨传雷.王银燕.王贺春.杜剑维.YANG Chuan-lei.WANG Yin-yan.WANG He-chun.DU Jian-wei 相继增压柴油机试验台测控系统设计 -测控技术2008,27(5)

发动机台架试验是发动机性能测试的主要手段,采用计算机控制的自动测试与控制系统是其发展的必然趋势.以NI多功能数据采集(DAQ)卡硬件为基础,自主设计了发动机各种测量和控制信号的调理和控制电路;以L丑bVIEW为上位机软件开发环境.开发了相继增压柴油机试验台测控软件,实现了对柴油机工况及相继增压系统的控制以及对各参数的采集、显示、存储、回放、报警等功能.通过对该系统的测试,表明系统功能完善、测试和控制精度较高、运

行稳定可靠,达到了预期目标.

4.学位论文 刘明珠 基于耦合模型的相继增压柴油机排气系统研究 2009

排气系统不仅影响废气的排出，而且在增压柴油机中，排气管中气体的流动对其废气能量的利用、充量更换、泵气损失及柴油机的性能都有重要的影响。合理选择和正确设计柴油机的排气系统是柴油机总体设计的一项重要内容。一维/三维的耦合计算模型，既考虑了一维模型中的动态效应，又能体现三维结构对柴油机性能的影响，该方法综合考虑了实际工况和实际结构对发动机性能的影响。
　　

本文以TBD234V12相继增压柴油机为研究对象，应用GT-POWER和STAR-CD软件建立了一维/三维耦合模型，对其排气系统进行优化设计。基于GT-POWER软件平台，建立了工作过程的仿真模型，其中缸内热力过程采用零维模型，用三韦伯曲线叠加模拟放热规律，进气管采用一维非定常流动模型，排气管采用CFD平均值模型。根据废气涡轮增压器的平衡条件，建立废气涡轮增压器的数学模型。基于Pro/E和STAR-CD软件，对排气管进行三维结构建模和网格划分。将GT-POWER中排气管的CFD平均值模型和STAR-CD中的三维模型耦合起来，选用标准的k-ε模型模拟流场的湍流效应，采用PISO算法对压力场与速度场进行修正。
　　

本文对设计的MPC排气系统和原常规增压时的脉冲排气系统对标准螺旋桨特性运行的650r/min、1134r/min、1429r/min、1636r/min、1800r/min几个具有代表性的工况进行了模拟计算。耦合计算结果表明：从工作过程的仿真结果和排气系统的流场分布可以看出，该相继增压柴油机选用MPC排气系统更为合适，同时得到了从排气阀开启到关闭的不同曲轴转角时刻的速度分布。为了尽可能减少排气能量损失、避免产生气缸间的扫气干扰以及有利于发挥涡轮的高效率，本文将MPC排气系统对柴油机性能影响较大的参数进行了两种方案修改和计算，从而得到最优的排气系统。

5.会议论文 张哲.王希波.邓康耀 大小涡轮三级切换相继涡轮增压系统性能研究 2006

提出了大小两个涡轮增压器实现的三级切换相继涡轮增压系统.基于Simuengine仿真软件,建立了相继增压系统的仿真模型.以某柴油机为对象对大小涡轮增压器三级切换相继涡轮增压系统仿真模型进行了外特性试验验证,结果表明所建立的相继增压模型能够较好的与试验结果符合.在同一型号柴油机进行了平均有效压力提高后的相继增压的仿真研究,结果表明使用大小涡轮三级切换相继增压系统与使用两级相继增压系统相比,在中低转速时,三级相继增压系统的供气性能优于两级相继增压系统,三级相继增压的油耗明显低于两级相继增压,基于大小涡轮增压器的三级相继增压系统在平均有效压力较高的发动机上具有优势.

6.学位论文 闫斌 车用柴油机相继增压系统研究及中冷器流场计算 2009

本文结合实际的课题，研究目的是提高YC6J270柴油机的功率，扭矩等动力性能，使发动机功率由原来的199kW增加到235kW，并通过使用相继增压系统来提高功率，同时使柴油机在低工况情况下的动力和经济性能得到改善。主要研究内容如下：

⑴对增压系统的性能研究主要使用GT-POWER软件，对YC6J270柴油机进行模拟仿真计算，所得相关性能参数与其实验参数进行比较。在原机的基础上，对排气系统进行改进，使其在低工况由一个大增压器与柴油机联合工作，高工况两个增压器同时运行。

⑵对原机的模拟仿真计算，通过输入原机对应的数据，得到了与实验数据比较相近的结果。一方面可以验证了使用软件计算的可行性，另一方面也为增压系统的提供了模型依据。然后根据设计对相继增压系统进行模拟计算，其目的在提高功率的基础上，而使在柴油机低工况下的运行条件不至于恶化。数据表明：对增压系统的改进是合理的，相比较原机的各种运行工况，不仅在高转速情况下增大了功率，提高了各项性能指标，也使在低工况情况下增大了空燃比，优化了燃烧。

⑶针对使用相继增压系统在提高功率以后，出现缸内燃烧压力和温度偏高等问题，提出了增加中冷，改善进排气门，优化燃烧等方法对问题可以有效地解决。针对低工况出现的中冷器过冷，排气倒灌等问题，可以通过使用可变截面中冷器，可调气门间隙进排气机构等方法解决，并使用FLUENT软件对可变截面中冷器进行流场仿真计算，得到了满意的结果。

7.期刊论文 张哲.钱跃华.刘博.邓康耀.ZHANG Zhe.QIAN Yue-hua.LIU Bo.DENG Kang-yao 车用柴油机大小涡轮相继增压系统固定转速切换的试验研究 -内燃机工程2010,31(1)

针对某车用柴油机采用两台不同尺寸涡轮增压器的相继涡轮增压系统进行了试验研究.对柴油机分别采用大增压器、小增压器和大小增压器并联的3种方案进行外特性试验,通过分析试验结果初步确定了系统的两条固定转速切换线.对大小涡轮相继增压系统进行切换试验研究,并对切换过程中发动机转速的波动情况进行了分析,最终确定大增压器与小增压器相互切换的上下行转速分别为1380r/min和1335r/min,大增压器与大小两台增压器并联相互切换的上下行转速分别为1970r/min和1955r/min.最后,对固定转速切换的可靠性进行了试验验证.

8.学位论文 姚笛 车用柴油机相继增压排气系统的研究 2009

本文对柴油机相继增压系统进行研究，针对YC6J-270型直列6缸增压柴油机设计一套相继增压系统，并进行相关的匹配仿真计算，目标是使增压系统与柴油机能够良好的匹配，达到了预期的性能技术要求。主要研究内容如下：

⑴采用计算机辅助设计的研究手段，根据原机的结构特点进行相继增压系统的设计计算。设计方案是在原机的3脉冲增压系统排气管后安装脉冲转换器和并联分岔管，使其适应相继增压的管路布置要求。在涡轮前安装排气阀门，以控制增压器的工作顺序，实现相继增压。

⑵所设计的内容包括脉冲转换器、排气阀门、相关的并联管路及相继增压系统的整体布置设计。使用UG进行相关零部件设计，使用GT-power进行增压系统与柴油机的一维匹配计算，使用Fluent进行排气阀门、排气管路的稳态和非稳态流场的计算，使用UG的仿真模块进行阀门强度计算。

⑶通过仿真计算表明，所设计的相继增压系统与柴油机匹配良好，在提高功率的同时拥有更低的燃油消耗率，同时为三维流场计算提供了边界条件。排气管的非稳态三维流场计算能够更真实模拟排气脉冲交换能量过程的瞬态流场变化情况，计算结果显示脉冲转换器工作良好，能够使脉冲排气管用于相继增压系统。排气阀门采用斜板式金属密封蝶阀，经仿真计算验证阀门强度可靠，流动顺畅。

⑷提出了在相继增压系统中采用MPC排气管的方案，并对MPC排气管进行了的参数设计和流场仿真计算。流场计算结果与理论相符，有进一步研究的前景。

9.会议论文 张哲.邓康耀 柴油机相继涡轮增压系统固定转速切换的试验分析 2008

对某型车用柴油机采用两台不同尺寸涡轮增压器的相继涡轮增压系统进行了试验研究。对柴油机分别采用大增压器、小增压器和大小增压器并联的三种方案进行外特性试验,通过分析试验结果初步确定了该系统的两条固定转速切换线。之后,对该大小涡轮相继增压系统进行切换试验研究,根据切换过程中发动机转速的波动情况确定了最终的四条转速切换线。

10.学位论文 许回江 柴油机电—液驱动可变气门系统研究 2007

随着排放法规的日趋严格和世界能源的日益短缺，节能、高效与环保成为内燃机技术发展的主导方向。而计算机软、硬件技术的飞速发展，使得电子技术被更加广泛地用于发动机的监控系统中。电控喷油技术、相继增压技术、可变喷嘴涡轮增压技术等在发动机上的成功应用，极大地改善了发动机性能。而传统内燃机配气相位固定不变的弊端日益凸现，取消凸轮轴及其从动件，实现发动机气门的开启定时、持续时间和升程等的全可变气门技术更显现其重要性。

电液驱动可变气门系统作为一种较为理想的可变气门系统，它可以使得配气机构的运动与柴油机运行工况相互，在较大范围内实现气门正时、气门开启持续期和升程的灵活控制，实现发动机低油耗、低排放和高效率的控制目标。国外在可变气门系统的设计和控制方面己做了大量研究，但由于仍存在许多问题尚未解决，有关研究工作还在进行之中，要实现产品化尚需时日。

本论文在参阅文献和借鉴国内外设计开发经验的基础上，结合该校在电控气门系统方面的研究成果，采用模型分析、仿真设计与试验研究相结合的研究模式。针对200型柴油机配气系统的特点，开发了一套单作用弹簧复位电一液驱动可变气门系统，并在该校自行研制的柴油机电子-液压控制系统试验台上进行了较为系统和深入的试验研究。最后，根据200型柴油机的运行工况特点，对该可变气门系统的适应性进行了分析，取得了一定成果，但也发现了其中存在的问题，如变工况下，气门开启响应和重叠角的控制问题等。

由于电-液驱动气门系统所固有的响应特性，使得进气门开启速度和排气门的关闭速度仅仅从共轨压力、控制定时的角度较难解决，因此对原有的驱动系统在原理和结构上做了一些改进，但限于时间，只能从理论上予以分析，进一步的试验研究只能留待以后。

1.李礼夫.陈海兰 基于GT-Power的LPG燃气组分对发动机排放影响的研究[期刊论文]-小型内燃机与摩托车 2010(1)2.邱森.黄锦成.张志强.范毅 仿真计算软件在高压共轨电控柴油机标定优化中的应用[期刊论文]-内燃机与动力装置 2008(6)

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