商用汽车发动机电动增压控制策略优化研究

商用汽车发动机电动增压控制策略优化研究
摘要：随着增压技术在内燃机上的广泛应用，虽然有利于发动机热效率的提高，但是增压器响应滞后的问题，导致发动机在烟度控制能力方面较差。

但在当前的
汽车工业发展形势下，对增压技术提出了新的挑战，而采用电动增压技术对使用
机械式涡轮增压器的柴油机的瞬时加速工况有较明显的改善作用。

关键词：电动增压器；电动增压控制策略；快速控制原型；低速动力性
引言
最近一些年来，随着人们节能环保意识的不断提高，很多商用汽车都应用了涡轮增压发
动机技术，该种类型发动机有着较好地动力性和经济性，会给汽车提供更强的动力，使得能
源利用率得到提升。

汽车在经常使用过程中，涡轮增压发动机难免会产生故障，会对客车的
正常使用造成影响，做好商用汽车增压发动机的维修保养，分析涡轮增加器结构和原理，掌
握增压器运行故障，对于保证涡轮增压发动机正常运行，发挥着重要作用。

1电动增压技术
相比机械式涡轮增压柴油机，电动增压器具有提升低速扭矩、改善瞬态加速响应性、多
样化增压控制模式等优点。

由于电动增压器安装位置的不同，会对柴油机的外围零部件布局
设计、可靠性、性能数据等产生影响，因此在进行台架或整车试验时，需要根据柴油机的边
界条件为电动增压器选择不同的安装位置。

当前电动增压技术的研究现状更多的是关注于电
动增压器对提升发动机低速性能和改善加速烟度的影响，而在如何结合发动机当前的运行工
况对电动增压器进行实时的自适应控制方面，特别是对电动增压控制策略进行优化开发方面
研究得较少。

天津大学徐广兰设计的电动增压器的电控系统对发动机的油门位置信号、电机
的冷却水温度信号和压气机的控制频率信号进行了采集，并经过工况判断、电机冷却、压气
机转速显示等模块计算控制后，驱动压气机和冷却水泵的运行。

北京理工大学韩冀宁等在对
工况识别系统进行设计时，增加了对发动机转速信号的采集和识别。

当发动机达到目标转速时，旁通阀打开，电动增压系统停止工作。

2电子增压器在发动机应用的优势
电子增压器与涡轮增压基本相同，但是其采取的是利用电机控制方式对空气进行压缩，
实现快速增压的效果。

通过对电子增压器结构分析其主要包括：①高速电机，高速电机主要
分为永磁同步电机（具有效率高、体积小的特点，但是存在涡流损耗）、开关磁阻电机（响
应速度快、结构简单，但是需要位置传感器）、以及交流异步电机（结构简单、可靠性高，
但是调速性能差）等。

②离心压缩机、电控单元。

基于电子增压器的工作原理，需要优化电
子增压器信号处理电路设计，保证信号处理系统能够适应-40℃～125℃大范围工作温度变化。

电子增压器在自然吸气发动机中的应用优势主要表现在以下方面：一是可以有效解决机械增
压缺陷，提升低速扭矩，补偿因扫气效率降低而导致的扭矩损失问题；二是有效的降低了汽
车积炭的发生。

在现代汽车行驶的过程中，由于交通拥堵、汽车驾驶人习惯等诸多方面的限
制导致企业没有发挥出最佳性能，例如在城市道路行驶的过程中往往是汽车发动机没有达到
最佳匹配下就强行供油，导致汽车供油过量，积炭问题严重。

而电子增压器的应用则可以降
低排气的压力，减少缸内残余废气，改善燃效效率，降低积炭的发生；三是提高了瞬间加速
的响应，提高了汽车行驶的舒适度与安全性。

通过电子增压器可以减低发动机响应的时间，
从而有效的提升汽车的动能。

3商用汽车涡轮增压器常见故障
3.1增压器气喘
主要是因为发动机进气系统存在堵塞，比如，空气滤清器没有定期更换、进气管道存在
油灰沉积等问题，使得发动机增压变小而形成波动，会使增压器泵体端部形成气喘问题，发
动机的工作处于不稳定状态，输出动力随之降低，排气管部位还会冒出黑烟。

3.2增压器压力降低
如果进气管道产生堵塞，轴承和轴产生磨损，涡轮或泵轮叶片部位变形或受损，叶轮和
壳体产生摩擦等问题，都会导致增压器压力减小。

3.3涡轮或泵轮部位产生排油
是因转子轴受损严重，密封环无法起到有效的保证，由于驾驶人员的违规操作，使得增
压器润滑条件变差，加速了密封环磨损，使得涡轮或泵轮端部产生排油。

涡轮端部的排油会
导致排气管、消声器存在积炭或油污，使得排气阻力不断变大，增压器运行速度则会受到影响，发动机输出的动力严重不足。

泵轮端产生排油，是因为发动机进气管部位存有机油，使
重机没消耗量变大，进气阻力相应地提升，发动机动力输出动力也会降低。

4商用汽车涡轮增压发动机使用要求
4.1发动机加速运转的时机
当商用汽车被启动之后，操作人员不应该马上快速加大油门。

是由于涡轮增压转子采用
机油进行冷却和润滑，刚汽车刚被启动，润滑还没有达到理想效果，润滑油膜还没有完成形成，司机需要保证汽车怠速运行几分钟，当水温数值上升到达到正常状态后，才可以进行加
速操作。

尤其在冬季气温较低的情况下，汽车长时间存入在寒冷环境中，需要保证足够的时
间进行预热和升温。

4.2检查涡轮增压器是否需要更换
当客车增压发动机产生故障，需要先对增压器外观进行全面地检查，是否存在外观异常
问题，如转子可以灵活地转动，表明该增压器还处于正常运行状态，不需要进行更换。

如果
没有查清故障之前，不可以随意更换涡轮增压器，避免与发动机增压产生失调问题。

4.3电子增压器安装布置
由于电子增压器主要是促进发动机响应时间，提高其瞬间速度的，因此在安装电子增压
器时必须要满足以下要求：电子增压器必须要保证长期的可靠性与稳定性，因此在自然吸气
机动车安装的时候必须要考虑到冷凝因素对电子增压器的影响，因此在具体安装时一方面要
保证电子轴向应倾斜一定的角度，这样可以避免冷凝凝再循环废气在定子壳体处聚集；冷却液管路应位于最高位置，以排出冷却液内的空气；发动机停机后，仍需保持水泵电机运行，
使冷却液继对电子增压器进行降温保护，保证电子增压器的壳体温度低于安全值。

4.4定期做好发动机的检查工作
为了保证商用汽车涡轮增压发动机的正常运行，需要定期做好对涡轮增压器密封检查。

如果密封条件达不到标准，废气就会通过密封环到达发动机润滑系统中，会使机油产生污染。

同时，在商用汽车增压发动机以较低速度运行，起到润滑作用的机油也会从排管中排放出发来，会使得机油产生较为严重的损耗。

定期做好涡轮增压器封闭检查工作，并对紧固情况进
行仔细观看，还需要对增压器与空气滤子相互间、与发动机进、排气管间的连接是否牢靠，
如果连接管线产生松动，需要进行加固处理，避免污染物进入到发动机内部。

除此之外，还
需要对增压器进、回油管线进行定期地检查，察看回油管线是否产生了老化、堵塞等问题。

结束语
随着城市公交商用系统的不断发展和完善，很多客车中都应用了涡轮增压发动机，对减
少尾气排放和生态环保都起到积极作用，由于涡轮增压器是应用发动机内燃料燃烧产生的废
气来驱动涡轮运转，经常处于高速、高温的条件下，涡轮端部的温度会高达 600 度，增压器
的运行速度较高，需要采取科学合理的维护措施，做好日常检查和定期维护工作，进一步提
升涡轮发动机的使用寿命。

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