解决可变截面涡轮增压器喘振问题的研究

解决可变截面涡轮增压器喘振问题的研究引言：现代国内外乘用汽车柴油发动机几乎全部采用进气增压器的方式，应用最广泛的是废气涡轮增压器。涡轮增压器的型式主要有放气阀式涡轮增压器（wgt）、可变截面涡轮增压器（vgt）、多级增压器等。可变截面涡轮增压器由于其较宽的流量范围、不同工况的多适应性、较高的性价比，越来越受到各柴油机厂的亲睐。在增压器给发动机带来明显动力提升的同时，也伴随着一些本身的质量问题，其中增压器喘振是诸多增压器问题中普遍存在的一项问题。文章将通过一个简单的实例，对相关的控制策略进行一个简单的分析，供增压器设计及试验人员参考。

虽然可变截面涡轮增压器在乘用车市场应用越来越广泛，但相对于普通放气阀式涡轮增压器而言在成本和故障率上同样存在着一定的劣势，开发成本较高、开发周期较长。一款柴油发动机在搭载不同车辆时，会由于车辆进气系统的差异或动力性的需求不同对增压器控制和增压压力的需求也不同，这样就有可能出现某款车型出现增压器喘振的问题。为了节省开发成本、缩短开发周期，一般主机厂会采取优化ecu控制策略来解决此问题。因此，在不损失车辆动力性、不更改增压器硬件设计的条件下，通过优化ecu标定控制策略，控制不同工况下vgt喷嘴环的开度、egr阀的开度来解决vgt的喘振问题是每个柴油机标定人员一直研究的工作。

一、问题描述

国内某自主品牌一款自动档suv搭载2.0l柴油发动机，在车辆行驶过程中，个别工况出现急加速收油门增压器喘振的问题，严重影响车辆的驾驶舒适性。

二、原因分析

（一）增压器喘振问题的机理

车辆在行驶过程中，由于工况或负荷的变化导致增压器进气流量突然变小，当压气机的流量小到一定值后，气体进入工作叶轮和扩压器的方向偏离设计工况，叶片背面气流出现分离并且不断扩大，同时产生强烈的脉动并有气体倒流，引起压气机气流的流量、压力出现波动，导致压气机产生强烈的振动并发出异常的响声（二）ecu数据测量、分析

通过监控发动机ecu参数确认增压器问题真因。通过监控在出现喘振问题时的进气流量及增压压力发现，当车辆在急加速收油时，发动机喷油量迅速减小至零，进气流量有原来的160g/s减小到17g/s，下降了越10倍，但增压压力变化不大，只由原来的2.3bar 减小到2.1bar。导致进气流量变小的原因为：发动机由于快速断油，涡轮端做功能力减小，增压器转速迅速降低，同时由于增压后管路中高的增压压力无法快速卸掉，给压气机叶轮一个反作用力，这样导致了进气流量过小，出现增压器喘振的问题。

（三）明确真因

通过以上数据分析，确定导致增压器喘振问题的原因为收油门

时增压器后压力无法迅速卸掉，影响进气流量。

三、解决对策

根据以上原因分析，初步制定以下两项解决对策：降低增压压力需求值、优化vgt及egr控制策略。

（一）降低增压压力需求值

通过降低增压器压力需求，来实现减小增压比的目的，这样的措施是会牺牲车辆的动力性，也失去了vgt可变截面增压器的设计理念。将增压压力需求值减小到增压器无喘振后，车辆动力性下降了越30%，此方案不可行。

（二）优化vgt及egr控制策略

优化vgt及egr控制策略的理念是：在车辆加速收油门时，让进气管路中高增压压力快速通过排气侧排出。保证排气通畅的方式有：加大vgt涡轮喷嘴环的开度，降低发动机排气阻力；开启egr 阀，使进气管路的空气通过egr阀排出。

控制策略简述：首先，根据发动机转速门槛值、扭矩门槛值、转速变化率、进气流量变化率来确定增压器出现喘振的工况，在满足特定的条件下激活防喘振的策略。其次，通过控制vgt的喷嘴环开度、egr开度来实现降低增压压力。

标定测试方法：

1.防喘振策略激活条件标定：在不同的档位、不同的路况、不同的环境条件下驾驶车辆，持续监控ecu数据，综合所有易出现喘

振的工况条件来标定激活条件；

2.vgt、egr开度扫描：激活条件标定完成后，找出适当的vgt 及egr开度组合。将vgt开度、egr开度从0至100分别等分10份进行排列组合，然后在车上分别验证，找出最优的排列组合；

3.防喘振策略结果验证：标定完成后，驾驶不同车辆在不同环境条件下（低温、高温、高海拔）、不同路况（市区工况、市郊工况、高速路、平路、颠簸路、山路等）进行充分验证。

四、案例总结

各整车厂在解决增压器喘振问题时，出于开发费用和周期考虑一般优先采用优化控制的方法。本文讲解的案例主要阐述了如何确定喘振的真因、防喘振策略的简单描述、具体的标定和验证方法，这些方法已应用过很多实际项目，实用性很强，对增压器标定人员有很好的指导作用。

五、小结

增压器喘振是压气机的固有特性，是没有办法从根本上解决的，尤其是车辆进排气系统变化较大时，如果增压器的控制不进行调整，会出现很多不匹配的问题。针对增压器的防喘振策略也需进行相应的调整，这样才能保证增压器的正常使用。增压器标定人员在进行防喘振标定后，需进行充分的验证。本文针对vgt及egr的防喘振策略进行了描述，希望对广大标定人员起到一定的帮助。

参考文献

[1]黄步松，李碧桃.某轮主机增压器喘振原因及对策[j].福建交通科技，2008，4.

[2]李步照，李博.涡轮增压器喘振的原理及处置方法[j].江苏船舶，2008，2.