Регистрация Войти
Вопрос

Какие датчики и формулы используются для управления турбинами VGT/VNT?

Я хочу установить на свой автомобиль турбокомпрессор с изменяемой геометрией. Его лопасти обычно управляются с помощью электропривода (иногда используется вакуум). Какая информация используется для определения состояния лопастей турбокомпрессора — положение дроссельной заслонки, масса всасываемого воздуха, частота вращения двигателя или что-то ещё? Существует ли каноническая формула, которую я могу использовать для создания схемы, обеспечивающей правильную реакцию на заданные условия? Нет проблем с установкой подстроечных потенциометров для настройки на лету, но мне нужно знать, какая информация подходит для этого, чтобы я мог использовать нужные датчики.
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/29075/what-sensors-and-formula-are-used-to-control-vgt-vnt-turbos
1
+ Читать

13 Комментариев

  1. Отказ от ответственности: я никогда не делал этого на практике. Этот ответ основан на моих довольно ограниченных знаниях в области теории турбомашин для автомобильной промышленности.





    Всё дело в потоке



    В отличие от турбин с фиксированной геометрией, в которых лопатки обеспечивают оптимальную эффективность при одном режиме потока, в турбинах с изменяемой геометрией угол наклона лопаток регулируется для повышения эффективности в широком диапазоне режимов потока.



    Обязательные изображения и веб-статья:




    • Низкий расход



      Низкий расход VGT


    • Высокий расход



      Высокий расход VGT






    Какие факторы можно использовать для регулирования угла наклона лопастей?



    Я полагаю, что ключевым фактором здесь будет нагрузка на двигатель. Хотя у меня нет ссылок, подтверждающих это утверждение, оно имеет смысл, поскольку напрямую влияет на количество выхлопных газов, проходящих через лопасти турбины.



    В связи с этим вам могут пригодиться следующие соотношения:




    • Массовый расход воздуха — ↑ расход = ↑ угол

    • Положение дроссельной заслонки — ↑ скорость изменения положения дроссельной заслонки = ↑ угол



    Обратите внимание, что отношения не обязательно должны быть линейными!





    Итак, как будет выглядеть отображение функций?



    Это во многом зависит от вашего турбокомпрессора и двигателя.



    Если бы это был мой проект, я бы провёл эксперимент, похожий на этот:




    • Для заданных оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки задайте несколько углов поворота лопастей

    • Для каждого угла


      • запишите массовый расход воздуха и уровень наддува




    Это должно дать вам очень хорошее представление о работе в установившемся режиме, поскольку эти данные можно использовать для регрессионного анализа, который сопоставляет массовый расход воздуха и положение дроссельной заслонки с углом поворота лопаток, обеспечивающим заданный уровень наддува.



    По существу:



    Vane Angle = f( Mass air flow, throttle position, target boost )


    Что касается переходных процессов, в которых более заметную роль будет играть скорость изменения дроссельной заслонки, то, как мне кажется, собрать полевые данные будет гораздо сложнее. Возможно, кто-то другой сможет внести свой вклад.





    В любом случае, это потрясающая затея. Я желаю вам удачи в этом начинании.
  1. спасибо за добрые пожелания. Мне нравится идея провести серию измерений, но теория, лежащая в основе создания контроллера, немного спекулятивна.
  1. Отличная статья о том, как компания Dodge однажды сделала это. Немного эзотерический подход с использованием двойного привода.
  1. Я читаю ссылку, которую разместил. Второй способ управления лопатками и наддувом заключается в том, чтобы установить на турбокомпрессор одну турбулентность для управления лопатками и регулировать уровень наддува с помощью перепускного клапана на коллекторе. Это кажется более эффективным, чем закрытие лопаток, так как при этом создаётся меньшее противодавление в выхлопной системе.
  1. Гонки на выживание: я подумываю о том, чтобы сделать такой, но пока не совсем понимаю, насколько это сложно. Вот одна из систем, сделанных своими руками: dmn.kuulalaakeri.org/vnt-lda
  1. Какой контроллер вы используете?
  1. Moab: я тоже считаю, что это важно, но возникает своего рода проблема «курицы и яйца» — положение лопастей также влияет на наддув во впускном коллекторе.

  1. Компания Dodge устанавливала турбокомпрессоры VNT на автомобили в 1989 и 1990 годах. Наиболее известным из них является Shelby CSX-VNT 1989 года. Лопасти управлялись двухпортовым вакуумным приводом. В самом турбокомпрессоре не было ничего электронного, но на линиях, идущих к приводу, были вакуумные соленоиды (для управления наддувом).



    Турбокомпрессор VNT имеет подвижные лопасти на выхлопной турбине. Когда они находятся в «закрытом» положении, они создают большее сопротивление. Это приводит к тому, что турбокомпрессор раскручивается гораздо быстрее. Когда они открыты, они создают меньшее противодавление. Это означает, что турбокомпрессор лучше справляется с повышенной нагрузкой.



    В целом положение лопаток зависит от того, какую мощность нагнетает турбокомпрессор. Чем выше мощность, тем больше поток выхлопных газов и тем менее ограничительной должна быть выхлопная система. Это означает, что по мере увеличения мощности лопатки открываются всё больше и больше. Когда вы приближаетесь к максимальному значению мощности, лопатки начинают закрываться, чтобы турбокомпрессор не нагнетал ещё больше воздуха.



    Двухпоршневой дроссель работает следующим образом: одна сторона открывает заслонки для уменьшения сопротивления, а вторая сторона закрывает заслонки для максимального увеличения мощности. Сторона, открывающая заслонки, соединена с коллектором, а сторона, закрывающая заслонки, — с регулятором мощности. Пружина внутри закрывает заслонки, когда давление с обеих сторон выравнивается.



    К сожалению, когда компания Dodge устанавливала эти турбины, она использовала слишком маленькую турбину. Она раскручивалась очень быстро (почти без турбоямы), но не справлялась на высоких оборотах. Обычно турбина с переменным шагом лопаток больше стандартной турбины, так как переменные лопасти помогают ей быстрее раскручиваться.



    http://thedodgegarage.com/turbo_vnt_pictures.html — фотографии VNT Turbo
    http://thedodgegarage.com/turbo_vnt.html — техническая информация
  1. Да, я думаю, что один привод/перепускной клапан работает лучше. Для справки: у Dodge перепускной клапан на обычных турбинах располагался на выпускном коллекторе. Думаю, у Ford было то же самое. Если установить перепускной клапан на коллектор, будет немного проще, так как перепускной клапан не зависит от турбины. Кроме того, клапаны, установленные на коллекторе, пропускают больше выхлопных газов. Однако подключить выхлопную систему немного сложнее.
  1. @AaronBrick Я упомянул об этом только потому, что вы отметили вопрос тегом Это, безусловно, может сыграть важную роль :)
  1. Zaid: я думаю, что правильное положение лопастей различается на холостом ходу и на пределе мощности. Датчик положения дроссельной заслонки (или датчик положения рейки в дизельном двигателе) — один из способов получить эту информацию.
  1. Я бы точно хотел знать, какое давление в коллекторе после турбокомпрессора. Это позволило бы ЭБУ определить, какой наддув используется в данный момент. Я всегда считал, что преимущества регулируемых лопаток заключаются в увеличении наддува на низких оборотах и улучшении контроля наддува во всем диапазоне оборотов двигателя.
  1. Отличный вопрос, но какое отношение это имеет к TPS?
Вы уже ответили на этот вопрос