国家重点基础研究发展规划项目（ 2001CB209205）和吉林省科技发展计划项目（ 20040512）资助。
原稿收到日期为2004年6月30日，修改稿收到日期为2004年10月8日。
1前言bocharger， VNT）是通过对执行器的控制来改变涡轮流通截面积的大小，从而实现增压器与发动机良好匹配的目的，其控制系统目前普遍采用了气动膜片式执行器[ 1 3].随着发动机电子控制技术的广泛应用， VNT控制系统从20世纪80年代中期开始迅速发展起来。美国、德国、日本都已开发出了比较成熟的电控系统，而国内在这方面还缺乏深入的研究[ 5 7].VNT与车用柴油机的匹配及其控制系统的开发将是广大内燃机工作者研究的重要课题。
2研究对象及测试系统2. 1研究对象试验用发动机为增压中冷柴油机，其主要特征参数如表1所示。
型式直列6缸、4冲程、直喷式缸径行程压缩比燃烧室缩口型标定功率/转速最大转矩/转速增压器型号GT35V增压器进气方式增压中冷喷油泵威孚PW泵总排量2. 2测试系统试验测试系统结构如图1所示。
3电控系统整体结构及控制策略电控系统由信号测量、电子控制和执行机构3汽车工程部分组成，如图2所示。其控制策略采用了查询控制M AP的开环控制方式，以发动机转速、油门拉杆位置和油门变化率作为控制MAP的输入信号（油门变化率由控制算法获得） ，电控单元（ ECU）根据输入信号通过控制算法确定出系统的输出信号，该信号驱动电控系统的执行机构产生响应动作并带动喷嘴环转动，从而实现改变VNT涡轮截面积大小的控制策略。另外，为了提高控制精度，将执行机构的实际运行位置（即步进电机的转动位置）信号作为电控系统的反馈控制信号。试验控制MAP在采用气动执行器阶段已制取完毕，在电控系统设计完成后再将其转化为对应的电控MAP.
4电控系统硬件设计4. 1信号测量部分信号测量部分由转速传感器和油门位置传感器构成，用于获取发动机的转速和油门位置信号。转速传感器采用的是霍尔式传感器，其输出是脉冲信号，使用方便。油门位置传感器采用了专门为威孚PW泵匹配的传感器，其核心为高精度电位器，可根据油门位置的不同将供电电压线性输出。
4. 2电子控制部分电子控制部分即控制系统的电控单元（ ECU ） ，采用了SCB 51 6型单片微型计算机功能板。该功能板上集成有多种元件，可实现数据采集、A/ D转换、负载驱动等功能。
4. 3执行机构部分执行机构是VNT电控系统的关键部分，也是进行软件编制的基础。它主要包括执行器、传动装置、连接装置和反馈装置。
电控执行器响应快、可靠性好、结构简单，是今后应用研究的趋势，其型式主要有步进电机和比例电磁铁2种。由于比例电磁铁的比例控制电路较为复杂、功耗较大，而步进电机的响应频率可以方便地调节，因此执行器选用了四相混合式步进电机，采用4步4拍工作方式，步距角为1. 8.
4. 3. 2传动装置传动装置采用的是60JB型减速器，其结构为三级塔轮式，减速比为25.其作用是提高执行机构的驱动转矩和调节精度，同时也加强了执行机构的自锁能力。为实现步进电机和减速器的同轴传动，将步进电机和减速器安装在同一箱体外壳上，步进电机转子轴前端与减速器的输入轴采用套筒固接。
4. 3. 3连接装置连接装置实际是一个平面四连杆结构的一部分，其作用是将减速器输出轴的转动传递给VNT喷嘴环叶片销轴。它由摇臂、连接销和控制拉杆组成。摇臂的一端通过螺钉固定在减速器输出轴上，另一端通过连接销带动控制拉杆上下移动，控制拉杆的下端与控制VNT喷嘴环的销轴相连。
4. 3. 4反馈装置反馈装置是一个滑线变阻器，其中间抽头转动轴与步进电机转子轴后端同轴连接，滑线变阻器的壳体通过一个固定支架与连接步进电机和减速器的箱体连接。
汽车工程5电控系统软件编制电控系统的控制软件采用51系列单片机语言编写，并利用E2000/ L型仿真器对控制软件进行了编译和调试。控制软件整体结构根据功能和控制目标的不同采用模块化设计方式，总体上分为前处理和工作循环2部分，如图3所示。
6电控系统调试及稳态标定试验6. 1电控系统调试为了验证电控系统硬件匹配情况及软件设计正确与否，在电控系统独立工作（未安装于增压器上）的情况下进行了模拟调试。其中，模拟转速脉冲信号由E2000/ L型仿真器的可编程波形发生器产生，模拟油门位置信号由另一滑线变阻器产生，执行机构上的滑线变阻器则产生步进电机位置反馈信号。
模拟调试试验结果如表2所示。
模拟转速脉冲/H z模拟油门位置电压/ V反馈步数设计步数实际步数由表2可见，实际步进电机转动步数与所设计的转动步数完全吻合，说明软件编制完全正确。另外反馈步数均为0步，说明在无振动、无外界干扰的情况下该控制系统可以精确执行，即执行机构可以按照设定的控制MAP实现对VNT的控制。
6. 2稳态标定试验为了测试电控系统在发动机实际运行时高温、高振动状态下的控制效果及其工作可靠性，同时检验电控系统是否能够按照设定的控制MAP不失步运行，对安装了电控VNT系统的CA6DE1 21K柴油机进行了全负荷及1900r/ min工况下的负荷特性等标定试验。试验中对比了分别采用气动控制系统和电控系统2种VNT情况下的发动机相关技术指标。试验结果如图4所示。
由图4可以看出，采用不同的VNT控制系统时，发动机的小时耗油量（ B）、进气量（ Q）和涡轮转速（ n） 3个性能参数整体上十分相近。可见，所设计的电控系统与原气动控制系统具有良好的一致性，在发动机实际运行过程中的高温、高振动情况下电控系统也具有较高的控制精度和工作可靠性。
但是，由于采用不同控制系统时的各试验工况点所对应的发动机初始边界条件（转速、负荷、热状态、环境参数等）不完全相同，使得上述3个性能参数曲线不能完全重合另外，在将气动控制系统的MAP转化为电控MAP之后，对电控MAP进行了平滑处理，以避免步进电机在局部区域内的剧烈变动，使得在个别工况点处的气动控制MAP和电控汽车工程气温度在燃烧室中心低而周边高。随着活塞上行压缩，在温度和浓度均较高区域，首先发生着火。计算表明， [ OH]是燃前反应的着火自由基，到355 CA ATDC时陡然出现，并在喷雾浓区的周边浓度达到最大，此区域首先着火，随后激发出整个缸内的大面积HCCI着火。
6结论（ 1）混合气浓度对HCCI燃烧有显著影响，随混合气浓度提高，自燃着火时间提前，燃烧持续期缩短。
（ 2）在缸内直喷汽油机上进行2段喷油可以控制HCCI燃烧的着火始点和燃烧速率。
（ 3）第1次喷油和第2次喷油时间均可以影响到HCCI着火时间，但后者影响更显著。第2次喷射过早，容易爆燃。推迟第2次喷油始角，着火始点后移，抑制爆燃。过度推迟第2次喷油时间，循环波动增大。
（4） 2次喷油有助于稳定HCCI燃烧，避免爆燃，拓展HCCI运行范围。
（5）多维CFD耦合详细化学的模拟结果表明：HCCI分层压燃时，喷雾浓区的周边先着火。
5王志，王建昕，帅石金，马青峻。火花点火对缸内直喷汽油H CCI燃烧的影响。内燃机学报， 2005， 23（ 2）M AP所对应的涡轮截面积有所差别，反映在图4中即为个别工况点处的曲线有一定差异。
7结论（ 1）所开发的VNT电控系统以步进电机、减速器等为核心部件。步进电机具有灵活的正反转响应性、转速受驱动脉冲频率调节简单等特点，而减速器的采用又提高了执行机构的控制精度和驱动转矩，因而使整个电控系统具有响应快、精度高、可靠性好、结构简单和成本较低的特点。
（ 2） VNT电控系统的控制软件采用模块化的独立结构设计思想，既便于各功能模块的单独运行和调试，又可为今后的功能补充和完善提供方便。
（ 3） VNT电控系统的实际运行试验结果表明，该电控系统具有较好的耐高温、抗振动性能，并与原气动控制系统具有良好的一致性。
1马朝臣，朱庆，杨长茂等。涡轮调节方式对增压柴油机匹配性能的影响。内燃机学报， 2000， 18（ 2）4王军秋等。电控可变几何涡轮增压器与J6Z柴油机匹配性能研究。车用发动机， 1995统连续反馈控制的发展。车用发动机， 1998， （ 1）7张然治，任继文。车用发动机增压技术现状及市场预测。车用发动汽车工程
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