一種增壓柴油機(jī)egr閥與vgt以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種柴油機(jī)進(jìn)排氣控制系統(tǒng)，其包括廢氣再循環(huán)（EGR）閥、可變幾何截面增壓器（VGT）以及節(jié)氣門，以調(diào)節(jié)流入發(fā)動機(jī)的空氣質(zhì)量流量（MAF）。該發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)包括第一模塊，即基于油門踏板位置信號的工況狀態(tài)監(jiān)控模塊，判斷發(fā)動機(jī)是否處于急加速工況。第二模塊基于第一模塊工況判斷結(jié)果，分別采用急加速工況下的瞬態(tài)開環(huán)控制策略，該策略可提高進(jìn)氣系統(tǒng)反應(yīng)速度、優(yōu)化瞬態(tài)煙度排放；或以MAF目標(biāo)值與實(shí)測值之差為控制輸入的EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略，該方法以EGR閥控制為主，VGT流通面積調(diào)節(jié)為次，節(jié)氣門控制為輔，精確控制MAF，該方法可盡量保持節(jié)氣門全開減少節(jié)流損失，同時(shí)還達(dá)到了改善燃油經(jīng)濟(jì)性，減少標(biāo)定工作量的目的。
【專利說明】—種增壓柴油機(jī)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬柴油機(jī)進(jìn)排氣反饋控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種廢氣再循環(huán)(EGR)閥、可變幾何截面增壓器(VGT)以及節(jié)氣門協(xié)同控制的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)可改善柴油機(jī)運(yùn)行和減少NOx排放，增壓技術(shù)可提高柴油機(jī)的進(jìn)氣密度、空氣質(zhì)量流量(MAF)和功率，并且車用柴油機(jī)大量采用的廢氣渦輪增壓?？勺儙缀谓孛嬖鰤?VGT)除了能有效解決普通渦輪增壓器與柴油機(jī)匹配中存在的低速扭矩不足、部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性差、瞬態(tài)響應(yīng)遲緩等問題以外，還能有效解決部分工況進(jìn)排氣壓力逆差問題，增大EGR可實(shí)現(xiàn)的范圍。但是，EGR閥與VGT配合調(diào)節(jié)進(jìn)氣會受到VGT與發(fā)動機(jī)匹配要求限制，難以在全部工況下精確控制MAF和回流廢氣。
[0003]EGR閥與VGT以及節(jié)氣門之間的配合可以解決該問題，但是三者對MAF、回流廢氣量以及增壓壓力存在交叉影響，耦合關(guān)系甚為復(fù)雜。傳統(tǒng)的單輸入單輸出策略同時(shí)控制MAF和回流廢氣是十分困難的，由此導(dǎo)致目前可用的VGT與EGR閥、節(jié)氣門聯(lián)合控制器大多為高度復(fù)雜的系統(tǒng)，且需要極其費(fèi)力地去校準(zhǔn)。此外，增壓柴油機(jī)急加速工況下的EGR和VGT技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用始終還是一個難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服【背景技術(shù)】中的不足，提供一種柴油機(jī)進(jìn)排氣控制系統(tǒng)，其包括EGR閥與VGT以及節(jié)氣門。該發(fā)明以MAF為控制目標(biāo)，對上述三進(jìn)排氣控制執(zhí)行部件與MAF、回流廢氣量以及增壓壓力之間的關(guān)系解耦，通過以EGR閥控制為主，VGT流通面積調(diào)節(jié)為次，節(jié)氣門控制為輔，簡化了控制策略，同時(shí)盡量保持節(jié)氣門全開減少節(jié)流損失。此夕卜，還對急加速工況采用了開環(huán)處理優(yōu)化瞬態(tài)排放。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，該控制系統(tǒng)由電控EGR閥、節(jié)氣門、可變幾何截面增壓器(VGT)、壓氣機(jī)、冷卻器、三通、發(fā)動機(jī)排氣總管、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管、EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元、工況判斷單元、空氣流量傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、油門踏板位置傳感器、發(fā)動機(jī)扭矩傳感器、CAN總線和起動開關(guān)組成，其中油門踏板位置傳感器與工況判斷單元連接；空氣流量傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和發(fā)動機(jī)扭矩傳感器與EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元連接；起動開關(guān)一端與EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元連接，另一端與工況判斷單元連接；EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元和工況判斷單元由CAN總線連接；三通的入口與發(fā)動機(jī)排氣總管連接，三通一出口與可變幾何截面增壓器(VGT)，另一出口與EGR閥連接；EGR閥出口經(jīng)冷卻器與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管連接；節(jié)氣門出口與壓氣機(jī)入口連接；壓氣機(jī)出口經(jīng)冷卻器與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管連接。
[0006]所述的工況判斷單元中蓄電池I經(jīng)電源電路I向單片機(jī)I供電，油門踏板位置信號經(jīng)信號處理電路I向單片機(jī)I傳輸。
[0007]所述的EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元中蓄電池I丨經(jīng)電源電路H別向單片機(jī)K、EGR
閥驅(qū)動電路、節(jié)氣門驅(qū)動電路以及VGT驅(qū)動電路供電，電控EGR閥由EGR閥驅(qū)動電路控制，節(jié)氣門由節(jié)氣門驅(qū)動電路控制，VGT由VGT驅(qū)動電路控制，發(fā)動機(jī)扭矩信號和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號經(jīng)信號處理電路II向單片機(jī)11.傳輸。
[0008]一種EGR閥和VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制方法包括下列步驟:
1)采集油門踏板位置傳感器的信號，傳送給工況判斷單元；
2)工況判斷單元根據(jù)油門踏板位置以及變化速率判斷是否為急加速工況；
3)工況判斷單元發(fā)出的工況判斷結(jié)果信號經(jīng)過CAN總線傳送給EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元；
4)EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元根據(jù)工況判斷結(jié)果信號決定采用急加速工況下的開環(huán)控制策略，或EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略；
5)急加速工況下的瞬態(tài)開環(huán)控制策略為，節(jié)氣門全開、EGR閥全關(guān)同時(shí)VGT流通面積達(dá)到最??；
6)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略為，采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、和發(fā)動機(jī)扭矩傳感器的信號，查詢二維脈譜得到MAF目標(biāo)值；
7)采集空氣流量傳感器得到MAF實(shí)測值；
8)該協(xié)同控制策略以MAF目標(biāo)值與實(shí)測值之差為控制輸入，通過[0，3]之間的值(EIV)控制EGR閥、VGT以及節(jié)氣門的狀態(tài)；
9)由上述控制策略計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥、VGT以及節(jié)氣門需要的脈寬調(diào)節(jié)信號值，分別輸出給各個部件的驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)了三閥協(xié)同控制。
[0009]本發(fā)明的工作原理如下:
本發(fā)明包括基于油門踏板位置信號的工況狀態(tài)監(jiān)控模塊，該模塊判斷發(fā)動機(jī)是否處于急加速工況，分別采用急加速工況下的瞬態(tài)開環(huán)控制策略；或以MAF目標(biāo)值與實(shí)測值之差為控制輸入的EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略。
[0010]急加速工況下的瞬態(tài)開環(huán)控制策略為節(jié)氣門全開、EGR閥全關(guān)同時(shí)VGT流通面積達(dá)到最小，使得增壓器反應(yīng)靈敏、延遲減少，提高進(jìn)氣系統(tǒng)反應(yīng)速度，能夠使新鮮空氣最大限度進(jìn)入缸內(nèi)，優(yōu)化瞬態(tài)煙度排放。
[0011]EGR閥與VGT、節(jié)氣門協(xié)同控制策略以[0，3]之間的值(EIV)控制EGR閥、VGT以及節(jié)氣門的狀態(tài)。當(dāng)EIV值處在[0，2]之間表示節(jié)氣門全開，該值控制EGR閥和VGT;其中，當(dāng)EIV值處在[0，I]之間表示VGT達(dá)到流通面積最大，該值控制EGR閥，并隨該值的增大閥開度增大；當(dāng)EIV值處在[1，2]之間表示EGR閥全開，EIV值控制VGT，并隨該值的增大流通面積減?。划?dāng)EIV值處在[2，3]之間表示EGR閥全開VGT流通面積最小，EIV值控制節(jié)氣門，并隨該值的增大閥開度減小。
[0012]通過應(yīng)用上述協(xié)同控制策略，在節(jié)氣門全開VGT達(dá)到流通面積最大時(shí)，單純靠調(diào)節(jié)EGR閥能完成一定工況下的進(jìn)氣調(diào)節(jié)任務(wù)；如果EGR閥全開都不能滿足MAF的要求，MAF誤差推大控制量并且超過1，此刻開始了 VGT流通面積減小的過程，即當(dāng)EGR閥全開靠調(diào)節(jié)VGT流通面積也能完成部分工況的進(jìn)氣調(diào)節(jié)任務(wù)；如果EGR閥全開VGT流通面積達(dá)到最小都不能滿足MAF的要求，MAF誤差推大控制量并且超過2，此刻開始了關(guān)閉節(jié)氣門的過程。
[0013]該協(xié)同控制方法將EGR閥、VGT流通面積以及節(jié)氣門控制包括在跟蹤MAF的反饋循環(huán)之中，保證了只有當(dāng)EGR閥完全開啟時(shí)，VGT流通面積才開始減?。恢挥挟?dāng)EGR閥完全開啟VGT流通面積最小時(shí)，節(jié)氣門才開始關(guān)閉。達(dá)到了 EGR閥控制為主，VGT流通面積調(diào)節(jié)為次，節(jié)氣門控制為輔的目的。此種方法在保證各個工況下精確控制進(jìn)氣的同時(shí)，降低了泵氣損失，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性，此外該聯(lián)合控制方法還減少了標(biāo)定工作量。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn):
1、急加速工況下的瞬態(tài)開環(huán)控制策略使得增壓器反應(yīng)靈敏、延遲減少，提高進(jìn)氣系統(tǒng)反應(yīng)速度，能夠使新鮮空氣最大限度進(jìn)入缸內(nèi)，優(yōu)化瞬態(tài)煙度排放。
[0015]2、協(xié)同控制策略以MAF為控制目標(biāo)，對進(jìn)排氣控制執(zhí)行部件與MAF、回流廢氣量以及增壓壓力之間的關(guān)系進(jìn)行了解耦，通過EGR閥控制為主，VGT流通面積調(diào)節(jié)為次，節(jié)氣門控制為輔的方法，簡化了控制策略，易于工業(yè)實(shí)踐。
[0016]3、協(xié)同控制策略可在保證精確控制進(jìn)氣的同時(shí)，降低了泵氣損失，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性，還減少了標(biāo)定工作量。
[0017]4、本發(fā)明分工況采用閉環(huán)或開環(huán)控制算法，改善了系統(tǒng)的控制效果。
[0018]5、本發(fā)明適用各種增壓柴油機(jī)，尤其是大功率的車用增壓柴油機(jī)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是增壓柴油機(jī)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是工況判斷單元結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元結(jié)構(gòu)示意圖圖4是程序總體流程圖
其中:發(fā)動機(jī)A、電控EGR閥(I)、節(jié)氣門(2)、可變幾何截面增壓器(VGT) (3)、壓氣機(jī)
(4)、冷卻器(5)、三通(6)、發(fā)動機(jī)排氣總管(7)、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管(8)、EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元(9)、工況判斷單元(10)、空氣流量傳感器(11)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(12)、油門踏板位置傳感器(13)、發(fā)動機(jī)扭矩傳感器(14)、CAN總線(15)、起動開關(guān)(16)、油門踏板位置信號(17)、信號處理電路I (18)、蓄電池I (19)、電源電路I (20)、單片機(jī)；[(21)、蓄電池U
(22)、電源電路II (23)、單片機(jī)II (24)、信號處理電路Π (25)、發(fā)動機(jī)扭矩信號(26)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號(27)、EGR閥驅(qū)動電路(28)、節(jié)氣門驅(qū)動電路(29)、VGT驅(qū)動電路(30)。
具體實(shí)施方案
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的增壓柴油機(jī)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)由電控EGR閥1、節(jié)氣門2、可變幾何截面增壓器(VGT)3、壓氣機(jī)4、冷卻器5、三通6、發(fā)動機(jī)排氣總管7、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管8、EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元9、工況判斷單元10、空氣流量傳感器
11、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器12、油門踏板位置傳感器13、發(fā)動機(jī)扭矩傳感器14、CAN總線15和起動開關(guān)16組成，其中油門踏板位置傳感器13與工況判斷單元10連接；空氣流量傳感器
11、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器12和發(fā)動機(jī)扭矩傳感器14與EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元9連接；起動開關(guān)16 —端與EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元9連接，另一端與工況判斷單元10連接；EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元9和工況判斷單元10由CAN總線15連接；三通6的入口與發(fā)動機(jī)排氣總管7連接，三通6 —出口與可變幾何截面增壓器(VGT) 3，另一出口與EGR閥I連接；EGR閥I出口經(jīng)冷卻器5與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管8連接；節(jié)氣門2出口與壓氣機(jī)4入口連接；壓氣機(jī)4出口經(jīng)冷卻器5與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管8連接。
[0022]如圖2所示，增壓柴油機(jī)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)的工況判斷單元10中蓄電池！ 19經(jīng)電源電路！ 20向單片機(jī)I 21供電，油門踏板位置信號17經(jīng)信號處理電路I 18向單片機(jī)！ 21傳輸。
[0023]如圖3所示，增壓柴油機(jī)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)的EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元9中蓄電池II 22經(jīng)電源電路II 23分別向單片機(jī)Π 24、EGR閥驅(qū)動電路28、
節(jié)氣門驅(qū)動電路29以及VGT驅(qū)動電路30供電，電控EGR閥I由EGR閥驅(qū)動電路28控制，節(jié)氣門2由節(jié)氣門驅(qū)動電路29控制，VGT 3由VGT驅(qū)動電路30控制，發(fā)動機(jī)扭矩信號26和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號27經(jīng)信號處理電路Π 25向單片機(jī)Π 24傳輸。
[0024]一種EGR閥和VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制方法包括下列步驟:
1)采集油門踏板位置傳感器13的信號，傳送給工況判斷單元10；
2)工況判斷單元10根據(jù)油門踏板位置以及變化速率判斷是否為急加速工況；
3)工況判斷結(jié)果信號經(jīng)過CAN總線15傳送給EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元9；
4)EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元9根據(jù)工況判斷結(jié)果信號決定采用急加速工況下的開環(huán)控制策略，或EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略；
5)急加速工況下的瞬態(tài)開環(huán)控制策略為，節(jié)氣門全開、EGR閥全關(guān)同時(shí)VGT流通面積達(dá)到最??；
6)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略為，采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器12、和發(fā)動機(jī)扭矩傳感器14的信號，查詢二維脈譜得到MAF目標(biāo)值；
7)采集空氣流量傳感器11得到MAF實(shí)測值；
8)該協(xié)同控制策略以MAF目標(biāo)值與實(shí)測值之差為控制輸入，通過[0，3]之間的值(EIV)控制EGR閥、VGT以及節(jié)氣門的狀態(tài)；
9)由上述控制策略計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥、VGT以及節(jié)氣門需要的脈寬調(diào)節(jié)信號值，分別輸出給各個部件的驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)了三閥協(xié)同控制。
【權(quán)利要求】
1.一種EGR閥和VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于由電控EGR閥(I)、節(jié)氣門(2)、可變幾何截面增壓器(VGT) (3)、壓氣機(jī)(4)、冷卻器(5)、三通(6)、發(fā)動機(jī)排氣總管(7)、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管(8)、EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元(9)、工況判斷單元(10)、空氣流量傳感器(11)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(12)、油門踏板位置傳感器(13)、發(fā)動機(jī)扭矩傳感器(14)、CAN總線(15 )和起動開關(guān)(16 )組成，其中油門踏板位置傳感器(13 )與工況判斷單元(10 )連接；空氣流量傳感器(11)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(12)和發(fā)動機(jī)扭矩傳感器(14)與EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元(9 )連接；起動開關(guān)(16 ) —端與EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元(9 )連接，另一端與工況判斷單元(10)連接；EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元(9)和工況判斷單元(10)由CAN總線(15)連接；三通(6)的入口與發(fā)動機(jī)排氣總管(7)連接，三通(6) —出口與可變幾何截面增壓器(VGT) (3)，另一出口與EGR閥(I)連接；EGR閥(I)出口經(jīng)冷卻器(5)與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管(8)連接；節(jié)氣門(2)出口與壓氣機(jī)(4)入口連接；壓氣機(jī)(4)出口經(jīng)冷卻器(5)與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管(8)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的EGR閥和VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于所述的工況判斷單元(10)中蓄電池I (19)經(jīng)電源電路I (20)向單片機(jī)I (21)供電，油門踏板位置信號(17)經(jīng)信號處理電路I (18)向單片機(jī)I (21)傳輸。
3.按權(quán)利要求1所述的EGR閥和VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于所述的EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元(9)中蓄電池H (22)經(jīng)電源電路Π (23)分別向單片機(jī)Π (24)、EGR閥驅(qū)動電路(28 )、節(jié)氣門驅(qū)動電路(29 )以及VGT驅(qū)動電路(30 )供電，電控EGR閥(I)由EGR閥驅(qū)動電路(28)控制，節(jié)氣門(2)由節(jié)氣門驅(qū)動電路(29)控制，VGT (3)由VGT驅(qū)動電路(30)控制，發(fā)動機(jī)扭矩信號(26)和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號(27)經(jīng)信號處理電路H (25)向單片機(jī)II (24)傳輸。
4.一種EGR閥和VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于包括下列步驟: 1)采集油門踏板位置傳感器(13)的信號，傳送給工況判斷單元(10)； 2)工況判斷單元(10)根據(jù)油門踏板位置以及變化速率判斷是否為急加速工況； 3)工況判斷結(jié)果信號經(jīng)過CAN總線(15)傳送給EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元(9): 4)EGR閥VGT節(jié)氣門電控單元(9)根據(jù)工況判斷結(jié)果信號決定采用急加速工況下的開環(huán)控制策略，或EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略； 5)急加速工況下的瞬態(tài)開環(huán)控制策略為，節(jié)氣門全開、EGR閥全關(guān)同時(shí)VGT流通面積達(dá)到最?。? 6)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略為，采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(12)、和發(fā)動機(jī)扭矩傳感器(14)的信號，查詢二維脈譜得到MAF目標(biāo)值； 7)采集空氣流量傳感器(11)得到MAF實(shí)測值； 8)該協(xié)同控制策略以MAF目標(biāo)值與實(shí)測值之差為控制輸入，通過[0，3]之間的值控制EGR閥、VGT以及節(jié)氣門的狀態(tài)； 9)由上述控制策略計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥、VGT以及節(jié)氣門需要的脈寬調(diào)節(jié)信號值，分別輸出給各個部件的驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)了三閥協(xié)同控制。
【文檔編號】F02D13/00GK104153903SQ201310174277
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月13日
【發(fā)明者】趙靖華, 洪偉, 譚振江, 于曉鵬, 梁海英, 解方喜, 李小平, 王海燕 申請人:吉林師范大學(xué)