一種增壓柴油機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】一種柴油機進排氣控制系統(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)動機的空氣質(zhì)量流量（MAF）。該發(fā)動機控制系統(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，該策略可提高進氣系統(tǒng)反應速度、優(yōu)化瞬態(tài)煙度排放；或以MAF目標值與實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，同時還達到了改善燃油經(jīng)濟性，減少標定工作量的目的。
【專利說明】—種增壓柴油機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)明屬柴油機進排氣反饋控制【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)可改善柴油機運行和減少NOx排放，增壓技術(shù)可提高柴油機的進氣密度、空氣質(zhì)量流量(MAF)和功率，并且車用柴油機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匹配中存在的低速扭矩不足、部分負荷經(jīng)濟性差、瞬態(tài)響應遲緩等問題以外，還能有效解決部分工況進排氣壓力逆差問題，增大EGR可實現(xiàn)的范圍。但是，EGR閥與VGT配合調(diào)節(jié)進氣會受到VGT與發(fā)動機匹配要求限制，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)系甚為復雜。傳統(tǒng)的單輸入單輸出策略同時控制MAF和回流廢氣是十分困難的，由此導致目前可用的VGT與EGR閥、節(jié)氣門聯(lián)合控制器大多為高度復雜的系統(tǒng)，且需要極其費力地去校準。此外，增壓柴油機急加速工況下的EGR和VGT技術(shù)的優(yōu)化應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，提供一種柴油機進排氣控制系統(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，對上述三進排氣控制執(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、冷卻器、三通、發(fā)動機排氣總管、發(fā)動機進氣總管、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)動機轉(zhuǎn)速傳感器、油門踏板位置傳感器、發(fā)動機扭矩傳感器、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)動機轉(zhuǎn)速傳感器和發(fā)動機扭矩傳感器與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)動機進氣總管連接；節(jié)氣門出口與壓氣機入口連接；壓氣機出口經(jīng)冷卻器與發(fā)動機進氣總管連接。
[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I供電，油門踏板位置信號經(jīng)信號處理電路I向單片機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)動機扭矩信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號經(jīng)信號處理電路II向單片機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VGT流通面積達到最小；
6)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略為，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、和發(fā)動機扭矩傳感器的信號，查詢二維脈譜得到MAF目標值；
7)采集空氣流量傳感器得到MAF實測值；
8)該協(xié)同控制策略以MAF目標值與實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目標值與實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VGT流通面積達到最小，使得增壓器反應靈敏、延遲減少，提高進氣系統(tǒng)反應速度，能夠使新鮮空氣最大限度進入缸內(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EIV值處在[0，I]之間表示VGT達到流通面積最大，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??；當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]通過應用上述協(xié)同控制策略，在節(jié)氣門全開VGT達到流通面積最大時，單純靠調(diào)節(jié)EGR閥能完成一定工況下的進氣調(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EGR閥全開靠調(diào)節(jié)VGT流通面積也能完成部分工況的進氣調(diào)節(jié)任務(wù)；如果EGR閥全開VGT流通面積達到最小都不能滿足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EGR閥完全開啟時，VGT流通面積才開始減??；只有當EGR閥完全開啟VGT流通面積最小時，節(jié)氣門才開始關(guān)閉。達到了 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氣的同時，降低了泵氣損失，改善了燃油經(jīng)濟性，此外該聯(lián)合控制方法還減少了標定工作量。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點:
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靈敏、延遲減少，提高進氣系統(tǒng)反應速度，能夠使新鮮空氣最大限度進入缸內(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，對進排氣控制執(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)實踐。
[0016]3、協(xié)同控制策略可在保證精確控制進氣的同時，降低了泵氣損失，改善了燃油經(jīng)濟性，還減少了標定工作量。
[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，尤其是大功率的車用增壓柴油機。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是增壓柴油機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
(4)、冷卻器(5)、三通(6)、發(fā)動機排氣總管(7)、發(fā)動機進氣總管(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)動機轉(zhuǎn)速傳感器(12)、油門踏板位置傳感器(13)、發(fā)動機扭矩傳感器(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；[(21)、蓄電池U
(22)、電源電路II (23)、單片機II (24)、信號處理電路Π (25)、發(fā)動機扭矩信號(26)、發(fā)動機轉(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)。
具體實施方案
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步說明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的增壓柴油機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4、冷卻器5、三通6、發(fā)動機排氣總管7、發(fā)動機進氣總管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)動機轉(zhuǎn)速傳感器12、油門踏板位置傳感器13、發(fā)動機扭矩傳感器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)動機轉(zhuǎn)速傳感器12和發(fā)動機扭矩傳感器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)動機進氣總管8連接；節(jié)氣門2出口與壓氣機4入口連接；壓氣機4出口經(jīng)冷卻器5與發(fā)動機進氣總管8連接。
[0022]如圖2所示，增壓柴油機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！ 21傳輸。
[0023]如圖3所示，增壓柴油機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)動機扭矩信號26和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號27經(jīng)信號處理電路Π 25向單片機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VGT流通面積達到最??；
6)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略為，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器12、和發(fā)動機扭矩傳感器14的信號，查詢二維脈譜得到MAF目標值；
7)采集空氣流量傳感器11得到MAF實測值；
8)該協(xié)同控制策略以MAF目標值與實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(4)、冷卻器(5)、三通(6)、發(fā)動機排氣總管(7)、發(fā)動機進氣總管(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)動機轉(zhuǎn)速傳感器(12)、油門踏板位置傳感器(13)、發(fā)動機扭矩傳感器(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)動機轉(zhuǎn)速傳感器(12)和發(fā)動機扭矩傳感器(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)動機進氣總管(8)連接；節(jié)氣門(2)出口與壓氣機(4)入口連接；壓氣機(4)出口經(jīng)冷卻器(5)與發(fā)動機進氣總管(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)動機扭矩信號(26)和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號(27)經(jīng)信號處理電路H (25)向單片機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VGT流通面積達到最?。? 6)EGR閥與VGT以及節(jié)氣門協(xié)同控制策略為，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器(12)、和發(fā)動機扭矩傳感器(14)的信號，查詢二維脈譜得到MAF目標值； 7)采集空氣流量傳感器(11)得到MAF實測值； 8)該協(xié)同控制策略以MAF目標值與實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