CN103343716A - 进气节流阀控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种进气节流阀控制方法及装置，其方法包括：设定排气温度Tset和进气质量流量mset；当发动机处于低速低负荷工况且实际排气温度Tact小于所述设定的排气温度Tset时，采用闭环控制模式，以设定的排气温度Tset为控制目标调节进气节流阀开度；当发动机处于高速高负荷工况且实际进气质量流量mact大于所述设定的进气质量流量mset时，采用闭环控制模式，以设定的进气质量流量mset为控制目标调节进气节流阀开度；当发动机处于其他工况时，进气节流阀处于开环控制模式。该方法及装置能够根据发动机的工作状态对EGR率和温度分别进行精确控制，从而显著提升发动机性能。

Description

进气节流阀控制方法及装置
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是对发动机的进气节流阀进行控制的方法。本发明还涉及实现所述控制方法的控制装置。
背景技术
柴油机必须采用适当的后处理系统才能满足排放要求，尾气后处理系统已逐渐成为柴油动力的标准配置。
目前，柴油车辆和机械一般采用EGR（废气再循环系统）、SCR（尿素选择性催化还原系统）、DPF（微粒捕集器）等尾气处理装置。
EGR可将部分废气引入进气从而降低发动机排放中氮氧浓度的系统，其引入进气系统的废气流量与进气系统的总流量的比值为EGR率，引入的废气比例越高EGR率越大。
SCR是降低重型柴油机的NOX排放的一种有效方式，其利用喷入的氨气把烟气中的NOX还原成N2和H2O。
DPF是一种安装在排气管末端的机外处理装置，在发动机运行过程中，柴油机排气通过DPF时，排气中所带有的微粒被DPF中的过滤体吸附和沉淀，从而起到对排气进行净化的作用。
进气节流阀是一种用于控制发动机进气量的节流阀，其在发动机上主要有两种用途：
其一是在发动机处于低速低负荷情况下通过限制进气量，使燃烧恶化增加排气温度，从而为SCR系统反应或DPF再生时的碳氢喷射提供合理的燃烧温度；
其二是在高速高负荷情况下通过限制进气量增大EGR率从而降低氮氧化合物的生成。
可见，为实现上述功能，必须对进气节流阀进行有效的控制，而现有技术仅通过基于进气质量流量的进气节流阀控制方式来同时实现EGR率控制和温度控制。
这种控制方式对EGR率的控制虽然是直接的，但当其用于控制温度时，由于控制对象（进气节流阀）和控制目标（温度）分离，并不直接关联，因此这种控制方式是间接的，不易准确控制且标定量较大。
因此，如何改进发动机进气节流阀的控制方式，以提高控制精度，并尽可能的减少标定量，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种进气节流阀控制方法。该方法能够根据发动机的工作状态对EGR率和温度分别进行精确控制，并大幅减少标定量，从而显著提升发动机性能。
本发明的第二目的是提供一种实现上述控制方法的进气节流阀控制装置。
为了实现上述第一目的，本发明提供一种进气节流阀控制方法，包括：
设定排气温度Tset和进气质量流量mset；
当发动机处于低速低负荷工况且实际排气温度Tact小于所述设定的排气温度Tset时，采用基于实际排气温度Tact的闭环控制模式，以设定的排气温度Tset为控制目标调节进气节流阀开度；
当发动机处于高速高负荷工况且实际进气质量流量mact大于所述设定的进气质量流量mset时，采用基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式，以设定的进气质量流量mset为控制目标调节进气节流阀开度；
当发动机处于其他工况时，进气节流阀处于开环控制模式。
优选地，其中：
若处于基于实际排气温度Tact的闭环控制模式，则当发动机脱离低速低负荷工况，且实际排气温度Tact大于设定的排气温度Tset时，转移至开环控制模式。
优选地，其中：
若处于开环控制模式，则当发动机进入低速低负荷工况，且实际排气温度Tact小于设定的排气温度Tset时，转移至基于实际排气温度Tact的闭环控制模式。
优选地，其中：
若处于开环控制模式，则当发动机进入高速高负荷工况，且实际进气质量流量mact大于所述设定的进气质量流量mset时，转移至基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式。
优选地，其中：
若处于基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式，则当发动机脱离高速高负荷工况，且实际进气质量流量mact小于所述设定的进气质量流量mset时，转移至开环控制模式。
优选地，其中，采用基于实际排气温度Tact的闭环控制模式包括：
采集实际排气温度Tact；
以设定的排气温度Tset和实际排气温度Tact为输入参数进行PID运算得出进气节流阀开度；
通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，输出占空比控制信号调节进气节流阀开度。
优选地，其中：采用基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式包括：
采集实际进气质量流量mact；
以设定的进气质量流量mset和实际质量流量mact为输入参数进行PID运算得出进气节流阀开度；
通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，输出占空比控制信号调节进气节流阀开度。
优选地，其中，在开环控制模式下，所述进气节流阀处于全开状态。
为实现上述第二目的，本发明提供一种进气节流阀控制装置，用于实现上述任一项所述的进气节流阀控制方法，包括：
温度传感器，采集发动机的实际排气温度Tact；
质量流量传感器，采集发动机的实际进气质量流量mact；
第一控制器，以设定的排气温度Tset和实际排气温度Tact为输入参数进行运算得出进气节流阀开度，或者以设定的进气质量流量mset和实际质量流量mact为输入参数进行运算得出进气节流阀开度；
第二控制器，接收第一控制器输出的进气节流阀开度信号，通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，并输出占空比控制信号调节进气节流阀开度。
优选地，所述第一控制器为PID控制器，其进行PID运算得出进气节流阀开度。
与现有技术相比，本发明没有单纯的采用基于进气质量流量的进气节流阀控制方式来同时控制EGR率和温度，而是将发动机的工况划分为低速低负荷、高速高负荷以及除此之外的中速中负荷三种基本工况，当发动机处于不同的工况，且实际排气温度Tact和设定排气温度Tset满足设定的条件时，分别采用基于实际排气温度Tact的闭环控制模式、基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式和开环控制模式三种不同的控制方式，能够根据发动机的工作状态对EGR率和温度分别进行精确控制，从而满足不同工况的需求，大幅减少标定量，显著提升发动机性能。
附图说明
图1为设有进气节流阀的发动机示意图；
图2为本发明所提供进气节流阀控制方法的流程图；
图3为图2中所示模式1的控制流程图；
图4为图2中所示模式3的控制流程图；
图5为图2中所示模式2的控制流程图。
图中：
10.温度传感器  20.发动机  30.质量流量传感器  40.增压器50.EGR  60.进气节流阀
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的进气节流阀控制方法，将发动机的工况划分为低速低负荷、高速高负荷以及除此之外的中速中负荷三种基本工况。
其中，低速低负荷工况指发动机转速和扭矩分别小于标定转速和标定扭矩的25-35%，高速高负荷工况指其转速和扭矩分别大于标定转速和扭矩的65-75%，其余工况为中速中负荷。
本实施例中的发动机低速低负荷工况指其转速和扭矩分别小于标定转速和标定扭矩的30%，中速中负荷工况指其转速和扭矩分别大于标定转速和标定扭矩的30%且小于标定转速和标定扭矩的70%，高速高负荷工况指其转速和扭矩分别大于标定转速和标定扭矩的70%。
请参考图1、图2，图1为设有进气节流阀的发动机示意图；图2为本发明所提供进气节流阀控制方法的流程图。
在一种具体实施方式中，本发明提供的进气节流阀控制方法，包括以下步骤：
S11，根据SCR和/或DPF在发动机处于低速低负荷工况下的后处理需求设定排气温度Tset；以及
根据EGR在发动机处于高速高负荷工况下的EGR率需求设定进气质量流量mset；
S12，当发动机处于低速低负荷工况且实际排气温度Tact小于设定的排气温度Tset时，采用基于实际排气温度Tact的闭环控制模式（即模式1），以设定的排气温度Tset为控制目标调节进气节流阀开度；
S13，当发动机处于高速高负荷工况且实际进气质量流量mact小于设定的进气质量流量mset时，采用基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式（即模式3），以设定的进气质量流量mset为控制目标调节进气节流阀开度；
S14，当发动机处于其他工况时，进气节流阀处于开环控制模式（即模式2）。
请参考图3，图3为图2中所示模式1的控制流程图。
如图所示，上述步骤S12，基于实际排气温度Tact的闭环控制模式，包括以下步骤：
S12.1，采集实际排气温度Tact；
S12.2，以设定的排气温度Tset和实际排气温度Tact为输入参数进行PID运算得出进气节流阀开度；
S12.3，通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，输出占空比控制信号调节进气节流阀开度，实现低温低速时排气温度控制。
请参考图4，图4为图2中所示模式2的控制流程图。
如图所示，上述步骤S13，基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式包括以下步骤：
S13.1，采集实际进气质量流量mact；
S13.2，以设定的进气质量流量mset和实际质量流量mact为输入参数进行PID运算得出进气节流阀开度；
S13.3，通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，输出占空比控制信号调节进气节流阀开度，实现进气质量流量的控制。
请参考图5，图5为图2中所示模式2的控制流程图。
如图所示，上述步骤S14直接进行进气节流阀的开环控制，以满足中间状态的发动机进气需求，在此控制模式下，进气节流阀一般为全开。
上述三种控制模式在不同条件下可自动切换，其切换条件如下：
条件1：发动机脱离低速低负荷工况且实际排气温度Tact大于设定的排气温度Tset。
条件2：发动机进入低速低负荷工况且实际排气温度Tact小于设定的排气温度Tset。
条件3：发动机进入高速高负荷工况且实际进气质量流量mact大于设定的进气质量流量mset。
条件4：发动机脱离高速高负荷工况且实际进气质量流量mact小于设定的进气质量流量mset。
当控制状态处于模式1且满足条件1时进气节流阀由基于实际排气温度Tact的闭环控制转移到开环控制；当控制状态处于模式2且满足条件2时进气节流阀由开环控制转移到基于实际排气温度Tact的闭环控制；当控制状态处于模式2且满足条件3时进气节流阀由开环控制转移到基于进气质量流量mact的闭环控制；当控制状态处于模式3且满足条件4时进气节流阀由基于进气质量流量mact的闭环控制转移到开环控制。
请一并参考图1，除了上述进气节流阀控制方法，本发明还提供一种进气节流阀控制装置，用于实现上文所述的进气节流阀控制方法，其主要由以下元器件组成：
温度传感器10，设于发动机20的排气通路，用于采集发动机的实际排气温度Tact。
质量流量传感器30，设于发动机20的进气通路，用于采集发动机的实际进气质量流量mact。
发动机20的排气通路与进气通路之间设有增压器40和EGR50，进气节流阀60设于增压器40和EGR50之间的进气通路上。
第一控制器，这里采用PID控制器，其用于流量控制，能够进行PID运算得出进气节流阀开度。
当控制装置处于上述模式1时，PID控制器能够以设定的排气温度Tset和实际排气温度Tact为输入参数进行运算得出进气节流阀开度。
当控制装置处于上述模式3时，PID控制器能够以设定的进气质量流量mset和实际质量流量mact为输入参数进行运算得出进气节流阀开度。
第二控制器，接收第一控制器输出的进气节流阀开度信号，通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，并输出占空比控制信号调节进气节流阀开度，可采用PLC、单片机或PC系统等。
当然，上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，采用其他类型的控制器来实现闭环控制等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
以上对本发明所提供的进气节流阀控制方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种进气节流阀控制方法，包括：
设定排气温度Tset和进气质量流量mset；
当发动机处于低速低负荷工况且实际排气温度Tact小于所述设定的排气温度Tset时，采用基于实际排气温度Tact的闭环控制模式，以设定的排气温度Tset为控制目标调节进气节流阀开度；
当发动机处于高速高负荷工况且实际进气质量流量mact大于所述设定的进气质量流量mset时，采用基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式，以设定的进气质量流量mset为控制目标调节进气节流阀开度；
当发动机处于其他工况时，进气节流阀处于开环控制模式。
2.根据权利要求1所述的进气节流阀控制方法，其中：
若处于基于实际排气温度Tact的闭环控制模式，则当发动机脱离低速低负荷工况，且实际排气温度Tact大于设定的排气温度Tset时，转移至开环控制模式。
3.根据权利要求1所述的进气节流阀控制方法，其中：
若处于开环控制模式，则当发动机进入低速低负荷工况，且实际排气温度Tact小于设定的排气温度Tset时，转移至基于实际排气温度Tact的闭环控制模式。
4.根据权利要求1所述的进气节流阀控制方法，其中：
若处于开环控制模式，则当发动机进入高速高负荷工况，且实际进气质量流量mact大于所述设定的进气质量流量mset时，转移至基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式。
5.根据权利要求1所述的进气节流阀控制方法，其中：
若处于基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式，则当发动机脱离高速高负荷工况，且实际进气质量流量mact小于所述设定的进气质量流量mset时，转移至开环控制模式。
6.根据权利要求1至5任一项所述的进气节流阀控制方法，其中，采用基于实际排气温度Tact的闭环控制模式包括：
采集实际排气温度Tact；
以设定的排气温度Tset和实际排气温度Tact为输入参数进行PID运算得出进气节流阀开度；
通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，输出占空比控制信号调节进气节流阀开度。
7.根据权利要求1至5任一项所述的进气节流阀控制方法，其中：采用基于实际进气质量流量mact的闭环控制模式包括：
采集实际进气质量流量mact；
以设定的进气质量流量mset和实际质量流量mact为输入参数进行PID运算得出进气节流阀开度；
通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，输出占空比控制信号调节进气节流阀开度。
8.根据权利要求1至5任一项所述的进气节流阀控制方法，其中，在开环控制模式下，所述进气节流阀处于全开状态。
9.一种进气节流阀控制装置，用于实现上述权利要求1至8任一项所述的进气节流阀控制方法，其特征在于，包括：
温度传感器，采集发动机的实际排气温度Tact；
质量流量传感器，采集发动机的实际进气质量流量mact；
第一控制器，以设定的排气温度Tset和实际排气温度Tact为输入参数进行运算得出进气节流阀开度，或者以设定的进气质量流量mset和实际质量流量mact为输入参数进行运算得出进气节流阀开度；
第二控制器，接收第一控制器输出的进气节流阀开度信号，通过开度占空比转换曲线得到控制占空比，并输出占空比控制信号调节进气节流阀开度。
10.根据权利要求9所述的进气节流阀控制装置，其特征在于，所述第一控制器为PID控制器，其进行PID运算得出进气节流阀开度。
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