CN105673543A - 一种防止涡轮增压器喘振的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，获取避免压气机发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值，将所述最小流量值与驾驶意图期望的节气门流量值进行比对，当所述驾驶意图期望的节气门流量值小于所述最小流量值时，根据所述最小流量值延迟关闭所述节气门。本发明提供的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，解决现有技术中采用进气泄压阀系统防止喘振，导致的成本增加、泄流时易产生噪音、以及限制涡轮增压器的性能优化和选型设计的问题。

Description

一种防止涡轮增压器喘振的控制方法

技术领域

本发明属于车辆系统控制领域，涉及一种防止涡轮增压器喘振的控制方法。

背景技术

涡轮增压器是目前汽车领域常采用的一种结构，其利用汽油机排出的废气能量驱动涡轮，从而利用涡轮带动同轴的压气机对空气做功，将压缩空气送入汽油机气缸。涡轮增压器具有提高发动机功率、提高燃油经济性，降低油耗、降低废气排放和提供高原补偿功能等优点。但是，涡轮增压系统中的压气机在工况发生改变时，易出现喘振现象，即当流经压气机的空气流量减小到一定程度，而使运行工况点进入了喘振边界线的左侧区，使得空气流量会忽大忽小、压力时高时低，甚至会出现气流由压气机倒流到外界大气中去的现象，喘振现象会导致发动机机件的强烈机械振动和热端超温，并在很短的时间内造成机件的严重损坏。

现有技术中，为了防止涡轮增压汽油机系统出现喘振，一般会在气压机上下游之间配备进气泄压阀系统，具体包括进气泄压阀、控制该进气泄压阀的电磁阀和气体泄流的旁通管路，当增压工况降扭，导致节气门急关时，进气泄压阀会适时打开，将压气机后的高压气体送回到压气机前，从而避免压气机发生喘振。但设置进气泄压阀系统，一方面增加了增压系统的成本，而且在泄流时易产生噪音，同时对于进气泄压阀系统集成在压气机壳的方案，还会一定程度上限制涡轮增压器的性能优化和选型设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，旨在解决现有技术中采用进气泄压阀系统防止喘振，导致的成本增加、泄流时易产生噪音、以及限制涡轮增压器的性能优化和选型设计的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明提供了一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，获取避免压气机发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值，将所述最小流量值与驾驶意图期望的节气门流量值进行比对，当所述驾驶意图期望的节气门流量值小于所述最小流量值时，根据所述最小流量值延迟关闭所述节气门。

进一步，所述控制方法具体包括如下步骤：

步骤一：获取压气机出口端至节气门的管路内气体的温度、节气门处的气体流量、所述管路内的气体压力随时间的变化率、管路的容积，根据所述管路内的气体温度、所述节气门处的气体流量、所述变化率、所述管路容积得到压气机的流量；

步骤二：获取压气机的入口端的气体的压力和温度、所述管路内的气体压力，根据所述压气机入口端的气体的压力和所述管路内的气体压力得到压气机的压比；根据所述压气机入口端的气体的压力和温度、所述压气机的流量得到压气机的折合流量；

步骤三：根据所述压气机的压比、所述压气机的折合流量和压气机的特性曲线图，得到压气机的折合转速；

步骤四：根据所述压气机的折合转速和所述压气机的特性曲线图，得到当前压气机转速下的所述压气机喘振边界的压比和折合流量；

步骤五：根据所述压气机喘振边界的压比和折合流量、所述节气门处的流量、所述压气机的流量、所述压气机的压比、所述压气机入口端的气体压力和温度、所述管路内的气体温度、所述管路容积，得到避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值；

步骤六：将所述避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值与驾驶意图期望的节气门流量值进行比对，当所述驾驶意图期望的节气门流量值小于所述最小流量值时，根据所述最小流量值延迟关闭所述节气门。

进一步，所述步骤一中，所述压气机的流量通过如下公式得到：

$m_{cmp}=m_{dk}+\frac{{\mathrm{dp}}_{boost}}{dt}\·\frac{V}{{\mathrm{RT}}_{boost}};$

其中，m_cmp为所述压气机的流量，m_dk为所述节气门处的气体流量，p_boost为所述管路内的气体压力，为所述管路内的气体压力随时间的变化率，V为所述管路的容积，T_boost为所述管路内的气体温度，R为理想气体常数。

进一步的，所述步骤二中，所述压气机的压比和折合流量分别根据如下公式得到：

$PR=\frac{p_{boost}}{p_{amb}};$

$m_{cmp\_cor}=m_{cmp}\·\sqrt{\frac{T_{amb}}{298}}/\frac{p_{amb}}{100};$

其中，PR为所述压气机的压比，m_{cmp_cor}为所述压气机的折合流量，p_amb为所述压气机的入口端的气体的压力，T_amb为所述压气机的入口端的气体的温度。

进一步的，所述步骤五中，所述避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值根据如下公式得到：

$m_{dksur}=m_{dk}-m_{cmp}+m_{cmpsur}=-({\mathrm{PR}}_{cmpsur}-PR)\·\frac{p_{amb}V}{{\mathrm{RT}}_{bost}};$

$m_{cmpsur}=m_{cmpsur\_cor}\·\frac{p_{amb}}{100}/\sqrt{\frac{T_{amb}}{298}};$

其中，m_dksur为避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值，m_cmpsur为压气机喘振边界的流量，PR_cmpsur为压气机喘振边界的压比，m_{cmpsur_cor}为压气机喘振边界的折合流量。

进一步的，所述步骤一中，管路内气体的温度根据压气机出口端气体的温度和节气门入口端的气体的温度得到。

进一步的，所述控制方法还包括步骤七：重复步骤一至步骤六，以实现防止发生喘振的实时控制。

进一步的，所述步骤六还包括：延迟关闭所述节气门后，提早打开废气放气阀、短时推迟点火时刻限值和/或分缸断油。

进一步的，所述提早打开废气放气阀具体包括：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第一阈值时，打开废气放气阀。

进一步的，所述短时推迟点火时刻限值具体包括：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第二阈值时，推迟发动机的最晚点火时刻限值。

进一步的，所述分缸断油具体包括：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第三阈值时，对发动机的部分气缸进行断油操作。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

解决了现有技术中采用进气泄压阀系统防止喘振，导致的成本增加、泄流时易产生噪音、以及限制涡轮增压器的性能优化和选型设计的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法中压气机与节气门的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法中压气机的特性曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

本发明提供了一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，获取避免压气机发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值，将所述最小流量值与驾驶意图期望的节气门流量值进行比对，当所述驾驶意图期望的节气门流量值小于所述最小流量值时，根据所述最小流量值延迟关闭所述节气门。图1是本发明实施例中压气机、管路及节气门的结构示意图，其中，压气机通过管路与节气门连通，气流依次通过压气机、管路和节气门。所述驾驶意图期望的节气门流量值可根据现有技术得到，主要通过设置在加速踏板(油门)处的传感器获取踏板移动量，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，从而计算得到所述驾驶意图期望的节气门流量值。

进一步的，所述一种防止涡轮增压器喘振的控制方法具体包括如下步骤：

步骤一：获取压气机出口端至节气门的管路内气体的温度T_boost、节气门处的气体流量m_dk、所述管路内的气体压力p_boost随时间的变化率管路的容积V，根据所述管路内的气体温度T_boost、所述节气门处的气体流量m_dk、所述变化率所述管路容积V得到压气机的流量m_cmp；

步骤二：获取压气机的入口端的气体的压力p_amb和温度T_amb、所述管路内的气体压力p_boost，根据所述压气机入口端的气体的压力p_amb和所述管路内的气体压力p_boost得到压气机的压比PR；根据所述压气机入口端的气体的压力p_amb和温度T_amb、所述压气机的流量m_cmp得到压气机的折合流量m_{cmp_cor}；

步骤三：根据所述压气机的压比PR、所述压气机的折合流量m_{cmp_cor}和压气机的特性曲线图，得到压气机的折合转速N_{cmp_cor}；

步骤四：根据所述压气机的折合转速N_{cmp_cor}和所述压气机的特性曲线图，得到当前压气机转速下的所述压气机喘振边界的压比PR_cmpsur和折合流量m_{cmpsur_cor}；

步骤五：根据所述压气机喘振边界的压比PR_cmpsur和折合流量m_{cmpsur_cor}、所述节气门处的流量m_dk、所述压气机的流量m_cmp、所述压气机的压比PR、所述压气机入口端的气体压力p_amb和气体温度T_amb、所述管路内的气体温度T_boost、所述管路容积V，得到避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值m_dksur；

步骤六：将所述避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值与驾驶意图期望的节气门流量值进行比对，当所述驾驶意图期望的节气门流量值小于所述最小流量值时，根据所述最小流量值延迟关闭所述节气门。当所述驾驶意图期望的节气门流量值大于所述最小流量值时，这时压气机不会发生喘振，因此不需额外进行操作。

进一步的，所述步骤一中，所述压气机的流量通过如下公式得到：

$m_{cmp}=m_{dk}+\frac{{\mathrm{dp}}_{boost}}{dt}\·\frac{V}{{\mathrm{RT}}_{boost}};$

其中，m_cmp为所述压气机的流量，m_dk为所述节气门处的流量，p_boost为所述管路内的气体压力，为所述管路内的气体压力随时间的变化率，V为所述管路的容积，T_boost为所述管路内的气体温度，R为理想气体常数。

进一步的，所述步骤二中，所述压气机的压比和折合流量分别根据如下公式得到：

$PR=\frac{p_{boost}}{p_{amb}};$

$m_{cmp\_cor}=m_{cmp}\·\sqrt{\frac{T_{amb}}{298}}/\frac{p_{amb}}{100};$

其中，PR为所述压气机的压比，m_{cmp_cor}为所述压气机的折合流量，p_amb为所述压气机的入口端的气体的压力，T_amb为所述压气机的入口端的气体的温度。

进一步的，所述步骤五中，所述避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值根据如下公式得到：

$m_{dksur}=m_{dk}-m_{cmp}+m_{cmpsur}-({\mathrm{PR}}_{cmpsur}-PR)\·\frac{p_{amb}V}{{\mathrm{RT}}_{boost}};$

$m_{cmpsur}=m_{cmpsur\_cor}\·\frac{p_{amb}}{100}/\sqrt{\frac{T_{amb}}{298}};$

其中，m_dksur为避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值，m_cmpsur为压气机喘振边界的流量，PR_cmpsur为压气机喘振边界的压比，m_{cmpsur_cor}为压气机喘振边界的折合流量。

进一步的，所述步骤一中，管路内气体的温度根据压气机出口端气体的温度和节气门入口端的气体的温度得到。

进一步的，所述一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，还包括步骤七：重复步骤一至步骤六，以实现防止发生喘振的实时控制。延迟关闭节气门后，继续循环步骤一至步骤六，可以实时监测压气机的工作状况，将得到最小流量值继续与驾驶意图期望的节气门流量值进行比对，可以实现防止发生喘振的实时控制。

进一步，所述一种防止涡轮增压器喘振的控制方法中步骤六还包括：延迟关闭所述节气门后，提早打开废气放气阀、短时推迟点火时刻限值和/或分缸断油。延迟关闭节气门会使得在急松油门时的发动机的输出扭矩下降较慢，从而影响驾驶性，通过采取提早打开废气放气阀、短时推迟点火时刻限值和/或分缸断油，均有助于消除对驾驶性的负面影响，上述三种措施可以只采取一种措施进行，也可同时采用多种措施结合来改善驾驶性能。

进一步的，所述提早打开废气放气阀具体为：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第一阈值时，打开废气放气阀。更早打开废气放气阀，能够使得发动机排气尽早流经废气放气阀排出，而非流经涡轮，有助于尽快降低涡轮增压器的转速，从而使得所计算出的防止喘振的进入节气门的气体的最小流量值更小，进而避免延迟关闭节气门对驾驶性的负面影响。

进一步的，所述短时推迟点火时刻限值具体为：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第二阈值时，推迟发动机的最晚点火时刻限值。即允许发动机采用比正常工况时更小的点火时刻，有助于发动机在延迟关闭节气门的过程中，实现较低的扭矩输出，进而避免对驾驶性的负面影响。

进一步的，所述分缸断油具体为：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第三阈值时，对发动机的部分气缸进行断油操作。对发动机的部分气缸进行断油操作，能够降低发动机的扭矩输出，进而避免延迟关闭节气门对驾驶性的负面影响。

上述第一阈值、第二阈值和第三阈值之间并没有大小关系的限定，可以相等，也可以不相同，当三者中的两者及以上相等时，可以同时采取相应措施来改善驾驶性能，不相同时，既可以择一进行操作，也可以按先后顺序，依次采取多种措施实现改善驾驶性能的目的。

本发明提供的防止涡轮增压器喘振的控制方法，解决了现有技术中采用进气泄压阀系统防止喘振，导致的成本增加、泄流时易产生噪音、以及限制涡轮增压器的性能优化和选型设计的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，获取避免压气机发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值，将所述最小流量值与驾驶意图期望的节气门流量值进行比对，当所述驾驶意图期望的节气门流量值小于所述最小流量值时，根据所述最小流量值延迟关闭所述节气门。

2.根据权利要求1所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一：获取压气机出口端至节气门的管路内气体的温度、节气门处的气体流量、所述管路内的气体压力随时间的变化率、管路的容积，根据所述管路内的气体温度、所述节气门处的气体流量、所述变化率、所述管路容积得到压气机的流量；

步骤二：获取压气机的入口端的气体的压力和温度、所述管路内的气体压力，根据所述压气机入口端的气体的压力和所述管路内的气体压力得到压气机的压比；根据所述压气机入口端的气体的压力和温度、所述压气机的流量得到压气机的折合流量；

步骤三：根据所述压气机的压比、所述压气机的折合流量和压气机的特性曲线图，得到压气机的折合转速；

步骤四：根据所述压气机的折合转速和所述压气机的特性曲线图，得到当前压气机转速下的所述压气机喘振边界的压比和折合流量；

步骤五：根据所述压气机喘振边界的压比和折合流量、所述节气门处的流量、所述压气机的流量、所述压气机的压比、所述压气机入口端的气体压力和温度、所述管路内的气体温度、所述管路容积，得到避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值；

步骤六：将所述避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值与驾驶意图期望的节气门流量值进行比对，当所述驾驶意图期望的节气门流量值小于所述最小流量值时，根据所述最小流量值延迟关闭所述节气门。

3.根据权利要求2所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，所述步骤一中，所述压气机的流量通过如下公式得到：

$m_{cmp}=m_{dk}+\frac{{\mathrm{dp}}_{boost}}{dt}\·\frac{V}{{\mathrm{RT}}_{boost}};$

其中，m_cmp为所述压气机的流量，m_dk为所述节气门处的气体流量，p_boost为所述管路内的气体压力，为所述管路内的气体压力随时间的变化率，V为所述管路的容积，T_boost为所述管路内的气体温度，R为理想气体常数。

4.根据权利要求3所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，所述步骤二中，所述压气机的压比和折合流量分别根据如下公式得到：

$PR=\frac{p_{boost}}{p_{amb}};$

$m_{cmp\_cor}=m_{cmp}\·\sqrt{\frac{T_{amb}}{298}}/\frac{p_{amb}}{100};$

其中，PR为所述压气机的压比，m_{cmp_cor}为所述压气机的折合流量，p_amb为所述压气机的入口端的气体的压力，T_amb为所述压气机的入口端的气体的温度。

5.根据权利要求4所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，所述步骤五中，所述避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值根据如下公式得到：

$m_{dksut}=m_{dk}-m_{cmp}+m_{cmpsur}-({\mathrm{PR}}_{cmpsur}-PR)\·\frac{p_{amb}V}{{\mathrm{RT}}_{boost}};$

$m_{cmpsur}=m_{cmpsur\_cor}\·\frac{p_{amb}}{100}/\sqrt{\frac{T_{amb}}{298}};$

其中，m_dksur为避免发生喘振的进入节气门的气体的最小流量值，m_cmpsur为压气机喘振边界的流量，PR_cmpsur为压气机喘振边界的压比，m_{cmpsur_cor}为压气机喘振边界的折合流量。

6.根据权利要求2所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，所述步骤一中，管路内气体的温度根据压气机出口端气体的温度和节气门入口端的气体的温度得到。

7.所述管路内的气体温度根据权利要求2所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，还包括步骤七：重复步骤一至步骤六，以实现防止发生喘振的实时控制。

8.根据权利要求2所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，所述步骤六还包括：延迟关闭所述节气门后，提早打开废气放气阀、短时推迟点火时刻限值和/或分缸断油。

9.根据权利要求8所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，所述提早打开废气放气阀具体包括：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第一阈值时，打开废气放气阀。

10.根据权利要求8所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，所述短时推迟点火时刻限值具体包括：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第二阈值时，推迟发动机的最晚点火时刻限值。

11.根据权利要求8所述的一种防止涡轮增压器喘振的控制方法，其特征在于，所述分缸断油具体包括：当所述最小流量值与所述驾驶意图期望的节气门流量值之间的差值达到设定的第三阈值时，对发动机的部分气缸进行断油操作。