CN105822447B - 共轨系统的轨压双激励控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种共轨系统的轨压双激励控制方法，对轨压突变过程的轨压控制分为多个阶段，平滑切换各控制模式，实现快速达到目标轨压、维持轨压稳定、减少能量损失的目标。本发明的优点在于：（1）快速稳定轨压，加快动态响应速度，提高动态动力性、排放性。（2）减少高压能量损失，提高系统经济型。（3）减小动态轨压超调量，提高油量喷射精确性。

Description

共轨系统的轨压双激励控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机控制领域，尤其是一种高压共轨的轨压控制方法。

背景技术

在电控高压共轨柴油机中，轨内压力的稳定性对喷油量的精度起到决定性决定性作用。随着国家法规对排放水平的提高，轨压稳定性控制越来越重要。调节轨压的典型方式有高压端的压力控制和低压端的流量控制。

高压端的压力控制，是通过提供足够的低压燃油，控制轨管上的压力调节阀电流，控制一定轨压。当轨内实际压力大于目标压力时，压力调节阀打开或增大一定开度，将轨管内部分燃油泄漏回到低压油路，达到减小轨压的目的；当轨内实际压力小于目标压力时，压力调节阀减小一定开度或关闭，减少轨管的燃油泄漏量，以达到稳定轨压的目的。这种高压端的控制方法对轨压稳定性控制具有很好的效果，但是，它需要提供过量的低压燃油，通过高压泄露维持轨压稳定，这样造成很大的能量损失，经济性很差。

低压端的流量控制，是通过控制低压端的流量调节阀开度，提供合适的燃油到轨管内，控制一定轨压。当轨内实际压力大于目标压力时，减小流量调节阀开度，减少进入轨管内的燃油，达到减小轨压的目的；当轨内实际压力小于目标压力时，增大流量调节阀开度，增加进入轨管内的燃油，达到增大轨压的目的。这种低压端的控制方法具有很好的经济型，稳态过程的轨压稳定性控制效果也比较好，但是，在发动机动态过程中，由于液力系统的固有延迟及惯性，会出现轨压调节过慢或超调，影响发动机性能。

为了综合这两种方式的优点，就出现了同时采用两种方式的双激励轨压控制，即同时采取低压流量调节阀和高压端压力调节阀。

现有专利一（中国专利CN 101896709）提出一种燃油压力调节系统。该系统具有第一阀门（PCV）和第二阀门（MCV），第一阀门（PCV）安装在高压端，控制轨压，第二阀门（MCV）安装在低压端，控制流量。第一阀门（PCV）作为主调节器，第二阀门（MCV）作为随动调节器，随动调节器给定预控制量，保证燃油流量足以使实际压力大于理论压力。同时，当实际压力小于理论压力时，随动调节器快速调节流量。现有专利一利用低压流量阀（第二阀门）减少高压调节阀（第一阀门）的能量损失，该方法只是减少一定能量损失，高压端还是有高压油泄漏，没有发挥低压流量阀控制轨压的优势。

现有专利二（中国专利CN 102016278）提出一种共轨系统的叠加的压力调节，在该方法中通常执行体积流控制阀调节模式。在执行体积流控制阀调节模式期间在需要时激活并暂时地执行压力控制阀调节模式，以便通过这种方式尤其是在动态过程中实现改善的压力调节特性。该方案可能保证最小的能量损失，但仅提出一种简单的控制模式切换协调，很明显，不能满足切换过程复杂而精确的轨压稳定时间和控制精度。专利二利用低压流量阀和高压压力调节阀的优势，实现轨压稳定性控制。该方法的关键应该是在说明情况下及如何完成两种或多种调节模式的切换，因为由体积流控制阀调节模式过渡到压力控制阀调节模式，由于流体冲击和压力调节阀由静摩擦转化到动摩擦的力发生变化，会出现轨压波动情况；反之，由压力控制阀调节模式过渡到体积流控制阀调节模式，也会由于摩擦力的变化或体积流控制阀的前馈数据的变化，出现轨压波动情况。该专利文献没有给出很好的处理措施。

现有专利三（中国专利CN 102510942）提出一种用于控制和调节内燃机的共轨的燃料压力的方法。在该方法中，在轨道压力调节回路中通过作为第一压力控制元件的低压侧的抽吸节流件调节轨道压力。本发明的特征在于，通过作为第二压力控制元件的高压侧的压力调节阀产生用于影响轨道压力的轨道压力干扰量，通过高压侧的压力调节阀将燃料从轨道中调控到燃料箱中，其中，根据压力调节阀的修正的理论体积流量计算轨道压力干扰量。该方法是在小油量情况下，利用第二压力控制元件的高压侧的压力调节阀模拟喷油器回油，提高第一压力控制元件的轨压控制稳定性。并没有发挥第二压力控制元件的高压侧的压力调节阀对压力控制的稳定性优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种共轨系统的轨压双激励控制方法，对轨压突变过程的轨压控制分为多个阶段，平滑切换各控制模式，实现快速达到目标轨压、维持轨压稳定、减少能量损失的目标。本发明采用的技术方案是：

本发明的方案利用低压端的流量调节阀（MCV）和高压端的压力调节阀（PCV）联合控制轨压。在轨压突变时，采用分阶段不同控制模式，平稳控制轨压。

一种共轨系统的轨压双激励控制方法，包括：

S1，在正常状态，工作在流量调节阀闭环控制轨压模式，采用低压端的流量调节阀闭环控制轨压，高压端的压力调节阀进行开环轨压限制；

S2，在需求目标轨压突升时，由流量调节阀闭环控制轨压模式切换到积分值冻结的压力调节阀闭环控制轨压模式，流量调节阀最大开度供油；当实际轨压达到小于需求目标轨压的临时目标轨压时，由积分值冻结的压力调节阀闭环控制轨压模式切换到正常压力调节阀闭环控制轨压模式；待轨压稳定一定时间后，流量调节阀供油量经过一段可标定的时间T_Cst由当前供油量最大值平滑过渡到临时目标供油量；当供油量达到临时目标供油量或实际轨压小于需求目标轨压或持续一标定时间T_Cst后，再由正常压力调节阀闭环控制轨压模式切换到流量调节阀闭环控制轨压模式，压力调节阀进行开环轨压限制；

S3，在需求目标轨压突降时，由流量调节阀闭环控制轨压模式直接切换到正常压力调节阀闭环控制轨压模式，流量阀供油量经过一定可标定的时间T_Cst′内平滑过渡到临时目标供油量；当供油量达到临时目标供油量或实际轨压小于需求目标轨压或持续一标定时间T_Cst′后，再由正常压力调节阀闭环控制轨压模式切换到流量调节阀闭环控制轨压模式，压力调节阀进行开环轨压限制。

S2中，临时目标轨压PCObjTmp等于需求目标轨压PCObj2减去可标定的阈值PCObjTmpDelt_Cst；需求目标轨压PCObj2、可标定的阈值PCObjTmpDelt_Cst根据发动机参数查表获得。

S2中，流量调节阀临时目标供油量QObjTmp_in是在开环表格数据获得的实际目标供油量QObj_in基础上增大一定可标定的阈值QObjDelt。

S2中，流量调节阀供油量经过一段可标定的时间T_Cst由当前供油量最大值平滑过渡到临时目标供油量QObjTmp_in时，流量调节阀供油量变化斜率随着与临时目标供油量差值的减小而逐渐减小。

S3中，临时目标供油量QObjTmp_in′是在开环表格数据获得的实际目标供油量QObj_in′基础上增大一可标定的阈值QObjDelt′。

S3中，流量阀供油量经过一定可标定的时间T_Cst′内平滑过渡到临时目标供油量QObjTmp_in′时，流量调节阀供油量变化斜率随着与临时目标供油量QObjTmp_in′差值的减小而逐渐减小。

本发明的优点在于：

（1）快速稳定轨压，加快动态响应速度，提高动态动力性、排放性。

（2）减少高压能量损失，提高系统经济型。

（3）减小动态轨压超调量，提高油量喷射精确性。

附图说明

图1为本发明的燃油系统结构图。

图2为本发明的轨压控制状态切换示意图。

图3为本发明的需求目标轨压突升的情况下流量调节阀和压力调节阀协调控制轨压示意图。

图4为本发明的需求目标轨压突降的情况下流量调节阀和压力调节阀协调控制轨压示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1显示了实施本发明的燃油系统结构图。油箱1通过出油管3连接燃油滤清器4；燃油滤清器4通过输油管连接输油泵5；输油泵5从油箱1中输送燃油给高压泵7，流量调节阀6控制进入高压泵的燃油流量，燃油经高压泵7加压后储存到高压轨管10中，喷油器12通过高压油管和高压轨管10连接。压力调节阀11通过释放高压燃油到回油管8中，降低高压轨管10中的压力，回油管8中的回油最终回到油箱1中；轨压传感器9用于检测高压轨管10内轨压；此外，该系统还包括一个控制单元2，它控制流量调节阀6、压力调节阀11和喷油器12，并且监测高压轨管10中的燃油压力。

设置在高压泵前端的流量调节阀6，通过该阀可开环控制进入高压泵的燃油体积流量或闭环控制轨压；设置在高压端的压力调节阀11，通过该阀可开环限制轨压或闭环控制轨压，并使多余的燃油回流到油箱1。控制单元2通过不同阶段控制这两个阀的工作模式来完成轨压的持续稳定控制。

如图2所示，在正常状态S4，采用低压端的流量调节阀（MCV）闭环控制轨压，高压端的压力调节阀（PCV）进行轨压限制，起到保护作用（限制轨压大于需求目标轨压）。

在需求目标轨压突升（需求目标轨压变化大于设定阈值PCObjDelt_Cst）到PCObj2时，状态切换到轨压突升过渡状态S1，设置目标轨压为临时目标轨压PCObjTmp（该临时目标轨压PCObjTmp等于需求目标轨压PCObj2减去可标定的阈值PCObjTmpDelt_Cst），由流量调节阀闭环控制轨压模式切换到积分值I_pcv冻结的压力调节阀闭环控制轨压模式，流量调节阀最大开度供油；当实际轨压达到临时目标轨压PCObjTmp时，状态切换到轨压突升稳定状态S2，设置目标轨压为需求目标轨压PCObj2，并对积分值I_pcv进行解冻，由积分值I_pcv冻结的压力调节阀闭环控制轨压模式切换到正常压力调节阀闭环控制轨压模式；待轨压稳定一定时间后，状态切换到流量前馈过渡状态S3，流量调节阀供油量经过一段可标定的时间T_Cst内由当前供油量最大值QNow_in平滑过渡到临时目标供油量QObjTmp_in，流量调节阀供油量变化斜率随着与临时目标供油量QObjTmp_in差值的减小而逐渐减小，保证整个过程轨压不发生偏差；流量调节阀临时目标供油量QObjTmp_in是在开环表格数据获得的实际目标供油量QObj_in基础上增大一定可标定的阈值QObjDelt，保证实际轨压能够达到目标轨压。当供油量过渡到临时目标供油量或实际轨压小于需求目标轨压（因为在流量调节阀或压力调节阀磨损等老化而没有得到补偿情况下，可能出现这种情况）或持续一定时间T_Cst（即状态S3最长持续时间）后，状态切换到正常状态S4，由正常压力调节阀闭环控制轨压模式切换到流量调节阀闭环控制轨压模式，压力调节阀（PCV）进行轨压限制，起到保护作用（限制轨压大于需求目标轨压）。

上述过程中，在发动机需求目标轨压发生突升，且突变量超过一定阈值，进行压力调节阀控制轨压，为防止过冲，设置临时目标轨压PCObjTmp，临时目标轨压PCObjTmp要比需求目标轨压PCObj2小，压力调节阀采用积分冻结的闭环控制（状态S1），当实际轨压到达临时目标轨压PCObjTmp后，将目标轨压再次设定为需求目标轨压PCObj2，压力调节阀采用积分解冻的闭环控制（状态S2），为快速达到目标轨压，流量调节阀为最大供油。

在轨压稳定在需求目标轨压PCObj2后，流量调节阀供油量由最大供油平缓过渡到临时目标供油量QObjTmp_in（状态S3）。流量调节阀供油量变化斜率随着与临时目标供油量QObjTmp_in差值的减小而逐渐减小，保证整个过程轨压不发生偏差。

图3显示了发动机需求目标轨压突升的情况下流量调节阀6和压力调节阀协调（11）控制轨压的变化过程。

稳态状态下，轨压控制处于控制状态S4，轨压由流量调节阀6闭环控制，压力调节阀11开环限制轨压。

当需求目标轨压突然上升至101时（时刻t1），轨压控制进入控制状态S1，轨压转到积分值冻结的压力调节阀11闭环控制轨压模式，设置目标轨压为临时目标轨压102，临时目标轨压102为需求目标轨压101减去轨压差PCObjTmpDelt_Cst得到，流量调节阀6供油量104设为最大值。

当实际轨压103到达临时目标轨压102时（时刻t2），轨压控制进入控制状态S2，轨压转到正常压力调节阀11闭环控制轨压模式，设置目标轨压等于需求目标轨压101，流量调节阀6供油量104保持为最大值。

当实际轨压稳定到需求目标轨压101附近一定时间后（时刻t3），轨压控制进入控制状态S3，轨压维持正常压力调节阀11闭环控制轨压模式，流量调节阀6供油量104由最大值平缓过渡到临时目标供油量QObjTmp_in，临时目标供油量QObjTmp_in为在开环表格获得的数据QObj_in基础上增大一定偏移量QObjDelt，供油量变化斜率随着与临时目标供油量差值的减小而逐渐减小。

当流量调节阀6供油量104达到临时目标供油量时，轨压控制进入控制状态S4，轨压转到流量调节阀6闭环控制轨压模式，压力调节阀11开环限制轨压。

如图2所示，在需求目标轨压突降（需求目标轨压变化大于设定阈值）到PCObj2′时，状态直接切换到流量前馈过渡状态S3，设置目标轨压为PCObj2′，由流量调节阀闭环控制轨压模式直接切换到正常压力调节阀闭环控制轨压模式，流量阀供油量经过一定可标定的时间T_Cst′内平滑过渡到临时目标供油量QObjTmp_in′，流量调节阀供油量变化斜率随着与临时目标供油量QObjTmp_in′差值的减小而逐渐减小，保证整个过程轨压不发生偏差；临时目标供油量QObjTmp_in′是在开环表格数据获得的实际目标供油量QObj_in′基础上增大一可标定的阈值QObjDelt′；当供油量过渡到临时目标供油量QObjTmp_in′或实际轨压小于需求目标轨压PCObj2′或持续一标定时间T_Cst′（即状态S3最长持续时间）后，状态切换到正常状态S4，由正常压力调节阀闭环控制轨压模式切换到流量调节阀闭环控制轨压模式，压力调节阀（PCV）进行开环轨压限制，起到保护作用（限制轨压大于需求目标轨压）。

上述所有阈值单个标定变量；需求目标轨压PCObj2、可标定的阈值PCObjTmpDelt_Cst、实际目标供油量QObj_in、可标定的阈值QObjDelt、需求目标轨压PCObj2′、实际目标供油量QObj_in′、可标定的阈值QObjDelt′是根据转速、喷油量等发动机参数查表获得。

图4显示了发动机需求目标轨压突降的情况下流量调节阀6和压力调节阀11协调控制轨压的变化过程。

稳态状态下，轨压控制处于控制状态S4，轨压处于流量调节阀6闭环控制轨压模式，压力调节阀11开环限制轨压。

当需求目标轨压101突然下降时（时刻t4），轨压控制进入控制状态S3，轨压转到正常压力调节阀11闭环控制轨压模式，流量调节阀6供油量104由当前供油量平缓过渡到临时目标供油量QObjTmp_in′，临时目标供油量QObjTmp_in′为在开环表格获得的数据基础上增大一定偏移量QObjDelt′，供油量变化斜率随着与临时目标供油量QObjTmp_in′差值的减小而逐渐减小。

当流量调节阀6供油量104达到临时目标供油量QObjTmp_in′时（时刻t5），轨压控制进入控制状态S4，轨压转到流量阀6闭环控制，压力调节阀11开环限制轨压。

本发明针对轨压突变过程，分阶段控制，实现流量阀控制轨压和压力调节阀控制轨压的平稳过渡，并加快稳定时间、降低能量消耗。

Claims (6)

1.一种共轨系统的轨压双激励控制方法，其特征在于，包括：

S1，在正常状态，工作在流量调节阀闭环控制轨压模式，采用低压端的流量调节阀闭环控制轨压，高压端的压力调节阀进行开环轨压限制；

S2，在需求目标轨压突升时，由流量调节阀闭环控制轨压模式切换到积分值冻结的压力调节阀闭环控制轨压模式，流量调节阀最大开度供油；当实际轨压达到小于需求目标轨压的临时目标轨压时，由积分值冻结的压力调节阀闭环控制轨压模式切换到正常压力调节阀闭环控制轨压模式；待轨压稳定一定时间后，流量调节阀供油量经过一段可标定的时间T_Cst由当前供油量最大值平滑过渡到临时目标供油量；当供油量达到临时目标供油量或实际轨压小于需求目标轨压或持续一标定时间T_Cst后，再由正常压力调节阀闭环控制轨压模式切换到流量调节阀闭环控制轨压模式，压力调节阀进行开环轨压限制；

S3，在需求目标轨压突降时，由流量调节阀闭环控制轨压模式直接切换到正常压力调节阀闭环控制轨压模式，流量阀供油量经过一段可标定的时间T_Cst′平滑过渡到临时目标供油量；当供油量达到临时目标供油量或实际轨压小于需求目标轨压或持续一标定时间T_Cst′后，再由正常压力调节阀闭环控制轨压模式切换到流量调节阀闭环控制轨压模式，压力调节阀进行开环轨压限制。

2.如权利要求1所述的共轨系统的轨压双激励控制方法，其特征在于：

S2中，临时目标轨压PCObjTmp等于需求目标轨压PCObj2减去可标定的阈值PCObjTmpDelt_Cst；需求目标轨压PCObj2、可标定的阈值PCObjTmpDelt_Cst根据发动机参数查表获得。

3.如权利要求1所述的共轨系统的轨压双激励控制方法，其特征在于：

S2中，流量调节阀临时目标供油量QObjTmp_in是在开环表格数据获得的实际目标供油量QObj_in基础上增大一可标定的阈值QObjDelt。

4.如权利要求1所述的共轨系统的轨压双激励控制方法，其特征在于：

S2中，流量调节阀供油量经过一段可标定的时间T_Cst由当前供油量最大值平滑过渡到临时目标供油量QObjTmp_in时，流量调节阀供油量变化率随着与临时目标供油量差值的减小而逐渐减小。

5.如权利要求1所述的共轨系统的轨压双激励控制方法，其特征在于：

S3中，临时目标供油量QObjTmp_in′是在开环表格数据获得的实际目标供油量QObj_in′基础上增大一可标定的阈值QObjDelt′。

6.如权利要求1所述的共轨系统的轨压双激励控制方法，其特征在于：

S3中，流量阀供油量经过一段可标定的时间T_Cst′平滑过渡到临时目标供油量QObjTmp_in′时，流量调节阀供油量变化率随着与临时目标供油量QObjTmp_in′差值的减小而逐渐减小。