CN106351756B - 一种涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法 - Google Patents

一种涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，包括如下步骤：判断发动机运行工况是否在全增压模式下；如果是在全增压模式下：优先控制废气旁通阀关闭；控制气门相位正时控制发动机进气压力；如果是在非全增压模式下：如果进气压力小于基本增压压力，控制涡轮增压器电动废气旁通阀全开，依靠调节电子节气门开度进行负荷控制；如果进气压力大于基本增压压力，控制电子节气门全开，依靠调节电动废气旁通阀开度进行负荷控制。以电控扭矩结构模型为基础，提出来在一定工况下，通过优先关闭电动废气旁通阀，提升瞬态响应性，同时避免增压发动机扭矩控制不稳现象。

Description

一种涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法
技术领域
本发明涉及新能源电动车及内燃机领域，涉及一种涡轮增压废气旁通阀的控制，具体涉及一种带有电动废气旁通阀的发动机负荷电控控制方法。
背景技术
涡轮增压器作为一种高效、节能、科技含量高的环保型产品，由于其具有改善汽车发动机尾气排放污染、提高发动机的功率和重量比、提高发动机的扭矩特性、降低燃油消耗和发动机噪音等优点，近些年来涡轮增压发动机技术已经越来越多的应用到成为现代汽车上。
现代汽车运行工况复杂，对发动机运行工况有较高的要求，需要发动机在较宽的转速和负荷区域运行都具有较高的动力性和燃油经济性，既要考虑低速废气流量不足下的涡轮做功能力，又要满足在高转速大负荷下的涡轮废气流通能力，因此现代涡轮增压发动机，为了覆盖发动机在全工况都具有较好运行特性，往往都在涡轮上布置废气旁通阀。当发动机在低速运行时，废气旁通阀关闭，使废气流量全部流通涡轮，提高低速动力性，当发动机在高速运行时，废气流量过高，涡轮机不需要太高的废气流量，一部分废气通过旁通阀直接排出，以降低发动机排气背压。对于废气放气阀的控制，现在常用的控制方法有两种，一种是气动控制，一种是电动控制。其中气动控制又分为正压控制和负压控制两种方式，这两种控制方式均是通过控制电磁阀的通断时间，间接的控制气动执行器膜片两端的压力差大小，从而驱动执行器产生位移，达到控制废气旁通阀不同的开度目的。由于这种气动控制方式受制于发动机进气压力的稳定性，加之在发动机全工况区域进气压力和废气旁通阀开度并不能有效统一，造成废气旁通阀在特定负荷需要开启时，由于进气压力不满足要求而达不到理想的控制。此外气动废气旁通阀预紧力较低，发动机在低速大负荷运转时关闭不严，对提升发动机扭矩不利；发动机急加速急减速时，不能做到提前预控制，也没有实时的位置反馈，响应速度慢、稳定性差、精度和可靠性低等缺点，一些汽车主机厂开始采用电动的废气旁通阀，这种电动的废气旁通阀响应速度快、控制精准、稳定性好，越来越成为涡轮增压发动机废气旁通阀主流控制方式。
中国专利201220226875X公开了一种电磁废气旁通阀的装置和执行机构，该专利主要介绍了废气旁通阀执行机构采用电磁式，阀体易于加工和工作可靠。
中国专利201410816865.5公开了一种带有位置反馈的电控驱动器，该控制器采用一套电机、齿轮传动系、输出组件等，驱动器一端与输出轴上端固定连接，另一端带动废气旁通阀动作，可实现旁通阀开关自由控制。以上专利仅仅是公布了废气旁通阀的电动执行机构和工作方式，并没有说明发动机电控扭矩结构模型，结合电子节气门和气门配气正时与废气旁通阀的电控管理控制方式。
现代发动机的电子控制系统，不仅提供驾驶员所要求的扭矩，同时保证最大的燃油经济性和最少的尾气排放，还带有在线诊断及检测系统。现代EMS系统包含了大量的子系统，它控制的不仅仅是基本的功能如喷油、点火控制，它同时对其他执行机构进行控制，如电子节气门、可变配气相位正时、EGR阀、增压废气旁通阀控制。目前的电控控制结构多是采用扭矩控制结构，它首先根据油门踏板等信号反馈的外部扭矩需求，通过对各执行部件的工作特性进行优先判断和协调，并通过效率计算，然后再利用得出的控制参数去实现各部件的控制。比如发动机要达到相同的扭矩，在结合效率和排放的前提下，尽管发动机的点火和喷油控制是一定的，但是不同的节气门开度、可变配气相位正时、废气旁通阀开度等参数组合，仍然可以达到相同的扭矩控制目的。现有的涡轮增压废气旁通阀控制，是根据目标进气压力的控制方式，尽管废气旁通阀采用电动控制，相对气动控制可以避免控制精度低，响应慢的缺点，但在低速大负荷运行工况，以目标进气压力对废气旁通阀进行的控制方式，往往导致电动在废气旁通阀接近关闭时，增压压力对电动位移比较敏感，微小的位移移动即对增压压力产生较大的震荡，造成实际增压压力和目标压力不一致，废气旁通阀电动工作不稳定，不利于发动机工作平顺性。此外，这种以目标进气压力控制也不利于发动机涡轮增压器的瞬态响应性，在车辆急加速阶段，由于发动机转速极具变化，增压压力随之变化较大，也会造成废气旁通阀的控制困难。
综上所述，现有技术中存在如下技术问题：涡轮增压发动机废气旁通阀，包括气动控制和电动控制两种控制方式，现有的控制策略都是依靠目前进气压力对废气旁通阀开度进行控制，但在废气旁通阀一定开度下，增压压力与废气旁通阀开度不成正比，出现增压压力陡升现象，造成发动机工作不稳。
发明内容
为了避免涡轮增压器废气旁通阀在小开度下对进气压力过于敏感，产生压力波动现象，导致发动机运行控制不稳定。结合现有电控扭矩结构模型，本发明提供了一种涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，以电控扭矩结构模型为基础，通过优先关闭电动废气旁通阀，避免增压压力波动，同时在该状态，如果增压压力过高，可利用可变气门配气正时来调节增压压力，达到扭矩控制要求。具体技术方案如下：
一种涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，包括如下步骤：
(1)判断发动机运行工况是否在全增压模式下；
(2)如果是在全增压模式下：
(2-1)优先控制废气旁通阀关闭；
(2-2)控制气门相位正时控制发动机进气压力；
(3)如果是在非全增压模式下：
(3-1)如果进气压力小于基本增压压力，控制涡轮增压器电动废气旁通阀全开，依靠调节电子节气门开度进行负荷控制；
(3-2)如果进气压力大于基本增压压力，控制电子节气门全开，依靠调节电动废气旁通阀开度进行负荷控制。
进一步地，步骤(1)中首先定义涡轮增压发动机的两种模式：全增压模式和非全增压模式，发动机根据传感器信号判断发动机运行工况，然后判断发动机运行工况是否在全增压模式下。
进一步地，步骤(1)中，发动机电控控制单元根据发动机油门踏板、转速、水温等信号进行目标扭矩计算，结合发动机电控相关标定模型，计算出目标进气压力，并判断发动机是否进入全增压模式：当转速小于某一标定数值，油门踏板大于某一标定数值，水温大于某一标定数值，即进入全增压模式。
进一步地，步骤(2-2)中，在全增压模式下，废气旁通阀全关，节气门全开，当进气压力超过目标进气压力需求，则控制气门相位正时对进气压力进行调整。
进一步地，步骤(2-2)中，控制气门重叠角控制发动机进气压力，增大气门重叠角提高进气压力，减小气门重叠角降低进气压力。
进一步地，步骤(3)中，当废气旁通阀开度达到一定阀值时，提前调整气门重叠角降低进气增压压力，同时全关废气旁通阀。
进一步地，在全增压模式下，配气相位正时采用电控模型里的预设值，并根据安装在发动机进气管上的压力传感器信号进行判断，如果进气压力大于目标进气压力，则调节可变配气相位正时，减小气门重叠角，降低增压压力。
进一步地，在非全增压模式下，根据扭矩模型计算目标进气压力，如果目标进气压力低于基本增压压力，发动机首先控制电动旁通阀全开，并根据目标进气压力对电子节气门进行控制，直至电子节气门全开，发动机可变配气相位正时根据模型标定的目标配气相位正时进行控制。
进一步地，如果目标进气压力高于基本增压压力，电子节气门已经全开，进气压力还没有达到目标进气压力，通过调节电动废气旁通阀开度控制进气压力，直至达到目标进气压力。
进一步地，当废气旁通阀关闭到一定开度时，提前调节可变相位配气正时在电控模型预设的安全范围内，然后全关闭废气旁通阀进入全增压模式。
与目前现有技术相比，本发明以电控扭矩结构模型为基础，提出来在一定工况下，通过优先关闭电动废气旁通阀，提升瞬态响应性，同时避免增压发动机扭矩控制不稳现象。对于废气旁通阀关闭情况下，增压压力过高时，可利用可变气门配气正时来调节增压压力，达到扭矩控制要求。
本发明的废气旁通阀电动控制策略，包括全增压模式和非全增压模式控制。全增压模式控制策略体现在低速大负荷下，由于废气旁通阀在小升程时，进气压力对于废气旁通阀开度较为敏感，以目标进气增压压力对废气旁通阀进行的闭环控制方式，往往会造成进气增压压力波动现象，不利于发动机工作平顺性。本专利发明的废气旁通阀控制策略同样是基于目标进气压力进行控制，不同的是根据发动机不同的转速和负荷工况，为了避免这种增压压力波动不稳定现象，通过优先控制电动废气旁通阀使之关闭，然后再根据目标进气压力对可变正时配气相位(气门重叠角)进行控制。对于增压发动机来说，一定范围内增大气门重叠角可以提高增压压力，减小气门重叠角可以降低增压压力。
本发明的电动废气旁通阀在非全增压模式下的控制策略，发动机根据各传感器信号判断，发动机进入非全增压模式后，优先控制电动废气旁通阀全开，在此模式下，如果进气压力小于基本增压压力，通过调节节气门开度大小来控制进气增压压力；如果进气压力大于基本增压压力，则全开节气门，并通过控制电动废气旁通阀开度大小来控制进气增压压力；当废气旁通阀关闭到一定阀值后，由于再减小废气旁通阀开度，会影响增压压力波动，则完全关闭废气旁通阀，同时根据模型预设定的可变正时配气相位，提前减小气门重叠角防止增压压力过高，进入全增压模式控制方式。然后再根据目标增压压力和实测进气压力反馈对可变正时配气相位(气门重叠角)进行闭环控制。
本发明的以扭矩模型结构为基础的电控控制策略，该控制策略基于模型和压力反馈闭环控制，通过逻辑判断和计算，对电子节气门开度、可变正时配气相位(气门重叠角)、电动废气旁通阀开度进行综合评估后，进行优化控制。
附图说明
图1为涡轮增压发动机扭矩管理及电动废气旁通阀控制方法流程图
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
在一个优选实施例中，一种涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，本发明是发动机电控系统扭矩模型结构关于增压压力控制的一种，本发明专利要解决的问题是，为了避免涡轮增压器废气旁通阀在小开度下对进气压力过于敏感，产生压力波动现象，导致发动机运行控制不稳定。结合现有电控扭矩结构模型，本专利发明了一种电动废气旁通阀的控制策略，该控制策略通过发动机运行工况判断，判断发动机是否在全增压模式下，如果是在全增压模式下，通过优先控制废气旁通阀关闭，然后再控制气门相位正时(气门重叠角)起到控制发动机进气压力的目的。在非全增压模式下，如果进气压力小于基本增压压力，控制涡轮增压器电动废气旁通阀全开，依靠调节电子节气门开度进行负荷控制，如果进气压力大于基本增压压力，控制电子节气门全开，依靠调节电动废气旁通阀开度进行负荷控制。
在另一个优选实施例中，可以采用如下方案：一种带有电动废气旁通阀的涡轮增压发动机扭矩模型控制方法，该扭矩模型分为两种模式，一种是全增压模式，一种是非全增压模式。全增压模式下，通过优先控制废气旁通阀关闭，以提升低速扭矩和改善瞬态响应性，同时避免进气增压压力波动，造成的发动机扭矩控制不稳问题。在全增压模式下，由于废气旁通阀全关，节气门全开，进气压力可能会出现超过目标进气压力需求，此时依靠对可变正时配气相位(气门重叠角)对进气压力进行调整。增大气门重叠角可提高进气压力，减小气门重叠角可降低进气压力。在非全增压模式下，依靠判断进气压力是否超过基本增压压力，如果没有超过基本增压压力，控制电动废气旁通阀全开，依靠控制电子节气门开度调节进气压力。如果进气压力超过基本增压压力，控制电子节气门全开，依靠控制电动旁通阀开度调节进气压力，当废气旁通阀开度达到一定阀值时，为避免电动废气旁通阀在小开度下，进气增压压力上升较快，提前调整气门重叠角降低进气增压压力，同时全关废气旁通阀。
再参照图1，图1是涡轮增压发动机电控扭矩模型控制及电动废气旁通阀控制方法流程图，该流程图给出了发动机在不同的模式下，实现目标扭矩的两者控制模式。
一种模式是全增压模式，另一种模式是非全增压模式。
首先发动机电控控制单元根据发动机油门踏板、转速、水温等信号进行目标扭矩计算，结合发动机电控相关标定模型，计算出目标进气压力，并判断发动机是否进入全增压模式。全增压模式判断的标准是转速小于某一标定数值，油门踏板大于某一标定数值，水温大于某一标定数值，三者满足即进入全增压模式。
在全增压模式下，发动机首先控制电子节气门全开，电动废气旁通阀全关，这样可以大幅提升涡轮增压发动机的瞬态响应性。在全增压模式下，配气相位正时采用电控模型里的预设值，在该状态下，根据安装在发动机进气管上的压力传感器信号进行判断，如果进气压力大于目标进气压力，则会调节可变配气相位正时，减小气门重叠角，降低增压压力。由于可变配气相位正时相对涡轮废气旁通阀开度对增压压力的控制更为准确，并且易于实现，因此可以避免涡轮废气旁通阀在小开度状态下进气压力不稳定的现象。
在非全增压模式下，根据扭矩模型计算目标进气压力，如果目标进气压力低于基本增压压力，发动机首先控制电动旁通阀全开，这样可以降低泵气损失，提高燃油经济性，并根据目标进气压力对电子节气门进行控制，直至电子节气门全开，此过程发动机可变配气相位正时不作为对进气压力的控制因素，只是根据模型标定的目标配气相位正时进行控制。如果目标进气压力高于基本增压压力，由于电子节气门已经全开，此时进气压力还没有达到目标进气压力，则会通过调节电动废气旁通阀开度控制进气压力，直至达到目标进气压力。当废气旁通阀关闭到一定开度时，由于再减小废气旁通阀开度会引起进气增压压力陡升，此时会提前调节可变相位配气正时在电控模型预设的安全范围内，然后全关闭废气旁通阀进入全增压模式。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)判断发动机运行工况是否在全增压模式下；
(2)如果是在全增压模式下：
(2-1)优先控制废气旁通阀关闭；
(2-2)控制气门相位正时控制发动机进气压力；
在全增压模式下，废气旁通阀全关，节气门全开，当进气压力超过目标进气压力需求，则控制气门相位正时对进气压力进行调整；控制气门重叠角控制发动机进气压力，增大气门重叠角提高进气压力，减小气门重叠角降低进气压力；
(3)如果是在非全增压模式下：
(3-1)如果进气压力小于基本增压压力，控制涡轮增压器电动废气旁通阀全开，依靠调节电子节气门开度进行负荷控制；
(3-2)如果进气压力大于基本增压压力，控制电子节气门全开，依靠调节电动废气旁通阀开度进行负荷控制；
在非全增压模式下，根据扭矩模型计算目标进气压力，如果目标进气压力低于基本增压压力，发动机首先控制电动旁通阀全开，并根据目标进气压力对电子节气门进行控制，直至电子节气门全开，发动机可变配气相位正时根据模型标定的目标配气相位正时进行控制；
如果目标进气压力高于基本增压压力，电子节气门已经全开，进气压力还没有达到目标进气压力，通过调节电动废气旁通阀开度控制进气压力，直至达到目标进气压力；
当废气旁通阀关闭到一定开度时，提前调节可变相位配气正时在电控模型预设的安全范围内，然后全关闭废气旁通阀进入全增压模式。
2.如权利要求1所述的涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，其特征在于，步骤(1)中首先定义涡轮增压发动机的两种模式：全增压模式和非全增压模式，发动机根据传感器信号判断发动机运行工况，然后判断发动机运行工况是否在全增压模式下。
3.如权利要求2所述的涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，其特征在于，步骤(1)中，发动机电控控制单元根据发动机油门踏板、转速、水温信号进行目标扭矩计算，结合发动机电控相关标定模型，计算出目标进气压力，并判断发动机是否进入全增压模式：当转速小于某一标定数值，油门踏板大于某一标定数值，水温大于某一标定数值，即进入全增压模式。
4.如权利要求1-3任一项所述的涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，其特征在于，步骤(3)中，当废气旁通阀开度达到一定阀值时，提前调整气门重叠角降低进气增压压力，同时全关废气旁通阀。
5.如权利要求4所述的涡轮增压发动机电动废气旁通阀控制方法，其特征在于，在全增压模式下，配气相位正时采用电控模型里的预设值，并根据安装在发动机进气管上的压力传感器信号进行判断，如果进气压力大于目标进气压力，则调节可变配气相位正时，减小气门重叠角，降低增压压力。
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