CN106677912B - 实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种实时获取涡轮增压发动机中增压器电动废气门零位的新方法，在现有触发废气门零位自学习工况的基础上增加发动机怠速工况主动触发涡轮增压器电动废气门零位自学习的方法，另外，本发明还结合了非自学习工况下电动废气门零位电压实时修正的方法，新的方法一方面增加了通过自学习准确获取电动废气门零位的工况，另外一方面还可以实现对发动机运行过程中电动废气门实时零位的获取，以达到覆盖发动机所有运行工况的目的。本发明在不增加现有系统任何成本的基础上能够有效地解决发动机运行过程中无法实时获取涡轮增压器电动废气门零位的问题。

Description

实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法。

背景技术

为了满足日益严格排放和油耗法规需求，国内外的各大汽车生产厂纷纷采用了发动机小型化(增压控制)技术，传统的汽油机增压器控制采用气动控制废气门的方式来实现。气动式增压器存在响应时间较长，低负荷背压较高等不足。为了弥补气动控制式增压器的不足，一种全新的增压器废气门控制技术--电动废气门式增压器应运而生。

为了满足整车厂对电动废气门增压器的需求，联合汽车电子新开发了电动废气门(E-WG)控制的全套控制方案。E-WG的控制是基于E-WG的位置控制来实现对增压压力控制。现有的常用增压压力的控制策略中，压力需求转换成E-WG的目标开度需求主要由增压预控开度和PID控制开度两部分组成。其中，要实现对增压压力的精度控制，系统对增压预控开度精度有很高的要求。而所谓的增压预控开度是指发动机在不同转速和增压压力需求下对电动废气门开度的需求。其中，电动废气门的开度指的是相对其机械下死点(零位)的开度。

众所周知，在车辆整个驾驶过程当中发动机的涡轮增压器需要在温度极其宽泛的环境下工作，以汽油发动机的涡轮增压器为例其工作的温度范围可以从环境温度到900摄氏度以上不等，任何的材料在温度变化如此之大的环境下工作都难免存在热胀冷缩效应，而涡轮增压器的废气门也不例外。因此，涡轮增压发动机在运行过程中，电动废气门的机械下死点会因为热胀冷缩的问题而不断发生变化。据某项目可靠的试验数据显示，发动机从冷机到热机状态，E-WG的零位电压变化量可以达到0.2V以上，这在该项目中相当于E-WG执行器8％以上的开度。而涡轮增压气运行过程中出现的8％的开度偏差将导致难以准确进行增压预控的标定工作，更严重的是8％的开度偏差将造成增压超调影响车辆驾驶性，甚至因压力过高损坏发动机，该项目的试验数据表明在2000rpm时该零位偏差会造成稳态时超过100hpa，动态时超过200hpa的压力偏差。

现有的汽油机电喷管理系统对类似于E-WG一类的电机驱动执行器机械死点的获取均是通过自学习来实现，自学习主要分为发动机未起动前点火钥匙置于ON时进行的上电自学习以及发动机正常运行时进行的运行过程自学习。不论是上电自学习还是运行过程自学习，其基本原理都是需要将执行器完全关死(下死点位置学习)或者完全打开(上死点位置学习)来获取死点位置，这就导致了自学习获取零位这种方法有着其天然的局限性，对发动机而言上电自学习每个驾驶性循环只有一次机会；而过程自学习因自学习条件的苛刻性导致发动机大部分运行时间又都无法进入这种自学习工况。综上所述，如何准确控制类似于涡轮增压器电动废气门这种对各工况实时零位需要高，同时零位又会因工况而不断变化的执行器，成为了新的技术难题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，包括：

当所述涡轮增压发动机处于怠速工况时，控制系统关闭废气门；

进行废气门零位自学习；以及

控制系统恢复所述废气门的初始位置。

可选的，所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法还包括：

当发动机管理系统上电时进行所述废气门的上电自学习；以及

当所述涡轮增压发动机正常运行时进行所述废气门的工作过程自学习。

可选的，当发动机正常运行时，判断增压器工作时因发动机目标增压压力需求而触发的废气门开度需求是否为零，若是，则进行所述废气门的工作过程自学习。

可选的，在同一个怠速工况内，每间隔一定时间进行一次所述废气门零位自学习。

可选的，所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法还包括在不进行上述废气门零位自学习的工况进行废气门零位修正。

可选的，所述废气门零位修正包括：

废气门零位自学习完成后，更新所述废气门的零位电压作为初始电压，获取零位自学习完成时刻废气门处的管壁温度作为初始温度；

通过所述初始温度，结合废气门温度与零位电压的关系，获取零位自学习完成时刻的理论零位电压值；

获取当前运行工况下废气门管壁处的温度值；

结合废气门温度与零位电压的关系，获取当前运行工况下的理论零位电压值；

计算所述零位自学习完成时刻的理论零位电压值与所述当前运行工况下的理论零位电压值的差值作为废气门零位修正量；以及

将所述初始电压与所述废气门零位修正量相加，得到当前运行工况下涡轮增压发动机电动废气门的零位电压。

可选的，获取废气门管壁处的温度值的方法是：由所述废气门处的温度侦测模块测温，以获取废气门管壁处的温度值。

可选的，所述废气门温度与零位电压的关系获取方法包括：

通过发动机管理系统手动控制关闭所述电动废气门，确认电动废气门的控制占空比达到当前状态下的最大占空值；

冷机状态起动发动机，在发动机水温达到90度以前保持发动机处于怠速状态并记录发动机整个暖机过程中所述电动废气门的零位以及废气门处的管壁温度；

发动机热机后，增大发动机转速到第一转速，逐渐增大油门开度，当增压压力增大到其允许的安全限值时停止增大油门开度，记录整个电控废气门管壁温度升高过程中零位电压的变化曲线；

在管壁温度已到达当前转速下能够达到的最高值后，逐渐减小油门开度降低发动机负荷，记录整个电控废气门管壁处的管壁温度下降过程中零位电压的变化曲线；

调整发动机转速到第二转速，并重复步骤上述操作，记录不同转速下电控废气门处的管壁温度升降过程中零位电压的变化曲线，其中所述第二转速大于所述第一转速；

离线分析不同转速以及管壁温度升高和降低过程下采集的数据，获取电动废气门处的管壁温度与其零位电压的关系曲线。

可选的，获取废气门温度与零位电压的关系时，通过节气门和点火角的配合来控制所述废气门处的管壁温度。

可选的，停止增大油门开度后，通过手动推迟发动机的点火角以继续升高电动废气门管壁处的温度。

可选的，通过发动机断油以继续降低电控废气门管壁处的管壁温度。

本发明提出一种实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，在现有触发自学习工况的基础上增加发动机怠速工况主动触发零位自学习的方法，另外，本发明还结合了废气门零位电压修正的方法，该方法一方面增加了通过自学习准确获取电动废气门零位的工况，另外一方面还可以实现对发动机运行过程中实时零位的获取，以达到覆盖发动机所有运行工况的目的。在不增加现有系统任何成本的基础上能够有效地解决发动机运行过程中无法实时获取涡轮增压器电动废气门零位的问题。

附图说明

图1是本发明中证明废气门零位变化量与废气门管壁温度的变化量成线性关系的实验数据图；

图2是本发明一实施例所述实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法中怠速工况零位自学习的方法流程图；

图3是本发明一实施例所述实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法中非自学习工况对零位进行实时修正的方法流程图；

图4是本发明一实施例所述实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法中废气门管壁温度与零位电压关系曲线图。

具体实施方式

电动废气门(E-WG)增压系统的控制是基于E-WG的位置控制来实现对增压压力的控制的，而E-WG的位置控制的参考点便是其零位，常规情况下E-WG的零位是通过零位自学习来实现的，但是其前提是要使得E-WG全关才能完成零位自学习。而发动机在正常运行过程中大部分工况下E-WG的目标开度都是不为0的，此时便难以进行零位自学习。在发动机运行过程中，增压器及其部件的热负荷会因为发动机负荷的变化而出现明显的变化，进而使得E-WG在整个过程中明显地遭受热胀冷缩效应，其零位也会因此而出现漂移或者波动的情况。

根据热胀冷缩原理，任何物体的形变量都是可以通过以下计算公式得到：

ΔL＝α*ΔT*L

其中ΔL是变化尺寸，α是线膨胀系数，ΔT是温差，L是原长度。

对于E-WG执行器其零位的变化是废气门的形变量、连接杆的形变量综合作用的结果，假设这些形变量和E-WG的零位变化量是成正比的，那么零位变化量就应与ΔT成正比，此时便可以建立，E-WG形变量的数据模型如下：

ΔZero＝ΔT*f(L_wg，L_bar)

L_wg表示废气门参考厚度，L_bar表示拉杆参考长度，当废气门制造材料确定的情况下，f(L_wg，L_bar)变为了仅仅跟参考零位Zero_ref相关的函数并将其定义为f(Zero_ref)，于是有：

ΔZero＝ΔT*f(Zero_ref)为了验证该假设的正确性，在发动机台架上做了专门的测试，结果如图1所示。图中实线表示零位电压，虚线表示废气门处的管壁温度。从图中可以看出随着管壁温度的上升和下降，其零位电压是同步线性变化的。这表明，零位变化量与管壁温度的变化量是成线性关系的。

因此，发明人基于实验证明的上述结论，提出一种实时获取涡轮增压发动机电动废气门(E-WG)工作过程中零位的方法，其包括电动废气门零位自学习；非自学习工况对零位进行实时修正。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，包括：

当所述涡轮增压发动机处于怠速工况时，控制系统关闭废气门；

完成废气门零位自学习；以及

控制系统恢复所述废气门的初始位置。

通常情况下，上述方法还包括在非怠速工况时现有的废气门零位自学习方法，例如：当发动机管理系统上电时进行所述废气门的上电自学习；以及当所述涡轮增压发动机正常运行时进行所述废气门的工作过程自学习。

本发明中电动废气门零位自学习除了包含发动机管理系统(EMS)上电自学习以及发动机正常运行时部分增压工况被动触发的零位自学习外还包含发动机处于怠速工况时的主动零位自学习，发动机怠速工况主动零位自学习的原理为当发动机管理系统(EMS)检测到发动机处于怠速工况时，发动机管理系统将主动(第一次进入怠速工况时直接触发，后续每隔一段时间触发一次)全关电动废气门，在1s-2s的时间之后怠速工况的主动零位自学习完成，电动废气门再重新回到自学习前的状态。

上述实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位方法中，零位自学习的一具体实施例如图2所示，包括：

步骤1，首先判断发动机管理系统是否存于上电的状态，如果是此状态则触发废气门的上电自学习过程；

步骤2，在车辆或发动机起动后，首先判断增压器工作时因发动机目标增压压力需求而触发的废气门开度需求是否为0，若此时的需求为0则触发进入废气门的过程自学习，此自学习为电动废气门被动触发的自学习过程；

步骤3，在车辆正常运行过程中再判断其是否处于怠速工作状态，若处于怠速工作状态则电动废气门的自学习管理模块会接管对废气门的控制，此时发动机管理系统会直接关闭电动废气门，当电动废气门保持关闭状态1s-2s钟零位自学习过程即可完成，在完成该自学习过程之后，自学习管理模块会重新释放对电动废气门的控制，电动废气门重新回到之前的位置。

上述步骤完成之后，电动废气门的自学习过程即可结束，此时发动机管理系统将会将最近一次自学习成功时刻的零位电压以及自学习时刻废气门处的温度作记录以备后续使用。

本发明中非自学习工况对零位进行实时修正的方法如图3所示，其中T0表示上一次零位自学习成功时对应的E-WG处的管壁温度值(初始温度)，uwgvalrn0表示由查表得到的零位电压值，T1表示当前状态下的E-WG处的管壁温度值，uwgvalrn表示该温度点查表得到的零位电压值，而duwgvalr即为当前工况零点电压基于上一次成功自学习时得到的零点电压的修正量，U0表示前次成功完成零位自学习时刻的零位电压值(初始电压)，U1表示当前运行工况的电压值。电动废气门零位修正策略的基本步骤如下：

步骤1，当电动废气门完成一次零位自学习后，发动机管理系统会更新废气门零位电压U0以及涡轮增压器电动废气门处的管壁温度T0；

步骤2，通过查询已经标定好的废气门管壁温度与零位电压关系曲线获取零位自学习完成时刻电动废气门的理论零位电压值uwgvalrn0，而自学习完成时刻废气门的管壁温度值则由涡轮增压器废气门管壁处温度侦测模块或废气门管壁温度模型获取；

步骤3，通过涡轮增压器废气门管壁温度侦测模块或者管壁温度模型计算当前运行工况下废气门管壁温度值T1，并通过查询已经标定好的废气门管壁温度与零位电压关系曲线获取当前工况下电动废气门的理论零位电压值uwgvalrn1；

步骤4，根据uwgvalrn0和uwgvalrn1的值计算零位电压修正量，同时将该修正量加到前次自学习完成时刻废气门零位电压值U0之上即可获取当前运行工况下涡轮增压气电动废气门的零位电压。

上述过程中，废气门管壁温度与零位电压关系曲线如图4所示，其中横坐标表示温度，纵坐标表示零位电压，E-WG处的管壁温度和零位电压的关系曲线可以通过标定获得(即图4中的曲线)，考虑到不同执行器的散差，本原理中需要用到的修正量并不是曲线中各个点的绝对量，而是曲线中某两个点的零位电压相对变化量即ΔZero，如图4中T0点和T1点所示，T0代表上一次成功完成零位自学习时记录的E-WG处管壁温度，T1代表当前工况下的E-WG处的管壁温度，T0点的零位电压是通过零位自学习准确识别获得的，此点零位电压作为当前工况零位修正的基准电压V0(该值是准确的)，当前工况的零位电压记作V1。此时V1和V0将有如下关系：

V1＝V0+ΔZero；

上式中ΔZero可以通过查前文所述的T-Zero关系曲线获得。而T0、T1需要过管壁温度模型或者直接由温度侦测模块来获得。在本实施例中，所述温度侦测模块是热电偶。但本发明并不对所述温度侦测模块作出任何限制。

上述实时获取涡轮增压器电动废气门零位的新方法的实现关键需要准确计算电动废气门处的管壁温度以及获取废气门管壁温度与零位电压的关系曲线。只有完成了以上这两部分工作，发动机管理系统中涡轮增压器电动废气门零位的实时获取才能实现。而完成这两部分的工作基本步骤如下：

步骤1，在涡轮增压器电动废气门处安装温度侦测模块用于测量废气门处的管壁温度，管壁温度的获取可以直接通过温度侦测模块来实现，亦可通过管壁温度模型来获取管壁温度，若采用模型法需先在转毂上完成对E-WG处管壁温度模型的匹配。在现有的发动机管理系统中已具备了准确计算废气门处管壁温度的模型，只需按照相关的标定流程即可完成这部分的标定工作。

步骤2，在台架上对管壁温度与E-WG零位电压的关系曲线数据进行采集，采集过程中需使废气门处于关闭状态，通过节气门和点火角的配合来控制E-WG处的管壁温度，一般情况下需要对发动机的整个运行工况的数据进行采集，该步骤中详细的标定步骤如下。

1)、通过发动机管理系统(EMS)手动控制关闭电动废气门，确认电控废气门的控制占空比达到当前状态下的最大占空值，即保证电动废气门处于压紧状态。如果条件均满足，开始记录测量文件并进入下一步。

2)、冷机状态起动发动机，在发动机水温达到90度以前保持发动机处于怠速状态并记录发动机整个暖机过程中电动废气门的零位以及废气门处的管壁温度。

3)、发动机热机后，增加发动机转速到第一转速(例如可以通过转毂将发动机转速拖到2000rpm)，逐渐增大油门开度，但需要时刻关注实际增压压力的变化，当增压压力增大到其允许的安全限值时停止增大油门开度，为了使得电动废气门处的温度尽可能高还可以通过手动推迟发动机的点火角，记录整个管壁温度升高过程中废气门零位的变化曲线。在管壁温度已到达当前转速下能够达到的最高值后，进入步骤4。

4)、逐渐减小油门开度，降低发动机负荷，使得电控废气门处的管壁温度逐渐下降，也可以使发动机断油使得电控废气门处的管壁温度进一步降低或加快其温度的下降速度，记录整个电控废气门处的管壁温度下降过程中零位电压的变化曲线。

5)、增加发动机转速直至达到第二转速(第二转速大于前述的第一转速，具体可以通过转毂调整发动机转速分别增加到例如3000rpm，4000rpm，5000rpm)，并重复步骤3和4的操作，记录不同转速下电控废气门处的管壁温度升降过程中零位电压的变化曲线。

6)、离线分析不同转速以及管壁温度升高和降低过程下采集的数据，获取E-WG处管壁温度与其零位电压的关系曲线；

本发明提出在现有触发自学习工况的基础上增加发动机怠速工况主动触发零位自学习的方法，在不增加现有系统任何成本的基础上能够有效的解决发动机运行过程中无法实时获取E-WG零位的问题。本发明的方法中一方面增加了通过自学习准确获取E-WG零位的工况，另外一方面还可以实现对发动机运行过程中实时零位的获取，以达到覆盖发动机所有运行工况的目的。

通过大量的试验证明，本发明的E－WG零位修正方法有效且可靠。通过该方法其可以有效解决因E-WG零位电压漂移而造成增压压力超调的问题。该实时零位获取的新方法不仅可以应用于涡轮增压器的电动废气门控制当中，也可以应用于其他对各个状态下实际零位需求较高，但存在类似因热胀冷缩而造成零位波动的产品中。同时也可有效解决其因零位变化而造成的相关问题。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，包括：

当所述涡轮增压发动机处于怠速工况时，控制系统关闭废气门；

进行废气门零位自学习；以及

控制系统恢复所述废气门的初始位置；

还包括在不进行上述废气门零位自学习的工况进行废气门零位修正，

所述废气门零位修正包括：

废气门零位自学习完成后，更新所述废气门的零位电压作为初始电压，获取零位自学习完成时刻废气门处的管壁温度作为初始温度；

通过所述初始温度，结合废气门温度与零位电压的关系，获取零位自学习完成时刻的理论零位电压值；

获取当前运行工况下废气门管壁处的温度值；

结合废气门温度与零位电压的关系，获取当前运行工况下的理论零位电压值；

计算所述零位自学习完成时刻的理论零位电压值与所述当前运行工况下的理论零位电压值的差值作为废气门零位修正量；以及

将所述初始电压与所述废气门零位修正量相加，得到当前运行工况下涡轮增压发动机电动废气门的零位电压。

2.如权利要求1所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，还包括：

当发动机管理系统上电时进行所述废气门的上电自学习；以及

当所述涡轮增压发动机正常运行时进行所述废气门的工作过程自学习。

3.如权利要求1所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，当发动机正常运行时，判断增压器工作时因发动机目标增压压力需求而触发的废气门开度需求是否为零，若是，则进行所述废气门的工作过程自学习。

4.如权利要求1所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，在同一个怠速工况内，每间隔一定时间进行一次所述废气门零位自学习。

5.如权利要求1所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，获取废气门管壁处的温度值的方法包括：

由所述废气门处的温度侦测模块测温，来获取废气门管壁处的温度值。

6.如权利要求1所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，所述废气门温度与零位电压的关系获取方法包括：

通过发动机管理系统手动控制关闭所述电动废气门，确认电动废气门的控制占空比达到当前状态下的最大占空值；

冷机状态起动发动机，在发动机水温达到90度以前保持发动机处于怠速状态并记录发动机整个暖机过程中所述电动废气门的零位以及废气门处的管壁温度；

发动机热机后，增大发动机转速到第一转速，逐渐增大油门开度，当增压压力增大到其允许的安全限值时停止增大油门开度，记录整个电控废气门管壁温度升高过程中零位电压的变化曲线；

在管壁温度已到达当前转速下能够达到的最高值后，逐渐减小油门开度降低发动机负荷，记录整个电控废气门管壁处的管壁温度下降过程中零位电压的变化曲线；

调整发动机转速到第二转速，并重复步骤上述操作，记录不同转速下电控废气门处的管壁温度升降过程中零位电压的变化曲线，其中所述第二转速大于所述第一转速；

离线分析不同转速以及管壁温度升高和降低过程下采集的数据，获取电动废气门处的管壁温度与其零位电压的关系曲线。

7.如权利要求6所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，获取废气门温度与零位电压的关系时，通过节气门和点火角的配合来控制所述废气门处的管壁温度。

8.如权利要求6所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，停止增大油门开度后，通过手动推迟发动机的点火角以继续升高电动废气门管壁处的温度。

9.如权利要求6所述的实时获取涡轮增压发动机电动废气门零位的方法，其特征在于，通过发动机断油以继续降低电控废气门管壁处的管壁温度。