CN109469567B - 一种egr阀和节流阀耦合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车发动机电子控制领域，是一种EGR阀和节流阀耦合控制方法。该方法包括以下步骤：一、计算实际的过量空气系数lambda；二、计算基于lambda值闭环控制偏差；三、计算EGR和节气门的PID控制参数；四、判断EGR和节气门的使能控制标志；五、当使能标志满足节流阀使用情况，控制节流阀；六、当节流阀控制模式激活时，输出节流阀闭环控制器计算输出值；当节流阀控制模式关闭时，节流阀控制器输出控制器计算最小值；七、如果节流阀或者EGR阀存在闭环控制故障，则输出开环控制值。本发明了是一种对空燃比同一目标进行双闭环控制，通过带有滞洄的R触发器进行协调控制，保证控制目标的无缝衔接的EGR阀和节流阀耦合控制方法。

Description

一种EGR阀和节流阀耦合控制方法

技术领域

本发明属于汽车发动机电子控制领域，是一种通过双闭环耦合控制，调节过量空气系数，带有滞洄的R触发器激励双执行器快速衔接控制的EGR阀和节流阀耦合控制方法。

背景技术

随着世界范围内环保意识的持续提高，车辆排放法规日趋严格。未来2020年左右将推行国Ⅵ排放法规。为了满足WHTC等动态测试循环试验的要求。需要对柴油发动机全工况的动态情况进行优化控制，降低排放物。

在满足国Ⅵ排放法规的新一代柴油机结构中，匹配了SCR(选择性催化还原)和DPF(颗粒捕集器)等后处理子系统。这些后处理子系统的工作需要合适的温度作为保障，才能发挥最大的转换效果。当前国Ⅵ气路中对空燃比的控制采取节流阀和EGR阀双阀耦合控制的方式，加大调节空燃比范围，在不同的工况下(尤其是倒拖工况)，保证排温范围，控制排温、优化排放。对满足国Ⅵ排放法规的新一代柴油机的控制有着极为重要的意义。

发明内容

本发明了提供了一种对空燃比同一目标进行双闭环控制，通过带有滞洄的R触发器进行协调控制，保证控制目标的无缝衔接的EGR阀和节流阀耦合控制方法。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种EGR阀和节流阀耦合控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、计算实际的过量空气系数lambda；具体方法如下：

11)通过进气歧管温度和压力传感器(2)得到进气温度TInt和进气压力PInt，根据理想气体方程可以计算得到气缸总进气量的流量MfCyl，计算公式如下：

MfCyl＝PInt*EffCylFill*VolCyl*NEng/(273.15+TIntk)/Coeff

式中，EffCylFill为气缸充气效率；VolCyl为气缸体积；NEng为发动机转速；Coeff为相关系数；Tintk为发动机进气歧管处温度；

12)通过排气文丘里(12)测试得到的压差以及EGR温度能够测试得到排气流量MfEgr；

13)计算新鲜进气流量MfAir，计算公式为：MfAir＝MfCyl–MfEgr；

14)计算设定过量空气系数lambda_act，计算公式为：lambda_act＝MfAir/MfInj；式中，MfInj为喷油量；

步骤二、计算基于lambda值闭环控制偏差；具体方法如下：

21)根据排温管理的不同模式，利用发动机转速、喷油量、环境温度、环境压力、进气歧管温差通过查询相应的图表得到设定过量空气系数lambda_dmd；

22)通过步骤一得到的实际过量空气系数实际lambda_act与设定过量空气系数lambda_dmd做差得到闭环控制偏差输入ERR；

步骤三、计算EGR和节流阀的PID控制参数；在两个模块中，分别对EGR阀执行器和节流阀执行器进行以ERR为控制目标输入的PID闭环控制，两个闭环控制器实时计算输出；具体方法如下：

31)根据基于lambda值闭环控制偏差，发动机转速、喷油量，查询对应的PID参数图表，分别得到对EGR阀执行器和节流阀执行器进行控制的PID闭环控制参数；两个闭环控制器实时计算输出；

32)EGR和节流阀的耦合控制是基于lambda的闭环控制，完成EGR和节流阀之间的控制切换；在目前的耦合控制技术中，节流阀和EGR二者同时只有一个执行器在工作即是EGR阀执行控制；当EGR全开即开度达到100％时，需要通过节流阀进行lambda闭环控制；

步骤四、判断EGR和节流阀的使能控制标志；EGR阀执行器和节流阀执行器在切换过程中的使能标志，控制着两个执行器的使用关系；使能标志的计算主要考虑因素包括，EGR阀和节流阀有没有闭环控制故障、发动机是否处在动态工况、EGR是否处在动态限制工况、节流阀位置是否收到限制；

具体方法如下：

EGR和节流阀的耦合控制主要通过三个使能标志来实现；

第一个使能标志是节流阀基于lambda控制的使能标志为StThrHndovrDisad；如果该标志为0，则不允许进行节流阀控制，当该标志为1，则允许进行节流阀控制；该标志满足以下任何一个条件则为1：(1)EGR处于动态限制工况；(2)发动机处于动态工况；(3)节流阀开度最大阈值是否低于1％；

第二个使能标志是StCmbCtlDisad；它决定了EGR和节流阀互斥功能是否能够正常运行；当StCmbCtlDisad为1，功能屏蔽，EGR和节流阀输出步骤31)中计算得到PID闭环控制参数；当StCmbCtlDisad为0，功能激活激活，EGR和节流阀的控制取决于第三个使能标志ModeCtlrStgy；

第三个使能标志是StCmbCtlDisad等于0，需要满足以下任何一个条件：(1)EGR阀和EGR闭环控制不存在故障，节流阀设定值输出选择开关关闭；(2)第一个使能标志StThrHndovrDisad为1；

当ModeCtlrStgy等于1时，节流阀控制激活；当ModeCtlrStgy等于0时，EGR阀控制激活；在计算ModeCtlrStgy时使用R触发器的结构进行计算；当StThrHndovrDisad等于0，并且EGR开度需求值超过EGR阀能控制的最大值即EGR开度最大限制值和99.9％的最小值，此时ModeCtlrStgy等于1；

当StThrHndovrDisad不等于0或者节流阀的开度需求值小于等于门限值即节流阀最小限制值和0.1％的最大值，R触发器复位，ModeCtlrStgy等于0；

步骤五、当使能标志满足节流阀使用情况，同时EGR开度超过99％限制时，通过R触发器单向激活节流阀控制；如果当使能标志满足EGR阀使用情况，同时节流阀开度小于1％限制时，R触发器复位，激活EGR阀控制，停止节流阀控制；

步骤六、当节流阀控制模式激活时，输出节流阀闭环控制器计算输出值；EGR阀输出控制器计算最大值；当节流阀控制模式关闭时，节流阀控制器输出控制器计算最小值，EGR阀输出闭环控制器计算输出值；

步骤七、如果节流阀或者EGR阀存在闭环控制故障，则输出开环控制值；闭环控制故障主要考虑因素包括歧管温度是否满足要求、发动机工况是否满足要求、排温模式是否满足要求、环境条件是否满足要求、冷却液温度是否满足要求。

本发明的有益效果为：本发明有效的解决了节流阀和EGR阀两个控制频率相近的执行器，使用同一个控制目标进行控制的问题，改善了系统的控制效果和精度，提升了执行器的运行稳定性。

附图说明

图1为满足国Ⅵ排放法规的新一代柴油机系统结构图；

图2为本发明的工作流程图。

图中：1、发动机；2、进气歧管温度和压力传感器；3、节流阀；4、新鲜空气温度传感器；5、中冷器；6、增压器；7、EGR阀；8、EGR冷却器；9、文丘里温度传感器；10、文丘里压力传感器；11、文丘里压差传感器；12、文丘里。

具体实施方案

满足国Ⅵ排放法规的新一代柴油机系统由节流阀、EGR阀组成空燃比控制闭环系统如图1所示，包括，发动机1、进气歧管温度和压力传感器2、内含位置传感器的节流阀3、新鲜空气温度传感器4、中冷器5、增压器6、内含位置传感器的EGR阀7、EGR冷却器8、文丘里温度传感器9、文丘里压力传感器10、文丘里压差传感器11和文丘里12。

EGR为电控直驱EGR，EGR能够通过位置传感器测量EGR开度。进气管路的EGR支路上有温度传感器和压力传感器，能够测量EGR的温度和压力。EGR流量是通过文丘里12来进行测量。文丘里12上面布置有压差传感器。通过传感器测量的文丘里压差、EGR的温度和压力，得到EGR流量的测量值。

参阅图2，一种EGR阀和节流阀耦合控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、计算实际的过量空气系数lambda；具体方法如下：

11)通过进气歧管温度和压力传感器(2)得到进气温度TInt和进气压力PInt，根据理想气体方程可以计算得到气缸总进气量的流量MfCyl，计算公式如下：

MfCyl＝PInt*EffCylFill*VolCyl*NEng/(273.15+TIntk)/Coeff

式中，EffCylFill为气缸充气效率；VolCyl为气缸体积；NEng为发动机转速；Coeff为相关系数；Tintk为发动机进气歧管处温度；

12)通过排气文丘里12测试得到的压差以及EGR温度能够测试得到排气流量MfEgr；

13)计算新鲜进气流量MfAir，计算公式为：MfAir＝MfCyl–MfEgr；

14)计算设定过量空气系数lambda_act，计算公式为：lambda_act＝MfAir/MfInj；式中，MfInj为喷油量；

步骤二、计算基于lambda值闭环控制偏差；具体方法如下：

21)根据排温管理的不同模式，利用发动机转速、喷油量、环境温度、环境压力、进气歧管温差通过查询相应的图表得到设定过量空气系数lambda_dmd；

22)通过步骤一得到的实际过量空气系数实际lambda_act与设定过量空气系数lambda_dmd做差得到闭环控制偏差输入ERR；

步骤三、计算EGR和节流阀的PID控制参数；在两个模块中，分别对EGR阀执行器和节流阀执行器进行以ERR为控制目标输入的PID闭环控制，两个闭环控制器实时计算输出；具体方法如下：

31)根据基于lambda值闭环控制偏差，发动机转速、喷油量，查询对应的PID参数图表，分别得到对EGR阀执行器和节流阀执行器进行控制的PID闭环控制参数；两个闭环控制器实时计算输出；

32)EGR和节流阀的耦合控制是基于lambda的闭环控制，完成EGR和节流阀之间的控制切换；在目前的耦合控制技术中，节流阀和EGR二者同时只有一个执行器在工作即是EGR阀执行控制；当EGR全开即开度达到100％时，需要通过节流阀进行lambda闭环控制；

步骤四、判断EGR和节流阀的使能控制标志；EGR阀执行器和节流阀执行器在切换过程中的使能标志，控制着两个执行器的使用关系；使能标志的计算主要考虑因素包括，EGR阀和节流阀有没有闭环控制故障、发动机是否处在动态工况、EGR是否处在动态限制工况、节流阀位置是否收到限制；

具体方法如下：

EGR和节流阀的耦合控制主要通过三个使能标志来实现；

第一个使能标志是节流阀基于lambda控制的使能标志为StThrHndovrDisad；如果该标志为0，则不允许进行节流阀控制，当该标志为1，则允许进行节流阀控制；该标志满足以下任何一个条件则为1：(1)EGR处于动态限制工况；(2)发动机处于动态工况；(3)节流阀开度最大阈值是否低于1％；

第二个使能标志是StCmbCtlDisad；它决定了EGR和节流阀互斥功能是否能够正常运行；当StCmbCtlDisad为1，功能屏蔽，EGR和节流阀输出步骤31)中计算得到PID闭环控制参数；当StCmbCtlDisad为0，功能激活激活，EGR和节流阀的控制取决于第三个使能标志ModeCtlrStgy；

第三个使能标志是StCmbCtlDisad等于0，需要满足以下任何一个条件：(1)EGR阀和EGR闭环控制不存在故障，节流阀设定值输出选择开关关闭；(2)第一个使能标志StThrHndovrDisad为1；

当ModeCtlrStgy等于1时，节流阀控制激活；当ModeCtlrStgy等于0时，EGR阀控制激活；在计算ModeCtlrStgy时使用R触发器的结构进行计算；当StThrHndovrDisad等于0，并且EGR开度需求值超过EGR阀能控制的最大值即EGR开度最大限制值和99.9％的最小值，此时ModeCtlrStgy等于1；

当StThrHndovrDisad不等于0或者节流阀的开度需求值小于等于门限值即节流阀最小限制值和0.1％的最大值，R触发器复位，ModeCtlrStgy等于0；

步骤五、当使能标志满足节流阀使用情况，同时EGR开度超过99％限制时，通过R触发器单向激活节流阀控制；如果当使能标志满足EGR阀使用情况，同时节流阀开度小于1％限制时，R触发器复位，激活EGR阀控制，停止节流阀控制；

步骤六、当节流阀控制模式激活时，输出节流阀闭环控制器计算输出值；EGR阀输出控制器计算最大值；当节流阀控制模式关闭时，节流阀控制器输出控制器计算最小值，EGR阀输出闭环控制器计算输出值；

步骤七、如果节流阀或者EGR阀存在闭环控制故障，则输出开环控制值；闭环控制故障主要考虑因素包括歧管温度是否满足要求、发动机工况是否满足要求、排温模式是否满足要求、环境条件是否满足要求、冷却液温度是否满足要求。

Claims (1)

1.一种EGR阀和节流阀耦合控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、计算实际的过量空气系数lambda；具体方法如下：

11)通过进气歧管温度和压力传感器(2)得到进气温度TInt和进气压力PInt，根据理想气体方程可以计算得到气缸总进气量的流量MfCyl，计算公式如下：

MfCyl＝PInt*EffCylFill*VolCyl*NEng/(273.15+TIntk)/Coeff

式中，EffCylFill为气缸充气效率；VolCyl为气缸体积；NEng为发动机转速；Coeff为相关系数；Tintk为发动机进气歧管处温度；

12)通过排气文丘里(12)测试得到的压差以及EGR温度能够测试得到排气流量MfEgr；

13)计算新鲜进气流量MfAir，计算公式为：MfAir＝MfCyl–MfEgr；

14)计算设定过量空气系数lambda_act，计算公式为：lambda_act＝MfAir/MfInj；式中，MfInj为喷油量；

步骤二、计算基于lambda值闭环控制偏差；具体方法如下：

21)根据排温管理的不同模式，利用发动机转速、喷油量、环境温度、环境压力、进气歧管温差通过查询相应的图表得到设定过量空气系数lambda_dmd；

22)通过步骤一得到的实际过量空气系数实际lambda_act与设定过量空气系数lambda_dmd做差得到闭环控制偏差输入ERR；

步骤三、计算EGR和节流阀的PID控制参数；在两个模块中，分别对EGR阀执行器和节流阀执行器进行以ERR为控制目标输入的PID闭环控制，两个闭环控制器实时计算输出；具体方法如下：

31)根据基于lambda值闭环控制偏差，发动机转速、喷油量，查询对应的PID参数图表，分别得到对EGR阀执行器和节流阀执行器进行控制的PID闭环控制参数；两个闭环控制器实时计算输出；

32)EGR和节流阀的耦合控制是基于lambda的闭环控制，完成EGR和节流阀之间的控制切换；在目前的耦合控制技术中，节流阀和EGR二者同时只有一个执行器在工作即是EGR阀执行控制；当EGR全开即开度达到100％时，需要通过节流阀进行lambda闭环控制；

步骤四、判断EGR和节流阀的使能控制标志；EGR阀执行器和节流阀执行器在切换过程中的使能标志，控制着两个执行器的使用关系；使能标志的计算主要考虑因素包括，EGR阀和节流阀有没有闭环控制故障、发动机是否处在动态工况、EGR是否处在动态限制工况、节流阀位置是否收到限制；

具体方法如下：

EGR和节流阀的耦合控制主要通过三个使能标志来实现；

第一个使能标志是节流阀基于lambda控制的使能标志为StThrHndovrDisad；如果该标志为0，则不允许进行节流阀控制，当该标志为1，则允许进行节流阀控制；该标志满足以下任何一个条件则为1：(1)EGR处于动态限制工况；(2)发动机处于动态工况；(3)节流阀开度最大阈值是否低于1％；

第二个使能标志是StCmbCtlDisad；它决定了EGR和节流阀互斥功能是否能够正常运行；当StCmbCtlDisad为1，功能屏蔽，EGR和节流阀输出步骤31)中计算得到PID闭环控制参数；当StCmbCtlDisad为0，功能激活激活，EGR和节流阀的控制取决于第三个使能标志ModeCtlrStgy；

第三个使能标志是StCmbCtlDisad等于0，需要满足以下任何一个条件：(1)EGR阀和EGR闭环控制不存在故障，节流阀设定值输出选择开关关闭；(2)第一个使能标志StThrHndovrDisad为1；

当ModeCtlrStgy等于1时，节流阀控制激活；当ModeCtlrStgy等于0时，EGR阀控制激活；在计算ModeCtlrStgy时使用R触发器的结构进行计算；当StThrHndovrDisad等于0，并且EGR开度需求值超过EGR阀能控制的最大值即EGR开度最大限制值和99.9％的最小值，此时ModeCtlrStgy等于1；

当StThrHndovrDisad不等于0或者节流阀的开度需求值小于等于门限值即节流阀最小限制值和0.1％的最大值，R触发器复位，ModeCtlrStgy等于0；

步骤五、当使能标志满足节流阀使用情况，同时EGR开度超过99％限制时，通过R触发器单向激活节流阀控制；如果当使能标志满足EGR阀使用情况，同时节流阀开度小于1％限制时，R触发器复位，激活EGR阀控制，停止节流阀控制；

步骤六、当节流阀控制模式激活时，输出节流阀闭环控制器计算输出值；EGR阀输出控制器计算最大值；当节流阀控制模式关闭时，节流阀控制器输出控制器计算最小值，EGR阀输出闭环控制器计算输出值；

步骤七、如果节流阀或者EGR阀存在闭环控制故障，则输出开环控制值；闭环控制故障主要考虑因素包括歧管温度是否满足要求、发动机工况是否满足要求、排温模式是否满足要求、环境条件是否满足要求、冷却液温度是否满足要求。

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