CN117418945B - 基于喘振余量的喘振阀控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于喘振余量的喘振阀控制系统及控制方法，设置第一喘振阀和第二喘振阀，第一喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接压气机的进口低压管路，第二喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接至涡轮机的后排气管路。发动机控制器计算增压器的喘振余量；在喘振余量小于预设的余量阈值的情况下，获取发动机的排气温度，并根据排气温度控制第一喘振阀和第二喘振阀的工作状态。本发明在发动机中布置两个喘振阀、并开发控制策略，可以实时计算增压器的喘振余量，喘振余量较低时判定存在喘振风险，以发动机的排气温度为依据控制两个喘振阀的工作状态，通过精确控制两个喘振阀避免喘振发生，增加增压器性能和可靠性。

Description

基于喘振余量的喘振阀控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及软件技术领域，更具体地说，涉及一种基于喘振余量的喘振阀控制系统及控制方法。

背景技术

随着碳排放法规要求越来越高，对天然气发动机和柴油机增压器的效率要求也越来越高，但随着增压器效率越高，增压器MAP的区间会逐渐缩窄，导致在匹配时喘振余量无法保证，加上发动机存在加热和再生模式，此时会加剧喘振的发生。另外，天然气发动机和柴油机在松油门时由于节气门关闭，进气量急剧下降，而进气压力下降缓慢，增压器也会存在喘振现象。

对此，如何避免天然气发动机和柴油机出现喘振风险，成为亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于喘振余量的喘振阀控制系统及控制方法，技术方案如下：

本发明一方面提供一种基于喘振余量的喘振阀控制系统，所述基于喘振余量的喘振阀控制系统包括：第一喘振阀、第二喘振阀和发动机控制器，所述第一喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接至所述压气机的进口低压管路，所述第二喘振阀的入口连接至所述压气机的后高压管路、出口连接至涡轮机的后排气管路；

所述发动机控制器，用于计算增压器的喘振余量；在所述喘振余量小于预设的余量阈值的情况下，获取发动机的排气温度，并根据所述排气温度控制所述第一喘振阀和所述第二喘振阀的工作状态。

优选的，用于计算增压器的喘振余量的所述发动机控制器，具体用于：

获取发动机进气流量、环境温度、环境压力和增压压力；根据所述环境压力和所述增压压力确定对应的喘振流量；利用所述发动机进气流量、所述环境温度、所述环境压力和所述喘振流量，计算所述喘振余量。

优选的，用于获取发动机的排气温度的所述发动机控制器，具体用于：

如果所述发动机为天然气发动机，则获取所述涡轮机的后排气管路的排气温度；如果所述发动机为柴油机，获取柴油颗粒过滤器的后排气管路的排气温度。

优选的，用于根据所述排气温度控制所述第一喘振阀和所述第二喘振阀的工作状态的所述发动机控制器，具体用于：

在所述排气温度小于预设的第一温度阈值的情况下，按照所述喘振余量对应的第一目标开度控制所述第一喘振阀开启、控制所述第二喘振阀关闭；在所述排气温度大于预设的第二温度阈值的情况下，控制所述第一喘振阀关闭、按照所述喘振余量对应的第二目标开度控制所述第二喘振阀开启；其中，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

优选的，所述发动机控制器，还用于：

在所述喘振余量小于所述余量阈值的情况下，输出用于提示所述增压器存在喘振风险的信息。

本发明另一方面提供一种基于喘振余量的喘振阀控制方法，所述基于喘振余量的喘振阀控制方法应用于发动机控制器，所述基于喘振余量的喘振阀控制方法包括：

计算增压器的喘振余量；

在所述喘振余量小于预设的余量阈值的情况下，获取发动机的排气温度，并根据所述排气温度控制第一喘振阀和第二喘振阀的工作状态；

其中，所述第一喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接至所述压气机的进口低压管路，所述第二喘振阀的入口连接至所述压气机的后高压管路、出口连接至涡轮机的后排气管路。

优选的，所述计算增压器的喘振余量，包括：

获取发动机进气流量、环境温度、环境压力和增压压力；

根据所述环境压力和所述增压压力确定对应的喘振流量；

利用所述发动机进气流量、所述环境温度、所述环境压力和所述喘振流量，计算所述喘振余量。

优选的，获取发动机的排气温度，包括：

如果所述发动机为天然气发动机，则获取所述涡轮机的后排气管路的排气温度；

如果所述发动机为柴油机，获取柴油颗粒过滤器的后排气管路的排气温度。

优选的，所述根据所述排气温度控制第一喘振阀和第二喘振阀的工作状态，包括：

在所述排气温度小于预设的第一温度阈值的情况下，按照所述喘振余量对应的第一目标开度控制所述第一喘振阀开启、控制所述第二喘振阀关闭；

在所述排气温度大于预设的第二温度阈值的情况下，控制所述第一喘振阀关闭、按照所述喘振余量对应的第二目标开度控制所述第二喘振阀开启；

其中，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

优选的，所述基于喘振余量的喘振阀控制方法还包括：

在所述喘振余量小于所述余量阈值的情况下，输出用于提示所述增压器存在喘振风险的信息。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供一种基于喘振余量的喘振阀控制系统及控制方法，设置第一喘振阀和第二喘振阀，第一喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接压气机的进口低压管路，第二喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接至涡轮机的后排气管路。发动机控制器计算增压器的喘振余量；在喘振余量小于预设的余量阈值的情况下，获取发动机的排气温度，并根据排气温度控制第一喘振阀和第二喘振阀的工作状态。本发明在发动机中布置两个喘振阀、并开发控制策略，可以实时计算增压器的喘振余量，喘振余量较低时判定存在喘振风险，以发动机的排气温度为依据控制两个喘振阀的工作状态，通过精确控制两个喘振阀避免喘振发生，增加增压器性能和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的喘振阀布置示意图；

图2为本发明实施例提供的增压器MAP的示意图；

图3为本发明实施例提供的天然气发动机中的喘振阀布置示意图；

图4为本发明实施例提供的柴油机中的喘振阀布置示意图；

图5为本发明实施例提供的基于喘振余量的喘振阀控制方法的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，图1为本发明实施例提供的喘振阀布置示意图。如图1所示，发动机中包括空滤器1、压气机2、涡轮机3、后处理系统4、中冷器5、发动机气缸6，其中发动机气缸6的缸数为四，可以理解的是，缸数为四仅为本发明示例，其它未列举到的缸数也在本发明保护范围内。在此基础上，本发明在发动机中部署两个喘振阀，第一喘振阀7的入口连接至压气机2的后高压管路、出口连接至压气机2的进口低压管路，第二喘振阀8的入口连接至压气机2的后高压管路、出口连接至涡轮机3的后排气管路，并且，第一喘振阀7和第二喘振阀8与发动机控制器（ECU，Electrical Control Unit）9建立通信连接。

本发明实施例提供一种基于喘振余量的喘振阀控制系统，该基于喘振余量的喘振阀控制系统包括第一喘振阀7、第二喘振阀8和发动机控制器9。

发动机控制器9，用于计算增压器的喘振余量；在喘振余量小于预设的余量阈值的情况下，获取发动机的排气温度，并根据排气温度控制第一喘振阀7和第二喘振阀8的工作状态。

具体的，本发明实施例中发动机控制器9通过采集发动机运行参数和环境参数，可以计算增压器的喘振余量，具体的，可以在增压器定型后在发动机控制器9内部根据增压器MAP的喘振线标定出喘振流量曲线，进而结合发动机运行参数和环境参数来计算发动机运行过程中增压器的喘振余量。需要说明的是，增压器MAP为表征增压器性能的数据，包括喘振线、堵塞线、转速线、效率线等。

进一步，发动机控制器9在计算获得喘振余量之后，可以通过喘振余量来确定增压器的喘振风险，具体的，喘振余量的大小决定增压器的喘振风险，喘振余量与喘振风险成负相关，即喘振余量越大、喘振风险越小。对此，本发明实施例可以设置评估喘振风险的余量阈值，如果喘振余量小于余量阈值，发动机控制器9可以判定增压器存在喘振风险，反之，如果喘振余量大于或者等于余量阈值，发动机控制器9可以判定增压器不存在喘振风险。

实际应用中，余量阈值可以设置为10%。即喘振余量小于10%时，发动机控制器9判定增压器存在喘振风险、使能后续的喘振阀控制方案，反之，喘振余量大于或者等于10%时，发动机控制器9判定增压器不存在喘振风险、不使能后续的喘振阀控制方案。

更进一步，在判定增压器存在喘振风险后，发动机控制器9可以进一步通过已部署的传感器采集发动机的排气温度，该排气温度为后处理系统4上游的温度。

实际应用中，针对发动机不同的类型，发动机控制器9所采集的排气温度也有所区别。具体的：

参见图3，图3为本发明实施例提供的天然气发动机中的喘振阀布置示意图。如图3所示，发动机为天然气发动机时，柴油机中后处理系统4具体为TWC（Three Way Catalyst，三元催化转换器）41，此时，发动机控制器9获取涡轮机3的后排气管路的排气温度，即涡轮机3与TWC41之间的排气管路的排气温度。

参见图4，图4为本发明实施例提供的柴油机中的喘振阀布置示意图。如图4所示，发动机为柴油机时，柴油机中后处理系统4具体包括DOC（Diesel Oxidation Catalyst，柴油氧化催化器）42、DPF（Diesel Particulate Filter，柴油颗粒过滤器）43和SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原转化器）44，此时，发动机控制器9获取DPF43的后排气管路的排气温度，即DPF43与SCR44之间的排气管路的排气温度。

再进一步，在获得发动机的排气温度后，发动机控制器9可以进一步根据排气温度控制第一喘振阀7和第二喘振阀8的工作状态。具体的：

如果排气温度低于预设的第二温度阈值，为避免增压器喘振，此时采用第一喘振阀7，即控制第一喘振阀7开启、第二喘振阀8关闭。增压器压后温度最高约190℃，由于此时排气温度比较低（低于400℃），如果开启第二喘振阀8，温度相对较低的压后气体被引入到废气，此时会导致温度再次进一步下降，从而影响后处理转化效率，因此此时需要开启第一喘振阀7。

如果排气温度高于预设的第一温度阈值，后处理的转化效率会下降，以柴油机为例，SCR的转化效率会下降，此时采用第二喘振阀8，即控制第一喘振阀7关闭、第二喘振阀8开启，将增压器压后低于190℃的气体引入到废气，与高于450℃的废气混合，这就可以避免增压器喘振的同时也能降低排气温度，提升SCR转化效率。

具体实现过程中，用于计算增压器的喘振余量的发动机控制器9，具体用于：

获取发动机进气流量、环境温度、环境压力和增压压力；根据环境压力和增压压力确定对应的喘振流量；利用发动机进气流量、环境温度、环境压力和喘振流量，计算喘振余量。

具体的，本发明实施例中发动机控制器9可以在运行过程中实时计算出发动机进气流量，环境温度、环境压力和增压压力则可以通过已部署在发动机中的相关传感器采集获得。在获得发动机进气流量、环境温度、环境压力和增压压力之后，发动机控制器9可以调用已标定的喘振流量曲线，从该喘振流量曲线中查询与环境压力和增压压力的压比相对应的喘振流量。参见图2，图2为本发明实施例提供的增压器MAP的示意图，该增压器MAP纵坐标为环境压力与增压压力的压比、横坐标为流量，其中加粗的曲线为喘振流量曲线。

进一步，按照如下公式（1）计算得到增压器的喘振余量：

（1）

其中，为发动机进气流量；/>为环境温度；/>为标准环境温度，可以设置为25℃；/>为环境压力；/>为标准环境压力，可以设置为101.325kPa；/>为喘振流量。

具体实现过程中，为精准控制喘振阀的工作状态，本发明实施例中发动机控制器9可以控制第一喘振阀7和第二喘振阀8的开度。用于根据排气温度控制第一喘振阀7和第二喘振阀8的工作状态的发动机控制器9，具体用于：

在排气温度小于预设的第一温度阈值的情况下，按照喘振余量对应的第一目标开度控制第一喘振阀7开启、控制第二喘振阀8关闭；在排气温度大于预设的第二温度阈值的情况下，控制第一喘振阀7关闭、按照喘振余量对应的第二目标开度控制第二喘振阀8开启；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值。

具体的，本发明实施例中，以第一温度阈值为400℃、第二温度阈值为450℃为例进行说明：

如果排气温度小于400℃，发动机控制器9采用第一喘振阀7，控制第一喘振阀7开启、第二喘振阀8关闭；进一步对于第一喘振阀7，可以调取预先标定的喘振阀开度曲线，从该喘振阀开度曲线中确定与喘振余量相对应的喘振阀开度作为目标开度（即第一目标开度）；更进一步，按照该第一目标开度控制第一喘振阀7开启。

如果排气温度大于450℃，发动机控制器9采用第二喘振阀8，控制第一喘振阀7关闭、第二喘振阀8开启；进一步对于第二喘振阀8，可以调取预先标定的喘振阀开度曲线，从该喘振阀开度曲线中确定与喘振余量相对应的喘振阀开度作为目标开度（即第二目标开度）；更进一步，按照该第二目标开度控制第二喘振阀8开启。

需要说明的是，喘振阀开度曲线用于记录不同喘振余量与喘振阀开度的对应关系，喘振余量与喘振阀开度成负相关，即喘振余量越大、喘振阀开度越小。

本发明实施例中，第一喘振阀7和第二喘振阀8的阀片开度连续可调，可以根据发动机工况需求由发动机控制器9控制阀片的开度，避免增压器进入喘振区影响零部件可靠性及驾驶感受。

在一些场景下，为及时提醒用户发动机出现喘振风险，发动机控制器9还用于：

在喘振余量小于余量阈值的情况下，输出用于提示增压器存在喘振风险的信息。

具体的，本发明实施例中，提示增压器存在喘振风险的信息可以以图形、文字、语音的方式输出，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施例提供的基于喘振余量的喘振阀控制系统，在发动机中布置两个喘振阀、并开发控制策略，可以实时计算增压器的喘振余量，喘振余量较低时判定存在喘振风险，以发动机的排气温度为依据控制两个喘振阀的工作状态，通过精确控制两个喘振阀避免喘振发生，增加增压器性能和可靠性。

基于上述实施例提供的基于喘振余量的喘振阀控制系统，本发明实施例还提供一种基于喘振余量的喘振阀控制方法，该基于喘振余量的喘振阀控制方法应用于发动机控制器，包括如下步骤，方法流程图如图5所示：

S10，计算增压器的喘振余量。

S20，在喘振余量小于预设的余量阈值的情况下，获取发动机的排气温度，并根据排气温度控制第一喘振阀和第二喘振阀的工作状态。

其中，第一喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接至压气机的进口低压管路，第二喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接至涡轮机的后排气管路。

其中，在本发明实施例中，步骤S10“计算增压器的喘振余量”，包括如下步骤：

获取发动机进气流量、环境温度、环境压力和增压压力；

根据环境压力和增压压力确定对应的喘振流量；

利用发动机进气流量、环境温度、环境压力和喘振流量，计算喘振余量。

其中，在本发明实施例中，S20中“获取发动机的排气温度”，包括如下步骤：

如果发动机为柴油机，则获取涡轮机的后排气管路的排气温度；

如果发动机为天然气发动机，获取柴油颗粒过滤器的后排气管路的排气温度。

其中，在本发明实施例中，S20中“根据排气温度控制第一喘振阀和第二喘振阀的工作状态”，包括如下步骤：

在排气温度小于预设的第一温度阈值的情况下，按照喘振余量对应的第一目标开度控制第一喘振阀开启、控制第二喘振阀关闭；

在排气温度大于预设的第二温度阈值的情况下，控制第一喘振阀关闭、按照喘振余量对应的第二目标开度控制第二喘振阀开启；

其中，第一温度阈值小于第二温度阈值。

其中，在本发明实施例中，上述基于喘振余量的喘振阀控制方法还包括如下步骤：

在喘振余量小于余量阈值的情况下，输出用于提示增压器存在喘振风险的信息。

需要说明的是，本发明实施例中各步骤的细化实现可以参见上述基于喘振余量的喘振阀控制系统对应公开部分，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种基于喘振余量的喘振阀控制系统及控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于喘振余量的喘振阀控制系统，其特征在于，所述基于喘振余量的喘振阀控制系统包括：第一喘振阀、第二喘振阀和发动机控制器，所述第一喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接至所述压气机的进口低压管路，所述第二喘振阀的入口连接至所述压气机的后高压管路、出口连接至涡轮机的后排气管路；

所述发动机控制器，用于计算增压器的喘振余量；在所述喘振余量小于预设的余量阈值的情况下，获取发动机的排气温度，并根据所述排气温度控制所述第一喘振阀和所述第二喘振阀的工作状态；

用于根据所述排气温度控制所述第一喘振阀和所述第二喘振阀的工作状态的所述发动机控制器，具体用于：

在所述排气温度小于预设的第一温度阈值的情况下，按照所述喘振余量对应的第一目标开度控制所述第一喘振阀开启、控制所述第二喘振阀关闭；

在所述排气温度大于预设的第二温度阈值的情况下，控制所述第一喘振阀关闭、按照所述喘振余量对应的第二目标开度控制所述第二喘振阀开启；其中，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

2.根据权利要求1所述的基于喘振余量的喘振阀控制系统，其特征在于，用于计算增压器的喘振余量的所述发动机控制器，具体用于：

获取发动机进气流量、环境温度、环境压力和增压压力；根据所述环境压力和所述增压压力确定对应的喘振流量；利用所述发动机进气流量、所述环境温度、所述环境压力和所述喘振流量，计算所述喘振余量。

3.根据权利要求1所述的基于喘振余量的喘振阀控制系统，其特征在于，用于获取发动机的排气温度的所述发动机控制器，具体用于：

如果所述发动机为天然气发动机，则获取所述涡轮机的后排气管路的排气温度；如果所述发动机为柴油机，获取柴油颗粒过滤器的后排气管路的排气温度。

4.根据权利要求1所述的基于喘振余量的喘振阀控制系统，其特征在于，所述发动机控制器，还用于：

在所述喘振余量小于所述余量阈值的情况下，输出用于提示所述增压器存在喘振风险的信息。

5.一种基于喘振余量的喘振阀控制方法，其特征在于，所述基于喘振余量的喘振阀控制方法应用于发动机控制器，所述基于喘振余量的喘振阀控制方法包括：

计算增压器的喘振余量；

在所述喘振余量小于预设的余量阈值的情况下，获取发动机的排气温度，并根据所述排气温度控制第一喘振阀和第二喘振阀的工作状态；

所述根据所述排气温度控制第一喘振阀和第二喘振阀的工作状态，包括：

在所述排气温度小于预设的第一温度阈值的情况下，按照所述喘振余量对应的第一目标开度控制所述第一喘振阀开启、控制所述第二喘振阀关闭；

在所述排气温度大于预设的第二温度阈值的情况下，控制所述第一喘振阀关闭、按照所述喘振余量对应的第二目标开度控制所述第二喘振阀开启；

其中，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值；

其中，所述第一喘振阀的入口连接至压气机的后高压管路、出口连接至所述压气机的进口低压管路，所述第二喘振阀的入口连接至所述压气机的后高压管路、出口连接至涡轮机的后排气管路。

6.根据权利要求5所述的基于喘振余量的喘振阀控制方法，其特征在于，所述计算增压器的喘振余量，包括：

获取发动机进气流量、环境温度、环境压力和增压压力；

根据所述环境压力和所述增压压力确定对应的喘振流量；

利用所述发动机进气流量、所述环境温度、所述环境压力和所述喘振流量，计算所述喘振余量。

7.根据权利要求5所述的基于喘振余量的喘振阀控制方法，其特征在于，获取发动机的排气温度，包括：

如果所述发动机为天然气发动机，则获取所述涡轮机的后排气管路的排气温度；

如果所述发动机为柴油机，获取柴油颗粒过滤器的后排气管路的排气温度。

8.根据权利要求5所述的基于喘振余量的喘振阀控制方法，其特征在于，所述基于喘振余量的喘振阀控制方法还包括：

在所述喘振余量小于所述余量阈值的情况下，输出用于提示所述增压器存在喘振风险的信息。