一种增压柴油机egr阀与vgt以及节气门协同控制系统和方法
【专利摘要】一种柴油机进排气控制系统，其包括废气再循环（EGR）阀、可变几何截面增压器（VGT）以及节气门，以调节流入发动机的空气质量流量（MAF）。该发动机控制系统包括第一模块，即基于油门踏板位置信号的工况状态监控模块，判断发动机是否处于急加速工况。第二模块基于第一模块工况判断结果，分别采用急加速工况下的瞬态开环控制策略，该策略可提高进气系统反应速度、优化瞬态烟度排放；或以MAF目标值与实测值之差为控制输入的EGR阀与VGT以及节气门协同控制策略，该方法以EGR阀控制为主，VGT流通面积调节为次，节气门控制为辅，精确控制MAF，该方法可尽量保持节气门全开减少节流损失，同时还达到了改善燃油经济性，减少标定工作量的目的。
【专利说明】—种增压柴油机EGR阀与VGT以及节气门协同控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属柴油机进排气反馈控制【技术领域】，具体涉及一种废气再循环(EGR)阀、可变几何截面增压器(VGT)以及节气门协同控制的系统和方法。
【背景技术】
[0002]废气再循环(EGR)系统可改善柴油机运行和减少NOx排放，增压技术可提高柴油机的进气密度、空气质量流量(MAF)和功率，并且车用柴油机大量采用的废气涡轮增压。可变几何截面增压(VGT)除了能有效解决普通涡轮增压器与柴油机匹配中存在的低速扭矩不足、部分负荷经济性差、瞬态响应迟缓等问题以外，还能有效解决部分工况进排气压力逆差问题，增大EGR可实现的范围。但是，EGR阀与VGT配合调节进气会受到VGT与发动机匹配要求限制，难以在全部工况下精确控制MAF和回流废气。
[0003]EGR阀与VGT以及节气门之间的配合可以解决该问题，但是三者对MAF、回流废气量以及增压压力存在交叉影响，耦合关系甚为复杂。传统的单输入单输出策略同时控制MAF和回流废气是十分困难的，由此导致目前可用的VGT与EGR阀、节气门联合控制器大多为高度复杂的系统，且需要极其费力地去校准。此外，增压柴油机急加速工况下的EGR和VGT技术的优化应用始终还是一个难题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服【背景技术】中的不足，提供一种柴油机进排气控制系统，其包括EGR阀与VGT以及节气门。该发明以MAF为控制目标，对上述三进排气控制执行部件与MAF、回流废气量以及增压压力之间的关系解耦，通过以EGR阀控制为主，VGT流通面积调节为次，节气门控制为辅，简化了控制策略，同时尽量保持节气门全开减少节流损失。此夕卜，还对急加速工况采用了开环处理优化瞬态排放。
[0005]本发明的目的是这样实现的，该控制系统由电控EGR阀、节气门、可变几何截面增压器(VGT)、压气机、冷却器、三通、发动机排气总管、发动机进气总管、EGR阀VGT节气门电控单元、工况判断单元、空气流量传感器、发动机转速传感器、油门踏板位置传感器、发动机扭矩传感器、CAN总线和起动开关组成，其中油门踏板位置传感器与工况判断单元连接；空气流量传感器、发动机转速传感器和发动机扭矩传感器与EGR阀VGT节气门电控单元连接；起动开关一端与EGR阀VGT节气门电控单元连接，另一端与工况判断单元连接；EGR阀VGT节气门电控单元和工况判断单元由CAN总线连接；三通的入口与发动机排气总管连接，三通一出口与可变几何截面增压器(VGT)，另一出口与EGR阀连接；EGR阀出口经冷却器与发动机进气总管连接；节气门出口与压气机入口连接；压气机出口经冷却器与发动机进气总管连接。
[0006]所述的工况判断单元中蓄电池I经电源电路I向单片机I供电，油门踏板位置信号经信号处理电路I向单片机I传输。
[0007]所述的EGR阀VGT节气门电控单元中蓄电池I丨经电源电路H别向单片机K、EGR
阀驱动电路、节气门驱动电路以及VGT驱动电路供电，电控EGR阀由EGR阀驱动电路控制，节气门由节气门驱动电路控制，VGT由VGT驱动电路控制，发动机扭矩信号和发动机转速信号经信号处理电路II向单片机11.传输。
[0008]一种EGR阀和VGT以及节气门协同控制方法包括下列步骤:
1)采集油门踏板位置传感器的信号，传送给工况判断单元；
2)工况判断单元根据油门踏板位置以及变化速率判断是否为急加速工况；
3)工况判断单元发出的工况判断结果信号经过CAN总线传送给EGR阀VGT节气门电控单元；
4)EGR阀VGT节气门电控单元根据工况判断结果信号决定采用急加速工况下的开环控制策略，或EGR阀与VGT以及节气门协同控制策略；
5)急加速工况下的瞬态开环控制策略为，节气门全开、EGR阀全关同时VGT流通面积达到最小；
6)EGR阀与VGT以及节气门协同控制策略为，采集发动机转速传感器、和发动机扭矩传感器的信号，查询二维脉谱得到MAF目标值；
7)采集空气流量传感器得到MAF实测值；
8)该协同控制策略以MAF目标值与实测值之差为控制输入，通过[0，3]之间的值(EIV)控制EGR阀、VGT以及节气门的状态；
9)由上述控制策略计算驱动电控EGR阀、VGT以及节气门需要的脉宽调节信号值，分别输出给各个部件的驱动电路，实现了三阀协同控制。
[0009]本发明的工作原理如下:
本发明包括基于油门踏板位置信号的工况状态监控模块，该模块判断发动机是否处于急加速工况，分别采用急加速工况下的瞬态开环控制策略；或以MAF目标值与实测值之差为控制输入的EGR阀与VGT以及节气门协同控制策略。
[0010]急加速工况下的瞬态开环控制策略为节气门全开、EGR阀全关同时VGT流通面积达到最小，使得增压器反应灵敏、延迟减少，提高进气系统反应速度，能够使新鲜空气最大限度进入缸内，优化瞬态烟度排放。
[0011]EGR阀与VGT、节气门协同控制策略以[0，3]之间的值(EIV)控制EGR阀、VGT以及节气门的状态。当EIV值处在[0，2]之间表示节气门全开，该值控制EGR阀和VGT;其中，当EIV值处在[0，I]之间表示VGT达到流通面积最大，该值控制EGR阀，并随该值的增大阀开度增大；当EIV值处在[1，2]之间表示EGR阀全开，EIV值控制VGT，并随该值的增大流通面积减小；当EIV值处在[2，3]之间表示EGR阀全开VGT流通面积最小，EIV值控制节气门，并随该值的增大阀开度减小。
[0012]通过应用上述协同控制策略，在节气门全开VGT达到流通面积最大时，单纯靠调节EGR阀能完成一定工况下的进气调节任务；如果EGR阀全开都不能满足MAF的要求，MAF误差推大控制量并且超过1，此刻开始了 VGT流通面积减小的过程，即当EGR阀全开靠调节VGT流通面积也能完成部分工况的进气调节任务；如果EGR阀全开VGT流通面积达到最小都不能满足MAF的要求，MAF误差推大控制量并且超过2，此刻开始了关闭节气门的过程。
[0013]该协同控制方法将EGR阀、VGT流通面积以及节气门控制包括在跟踪MAF的反馈循环之中，保证了只有当EGR阀完全开启时，VGT流通面积才开始减小；只有当EGR阀完全开启VGT流通面积最小时，节气门才开始关闭。达到了 EGR阀控制为主，VGT流通面积调节为次，节气门控制为辅的目的。此种方法在保证各个工况下精确控制进气的同时，降低了泵气损失，改善了燃油经济性，此外该联合控制方法还减少了标定工作量。
[0014]本发明与现有技术相比具有的优点:
1、急加速工况下的瞬态开环控制策略使得增压器反应灵敏、延迟减少，提高进气系统反应速度，能够使新鲜空气最大限度进入缸内，优化瞬态烟度排放。
[0015]2、协同控制策略以MAF为控制目标，对进排气控制执行部件与MAF、回流废气量以及增压压力之间的关系进行了解耦，通过EGR阀控制为主，VGT流通面积调节为次，节气门控制为辅的方法，简化了控制策略，易于工业实践。
[0016]3、协同控制策略可在保证精确控制进气的同时，降低了泵气损失，改善了燃油经济性，还减少了标定工作量。
[0017]4、本发明分工况采用闭环或开环控制算法，改善了系统的控制效果。
[0018]5、本发明适用各种增压柴油机，尤其是大功率的车用增压柴油机。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是增压柴油机EGR阀与VGT以及节气门协同控制系统的结构示意图图2是工况判断单元结构示意图
图3是EGR阀VGT节气门电控单元结构示意图图4是程序总体流程图
其中:发动机A、电控EGR阀(I)、节气门(2)、可变几何截面增压器(VGT) (3)、压气机
(4)、冷却器(5)、三通(6)、发动机排气总管(7)、发动机进气总管(8)、EGR阀VGT节气门电控单元(9)、工况判断单元(10)、空气流量传感器(11)、发动机转速传感器(12)、油门踏板位置传感器(13)、发动机扭矩传感器(14)、CAN总线(15)、起动开关(16)、油门踏板位置信号(17)、信号处理电路I (18)、蓄电池I (19)、电源电路I (20)、单片机；[(21)、蓄电池U
(22)、电源电路II (23)、单片机II (24)、信号处理电路Π (25)、发动机扭矩信号(26)、发动机转速信号(27)、EGR阀驱动电路(28)、节气门驱动电路(29)、VGT驱动电路(30)。
具体实施方案
[0020]下面结合附图对本发明进行进一步说明。
[0021]如图1所示，本发明的增压柴油机EGR阀与VGT以及节气门协同控制系统由电控EGR阀1、节气门2、可变几何截面增压器(VGT)3、压气机4、冷却器5、三通6、发动机排气总管7、发动机进气总管8、EGR阀VGT节气门电控单元9、工况判断单元10、空气流量传感器
11、发动机转速传感器12、油门踏板位置传感器13、发动机扭矩传感器14、CAN总线15和起动开关16组成，其中油门踏板位置传感器13与工况判断单元10连接；空气流量传感器
11、发动机转速传感器12和发动机扭矩传感器14与EGR阀VGT节气门电控单元9连接；起动开关16 —端与EGR阀VGT节气门电控单元9连接，另一端与工况判断单元10连接；EGR阀VGT节气门电控单元9和工况判断单元10由CAN总线15连接；三通6的入口与发动机排气总管7连接，三通6 —出口与可变几何截面增压器(VGT) 3，另一出口与EGR阀I连接；EGR阀I出口经冷却器5与发动机进气总管8连接；节气门2出口与压气机4入口连接；压气机4出口经冷却器5与发动机进气总管8连接。
[0022]如图2所示，增压柴油机EGR阀与VGT以及节气门协同控制系统的工况判断单元10中蓄电池！ 19经电源电路！ 20向单片机I 21供电，油门踏板位置信号17经信号处理电路I 18向单片机！ 21传输。
[0023]如图3所示，增压柴油机EGR阀与VGT以及节气门协同控制系统的EGR阀VGT节气门电控单元9中蓄电池II 22经电源电路II 23分别向单片机Π 24、EGR阀驱动电路28、
节气门驱动电路29以及VGT驱动电路30供电，电控EGR阀I由EGR阀驱动电路28控制，节气门2由节气门驱动电路29控制，VGT 3由VGT驱动电路30控制，发动机扭矩信号26和发动机转速信号27经信号处理电路Π 25向单片机Π 24传输。
[0024]一种EGR阀和VGT以及节气门协同控制方法包括下列步骤:
1)采集油门踏板位置传感器13的信号，传送给工况判断单元10；
2)工况判断单元10根据油门踏板位置以及变化速率判断是否为急加速工况；
3)工况判断结果信号经过CAN总线15传送给EGR阀VGT节气门电控单元9；
4)EGR阀VGT节气门电控单元9根据工况判断结果信号决定采用急加速工况下的开环控制策略，或EGR阀与VGT以及节气门协同控制策略；
5)急加速工况下的瞬态开环控制策略为，节气门全开、EGR阀全关同时VGT流通面积达到最小；
6)EGR阀与VGT以及节气门协同控制策略为，采集发动机转速传感器12、和发动机扭矩传感器14的信号，查询二维脉谱得到MAF目标值；
7)采集空气流量传感器11得到MAF实测值；
8)该协同控制策略以MAF目标值与实测值之差为控制输入，通过[0，3]之间的值(EIV)控制EGR阀、VGT以及节气门的状态；
9)由上述控制策略计算驱动电控EGR阀、VGT以及节气门需要的脉宽调节信号值，分别输出给各个部件的驱动电路，实现了三阀协同控制。
【权利要求】
1.一种EGR阀和VGT以及节气门协同控制系统，其特征在于由电控EGR阀(I)、节气门(2)、可变几何截面增压器(VGT) (3)、压气机(4)、冷却器(5)、三通(6)、发动机排气总管(7)、发动机进气总管(8)、EGR阀VGT节气门电控单元(9)、工况判断单元(10)、空气流量传感器(11)、发动机转速传感器(12)、油门踏板位置传感器(13)、发动机扭矩传感器(14)、CAN总线(15 )和起动开关(16 )组成，其中油门踏板位置传感器(13 )与工况判断单元(10 )连接；空气流量传感器(11)、发动机转速传感器(12)和发动机扭矩传感器(14)与EGR阀VGT节气门电控单元(9 )连接；起动开关(16 ) —端与EGR阀VGT节气门电控单元(9 )连接，另一端与工况判断单元(10)连接；EGR阀VGT节气门电控单元(9)和工况判断单元(10)由CAN总线(15)连接；三通(6)的入口与发动机排气总管(7)连接，三通(6) —出口与可变几何截面增压器(VGT) (3)，另一出口与EGR阀(I)连接；EGR阀(I)出口经冷却器(5)与发动机进气总管(8)连接；节气门(2)出口与压气机(4)入口连接；压气机(4)出口经冷却器(5)与发动机进气总管(8)连接。
2.按权利要求1所述的EGR阀和VGT以及节气门协同控制系统，其特征在于所述的工况判断单元(10)中蓄电池I (19)经电源电路I (20)向单片机I (21)供电，油门踏板位置信号(17)经信号处理电路I (18)向单片机I (21)传输。
3.按权利要求1所述的EGR阀和VGT以及节气门协同控制系统，其特征在于所述的EGR阀VGT节气门电控单元(9)中蓄电池H (22)经电源电路Π (23)分别向单片机Π (24)、EGR阀驱动电路(28 )、节气门驱动电路(29 )以及VGT驱动电路(30 )供电，电控EGR阀(I)由EGR阀驱动电路(28)控制，节气门(2)由节气门驱动电路(29)控制，VGT (3)由VGT驱动电路(30)控制，发动机扭矩信号(26)和发动机转速信号(27)经信号处理电路H (25)向单片机II (24)传输。
4.一种EGR阀和VGT以及节气门协同控制系统，其特征在于包括下列步骤: 1)采集油门踏板位置传感器(13)的信号，传送给工况判断单元(10)； 2)工况判断单元(10)根据油门踏板位置以及变化速率判断是否为急加速工况； 3)工况判断结果信号经过CAN总线(15)传送给EGR阀VGT节气门电控单元(9): 4)EGR阀VGT节气门电控单元(9)根据工况判断结果信号决定采用急加速工况下的开环控制策略，或EGR阀与VGT以及节气门协同控制策略； 5)急加速工况下的瞬态开环控制策略为，节气门全开、EGR阀全关同时VGT流通面积达到最小； 6)EGR阀与VGT以及节气门协同控制策略为，采集发动机转速传感器(12)、和发动机扭矩传感器(14)的信号，查询二维脉谱得到MAF目标值； 7)采集空气流量传感器(11)得到MAF实测值； 8)该协同控制策略以MAF目标值与实测值之差为控制输入，通过[0，3]之间的值控制EGR阀、VGT以及节气门的状态； 9)由上述控制策略计算驱动电控EGR阀、VGT以及节气门需要的脉宽调节信号值，分别输出给各个部件的驱动电路，实现了三阀协同控制。
【文档编号】F02D13/00GK104153903SQ201310174277
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月13日 优先权日:2013年5月13日
【发明者】赵靖华, 洪伟, 谭振江, 于晓鹏, 梁海英, 解方喜, 李小平, 王海燕 申请人:吉林师范大学