CN112302815B - 一种基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法。该方法通过限制发动机喷油量，实现了全工况的排气温度的精确控制。该方法主要步骤包括：1、读取当前周期发动机控制器的运行参数；2、排气温度的滤波处理；3、计算排气温度动态运行上限阈值；4、计算热比例温度；5、计算排气温度喷油量阈值；6、计算排气温度每冲程喷油量限值；7、计算发动机排温油量限值；8、计算最终发动机输出喷油量；9、通过最终发动机喷油量控制排气温度。

Description

一种基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法
技术领域
本发明属于电控柴油发动机动力控制领域，具体涉及一种基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法。
背景技术
随着电控柴油发动机发展，电控柴油发动机普遍采用涡轮增压器和SCR(Selective Catalytic Reduction)***，用于提高发动机的动力性，经济性和排放能。但是问题是容易造成排气温度过高易造成的发动机损坏，特别易造成增压器和排气歧管损坏；同时SCR***对排气温度有严格的要求，需要将排气温度限制在接受可合理的范围，用于避免SCR催化器破坏，以及尾气排放物未经处理直接排出所造成的空气污染。
目前通常做法是采用最大喷油量来限制排气温度，从而实现了部分工况点保护，但是由于发动机工作是一个动态的工作过程，在发动机在全工况下，现有方式很难实现对发动机排气温度的精确控制，易造成发动机损坏。
发明内容
为了现有采用最大喷油量来控制排气温度的方式存在的全工况下发动机排气温度控制不准确，发动机易损坏的问题，本发明提供了一种基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供了一种基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法，其具体实现步骤如下：
步骤一、读取当前周期发动机控制器的运行参数；
所述当前周期发动机控制器的运行参数包括进气温度CT、进气流量CF、排气温度EGk、进气压力PRESS、发动机转速NEng，喷油提前角FSS_SOI、期望喷油量FLcmd；
步骤二、排气温度的滤波处理；
对读取的排气温度进行一阶惯性滤波，获得发动机排气温度滤波值；
步骤三、计算排气温度动态运行上限阈值
根据发动机排气高温限值、步骤二中获取的当前周期发动机排气温度滤波值以及进气温度，计算排气温度动态运行上限阈值EMTU；
步骤四、计算热比例温度EF；
热比例温度EF有四部分组成，计算步骤公式为：
EF＝C_offset+C_SOI*FSS_SOI+C_BOOST*PRESS+C_SPEED*NEng其中，C_offset为热比例温度补偿值，取值范围是：(500～600)℃；
C_SOI为喷油提前角因子，取值范围是：(-200～-100)℃/°；
FSS_SOI为当前周期的喷油提前角；
C_BOOST为进气压力因子取值范围是：(10～20)℃/kPa；
PRESS为当前周期的进气压力；
C_SPEED为发动机转速乘积因子，取值范围是：(2～3)℃/rpm；
NEng为当前周期的发动机转速；
步骤五、计算排气温度喷油量阈值FLLim，其计算公式为：
Figure GDA0003698542050000021
其中，EF为热比例温度；CF为当前周期的进气流量；
步骤六、计算排气温度每冲程喷油量限值FLstroke；
排气温度每冲程喷油量限值根据排气温度喷油量阈值、发动机转速，内燃机气缸数进行计算，具体计算公式为：
Figure GDA0003698542050000031
其中，NEng为发动机转速；CyEng为内燃机缸数；
步骤七、计算发动机排温油量限值；
通过发动机排温油量上限值、排温油量下限值以及排气温度每冲程喷油量限值进行限幅处理，得到发动机排温油量限值FLfinal；
步骤八、计算最终发动机输出喷油量；
将当前周期期望喷油量经发动机排温油量限值限制后，得到最终发动机输出喷油量FLtotal；
步骤九、通过最终发动机喷油量控制排气温度。
进一步地，上述步骤二中发动机排气温度滤波值的计算公式为：
EG＝(EGk-EGk-1)·Cf+EGk
其中，EG表示当前周期排气温度滤波值；EGk表示当前周期排气温度初值；EGk-1表示上一周期排气温度滤波值；Cf为惯性系数，根据当前周期与上一周期比重关系选取，取值范围是0～1。
进一步地，上述步骤三中计算排气温度动态运行上限阈值的计算公式为：EMTU＝((C_THU-EG)·C_TG+C_THU)-CT
其中，C_THU表示发动机排气高温限值，根据发动机型号标定；C_TG为排气温度增益因子，根据发动机型号标定。
进一步地，上述步骤三中发动机排气高温限值C_THU的取值范围是(600～900)℃；排气温度增益因子C_TG的取值范围是0～1。
进一步地，上述步骤七中发动机排温油量限值FLfinal的计算公式为：FLfinal＝MAX{MIN(FLstroke，C_FLULim)，C_FLLLim}；
其中，FLfinal为发动机排温油量限值；C_FLULim为排温油量上限值；该值根据发动机型号标定实现，取值范围为(400～500)mg/stroke；C_FLlLim为排温油量下限值，该值根据发动机型号标定实现，取值范围为(200～300)mg/stroke；
进一步地，上述步骤八中最终发动机输出喷油量的计算公式为：
FLtotal＝MIN(FLfinal，FLcmd)
其中，FLcmd为当前周期的期望发动机喷油量。
本发明的有益效果是：
本发明的方法引入发动机进气温度、进气流量、排气温度、进气压力、发动机转速，喷油提前角、期望喷油量等运行参数，并采用在发动机控制器上输入程序算法精确的计算出每一周期发动机输出的喷油量即可实现发动机排气温度的精确控制，与现有的最大喷油量控制方式相比，可以防止发动机排温过高而损坏发动机(特别是增压器或排气歧管)，使发动温度在一个SCR***可接受的一个合理范围内，大大提高了发动机动力性、经济性、排放性和寿命，成本低，易于实现。
附图说明
图1为本发明的实现流程框图；
图2为某发动机外特性图；
图3为采用本方法后实际效果示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法，具体流程如下：
步骤一、读取当前周期发动机控制器的运行参数；
所述当前周期发动机控制器的运行参数包括进气温度CT、进气流量CF、排气温度EGk、进气压力PRESS、发动机转速NEng，喷油提前角FSS_SOI、期望喷油量FLcmd；
步骤二、排气温度的滤波处理；
为提高排气温度信号一致性，避免噪声的干扰，对读取的排气温度进行一阶惯性滤波，获得发动机排气温度滤波值，其计算公式如下：
EG＝(EGk-EGk-1)·Cf+EGk
其中，EG表示当前周期排气温度滤波值；EGk表示当前周期排气温度初值；EGk-1表示上一周期排气温度滤波值；Cf为惯性系数，根据当前周期与上一周期比重关系选取，取值范围是0～1；
步骤三、计算排气温度动态运行上限阈值
通过根据发动机排气高温限值、步骤二中获取的当前周期发动机排气温度滤波值以及进气温度，计算排气温度动态运行上限阈值，计算公式如下：
EMTU＝((C_THU-EG)·C_TG+C_THU)-CT
其中，C_THU表示发动机排气高温限值，根据发动机型号标定，取值范围是(600～900)℃；C_TG为排气温度增益因子，根据发动机型号标定，取值范围是0～1；
步骤四、计算热比例温度EF；
热比例温度EF有四部分组成，计算步骤公式如下：
EF＝C_offset+C_SOI*FSS_SOI+C_BOOST*PRESS+C_SPEED*NEng其中，C_offset为热比例温度补偿值，取值范围是：(500～600)℃；
C_SOI为喷油提前角因子，取值范围是：(-200～-100)℃/°；
FSS_SOI为当前周期的喷油提前角；
C_BOOST为进气压力因子取值范围是：(10～20)℃/kPa；
PRESS为当前周期的进气压力；
C_SPEED为发动机转速乘积因子，取值范围是：(2～3)℃/rpm；
NEng为当前周期的发动机转速；
步骤五、计算排气温度喷油量阈值FLLim，其计算公式如下：
Figure GDA0003698542050000061
其中，EF为热比例温度；CF为当前周期的进气流量；
步骤六、计算排气温度每冲程喷油量限值FLstroke；
排气温度每冲程喷油量限值根据排气温度喷油量阈值、发动机转速，内燃机气缸数进行计算，具体计算公式如下：
Figure GDA0003698542050000062
其中，NEng为发动机转速；CyEng为内燃机缸数；
步骤七、计算发动机排温油量限值；
通过发动机排温油量上限值、排温油量下限值以及排气温度每冲程喷油量限值进行限幅处理，得到发动机排温油量限值FLfinal，计算公式如下所示：
FLfinal＝MAX{MIN(FLstroke，C_FLULim)，C_FLLLim}
其中，FLfinal为发动机排温油量限值；C_FLULim为排温油量上限值；该值根据发动机型号标定实现，取值范围为(400～500)mg/stroke；C_FLlLim为排温油量下限值，该值根据发动机型号标定实现，取值范围为(200～300)mg/stroke；
步骤八、计算最终发动机输出喷油量FLtotal；
将当前周期期望喷油量经发动机排温油量限值限制后，得到最终发动机输出喷油量，其计算公式如下：
FLtotal＝MIN(FLfinal，FLcmd)
其中，FLcmd为当前周期的期望发动机喷油量；
步骤九、通过最终发动机喷油量控制排气温度。
下面以某电子控制器高压共轨柴油发动机项目中实际应用，来对本发明的控制方法的具体实施及使用效果进行说明。
针对某高压共轨柴油发动机，缸数为6缸，发动机排量为6.7L，最大发动机扭矩为850N，额定转速为2500r/min，其外特性见图2所示。工作步骤如下：
1、将发动机安装在发动机台架，调节油门开度，使发动机在外特性工况下运行；
2、控制器以10ms为周期对发动机机进气温度CT，进气流量CF、排气温度EGk、进气压力PRESS、喷油提前角FSS_SOI，发动机转速NEng，喷油提前角FSS_SOI、期望喷油量FLcmd
3、采用步骤二中的公式对当前发动机排气温度EGk进行滤波处理，获得当前周期发动机排气温度滤波值；计算时，Cf设定为0.2；
4、采用步骤三中的公式，计算排气温度动态运行上限阈值，计算时，C_THU为750℃；C_TG为0.9；
5、采用步骤四中的公式，计算热比例温度；
计算时，C_offset为550℃；
C_SOI为-150℃/°；
C_BOOST为15℃/kPa；
C_SPEED为2.5℃/rpm；
6、采用步骤五和步骤六中的公式，计算排气温度喷油量阈值和排气温度每冲程喷油量限值，计算时：C_FLULim为400mg/stroke，C_FLlLim为200mg/stroke；
7、通过发动机排温油量上限值、排温油量下限值以及排气温度每冲程喷油量限值进行限幅处理，得到发动机排温油量限值；
8、将当前期望喷油量经发动机排温油量限值限制后，得到最终发动机输出喷油量。
在外特性工况针对不同内燃机转速下对空燃比进行验证，验证结果如图3所示。图中当转速为在2500r/min～2650r/min范围内，发动机最终输出喷油量等于发动机排温油量限制值。

Claims (4)

1.一种基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、读取当前周期发动机控制器的运行参数；
所述当前周期发动机控制器的运行参数包括进气温度CT、进气流量CF、排气温度EGk、进气压力PRESS、发动机转速NEng，喷油提前角FSS_SOI、期望喷油量FLcmd；
步骤二、排气温度的滤波处理；
对读取的排气温度进行一阶惯性滤波，获得发动机排气温度滤波值；
所述发动机排气温度滤波值的计算公式为：
EG＝(EGk-EGk-1)·Cf+EGk
其中，EG表示当前周期排气温度滤波值；EGk表示当前周期排气温度初值；EGk-1表示上一周期排气温度滤波值；Cf为惯性系数，根据当前周期与上一周期比重关系选取，取值范围是0～1；
步骤三、计算排气温度动态运行上限阈值
根据发动机排气高温限值、步骤二中获取的当前周期发动机排气温度滤波值以及进气温度，计算排气温度动态运行上限阈值EMTU；
所述排气温度动态运行上限阈值的计算公式为：
EMTU＝((C_THU-EG)·C_TG+C_THU)-CT
其中，C_THU表示发动机排气高温限值，根据发动机型号标定；C_TG为排气温度增益因子，根据发动机型号标定；
步骤四、计算热比例温度EF；
热比例温度EF有四部分组成，计算步骤公式为：
EF＝C_offset+C_SOI*FSS_SOI+C_BOOST*PRESS+C_SPEED*NEng其中，C_offset为热比例温度补偿值，取值范围是：(500～600)℃；
C_SOI为喷油提前角因子，取值范围是：(-200～-100)℃/°；
FSS_SOI为当前周期的喷油提前角；
C_BOOST为进气压力因子取值范围是：(10～20)℃/kPa；
PRESS为当前周期的进气压力；
C_SPEED为发动机转速乘积因子，取值范围是：(2～3)℃/rpm；
NEng为当前周期的发动机转速；
步骤五、计算排气温度喷油量阈值FLLim，其计算公式为：
Figure FDA0003659459210000021
其中，EF为热比例温度；CF为当前周期的进气流量；
步骤六、计算排气温度每冲程喷油量限值FLstroke；
排气温度每冲程喷油量限值根据排气温度喷油量阈值、发动机转速，内燃机气缸数进行计算，具体计算公式为：
Figure FDA0003659459210000022
其中，NEng为发动机转速；CyEng为内燃机缸数；
步骤七、计算发动机排温油量限值；
通过发动机排温油量上限值、排温油量下限值以及排气温度每冲程喷油量限值进行限幅处理，得到发动机排温油量限值FLfinal；
步骤八、计算最终发动机输出喷油量；
将当前周期期望喷油量经发动机排温油量限值限制后，得到最终发动机输出喷油量FLtotal；
步骤九、通过最终发动喷油量控制排气温度。
2.根据权利要求1所述的基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法，其特征在于：所述步骤三中发动机排气高温限值C_THU的取值范围是(600～900)℃；排气温度增益因子C_TG的取值范围是0～1。
3.根据权利要求2所述的基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法，其特征在于：所述步骤七中发动机排温油量限值FLfinal的计算公式为：
FLfinal＝MAX{MIN(FLstroke，C_FLULim)，C_FLLLim}；
其中，FLfinal为发动机排温油量限值；C_FLULim为排温油量上限值；该值根据发动机型号标定实现，取值范围为(400～500)mg/stroke；C_FLlLim为排温油量下限值，该值根据发动机型号标定实现，取值范围为(200～300)mg/stroke。
4.根据权利要求3所述的基于热比例控制电控柴油发动机排气温度的方法，其特征在于：所述步骤八中最终发动机输出喷油量的计算公式为：
FLtotal＝MIN(FLfinal，FLcmd)；
其中，FLcmd为当前周期的期望发动机喷油量。
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