CN112360635B - 一种改善egr率的增压压力控制方法 - Google Patents

一种改善egr率的增压压力控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善EGR率的增压压力控制方法，包括：根据发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定初始最大增压压力增量；根据动力波动的允许波动范围设置增压压力增量变化率，并结合增压压力增量控制状态，对初始最大增压压力增量进行过渡处理，得到最终请求的最大增压压力增量；根据最终请求的最大增压压力增量，由前馈部分加累加控制部分得到最终实际请求的增压压力增量，其被限制在0与最终请求的最大增压压力增量之间。本发明的改善EGR率的增压压力控制方法考虑需要EGR控制中需要增大增压压力的工况，并且合理计算最终目标增压压力值，逐步过渡提高增压压力，避免出现动力输出波动，且保证油耗不增加，显著改善EGR控制。

Description

一种改善EGR率的增压压力控制方法
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种改善EGR率的增压压力控制方法。
背景技术
随着汽车和内燃机工业的高速发展，能源需求和环境保护问题成为当今世界各国所面临的难题，因此，节能和减排已成为内燃机行业发展的两大主题。在节能方面，国内外的汽车厂家通过运用：奥托(Otto)循环、阿特金森(Atkinson)循环、米勒(Miller)循环、高压废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)或低压高压废气再循环等技术，改善发动机的燃烧做功过程，或者通过发动机小型化设计，降低中小负荷的泵气损失，提高传统汽油机的燃油经济性。
涡轮增压发动机可以包括废气再循环(EGR)，可以从排气中取废气进入进气***。研究表明EGR***在改善排放，降低油耗和改善抗爆震能力上有一定优势。
然而，EGR控制中，在EGR控制阀入口气体压力(排气压力)和EGR控制阀出口气体压力(进气岐管进气压力)之差较小或者甚至为负值时，EGR废气流量很小或者出现气体倒流的现象。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种改善EGR率的增压压力控制方法，解决在EGR控制阀入口气体压力和EGR控制阀出口气体压力之差较小或者甚至为负值时，EGR废气流量很小或者出现气体倒流的问题。
本发明提供一种改善EGR率的增压压力控制方法，包括以下步骤：
S1、根据发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定初始最大增压压力增量；
S2、根据动力波动的允许波动范围设置增压压力增量变化率，包括增压压力增量增大变化率和增压压力增量减小变化率；由增压压力增量变化率得到增压压力增量增大量和增压压力增量减小量，并结合增压压力增量控制状态，对初始最大增压压力增量进行过渡处理，得到最终请求的最大增压压力增量；
S3、由发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定前馈部分；根据增压压力增量控制状态获得累加控制部分；根据最终请求的最大增压压力增量，由前馈部分加累加控制部分得到最终实际请求的增压压力增量，其被限制在0与最终请求的最大增压压力增量之间；最后将最终实际请求的增压压力增量累加到增压控制的目标增压压力中得到最终的目标增压压力，用于增压控制。
进一步地，步骤S2中结合增压压力增量控制状态，对初始最大增压压力增量进行过渡处理，得到最终请求的增压压力增量具体为：
S21、在EGR状态从未激活状态变为激活状态，且增压压力增量增大量与节气门前后压力差的最大值小于初始最大增压压力增量时，控制状态设为Ramp Up状态；判断上一采样周期的控制状态，若上一采样周期的控制状态不处于Ramp Up状态，则增压压力增量维持当前数值；若上一个采样周期的控制状态处于Ramp Up状态，则将上一增压压力增量加上增压压力增量增大量确定为当前的增压压力增量；
若当前的增压压力增量与节气门前后压力差的最大值小于初始最大增压压力增量，控制状态维持Ramp Up状态；Ramp Up状态下最终请求的最大增压压力增量取当前的增压压力增量与节气门前后压力差的最大值；
S22、直至当前的增压压力增量与节气门前后压力差的最大值超过初始最大增压压力增量时，控制状态从Ramp Up状态变为Active状态；
S23、在EGR状态从激活状态变为非激活状态时，控制状态从Active状态变为RampDown状态；将上一增压压力增量加上增压压力增量减小量确定为当前的增压压力增量；
若当前的增压压力增量与节气门前后压力差的的最小值大于0，控制状态维持Ramp Down状态；Ramp Down状态下最终请求的增压压力增量取当前的增压压力增量；
S24、直至当前的增压压力增量与节气门前后压力差的的最小值小于等于0时，控制状态从Ramp Down状态变为为Off状态,最终请求的最大增压压力增量取0；
进一步地，步骤S3中根据增压压力增量控制状态获得累加控制部分具体为：
S31、在增压压力增量控制状态为Off状态时，累加控制部分为0；
S32、在增压压力增量控制状态不为Off状态时，累加控制部分获得方法如下：
S321、根据发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定最佳EGR控制阀出口和入口废气目标压力比值，将其与EGR控制阀实际压比相减得到压比差，并计算压比差的变化率；
S322、根据压比差和压比差变化率确定累加控制部分累加变化率；
S323、根据累加控制部分累加变化率和累加控制部分计算公式得到累加控制部分。
进一步地，累加控制部分计算公式为：
pBoostDeltaReqIPart(n+1)＝pBoostDeltaReqIPart(n)+
pBoostDeltaReqIPartGain(n+1)×Δt×(rEGRValvePresRatioErr(n+1)-kBoostWindUpGain×pBoostDeltaSatu(n+1))
式中，pBoostDeltaReqIPart表示累加控制部分，pBoostDeltaReqIPartGain表示累加控制部分累加变化率，Δt表示时间间隔，rEGRValvePresRatioErr表示压比差，kBoostWindUpGain表示反积分饱和系数，pBoostDeltaSatu表示积分饱和增压压力，n、n+1表示采样周期序号。
进一步地，积分饱和增压压力的计算公式为：
pBoostDeltaSatu(n+1)＝pBoostDeltaReq(n)-[pBoostDeltaReqFF(n)+pBoostDeltaReqIPart(n)]
式中，pBoostDeltaReq表示最终请求的增压压力增量，pBoostDeltaReqFF表示前馈部分，pBoostDeltaReqIPart表示累加控制部分。
本发明的有益效果是：本发明的改善EGR率的增压压力控制方法，考虑需要EGR控制中需要增大增压压力的工况，并且合理计算最终目标增压压力值，逐步过渡提高增压压力，避免出现动力输出波动，且保证油耗不增加，显著改善EGR控制。
附图说明
图1是本发明的改善EGR率的增压压力控制方法的流程图；
图2是EGR从未激活状态突变成激活状态时控制流程图；
图3是EGR状态从激活状态变为非激活状态时控制流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明：
在EGR控制阀入口气体压力(排气压力)和EGR控制阀出口气体压力(进气岐管进气压力)之差较小或者甚至为负值时，EGR废气流量很小或者出现气体倒流的现象。为了避免该现象导致EGR率控制异常的发生，对于废气涡轮增压发动机而言，可以通过增大增压压力，实现增压压力的增大。采用上述处理目的是：1、利用更多的发动机燃烧后的废气流量用于推动增压器涡轮机，而此时排气会受阻，排气压力会增大，从而实现EGR控制阀两侧压差增大；2、增大节气门前后压力差，更好实现气体导流。但是增压压力增大时，为了保证同样的发动机动力输出，发动机进气量要求稳定，则节气门开度会降低，此时节气门后进气压力会出现突然的压降，从而可能造成动力输出波动；同时会造成发动机泵气损失，但是EGR的引入会提高发动机燃烧效率。为了解决这些问题，提高增压压力的同时需要进行逐步过渡，避免出现动力输出波动，且保证油耗不增加。
本发明实施例的改善EGR率的增压压力控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、根据发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定初始最大增压压力增量；
S2、根据动力波动的允许波动范围设置增压压力增量变化率，包括增压压力增量增大变化率和增压压力增量减小变化率；由增压压力增量变化率得到增压压力增量增大量和增压压力增量减小量，并结合增压压力增量控制状态，对初始最大增压压力增量进行过渡处理，得到最终请求的最大增压压力增量；
S3、由发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定前馈部分；根据增压压力增量控制状态获得累加控制部分；根据最终请求的最大增压压力增量，由前馈部分加累加控制部分得到最终实际请求的增压压力增量，其被限制在0与最终请求的最大增压压力增量之间；最后将最终实际请求的增压压力增量累加到增压控制的目标增压压力中得到最终的目标增压压力，用于增压控制。
其具体过程如下：
第一步，根据发动机目标新鲜空气进气密度RhoAirDsrd与发动机实际转速nEng确定初始未过渡的最大增压压力增量pBoostDeltaMaxRaw。如表1所示，在台架上，对各个目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速的工况点通过逐步增大增压压力，保证EGR率响应准确的前提下选取一个(即实际EGR率与目标EGR率差在指标范围内，本实施例中实际EGR率与目标EGR率差除以目标EGR率不允许超过1.5％)选择油耗最佳的增压压力最大的点(泵气功会增大会增加油耗；但同时燃油效率会提高而降低油耗)作为初始未过渡的最大增压压力增量pBoostDeltaMaxRaw。
表1初始最大增压压力增量确定表
Figure GDA0002836817750000041
第二步，对初始未过渡的最大增压压力增量pBoostDeltaMaxRaw进行过渡处理，避免出现动力输出波动超过预设波动范围。根据动力波动允许波动范围来设置过渡过程中增压压力增量变化率。本实例预设扭矩输出波动范围超过±10％，即表明不满足扭矩控制精度。本实例增压压力增量增大变化率ΔpBoostDeltaInc为20kPa/s，增压压力增量减小变化率ΔpBoostDeltaDec为-40kPa/s。对最终请求的最大增压压力增量pBoostDeltaMax的控制设置4种状态：
1、在EGR从未激活突变成激活状态时，如图2所示，ΔpBoostDeltaInc×Δt与节气门前后压力差(pPreThrottle-pManifold)最大值max[(ΔpBoostDeltaInc×Δt),(pPreThrottle-pManifold)]小于初始未过渡的最大增压压力增量pBoostDeltaMaxRaw时，即max[(ΔpBoostDeltaInc×Δt),(pPreThrottle-pManifold)]<pBoostDeltaMaxRaw时，最终请求的增压压力增量pBoostDeltaMax控制状态处于Ramp Up状态。判断上一个采样周期的控制状态，如果上一个采样周期，不是ramp up状态，则增压压力增量维持当前数值；如果上一个采样周期的控制状态处于Ramp Up状态，请求增压压力增量pBoostDeltaMaxOld(即pBoostDeltaMaxOld(n+1)＝pBoostDeltaMax(n))加上变化量ΔpBoostDeltaInc×Δt确定为当前的增压压力增量pBoostDeltaMax。时刻监测pBoostDeltaMaxOld+ΔpBoostDeltaInc×Δt与节气门前后压力差(pPreThrottle-pManifold)的最大值，max[(pBoostDeltaMaxOld+ΔpBoostDeltaInc×Δt),(pPreThrottle-pManifold)]小于初始未过渡的最大增压压力增量pBoostDeltaMaxRaw时，控制状态维持Ramp Up状态。确保节气门前后压差达到最大或者请求增压压力增量达到最大，以确保EGR气体正常导流至气缸内。Ramp Up状态下最终请求的最大增压压力增量pBoostDeltaMax取max[(pBoostDeltaMaxOld+ΔpBoostDeltaInc×Δt),(pPreThrottle-pManifold)]。
2、一旦max[(pBoostDeltaMaxOld+ΔpBoostDeltaInc×Δt),(pPreThrottle-pManifold)]不小于初始未过渡的最大增压压力增量pBoostDeltaMaxRaw时，控制状态更新为Active状态。一旦控制状态为Active后，控制状态不会从Active进入Ramp Up状态，只会根据条件3而进入Ramp Down状态。且最终请求的最大增压压力增量pBoostDeltaMax维持最大增压压力增量pBoostDeltaMaxRaw。
3、在EGR控制状态进入非激活状态时，如图3所示，控制状态从Active状态进入Ramp Down状态。时刻监测pBoostDeltaMaxOld+ΔpBoostDeltaDec×Δt与节气门前后压力差(pPreThrottle-pManifold)的最小值，即min[(pBoostDeltaMaxOld+ΔpBoostDeltaDec×Δt),(pPreThrottle-pManifold)]，当其大于0时，控制状态为Ramp Down状态，且最终请求的增压压力增量pBoostDeltaMax等于pBoostDeltaMaxOld+ΔpBoostDeltaDec×Δt，直至min[(pBoostDeltaMaxOld+ΔpBoostDeltaDec×Δt),(pPreThrottle-pManifold)]不大于0时，控制状态更新为Off状态,最终请求的最大增压压力增量pBoostDeltaMax等于0。一旦条件1再次满足，则重新进入条件1的状态控制当中。
至此，其EGR请求的最大增压压力增量pBoostDeltaMax确定。
第三步，进行最终实际EGR请求的增压压力增量pBoostDeltaReq，其由前馈部分pBoostDeltaReqFF+累加控制部分pBoostDeltaReqIPart得到。其中前馈部分为发动机目标新鲜空气进气密度RhoAirDsrd与发动机实际转速nEng确定，如表2所示。
表2前馈部分确定表
Figure GDA0002836817750000061
在增压压力增量控制状态为Off状态时，累加控制部分pBoostDeltaReqIPart为0；在增压压力增量控制状态不为Off状态时，累加控制部分pBoostDeltaReqIPart获得方法如下：
1、如表3所示，根据发动机目标新鲜空气进气密度RhoAirDsrd与发动机实际转速nEng确定最佳EGR控制阀出口和入口废气目标压力比值rEGRValvePresRatioDsrd，将其与实际压比
Figure GDA0002836817750000062
做差得到rEGRValvePresRatioErr，并求差值的变化率drEGRValvePresRatioErr。如表4所示，根据压比差rEGRValvePresRatioErr和压比差变化率drEGRValvePresRatioErr确定累加控制部分累加变化率pBoostDeltaReqIPartGain。
表3控制阀出口和入口废气目标压力比值确定表
Figure GDA0002836817750000071
表4累加控制部分累加变化率确定表
Figure GDA0002836817750000072
pBoostDeltaReqIPart(n+1)＝pBoostDeltaReqIPart(n)+
pBoostDeltaReqIPartGain(n+1)×Δt×(rEGRValvePresRatioErr(n+1)-kBoostWindUpGain×pBoostDeltaSatu(n+1))
特别地pBoostDeltaReqIPart(0)＝0，kBoostWindUpGain为反积分饱和系数，本实例取0.02，pBoostDeltaSatu(n+1)为第n+1个采样周期内的积分饱和增压压力。最终的pBoostDeltaReq取pBoostDeltaReqFF+pBoostDeltaReqIPart，并被限制在0与最大增压压力增量pBoostDeltaMax，若最终的pBoostDeltaReq超过该范围，则以与最终结果接近的端值，替代该最终结果。pBoostDeltaSatu(n+1)＝pBoostDeltaReq(n)-[pBoostDeltaReqFF(n)+pBoostDeltaReqIPart(n)]至此，最终EGR请求的增压压力增量pBoostDeltaReq控制完成，最后将pBoostDeltaReq累加到增压控制的目标增压压力中得到最终的目标增压压力，用于增压控制。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种改善EGR率的增压压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定初始最大增压压力增量；
S2、根据动力波动的允许波动范围设置增压压力增量变化率，包括增压压力增量增大变化率和增压压力增量减小变化率；由增压压力增量变化率得到增压压力增量增大量和增压压力增量减小量，并结合增压压力增量控制状态，对初始最大增压压力增量进行过渡处理，得到最终请求的最大增压压力增量；
S3、由发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定前馈部分；根据增压压力增量控制状态获得累加控制部分；根据最终请求的最大增压压力增量，由前馈部分加累加控制部分得到最终实际请求的增压压力增量，其被限制在0与最终请求的最大增压压力增量之间；最后将最终实际请求的增压压力增量累加到增压控制的目标增压压力中得到最终的目标增压压力，用于增压控制；
步骤S2中结合增压压力增量控制状态，对初始最大增压压力增量进行过渡处理，得到最终请求的增压压力增量具体为：
S21、在EGR状态从未激活状态变为激活状态，且增压压力增量增大量与节气门前后压力差的最大值小于初始最大增压压力增量时，控制状态设为Ramp Up状态；判断上一采样周期的控制状态，若上一采样周期的控制状态不处于Ramp Up状态，则增压压力增量维持当前数值；若上一个采样周期的控制状态处于Ramp Up状态，则将上一增压压力增量加上增压压力增量增大量确定为当前的增压压力增量；
若当前的增压压力增量与节气门前后压力差的最大值小于初始最大增压压力增量，控制状态维持Ramp Up状态；Ramp Up状态下最终请求的最大增压压力增量取当前的增压压力增量与节气门前后压力差的最大值；
S22、直至当前的增压压力增量与节气门前后压力差的最大值超过初始最大增压压力增量时，控制状态从Ramp Up状态变为Active状态；
S23、在EGR状态从激活状态变为非激活状态时，控制状态从Active状态变为Ramp Down状态；将上一增压压力增量加上增压压力增量减小量确定为当前的增压压力增量；
若当前的增压压力增量与节气门前后压力差的的最小值大于0，控制状态维持RampDown状态；Ramp Down状态下最终请求的增压压力增量取当前的增压压力增量；
S24、直至当前的增压压力增量与节气门前后压力差的的最小值小于等于0时，控制状态从Ramp Down状态变为为Off状态,最终请求的最大增压压力增量取0。
2.根据权利要求1所述的改善EGR率的增压压力控制方法，其特征在于，步骤S3中根据增压压力增量控制状态获得累加控制部分具体为：
S31、在增压压力增量控制状态为Off状态时，累加控制部分为0；
S32、在增压压力增量控制状态不为Off状态时，累加控制部分获得方法如下：
S321、根据发动机目标新鲜空气进气密度和发动机实际转速确定最佳EGR控制阀出口和入口废气目标压力比值，将其与EGR控制阀实际压比相减得到压比差，并计算压比差的变化率；
S322、根据压比差和压比差变化率确定累加控制部分累加变化率；
S323、根据累加控制部分累加变化率和累加控制部分计算公式得到累加控制部分。
3.根据权利要求2所述的改善EGR率的增压压力控制方法，其特征在于，累加控制部分计算公式为：
pBoostDeltaReqIPart(n+1)＝pBoostDeltaReqIPart(n)+pBoostDeltaReqIPartGain(n+1)×Δt×(rEGRValvePresRatioErr(n+1)-kBoostWindUpGain×pBoostDeltaSatu(n+1))
式中，pBoostDeltaReqIPart表示累加控制部分，pBoostDeltaReqIPartGain表示累加控制部分累加变化率，Δt表示时间间隔，rEGRValvePresRatioErr表示压比差，kBoostWindUpGain表示反积分饱和系数，pBoostDeltaSatu表示积分饱和增压压力，n、n+1表示采样周期序号。
4.根据权利要求3所述的改善EGR率的增压压力控制方法，其特征在于，积分饱和增压压力的计算公式为：
Figure FDA0003114629750000021
式中，pBoostDeltaReq表示最终请求的增压压力增量，pBoostDeltaReqFF表示前馈部分，pBoostDeltaReqIPart表示累加控制部分。
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