內(nèi)燃機(jī)二級(jí)增壓控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種內(nèi)燃機(jī)二級(jí)增壓控制系統(tǒng)W及基于分 區(qū)控制策略的二級(jí)增壓系統(tǒng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，內(nèi)燃機(jī)的增壓技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展，主要可W分為廢氣滿(mǎn)輪增壓、機(jī)械增 壓、諧振增壓及氣波增壓。其中，廢氣滿(mǎn)輪增壓憑借結(jié)構(gòu)緊湊、能量利用率大、噪聲較小等優(yōu) 點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。進(jìn)一步的，受到內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī)的限制和內(nèi)燃機(jī)對(duì)于高升功率的追求， 單級(jí)滿(mǎn)輪增壓已滿(mǎn)足不了運(yùn)些需求。串聯(lián)式二級(jí)增壓系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其具有高增壓比、大流 量范圍、高定賭效率的特點(diǎn)，配合各級(jí)滿(mǎn)端和壓端旁通閥的使用，二級(jí)增壓系統(tǒng)幾乎可W滿(mǎn) 足各種復(fù)雜工況下的進(jìn)氣需求。
[0003] 二級(jí)增壓系統(tǒng)雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是如果想要完全實(shí)現(xiàn)其功能，不可避免的需 要配備復(fù)雜的旁通管路W及布置多個(gè)旁通閥，運(yùn)些布置會(huì)占用大量空間；而且，高壓級(jí)廢氣 旁通蝶閥的工作條件極為惡劣，尤其是在瞬變切換過(guò)程中，旁通閥在高溫高壓氣體的不斷 撞擊下進(jìn)行頻繁切換，不僅影響了旁通閥切換過(guò)程中的靈敏度，又大大縮短了旁通閥的使 用壽命。
[0004] 二級(jí)增壓系統(tǒng)將兩個(gè)大小不同的滿(mǎn)輪增壓器串聯(lián)布置，由于高壓級(jí)滿(mǎn)輪較小，改 善了內(nèi)燃機(jī)的低速性能，而且提高了瞬變響應(yīng)性能。在瞬變切換過(guò)程中，通過(guò)控制高壓級(jí)廢 氣旁通蝶閥開(kāi)度可W調(diào)節(jié)廢氣能量在高、低壓級(jí)之間的分配。但是，研究發(fā)現(xiàn)：僅僅通過(guò)穩(wěn) 態(tài)下旁通閥的調(diào)節(jié)規(guī)律來(lái)制定瞬變下旁通閥的控制方法，并不能充分的利用高壓級(jí)滿(mǎn)輪高 瞬變響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)二級(jí)增壓系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī) 的二級(jí)增壓系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)在高壓級(jí)滿(mǎn)輪端旁通管路上游增設(shè)了一個(gè)氣動(dòng)兩位 調(diào)節(jié)閥；限定高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥的最大開(kāi)度為80%，保證高壓級(jí)滿(mǎn)輪具有最低的怠速流 量，高壓級(jí)壓氣機(jī)不會(huì)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，取消了高壓級(jí)壓氣機(jī)端旁通管路的布置。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 該裝置包括內(nèi)燃機(jī)、通過(guò)進(jìn)氣歧管連接在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣口上的進(jìn)氣總管、通過(guò)排氣 歧管連接在內(nèi)燃機(jī)排氣口上的排氣總管、在高壓級(jí)滿(mǎn)輪之前通過(guò)連接在排氣總管上的高壓 級(jí)旁通管引出旁通管路、通過(guò)排氣=通閥連接高壓級(jí)旁通管，中壓級(jí)排氣管和低壓級(jí)旁通 管、在低壓級(jí)旁通管上安裝氣動(dòng)兩位低壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥、低壓級(jí)旁通管與低壓級(jí)滿(mǎn)輪的出 口管路低壓級(jí)排氣管相連接、低壓級(jí)壓氣機(jī)入口與低壓級(jí)進(jìn)氣管相連接、低壓級(jí)壓氣機(jī)出 口與中壓級(jí)進(jìn)氣管相連接、通過(guò)低壓級(jí)壓氣機(jī)旁通管連接低壓級(jí)進(jìn)氣管和中壓級(jí)進(jìn)氣管、 低壓級(jí)壓氣機(jī)旁通管上安裝氣動(dòng)兩位低壓級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥、低壓級(jí)壓氣機(jī)和高壓級(jí)壓氣機(jī) 通過(guò)中壓級(jí)進(jìn)氣管相連接、中壓級(jí)進(jìn)氣管上安裝進(jìn)氣壓間中冷器、高壓級(jí)壓氣機(jī)和進(jìn)氣中 冷器通過(guò)高壓級(jí)進(jìn)氣管相連接、進(jìn)氣中冷器連接在高壓級(jí)進(jìn)氣管和進(jìn)氣總管之間；
[0008] 所述的高壓級(jí)旁通管上安裝氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥和高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥、 氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥入口與排氣總管相連接、氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥出口與高 壓級(jí)廢氣旁通蝶閥入口相連接、高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥出口與排氣=通閥相連接；
[0009] 所述的電子控制單元分別與內(nèi)燃機(jī)、高速轉(zhuǎn)速傳感器、高速扭矩傳感器、滿(mǎn)前壓力 傳感器、氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥、高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥、氣動(dòng)兩位低壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥和 氣動(dòng)兩位低壓級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥控制連接。
[0010] 增壓系統(tǒng)的工作模式可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換：當(dāng)氣動(dòng)兩位低壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)兩位低壓 級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥同時(shí)打開(kāi)時(shí)，增壓系統(tǒng)工作在僅有高壓級(jí)增壓器工作的模式；當(dāng)氣動(dòng)兩位 低壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)兩位低壓級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥同時(shí)關(guān)閉時(shí)，增壓系統(tǒng)工作在二級(jí)增壓 模式；當(dāng)4個(gè)閥（氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)兩位低壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)兩位低壓 級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥、高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥）同時(shí)打開(kāi)時(shí)，增壓系統(tǒng)不工作，僅有高壓級(jí)增壓器 保持怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0011] 先前的穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)中，提出了一種W燃油消耗率最小為目標(biāo)、基于經(jīng)濟(jì)性的旁通閥 調(diào)節(jié)規(guī)律（參照附圖2分區(qū)控制策略圖）?；诜€(wěn)態(tài)時(shí)旁通閥的調(diào)節(jié)規(guī)律，提出了本發(fā)明的 控制思想。
[0012] 本發(fā)明的主要思想是：在穩(wěn)態(tài)及較低瞬變率的工況下，依據(jù)分區(qū)控制策略圖（參 見(jiàn)附圖2)進(jìn)行調(diào)節(jié)；在旁通閥的瞬變加載切換過(guò)程中，迅速的關(guān)閉氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào) 節(jié)閥，使高壓級(jí)增壓器工作在高效率區(qū)，直至滿(mǎn)前壓力超出預(yù)警值時(shí)立即打開(kāi)氣動(dòng)兩位高 壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥，與此同時(shí)，高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥利用氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥關(guān)閉和 打開(kāi)過(guò)程的時(shí)間差，調(diào)節(jié)到合適的旁通閥開(kāi)度，由于氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥的阻斷作 用，整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程不與高溫高壓廢氣直接接觸；在瞬變卸載過(guò)程中，及時(shí)打開(kāi)4個(gè)閥（氣動(dòng) 兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)兩位低壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)兩位低壓級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥、高 壓級(jí)廢氣旁通蝶閥），W此減小排氣的背壓。
[0013] 基于上述的內(nèi)燃機(jī)二級(jí)增壓控制系統(tǒng)W及主要思想，具體的控制方法通過(guò)下列步 驟實(shí)現(xiàn)（參見(jiàn)附圖3):
[0014] 1)電子控制單元采集內(nèi)燃機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥、氣 動(dòng)兩位低壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)兩位低壓級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥、高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥的開(kāi)度，并 按W下兩公式計(jì)算轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的瞬變率：
[0017] 式中：化為轉(zhuǎn)速變化率，An為單位時(shí)間的終點(diǎn)轉(zhuǎn)速與起點(diǎn)轉(zhuǎn)速之差，dTtq為轉(zhuǎn)矩 變化率，ATtq為單位時(shí)間的終點(diǎn)轉(zhuǎn)矩與起點(diǎn)轉(zhuǎn)矩之差，At為單位時(shí)間。
[0018] 2)根據(jù)開(kāi)發(fā)要求，在電子控制單元中輸入滿(mǎn)前壓力預(yù)警值并設(shè)定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩瞬變 率限值，定義當(dāng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化率超出設(shè)定限值時(shí)為高瞬變率過(guò)程。
[0019] 3)判斷當(dāng)前工況是否屬于高瞬變率過(guò)程（如果不是高瞬變率，則轉(zhuǎn)接步驟9)。
[0020] 4)如果是高瞬變率過(guò)程，判斷瞬時(shí)轉(zhuǎn)速是否大于165化/min,如果小于ieSOr/ min，則判斷扭矩是否大于SOON?Mo
[0021] 5)如果轉(zhuǎn)速大于1650r/min則電子控制單元發(fā)出指令關(guān)閉氣動(dòng)兩位低壓級(jí)滿(mǎn)輪 調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)兩位低壓級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥；如果轉(zhuǎn)速小于1650r/min且扭矩大于800N?M則 電子控制單元發(fā)出指令關(guān)閉氣動(dòng)兩位低壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)兩位低壓級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥； 如果轉(zhuǎn)速小于1650r/min且扭矩小于800N，M，則電子控制單元發(fā)出指令打開(kāi)氣動(dòng)兩位低壓 級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)兩位低壓級(jí)壓氣機(jī)調(diào)節(jié)閥。
[0022] 6)電子控制單元發(fā)出指令關(guān)閉氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥，同時(shí)，電子控制單元 (14)根據(jù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩在分區(qū)控制策略圖（參見(jiàn)附圖2)上判定高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥的 開(kāi)度（參見(jiàn)附圖4)并給伺服電機(jī)發(fā)出指令，將高壓級(jí)廢氣旁通蝶閥調(diào)整到目標(biāo)開(kāi)度。
[0023] 7)電子控制單元監(jiān)測(cè)滿(mǎn)前壓力值，當(dāng)滿(mǎn)前壓力值超出預(yù)警值時(shí)立即輸出指令打開(kāi) 氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥，如果滿(mǎn)前壓力值小于預(yù)警值，則在此處等待。
[0024] 8)打開(kāi)氣動(dòng)兩位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥后，等待Is后在繼續(xù)執(zhí)行。目的是防止氣動(dòng)兩 位高壓級(jí)滿(mǎn)輪調(diào)節(jié)閥的頻繁動(dòng)作。
[0025] 9)如果不是高瞬變率過(guò)程，判斷當(dāng)前工況是否是瞬變卸載過(guò)程（如果是卸載過(guò) 程，則轉(zhuǎn)到步驟12)。
[00%] 10)如果不是瞬變卸載過(guò)程，則當(dāng)前工況可能是穩(wěn)態(tài)或者低瞬變率的過(guò)程，電子控 制單元隨時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前工況是否發(fā)生改變。
[0027] 11)如果當(dāng)前工況發(fā)生改變，電子控制單元根據(jù)分區(qū)控制策略圖（參見(jiàn)附圖。，確 定