電控增壓器旁通閥的控制及診斷方法

翟霄雁，李 毅，路志強(qiáng)，孫廣迪

（中國重型汽車集團(tuán)汽車研究總院，山東 濟(jì)南 250002）

隨著國Ⅵ排放要求的提高，發(fā)動機(jī)本體和后處理系統(tǒng)都需要采用一些新技術(shù)來降低尾氣中NOx、PM等有害氣體成分的排放。其中增壓壓力控制就是發(fā)動機(jī)本體提高燃燒效率、降低排放的重要手段。傳統(tǒng)增壓壓力控制采用機(jī)械式旁通閥。在高速高負(fù)荷工況下，增壓壓力超過一定值時旁通閥打開，部分廢氣經(jīng)旁通閥直接進(jìn)入排氣管，降低渦輪轉(zhuǎn)速，從而控制增壓壓力。采用這種方式，旁通閥只能在某些特定工況下打開，控制不夠靈活，不能滿足國Ⅵ發(fā)動機(jī)的控制要求［1］，而電控增壓器旁通閥不受這些限制，可以根據(jù)不同工況下增壓壓力的需求，靈活控制旁通閥的開度［2］。

1 控制策略

1.1 概述

增壓器旁通閥總的控制策略如圖1所示。對增壓器旁通閥的控制根據(jù)各工況下的目標(biāo)增壓壓力，采用前饋加反饋相結(jié)合的控制策略。開環(huán)值的設(shè)置使各工況下旁通閥開度有一個控制預(yù)值，避免僅靠閉環(huán)控制量變化過大。閉環(huán)控制功能使控制更加精確。開閉環(huán)控制功能可以根據(jù)工況實(shí)時選擇采用開環(huán)控制還是開環(huán)+閉環(huán)的控制方式。監(jiān)控功能對旁通閥的工作情況進(jìn)行監(jiān)控。最后得到旁通閥的目標(biāo)開度，通過轉(zhuǎn)換曲線轉(zhuǎn)換為旁通閥的占空比。

1.2 開環(huán)值計(jì)算

旁通閥開度的開環(huán)值基于當(dāng)前工況下的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和油量來計(jì)算基本值，同時應(yīng)用大氣壓力、進(jìn)氣溫度和冷卻液溫度等參數(shù)進(jìn)行修正，以保證增壓壓力控制滿足一定的環(huán)境適應(yīng)性。旁通閥開環(huán)值限制在旁通閥開度最大值和最小值之間。如圖2所示。

1.3 閉環(huán)控制

閉環(huán)控制采用閉環(huán)PID控制器模型，通過目標(biāo)增壓壓力設(shè)定值與實(shí)際增壓進(jìn)氣壓力的控制偏差計(jì)算，經(jīng)PID閉環(huán)控制來調(diào)整增壓器旁通閥的開度。其中100%表示增壓器在滿負(fù)荷工作，而0%表示增壓器在最小增壓下工作。實(shí)際增壓壓力通過中冷后的進(jìn)氣壓力傳感器測得。

如圖3所示，PID控制器根據(jù)控制偏差大小設(shè)置大信號和小信號兩種控制參數(shù)，使控制精度更高，響應(yīng)更快。

如圖4所示，目標(biāo)增壓壓力的計(jì)算是根據(jù)發(fā)動機(jī)的當(dāng)前實(shí)時工況來動態(tài)調(diào)整設(shè)定值的。通過當(dāng)前工況中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和實(shí)際噴油量確定增壓壓力的基本設(shè)置值，再根據(jù)進(jìn)氣溫度、大氣壓力和冷卻液溫度等來對基本設(shè)定值進(jìn)行動態(tài)修正，從而得到發(fā)動機(jī)在不同工況下需求的目標(biāo)增壓壓力。

增壓壓力閉環(huán)控制值加上開環(huán)控制值，并經(jīng)過保護(hù)限制，最終得到旁通閥目標(biāo)開度值。

圖1 增壓器旁通閥控制策略

圖2 旁通閥開度開環(huán)值計(jì)算

圖3 PID控制參數(shù)選擇

圖4 目標(biāo)增壓壓力計(jì)算

2 診斷策略

對增壓器旁通閥的診斷根據(jù)目標(biāo)增壓壓力與實(shí)際增壓壓力的偏差進(jìn)行。增壓器旁通閥開度直接影響增壓壓力的大小，如果增壓器或旁通閥有故障，將造成實(shí)際增壓壓力與目標(biāo)增壓壓力的偏差超過限制值。具體診斷步驟見圖5。

1）判斷旁通閥是否處于閉環(huán)控制狀態(tài)。只有在閉環(huán)控制狀態(tài)下才進(jìn)行該診斷。

2）計(jì)算目標(biāo)增壓壓力與實(shí)際增壓壓力的差值，當(dāng)該差值大于允許的最大正偏差時，報旁通閥開度過大故障。

3）如果該差值沒有大于允許的最大正偏差，判斷該差值是否小于允許的最小負(fù)偏差。如果小于，報旁通閥開度過小故障。

圖5 旁通閥診斷流程圖

4）如果以上差值都在正常范圍內(nèi)，則增壓系統(tǒng)無故障。

3 試驗(yàn)結(jié)果

圖6為按照以上邏輯對增壓壓力的實(shí)際控制效果。其中紅色曲線為目標(biāo)增壓壓力，綠色曲線為實(shí)際增壓壓力，藍(lán)色曲線為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，紫色曲線為實(shí)際噴油量?？梢娫诠r實(shí)時變化時，實(shí)際增壓壓力能夠達(dá)到目標(biāo)增壓壓力的控制要求。

圖6 實(shí)際測試結(jié)果