一种喷油量控制方法、装置及系统与流程

1.本发明实施例涉及发动机控制技术，尤其涉及一种喷油量控制方法、装置及系统。


背景技术：

2.目前，涡轮增压技术在柴油机领域已经得到了广泛的应用，采用涡轮增技术可提高发动机气缸充量容积效率，提高空燃比，大大增加发动机功率，同时，可降低废气烟度、废气温度以及发动机的热负荷。
3.在某些工作场景下，由于环境压力的改变，会造成涡轮增压器的转速上升，若涡轮增压器的转速超过可靠性转速的极限，则涡轮增压器会因超速而发生损坏。在涡轮增压器转速超过一定值后，就需要对涡轮增压器进行保护，通常的保护策略为：限制发动机的喷油量；将放气阀打开放气。
4.通过限制发动机的喷油量的方式避免涡轮增压器超速时，会造成发动机功率的下降，因此此种方法不是最先首选的方法。通过打开放气阀的方式避免涡轮增压器超速时，可以在保证发动机功率不下降的情况下保护涡轮增压器，但在打开放气阀后，在某些工况下，会出现放气量不足的情况，此时涡轮增压器仍存在超速风险，此时需要进一步限制喷油量，从而保证实现对涡轮增压器的保护。
5.实际工况中，影响放气量的计算准确度的因素较为复杂，现有技术中，放气量的计算准确度较低，从而造成在某些工况下，涡轮增压器的超速保护效果较差。


技术实现要素：

6.本发明提供一种喷油量控制方法、装置及系统，以达到准确的计算放气量，进而有效保证涡轮增压器不发生超速故障的目的。
7.第一方面，本发明实施例提供了一种喷油量控制方法，包括：
8.确定发动机排气脉冲压力曲线，获取放气阀物理参数，根据所述发动机排气脉冲压力曲线、放气阀物理参数计算放气阀开度；
9.根据所述放气阀开度计算放气量，采用所述放气量判断是否需要限制最大喷油量；
10.其中，确定所述发动机排气脉冲压力曲线包括：
11.获取放气压力测量值、排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数，根据所述放气压力测量值、排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数确定压力曲线波峰的波峰参数、压力曲线波谷的波谷参数；
12.获取排气门参数，根据所述排气门参数确定相邻两个压力曲线波峰之间的第一时长、相邻两个压力曲线波谷之间的第二时长。
13.可选的，采用所述放气量判断是否需要限制最大喷油量包括：
14.获取海拔测量数据，确定与所述海拔测量数据对应的放气比例阈值，若所述放气量小于所述放气比例阈值，则限制最大喷油量。
15.可选的，还包括获取排气工况参数；
16.根据所述发动机排气脉冲压力曲线、放气阀物理参数以及排气工况参数计算放气阀开度；
17.所述排气工况参数包括：压后压力、环境压力、后处理背压。
18.可选的，确定所述后处理背压包括：
19.获取发动机进气量、发动机喷油量，根据所述发动机进气量以及发动机喷油量确定废气总流量；
20.采用所述废气总流量、环境压力，基于压差map图确定所述后处理背压。
21.可选的，根据所述放气阀开度计算放气量包括：
22.采用所述放气阀开度，基于流量系数map图确定流量系数；
23.采用所述流量系数、后处理背压以及放气阀孔面积计算所述放气量。
24.可选的，获取排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数包括：
25.获取发动机转速、发动机喷油量，采用所述发动机转速、发动机喷油量，基于波峰系数map图确定所述排气脉冲波峰系数；
26.采用所述发动机转速、发动机喷油量，基于波谷系数map图确定所述排气脉冲波谷系数。
27.可选的，所述排气门参数包括：排气门开启持续时间、排气门数量；
28.根据所述排气门数量确定所述第一时长，根据所述排气门开启持续时间确定所述第二时长。
29.可选的，所述放气阀物理参数包括：
30.放气阀弹簧刚度、放气阀孔面积、放气阀弹簧预紧力、放气阀顶部膜片面积、放气阀压端力臂、放气阀涡轮端力臂、放气阀安装角度。
31.第二方面，本发明实施例还提供了一种喷油量控制装置，包括喷油量控制单元，所述喷油量控制单元用于：
32.确定发动机排气脉冲压力曲线，获取放气阀物理参数，根据所述发动机排气脉冲压力曲线、放气阀物理参数计算放气阀开度；
33.根据所述放气阀开度计算放气量，采用所述放气量判断是否需要限制最大喷油量；
34.其中，确定所述发动机排气脉冲压力曲线包括：
35.获取放气压力测量值、排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数，根据所述放气压力测量值、排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数确定压力曲线波峰的波峰参数、压力曲线波谷的波谷参数；
36.获取排气门参数，根据所述排气门参数确定相邻两个压力曲线波峰之间的第一时长、相邻两个压力曲线波谷之间的第二时长。
37.第三方面，本发明实施例还提供了一种喷油量控制系统，包括控制器，所述控制器配置有可执行程序，所述可执行程序运行时实现本发明实施例记载的喷油量控制方法。
38.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出一种喷油量控制方法，包括确定发动机排气脉冲压力曲线，同时基于发动机排气脉冲压力曲线确定放气阀开度，进而确定放气量，通过该放气量判断是否需要限制最大喷油量。基于发动机排气脉冲压力曲线，
在计算通过放气阀开度时，基于更符合实际情况的排气管路内的压力(及呈脉冲波形变化的压力)计算放气阀开度，相较于基于排气管路内的平均压力计算放气阀开度，可以提高计算出的放气阀开度的精度，进而准确的进行最大喷油量限制，有效避免放气量过小时，如不进行最大喷油量限制，造成的涡轮转速超速的问题。
附图说明
39.图1是实施例中的喷油量控制方法流程图；
40.图2是实施例中的放气阀结构示意图；
41.图3是实施例中的另一种喷油量控制方法流程图；
42.图4是实施例中的发动机系统结构示意图。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
44.实施例一
45.图1是实施例中的喷油量控制方法流程图，参考图1，本实施例提出一种喷油量控制方法，包括：
46.s101.确定发动机排气脉冲压力曲线。
47.示例性的，本实施例中，喷油量控制方法适用于配置有涡轮增压装置的发动机系统的喷油量控制。
48.示例性的，发动机工作时，在发动机排气门从开启至关闭的一个周期内、在发动机与后处理装置(例如氧化型催化转化器、颗粒捕集器等)之间的排气管路中，排气管路内的压力变化曲线近似为单脉冲曲线，本实施例中，通过发动机排气脉冲压力曲线表示发动机工作时，排气管路内的压力变化。
49.示例性的，本实施例中，确定发动机排气脉冲压力曲线包括：
50.获取放气压力测量值、排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数，根据放气压力测量值、排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数确定压力曲线波峰的波峰参数、压力曲线波谷的波谷参数；
51.获取排气门参数，根据排气门参数确定相邻两个压力曲线波峰之间的第一时长、相邻两个压力曲线波谷之间的第二时长。
52.示例性的，本实施例中，放气压力测量值由放气压力传感器提供，放气压力传感器设置于发动机与后处理装置之间的排气管路中，放气压力传感器的测量值为排气管路中的压力平均值。
53.示例性的，本实施例中，排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数为预设值，将压力平均值即为p，排气脉冲波峰系数记为c_p，排气脉冲波谷系数即为c_t，波峰参数记为p_p，波谷参数记为p_t，则波峰参数根据下式计算：
54.p_p＝f(p,c_p)
55.波谷参数根据下式计算：
56.p_t＝-f(p,c_t)
57.示例性的，本实施例中，对函数f的具体表达时不做具体限定。
58.示例性的，本实施例中，排气门参数至少包括发动机上配置的排气门的数量，此外，排气门参数还可以包括排气门开启持续时间、排气门关闭持续时间、排气门早开角度、排气门早闭角度中的一种多多种。
59.示例性的，在一种可实施方案中，设定排气门参数包括：排气门开启持续时间、排气门数量；
60.根据排气门数量确定相邻两个压力曲线波峰之间的第一时长，根据排气门开启持续时间确定相邻两个压力曲线波谷之间的第二时长。
61.示例性的，上述方案中，通过排气门数量确定发动机的缸数，将发动机的缸数记为cyl_num，第一时长记为t1，则根据下式计算第一时长：
62.t1＝720/cyl_num
63.示例性的，上述方案中，将排气门开启持续时间记为v_t，第二时长记为t2，则根据下式计算第二时长：
64.t2＝v_t
65.示例性的，上述方案中，排气门开启持续时间的具体数值与发动机曲轴上设置的凸轮设计参数以及相关控制策略相关，针对一台发动机，排气门开启持续时间通常为固定值。
66.示例性的，本实施例中，确定出波峰参数、第一时长后，可以基于三角函数拟合相邻两个波峰之间的第一发动机排气脉冲压力曲线；
67.确定出波谷参数、第二时长后，可以基于三角函数拟合相邻两个波谷之间的第二发动机排气脉冲压力曲线；
68.通过第一发动机排气脉冲压力曲线和第二发动机排气脉冲压力曲线构成完整的发动机排气脉冲压力曲线。
69.s102.根据发动机排气脉冲压力曲线、放气阀物理参数计算放气阀开度。
70.示例性的，本实施例中，放气阀物理参数至少包括放气阀压端力臂、放气阀涡轮端力臂、放气阀弹簧刚度、放气阀弹簧预紧力。
71.图2是实施例中的放气阀结构示意图，参考图2，放气阀设置在涡轮壳上，放气阀包括放气阀执行组件，在放气工况下，放气阀组件动作，旁通孔打开，高温废气通过旁通孔后，经过旁通通道直接进入涡轮出口，从而减少高温废气对涡轮的做功量，进而降低涡轮增压装置的增压压力。
72.参考图2，放气阀执行组件包括放气阀压端、放气阀涡轮端，放气阀压端靠近排气管路，放气阀涡轮端靠近涡轮壳。
73.示例性的，放气阀压端的放气阀执行组件包括弹簧和第一连杆，当放气阀压端受力时，弹簧可以带动连杆沿放气阀安装方向向涡轮壳移动；
74.放气阀涡轮端的放气阀执行组件包括第二连杆，当第二连杆受力时，第二连杆可围绕与第一连杆的连接点旋转；
75.放气阀中，第一连杆的位置以及第二连杆的位置共同决定放气阀开度(即旁通孔的开启度)。
76.示例性的，本实施例中，设定放气阀压端的受力与排气管路内的压力相关，放气阀涡轮端的受力与设定的放气阀控制指令相关。
77.示例性的，基于发动机排气脉冲压力曲线，可以确定当前计算时刻排气管路内的压力，进而确定放气阀压端的第一受力值，基于放气阀控制指令可以确定放气阀涡轮端的第二受力值；
78.采用第一受力值和放气阀压端力臂可以确定放气阀压端力矩，采用第二受力值和放气阀涡轮端力臂可以确定放气阀涡轮端力矩；
79.基于放气阀压端力矩、放气阀涡轮端力矩、放气阀弹簧刚度以及放气阀弹簧预紧力可以确定弹簧的形变，进而可以确定第一连杆，结合第二连杆的位置后可确定放气阀开度。
80.示例性的，在一种可实施方案中，也可以根据发动机排气脉冲压力曲线、放气阀物理参数以及排气工况参数计算放气阀开度。
81.示例性的，在上述方案中，为提高计算出的放气阀开度的准确性，放气阀物理参数可以包括放气阀弹簧刚度、放气阀孔面积、放气阀弹簧预紧力、放气阀顶部膜片面积、放气阀压端力臂、放气阀涡轮端力臂、放气阀安装角度。
82.示例性的，环境压力可以作为影响排气管路内部压力的因素，在上述方案中，排气工况参数至少包括环境压力。
83.示例性的，基于发动机排气脉冲压力曲线、环境压力以及放气阀顶部膜片面积可以确定放气阀压端的第三受力值；
84.基于发动机排气脉冲压力曲线、环境压力以及放气阀孔面积(即旁通孔面积)确定放气阀涡轮端的第四受力值，基于放气阀控制指令可以确定放气阀涡轮端的第五受力值；
85.基于放气阀安装角度可以确定放气阀压端力臂，采用第三受力值、放气阀压端力臂可以确定放气阀压端力矩；
86.基于放气阀安装角度可以确定放气阀涡轮端力臂，采用第五受力值、放气阀涡轮端力臂可以确定第一放气阀涡轮端力矩，采用第四受力值、放气阀涡轮端力臂可以确定第二放气阀涡轮端力矩；
87.基于放气阀压端力矩、第一放气阀涡轮端力矩、第二放气阀涡轮端力矩、放气阀弹簧刚度以及放气阀弹簧预紧力可以确定弹簧的形变，进而确定放气阀开度。
88.示例性的，本实施例中，对计算第三受力值、第四受力值时采用的函数不做具体限定，函数的形式可以根据实际情况进行设计。
89.s103.根据放气阀开度计算放气量。
90.示例性的，当放气阀开度确定时，可以确定与该放气阀开度对应的放气流量，在一个计算周期内，通过对放气流量积分即可确定该计算周内的放气量。
91.示例性的，本实施例中，计算周期的单位和数值可以根据实际需求设定，具体内容不做具体限定。
92.s104.采用放气量判断是否需要限制最大喷油量。
93.示例性的，本实施例中，采用步骤s103中计算出的放气量作为判断是否需要限制最大喷油量的依据。
94.例如，当放气量小于设定的放气比例阈值时，则限制最大喷油量(即喷油量不能超
过设定的最大值)，否则不对喷油量进行限制。
95.示例性的，限制最大喷油量时，设定的喷油量的最大值的具体数值可以根据标定试验确定。
96.本实施例提出一种喷油量控制方法，包括确定发动机排气脉冲压力曲线，同时基于发动机排气脉冲压力曲线确定放气阀开度，进而确定放气量，通过该放气量判断是否需要限制最大喷油量。基于发动机排气脉冲压力曲线，在计算通过放气阀开度时，基于更符合实际情况的排气管路内的压力(及呈脉冲波形变化的压力)计算放气阀开度，相较于基于排气管路内的平均压力计算放气阀开度，可以提高计算出的放气阀开度的精度，进而准确的进行最大喷油量限制，有效避免放气量过小时，如不进行最大喷油量限制，造成的涡轮转速超速的问题。
97.图3是实施例中的另一种喷油量控制方法流程图，参考图3，作为一种可实施方案，控制方法还可以为：
98.s201.确定发动机排气脉冲压力曲线。
99.示例性的，本方案中，在步骤s101记载的内容上，本方案中，可以通过如下方式获取排气脉冲波峰系数、排气脉冲波谷系数。
100.获取发动机转速、发动机喷油量，采用发动机转速、发动机喷油量，基于波峰系数map图确定排气脉冲波峰系数。
101.获取发动机转速、发动机喷油量，采用发动机转速、发动机喷油量，基于波谷系数map图确定排气脉冲波谷系数。
102.示例性的，本方案中，波峰系数map图以及波谷系数map图通过标定试验确定。
103.示例性的，本方案中，波峰参数根据下式计算：
104.c_p＝(p_p-p)/p
105.波谷参数根据下式计算：
106.c_t＝(p-p_t)/p。
[0107][0108]
s202.根据发动机排气脉冲压力曲线、放气阀物理参数以及排气工况参数计算放气阀开度。
[0109]
示例性的，本方案中，放气阀物理参数包括放气阀弹簧刚度、放气阀孔面积、放气阀弹簧预紧力、放气阀顶部膜片面积、放气阀压端力臂、放气阀涡轮端力臂、放气阀安装角度；
[0110]
排气工况参数包括压后压力、环境压力、后处理背压。
[0111]
图4是实施例中的发动机系统结构示意图，参考图4，发动机系统配置有压气机、中冷器、涡轮和后处理装置。
[0112]
压气机的第一端通过中冷器与进气歧管相连接，压气机的第二端与涡轮相连接，压气机的第一端还配置有压后压力传感器，压后压力传感器用于采用压后压力。
[0113]
示例性的，本方案中，采用压后压力表示压气机第一端的压力，采用后处理背压表示后处理装置进气端的压力。
[0114]
示例性的，本方案中，通过如下方式确定后处理背压：
[0115]
获取发动机进气量、发动机喷油量，采用发动机进气量以及发动机喷油量，基于废
气流量map图确定废气总流量；
[0116]
采用废气总流量、环境压力，基于压差map图确定后处理背压。
[0117]
示例性的，本方案中，废气流量map图以及压差map图通过标定试验确定。
[0118]
本方案中，同时将压后压力以及后处理背压作为影响放气阀开度的因素，确定放气阀开度具体包括：
[0119]
示例性的，基于发动机排气脉冲压力曲线、环境压力、压后压力、后处理背压以及放气阀顶部膜片面积可以确定放气阀压端的第六受力值；
[0120]
基于发动机排气脉冲压力曲线、环境压力、环境压力、压后压力以及放气阀孔面积确定放气阀涡轮端的第七受力值，基于放气阀控制指令可以确定放气阀涡轮端的第八受力值；
[0121]
基于放气阀安装角度可以确定放气阀压端力臂，采用第六受力值、放气阀压端力臂可以确定放气阀压端力矩；
[0122]
基于放气阀安装角度可以确定放气阀涡轮端力臂，采用第八受力值、放气阀涡轮端力臂可以确定第一放气阀涡轮端力矩，采用第七受力值、放气阀涡轮端力臂可以确定第二放气阀涡轮端力矩；
[0123]
基于放气阀压端力矩、第一放气阀涡轮端力矩、第二放气阀涡轮端力矩、放气阀弹簧刚度以及放气阀弹簧预紧力可以确定弹簧的形变，进而确定放气阀开度。
[0124]
示例性的，本实施例中，对计算第六受力值、第七受力值时采用的函数不做具体限定，函数的形式可以根据实际情况进行设计。
[0125]
s203.根据放气阀开度计算放气量。
[0126]
示例性的，本实施例中，采用下式计算放气量：
[0127]
m＝∫
0720c·
ρ
·s·
vdβ
[0128]
上式中，c表示流量系数，ρ表示废气密度，s表示放气阀孔面积，v表示废气流速，β表示曲轴转角。
[0129]
示例性的，本方案中，采用放气阀开度，基于流量系数map图确定流量系数。
[0130]
示例性的，本方案中，设定废气密度、废气流速为预设值，曲轴转动时，设定上述预设值不变。
[0131]
示例性的，基于发动机排气脉冲压力曲线，曲轴转动时，不同曲轴转角对应的放气阀开度，相应的，流量系数也不同。
[0132]
示例性的，在一种可实施方案中，可以采用下式计算放气量：
[0133]
m＝coor∫
0720c·
ρ
·s·
vdβ
[0134]
上式中，coor表示废气膨胀系数，可以根据后处理背压确定废气膨胀系数，其中，后处理背压与废气膨胀系数的关系可以通过标定试验确定。
[0135]
s204.获取海拔测量数据，确定与海拔测量数据对应的放气比例阈值。
[0136]
示例性的，本方案中，不同海拔测量数据对应的放气比例阈值不同，放气比例阈值作为判断是否需要限制最大喷油量的基准值。
[0137]
s205.采用放气量以及放气比例阈值确定是否需要限制最大喷油量。
[0138]
示例性的，本方案中，当放气量小于设定的放气比例阈值时，则限制最大喷油量，否则不对喷油量进行限制。
[0139]
在图1所示方案有益效果的基础上，本方案中，根据海拔测量数据确定放气比例阈值，将放气比例阈值作为判断是否需要限制最大喷油量的基础值，进而保证在不同海拔，喷油量控制方法均能够有效保证涡轮不发生超速。
[0140]
实施例二
[0141]
本实施例提出一种喷油量控制装置，包括喷油量控制单元，喷油量控制单元用于：
[0142]
确定发动机排气脉冲压力曲线，获取放气阀物理参数，根据发动机排气脉冲压力曲线、放气阀物理参数计算放气阀开度；
[0143]
根据放气阀开度计算放气量，采用放气量判断是否需要限制最大喷油量。
[0144]
本实施例中，喷油量控制装置的实施方式与图1所示方案中记载的对应内容相同，其有益效果也相同，其具体内容不再赘述。
[0145]
示例性的，在一种可实施方案中，喷油量控制单元也可以配置为实现图2所示的方案，其具体实现过程与实施例一中记载的对应内容相同。
[0146]
实施例三
[0147]
本实施例提出一种喷油量控制系统，包括控制器，控制器配置有可执行程序，可执行程序运行时实现实施例记载的任意一种喷油量控制方法。
[0148]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。