一种发动机增压系统的控制方法与流程

1.本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机增压系统的控制方法。


背景技术：

2.涡轮增压器在发动机结构不变的情况下具有提高发动机功率、降低燃油消耗率、增大低速扭矩、减少排气污染、高原功率恢复等优点。
3.对于渔船市场中由于作业环境的特殊性，对船用发动机的运行特性需提出更高的要求，因为船用发动机在起航、续航、追鱼、下网、拖网、上网、靠岸、离岸、转向等状态下所用工况大不相同。
4.现实中一般常用工况是在发动机低速时，要求发动机具有大扭矩、低油耗、低烟度。但发动机低速时因排气能量不足，致使涡轮增压器转速太低，涡轮增压器难以建立有效压力，造成发动机扭矩低、油耗高、冒黑烟等问题。


技术实现要素：

5.针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种发动机增压系统的控制方法，通过控制电动压气机配合涡轮增压器工作，解决了发动机低速运行时，发动机扭矩低、油耗高、冒黑烟等问题。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
7.一种发动机增压系统的控制方法，应用于发动机增压系统，所述发动机增压系统包括发动机、涡轮增压器和电动压气机，所述涡轮增压器的压气机和所述电动压气机连接在所述发动机的进气管路上；所述控制方法，包括以下步骤：
8.s1、获取发动机的扭矩需求n1、发动机的实时扭矩n2、发动机的当前增压压力p1和增压压力目标值p2；
9.s2、利用公式δp＝p2-p1，计算出压力差值δp；
10.s3、判断扭矩需求n1是否大于实时扭矩n2；判断压力差值δp是否大于差值最大值δpmax；
11.s4、如果n1＞n2且δp＞δpmax，生成对应的开启控制信号；
12.s5、根据开启控制信号，启动所述电动压气机；
13.s6、获取发动机的目标压比系数k1和电动压气机的当前压比系数k2；
14.s7、判断目标压比系数k1与当前压比系数k2是否相等；
15.s8、如果不等，调整当前压比系数k2去接近目标压比系数k1；
16.如果相等，调整电动压气机的当前出口压力p3，使当前增压压力p1接近增压压力目标值p2；
17.s9、判断目标压比系数k1是否在预设定压比范围内；
18.s10、如果在，判断目标压比系数k1在预设定压比范围内的时长是否大于预设定时长阈值；
19.s11、如果大于，生成对应的关闭控制信号；
20.s12、根据关闭控制信号，停止所述电动压气机。
21.优选方式为，所述s5包括：
22.s50、根据开启控制信号，获取发动机的油门开度t1、发动机的扭矩需求变化率和发动机的转速n1；
23.s51、判断油门开度t1是否大于预设定油门开度阈值t2；
24.判断扭矩需求变化率是否大于扭矩需求变化率最大值；
25.判断转速n1是否小于转速最大值n2；
26.判断电动压气机是否有无故障报警信号；
27.s52、如果t1＞t2、扭矩需求变化率大于扭矩需求变化率最大值、n1＜n2且无故障报警信号，则启动所述电动压气机。
28.优选方式为，在所述s8和所述s9之间，还包括以下步骤：
29.判断压力差值δp是否小于差值最小值δpmin；和/或，
30.判断电动压气机是否有无故障报警信号；
31.如果δp＜δpmin或有无故障报警信号，生成对应的关闭控制信号，执行s12。
32.优选方式为，所述s5还包括：根据开启控制信号，启动所述电动压气机，同时启动计时器t计时；
33.则在所述s8和所述s9之间，还包括以下步骤：
34.判断计时器t计时时间是否大于运行最大时间；
35.如果大于，生成对应的关闭控制信号，执行s12。
36.优选方式为，所述s6包括：
37.获取电动压气机的当前出口压力p3和当前大气压力值p4；
38.根据发动机的当前增压压力p1、增压压力目标值p2、当前出口压力p3和当前大气压力值p4，得到对应的目标压比系数k1；
39.根据当前出口压力p3和当前大气压力值p4，得到对应的当前压比系数k2。
40.优选方式为，通过预设定斜率的方式，调整电动压气机的转速，以调整电动压气机的当前出口压力p3。
41.优选方式为，所述s1还包括：根据发动机的扭矩需求n1，得到对应的增压压力目标值p2。
42.优选方式为，所述发动机增压系统还包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀串接在进气管路和所述电动压气机之间，且所述第一控制阀与所述涡轮增压器的压气机并接，所述第二控制阀设在所述涡轮增压器的压气机的进气管上；所述s5包括：
43.根据开启控制信号，打开所述第一控制阀、关闭所述第二控制阀和启动所述电动压气机；
44.获取涡轮增压器的转速；
45.判断涡轮增压器的转速是否为建压转速；
46.如果是，生成对应的阀门控制信号；
47.根据阀门控制信号，控制所述第一控制阀和所述第二控制阀关闭。
48.优选方式为，所述发动机增压系统还包括第三控制阀和第四控制阀，所述第三控
制阀设在所述涡轮增压器的压气机的进气管上，所述第四控制阀为三通阀，所述第四控制阀的第一阀口与所述电动压气机的出气口连接，第二阀口与所述涡轮增压器的压气机的进口连接，第三阀口与进气管路连接；
49.所述s5包括：
50.根据开启控制信号，关闭所述第三控制阀、控制所述第四控制阀的第一阀口和第二阀口连通、和启动所述电动压气机；
51.当发动机需要低目标压比系数k1时，打开所述第三控制阀、控制所述第四控制阀的第一阀口和第三阀口连通。
52.优选方式为，所述发动机增压系统还包括第五控制阀，所述第五控制阀与所述电动压气机并接；
53.所述s5包括：
54.根据开启控制信号，判断发动机的转速n1是否小于低速n3；
55.如果n1＜n3，则关闭所述第五控制阀和启动所述电动压气机；
56.再判断发动机的转速n1是否大于稳速n4；
57.如果n1＞n4，则打开所述第五控制阀，生成对应的关闭控制信号，执行s12。
58.采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
59.由于本发明的发动机增压系统的控制方法，先获取发动机的扭矩需求n1、发动机的实时扭矩n2、发动机的当前增压压力p1和增压压力目标值p2；再利用公式δp＝p2-p1，计算出压力差值δp；判断扭矩需求n1是否大于实时扭矩n2；判断压力差值δp是否大于差值最大值δpmax；如果n1＞n2且δp＞δpmax，生成对应的开启控制信号；根据开启控制信号，启动电动压气机；再获取发动机的目标压比系数k1和电动压气机的当前压比系数k2；判断目标压比系数k1与当前压比系数k2是否相等；如果不等，调整当前压比系数k2去接近目标压比系数k1；如果相等，调整电动压气机的当前出口压力p3，使当前增压压力p1接近增压压力目标值p2；判断目标压比系数k1是否在预设定压比范围内；如果在，判断目标压比系数k1在预设定压比范围内的时长是否大于预设定时长阈值；如果大于，生成对应的关闭控制信号；根据关闭控制信号，停止电动压气机。可见，本发明通过控制电动压气机运行，来使当前增压压力达到增压压力目标值，即令电动压气机配合涡轮增压器工作，去提高发动机的输出功率，从而解决了发动机低速运行时，发动机扭矩低、油耗高、冒黑烟的问题。
附图说明
60.图1是本发明中发动机增压系统的控制方法的流程示意图；
61.图2是实施例二中发动机增压系统的结构示意图；
62.图3是实施例三中发动机增压系统的结构示意图；
63.图4是实施例四中发动机增压系统的结构示意图；
64.图5是实施例五中发动机增压系统的结构示意图
65.图中：1-发动机，2-中冷器，3-涡轮增压器，4-电动压气机，5-第一控制阀，6-第二控制阀，7-第三控制阀，8-第四控制阀，9-第五控制阀，10-进气管路，11-排气管路。
具体实施方式
66.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
67.实施例一：
68.如图1至图5共同所示，一种发动机增压系统的控制方法，应用于发动机增压系统，发动机增压系统包括发动机1、中冷器2、涡轮增压器3和电动压气机4，涡轮增压器的压气机和电动压气机4连接在发动机1的进气管路10上，涡轮增压器3的涡轮机连接在发动机1的排气管路11上。
69.本发明的控制方法，包括以下步骤：
70.步骤s1、在发动机处于工作状态时，获取发动机的扭矩需求n1、发动机的实时扭矩n2、发动机的当前增压压力p1和增压压力目标值p2；优选地，根据发动机的扭矩需求n1，得到(计算出)对应的增压压力目标值p2。
71.具体地，发动机工作时，油门传感器实时采集油门开度，油门开度与发动机的固定最大扭矩值的乘积就是发动机的扭矩需求n1。发动机的实时扭矩n2主要通过当前进气量、当前目标空燃比、燃油热效率和点火效率这几个参数计算后得到；进气量由进气压力传感器获得，当前目标空燃比由空燃比传感器获得，燃油热效率为预设定值，点火效率由电子控制单元点火角来监控。
72.步骤s2、利用公式δp＝p2-p1，计算出压力差值δp；
73.步骤s3、判断发动机的扭矩需求n1是否大于发动机的实时扭矩n2；
74.判断压力差值δp是否大于差值最大值δpmax，其中差值最大值δpmax为预设定值；
75.步骤s4、如果扭矩需求n1＞实时扭矩n2、且压力差值δp＞差值最大值δpmax，则生成对应的开启控制信号；
76.步骤s5、根据开启控制信号，启动电动压气机4；
77.步骤s6、获取发动机的目标压比系数k1和电动压气机4的当前压比系数k2；
78.本实施例中s6具体包括以下步骤：
79.获取电动压气机4的当前出口压力p3和当前大气压力值p4；
80.根据发动机的当前增压压力p1、增压压力目标值p2、当前出口压力p3和当前大气压力值p4，计算出对应的目标压比系数k1，即目标压比系数k1是当前增压压力p1与当前大气压力值p4的比值，可通过调整当前出口压力p3来得到当前增压压力p1；
81.根据当前出口压力p3和当前大气压力值p4，计算出对应的当前压比系数k2，即当前压比系数k2是当前出口压力p3与当前大气压力值p4的比值。
82.步骤s7、判断发动机的目标压比系数k1与电动压气机4的当前压比系数k2是否相等；
83.步骤s8、如果目标压比系数k1与当前压比系数k2不相等，调整当前压比系数k2去接近目标压比系数k1；具体地，通过调整电动压气机4的当前出口压力p3的大小，来调整当前压比系数k2的大小，达到当前压比系数k2接近目标压比系数k1的目的。
84.如果目标压比系数k1与当前压比系数k2相等，调整电动压气机4的当前出口压力
p3，使当前增压压力p1接近增压压力目标值p2；具体地，通过调整电动压气机4转速的方式，来调整电动压气机4当前出口压力p3的大小，使电动压气机4配合涡轮增压器3工作，最终实现当前增压压力p1接近增压压力目标值p2目的。一种优选方案，本实施例中电动压气机4的转速，可通过预设定斜率的方式进行调整。
85.步骤s9、判断目标压比系数k1是否在预设定压比范围内；
86.步骤s10、如果在，判断目标压比系数k1在预设定压比范围内的时长是否大于预设定时长阈值；
87.具体地，如果目标压比系数k1在预设定压比范围内，启动计时器t1计时，计时器t1的计时时间为目标压比系数k1在预设定压比范围内的时长；
88.再判断计时器t1计时时间是否大于预设定时长阈值；
89.步骤s11、如果大于，即计时器t1计时时间大于预设定时长阈值，则生成对应的关闭控制信号；
90.步骤s12、根据关闭控制信号，停止电动压气机4。
91.本发明的控制方法，根据发动机的当前工况，控制电动压气机4运行，令电动压气机4配合涡轮增压器3工作，使当前增压压力达到或接近增压压力目标值，去提高发动机的输出功率，改善了发动机的瞬时响应能力，从而解决了发动机低速运行时，发动机扭矩低、油耗高、冒黑烟的问题。
92.本实施例中步骤s5包括：
93.步骤s50、根据开启控制信号，获取发动机的油门开度t1、发动机的扭矩需求变化率和发动机的转速n1；具体地，扭矩需求变化率是电子控制单元在发动机处于工作状态时，获取发动机的当前扭矩，并基于油门传感器的数据统计油门变化时间。
94.步骤s51、判断油门开度t1是否大于油门开度阈值t2，其中油门开度阈值t2为预设定值；
95.判断扭矩需求变化率是否大于扭矩需求变化率最大值，其中扭矩需求变化率最大值为预设定值；
96.判断转速n1是否小于转速最大值n2，其中转速最大值n2为预设定值；
97.判断电动压气机4是否有无故障报警信号；
98.步骤s52、如果油门开度t1＞油门开度阈值t2、扭矩需求变化率大于扭矩需求变化率最大值、转速n1＜转速最大值n2、且无故障报警信号，则启动电动压气机4。如果有一项不满足，则不启动电动压气机4。
99.通过上述参数增设了电动压气机4的启动条件，以增加了发动机增压系统的稳定性，有效解决了电动压气机4频繁启动导致发动机输出扭矩不稳定的问题，有效保障了发动机扭矩输出的平稳性和控制的合理性，消除了电动压气机4启动带来的冲击感。
100.本实施例中步骤在s8和s9之间，还包括以下步骤：
101.判断压力差值δp是否小于差值最小值δpmin；和/或，
102.判断电动压气机4是否有无故障报警信号；其中差值最小值δpmin为预设定值
103.如果压力差值δp＜差值最小值δpmin或有无故障报警信号，生成对应的关闭控制信号，执行s12，即根据关闭控制信号，停止电动压气机4。
104.本实施例中步骤s5还包括：
105.根据开启控制信号，启动电动压气机4，同时启动计时器t计时；
106.在s8和s9之间，还包括以下步骤：
107.判断计时器t计时时间是否大于运行最大时间，其中运行最大时间为预设定值，是电动压气机4连续运行的最大允许时间。
108.如果大于，即电动压气机4运行的时间超过最大运行时间，则生成对应的关闭控制信号，执行步骤s12，即根据关闭控制信号，停止电动压气机4。
109.以上步骤目的是增设了电动压气机4的停止条件，以增加了系统稳定性，有效解决了电动压气机4频繁停止导致发动机输出扭矩不稳定的问题，有效保障了发动机扭矩输出的平稳性和控制的合理性，消除了电动压气机4停止带来的冲击感。
110.实施例二：
111.如果2所示，本实施例中发动机增压系统还包括第一控制阀5和第二控制阀6，第一控制阀5串接在进气管路10和电动压气机4之间，且第一控制阀5与涡轮增压器3的压气机并接，第二控制阀6设在涡轮增压器3的压气机的进气管上。
112.本实施例中控制方法的步骤s5包括：
113.s50、根据开启控制信号，打开第一控制阀5、关闭第二控制阀6和启动电动压气机4；
114.通过扭矩需求n1和压力差值δp，判断出发动机低速运行，涡轮增压器处于怠速状态后，启动电动压气机4的同时，打开第一控制阀5关闭第二控制阀6，令电动压气机4压缩的空气一路直接进入进气管路10，另一路经涡轮增压器3的压气机后再进入进气管路10，两路空气再经过进气管路10进入中冷器2，再进入发动机1，以调整当前增压压力p1去接近增压压力目标值p2，最终达到调整发动机1转速的目的，瞬间提高了发动机1的输出功率，提高了发动机1的瞬时响应能力。
115.s51、当发动机1的输出功率提高后，发动机1的排气能量就会相应增加，同时也相应地提高涡轮增压器3的转速；再获取涡轮增压器3的转速；
116.s52、判断涡轮增压器3的转速是否为建压转速，其中建压转速为预设定值；
117.s53、如果是，即涡轮增压器3的转速为建压转速，则生成对应的阀门控制信号；
118.s54、根据阀门控制信号，控制第一控制阀5和第二控制阀6关闭，此时调整涡轮增压器3和电动压气机4组成串联两级增压的工作方式，以调整发动机1的转速，提高发动机1的输出功率。
119.当采用本发明的控制方法，判断出电动压气机4可停止工作时，开启第一控制阀5，调整工作方式仅通过涡轮增压器3的压气机将空气压入发动机1即可。
120.可见，采用本实施例的控制方法，可控制电动压气机4配合涡轮增压器3工作，解决了发动机1低速运行时，发动机1扭矩低、油耗高、冒黑烟的问题。
121.实施例三：
122.如图3所示，本实施例中发动机1增压系统还包括第三控制阀7和第四控制阀8，第三控制阀7设在涡轮增压器3的压气机的进气管上，第四控制阀8为三通阀，第四控制阀8的第一阀口与电动压气机4的出气口连接，第二阀口与涡轮增压器3的压气机的进口连接，第三阀口与进气管路10连接；
123.本实施例中控制方法的s5包括：
124.s55、根据开启控制信号，关闭第三控制阀7、控制第四控制阀8的第一阀口和第二阀口连通、和启动电动压气机4；
125.与实施例二相同，判断出发动机低速运行，涡轮增压器处于怠速状态后，关闭第三控制阀7、控制第四控制阀8的第一阀口和第二阀口连通、启动电动压气机4，使电动压气机4和涡轮增压器3组成串联的两级增压，来调整当前增压压力p1去接近增压压力目标值p2，以调整发动机1的转速，提高发动机1的输出功率，解决发动机1扭矩低、油耗高、冒黑烟的问题，这样也满足发动机1高压比、小流量的工况需求。
126.s56、当发动机1需要低目标压比系数k1时，打开第三控制阀7、控制第四控制阀8的第一阀口和第三阀口连通。
127.此时电动压气机4和涡轮增压器3组成并联的两级增压，来调整发动机1的当前增压压力p1，达到所需低目标压比系数k1，调整发动机1的转速，提高发动机1的输出功率，解决发动机1扭矩低、油耗高、冒黑烟的问题。
128.实施例四：
129.如图4所示，本实施例中发动机1增压系统还包括第五控制阀9，第五控制阀9与电动压气机4并接。
130.本实施例中s5包括：
131.s57、根据开启控制信号，判断发动机1的转速n1是否小于低速n3，其中低速为预设定值；
132.s57、如果转速n1＜低速n3，则关闭第五控制阀9和启动电动压气机4；此时电动压气机4和涡轮增压器3组成串联的两级增压，来来调整当前增压压力p1去接近增压压力目标值p2，达到调整发动机1转速的目的，提高发动机1的输出功率，解决发动机1扭矩低、油耗高、冒黑烟的问题，这样也满足发动机1高压比、小流量的工况需求。
133.s57、再判断发动机1的转速n1是否大于稳速n4，其中稳速为预设定值
134.s57、如果转速n1＞稳速n4，则打开第五控制阀9，生成对应的关闭控制信号，执行s12。即发动机1达到稳定的运行状态时，电动压气机4停止工作，第五控制阀9开启，仅通过涡轮增压器3的压气机将空气压入发动机1即可。
135.实施例五：
136.本实施例与实施例四基本相同，不同之处仅在于：
137.如图5所示，本实施例中的电动压气机4位于中冷器2的上游，压气机位于电动压气机4的上游，进气管路10上设置有第五控制阀9，第五控制阀9与电动压气机4并联。
138.以上所述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、等同一种发动机增压系统的控制方法的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。