專利名稱：外部進氣加熱與內(nèi)部egr策略協(xié)同控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)動機中低負荷工況下的外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法。
背景技術：
發(fā)動機至今仍然是熱效率最高、單位體積和單位重量功率最大的原動機，應用非常廣泛，然而隨著世界能源的逐漸短缺以及環(huán)境資源的不斷惡化，我們需要發(fā)動機滿足更優(yōu)的經(jīng)濟性指標與更嚴格的排放法規(guī)。廢氣再循環(huán)(EGR)技術用稀釋過的空氣和廢氣的混合氣體代替普通空氣來支持引擎中的燃燒，可以得到更低的局部燃燒溫度和局部燃空當量t匕，其中中冷EGR策略通過對混合氣體冷卻，進一步降低了進氣工質(zhì)溫度，是控制NOx排放的有效方法，從而廣泛的應用于發(fā)動機上。然而在小負荷工況下，發(fā)動機進氣溫度與缸內(nèi)溫度較低，單純采用中冷EGR策略將有可能會導致油氣混合過稀，HC排放高，著火穩(wěn)定性差，人們采用許多技術來解決或改善以上問題。例如世界知識產(chǎn)權組織專利申請公開號2007/073331利用外部熱EGR來加熱發(fā)動機進氣及冷卻水溫度，從而降低了 HC排放，提高小負荷經(jīng)濟性。專利申請公開號2007/136142在進氣溫度較低的小負荷工況下采用內(nèi)部EGR提高著火穩(wěn)定性，在進氣溫度較高的大負荷工況下采用外部中冷EGR來降低NOx。這些措施都較好的適應了發(fā)動機中低負荷工況，但是也或多或少的存在不足。例如前者在怠速時或者負荷非常小時，光采用外部EGR策略加熱能力不夠，加熱到所需溫度時間比較長。而后者采用內(nèi)部EGR雖然加熱能力與加熱速度足夠，但由于內(nèi)部EGR會帶來一定的泵氣損失，經(jīng)濟性有所下降。除此之外，人們還在發(fā)動機冷啟動時采用電加熱來提高進氣溫度，由于電加熱較多的消耗了發(fā)動機的有效功，因此只在發(fā)動機冷啟動時采用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明提出一種基于帶有進氣加熱裝置(如廢氣加熱與外部熱EGR)和可變氣門裝置發(fā)動機的外部進氣加熱和內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法予以實現(xiàn)的技術方案是:采用具有廢氣加熱進氣溫度裝置、氣門可變機構以及測量進氣溫度功能的發(fā)動機，其控制方法如下:根據(jù)進氣溫度調(diào)節(jié)外部進氣加熱量和內(nèi)部EGR率，有下述三種情形之一:如果進氣溫度高于閥值，首先將內(nèi)部EGR率減到0，然后再減小外部進氣加熱量；如果進氣溫度低于閥值，則增加外部進氣加熱量的同時提高內(nèi)部EGR率；如果進氣溫度等于閥值，則增加外部進氣加熱量的同時減小內(nèi)部EGR率，外部進氣加熱引起的溫升與減少內(nèi)部EGR率帶來的溫降相抵消。；與此同時，當總EGR率小于閥值時，增大外部EGR率，當總EGR率大于閥值時，減小外部EGR率；其中，總EGR率為外部EGR率與內(nèi)部EGR率之和；
在上述過程中，當進氣溫度等于閥值且外部進氣加熱量達到最大或者內(nèi)部EGR率為零時，發(fā)動機維持穩(wěn)態(tài)。進一步講，本發(fā)明外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法，其中，調(diào)整外部進氣加熱量包括以下三種方法:(I)通過控制發(fā)動機廢氣流過熱交換器所提高或降低的熱量；(2)采用外部熱EGR所提高的外部進氣加熱量；(3)采用外部中冷EGR所降低的外部進氣加熱量。進一步講，本發(fā)明外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法，其中，調(diào)整內(nèi)部EGR率的方法是:通過控制進排氣門開啟/關閉時刻來改變內(nèi)部EGR率；或通過控制進排氣門開啟次數(shù)來改變內(nèi)部EGR率。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:兼顧了經(jīng)濟性與加熱能力，在瞬態(tài)工況采用內(nèi)部EGR率可以迅速提高缸內(nèi)溫度，達到所需要的溫度。在穩(wěn)態(tài)工況，采用進氣加熱替換內(nèi)部EGR策略可以降低泵氣損失，實現(xiàn)最佳的經(jīng)濟性。


圖1是實現(xiàn)本發(fā)明控制方法所采用的一款發(fā)動機的示意圖；圖2是本發(fā)明控制方法中調(diào)節(jié)進氣溫度的框圖；圖3是本發(fā)明控制方法中調(diào)節(jié)外部EGR率的框圖；圖中:1.中冷EGR控制閥，2.發(fā)動機進氣端，3.渦輪增壓器，4.排氣歧管，5.排氣背壓閥，6.發(fā)動機排氣端,7.發(fā)動機,8.可變氣門機構,9.進氣加熱控制閥，10.進氣歧管，
11.進氣溫度傳感器，12.熱交換器，13.中冷器。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地描述。本發(fā)明是一種用于發(fā)動機中低負荷工況下，并基于帶有進氣加熱裝置(如廢氣加熱與外部熱EGR)和可變氣門裝置發(fā)動機的外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法，因此，采用具有廢氣加熱進氣溫度裝置、氣門可變機構(進排氣門開啟/關閉時亥D以及測量進氣溫度功能的發(fā)動機，實現(xiàn)外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法如下:根據(jù)進氣溫度調(diào)節(jié)外部進氣加熱量和內(nèi)部EGR率，有下述三種情形之一:如果進氣溫度高于閥值，首先將內(nèi)部EGR率減到0，然后再減小外部進氣加熱量；如果進氣溫度低于閥值，則增加外部進氣加熱量的同時提高內(nèi)部EGR率；如果進氣溫度等于閥值，則增加外部進氣加熱量的同時減小內(nèi)部EGR率，外部進氣加熱引起的溫升與減少內(nèi)部EGR率帶來的溫降相抵消。；與此同時，當總EGR率小于閥值時，增大外部EGR率，當總EGR率大于閥值時，減小外部EGR率；其中，總EGR率為外部EGR率與內(nèi)部EGR率之和；在上述過程中，當進氣溫度等于閥值且外部進氣加熱量達到最大或者內(nèi)部EGR率為零時，發(fā)動機維持穩(wěn)態(tài)。其中，調(diào)整外部進氣加熱量包括以下三種方法:
(I)通過控制發(fā)動機廢氣流過熱交換器所提高或降低的熱量；(2)采用外部熱EGR所提高的外部進氣加熱量；(3 )采用外部中冷EGR所降低的外部進氣加熱量。其中，調(diào)整內(nèi)部EGR率的方法是:通過控制進排氣門開啟/關閉時刻來改變內(nèi)部EGR率；或通過控制進排氣門開啟次數(shù)來改變內(nèi)部EGR率。實施例:圖1示出了實現(xiàn)本發(fā)明控制方法所采用的一款發(fā)動機，發(fā)動機進氣端2的新鮮空氣通過渦輪增壓器3進行增壓，經(jīng)過中冷器13與熱交換器12連接到進氣歧管10，其中，中冷器13可以采用風冷或者水冷，其目的是為了降低進氣溫度，提高進氣充量，同時在大負荷下降低發(fā)動機的熱負荷。熱交換器12是空對空交換器，一端介質(zhì)為從中冷器13過來的發(fā)動機進氣，另一端介質(zhì)為由經(jīng)過進氣加熱控制閥9引入的發(fā)動機高溫廢氣，用于提高進氣溫度。熱交換器12與進氣歧管10之間裝有進氣溫度傳感器11，用于測量發(fā)動機進氣溫度，從而調(diào)整進氣加熱量與內(nèi)部EGR率。從排氣歧管4出來的高溫廢氣經(jīng)過渦輪增壓器3一部分通過背壓閥5排到大氣中，一部分通過進氣加熱控制閥9與熱交換器12連接。調(diào)節(jié)進氣加熱控制閥9的開度可以控制通過熱交換器12的廢氣流量，從而可以控制外部加熱能量，改變發(fā)動機進氣溫度。當通過熱交換器12的廢氣流流量不足時，即加熱能力不夠時，可以通過減小背壓閥5的開度來增大排氣背壓，從而增加通過熱交換器12的廢氣流量。裝在發(fā)動機上的可變氣門機構8可以通過調(diào)整進排氣門的開啟與關閉時刻或者調(diào)整進排氣門的開啟次數(shù)從而形成內(nèi)部EGR，相對于進氣加熱系統(tǒng)，采用內(nèi)部EGR可以快速提高缸內(nèi)燃燒溫度，提聞響應性。如圖2所示，發(fā)動機工作時，首先測量發(fā)動機初始狀態(tài)，如進氣溫度，冷卻水溫度，發(fā)動機轉速，發(fā)動機扭矩，大氣壓力等，從而估算出此時發(fā)動機所需要的適宜進氣溫度閥值與總EGR率的閥值。當進氣溫度大于溫度閥值時，首先判斷內(nèi)部EGR率是否為0，如果不為0，則首先減小內(nèi)部EGR率，如果為0，則直接減小外部進氣加熱量。當進氣溫度小于閥值時，采取進氣加熱量與內(nèi)部EGR率同時增大的措施，從而實現(xiàn)進氣溫度迅速達到閥值的目標。當進氣溫度等于閥值時，此時判斷外部加熱是否全開，如果全開，則維持不變，保持穩(wěn)態(tài)。如果外部加熱未開完全，而內(nèi)部EGR率又大于0，則在進氣溫度保持不變的情況下，減小內(nèi)部EGR率的同時增加外部加熱量，從而可以實現(xiàn)最佳的經(jīng)濟性能。以上方法是通過改變外部加熱量與內(nèi)部EGR率來使發(fā)動機進氣溫度到達閥值的方法，然而為了使發(fā)動機達到穩(wěn)定燃燒，實現(xiàn)經(jīng)濟性能與排放的優(yōu)化，不僅需要適宜的溫度，還需要適宜的EGR率。因此在發(fā)動機改變進氣溫度的同時，EGR率也應同時調(diào)整，在圖3中，根據(jù)發(fā)動機所需要的總EGR率閥值，外部EGR率也隨內(nèi)部EGR率的變化而變化，即當內(nèi)部EGR率與外部EGR率之和大于適宜的EGR率閥值時，減小外部EGR率。當內(nèi)部EGR率與外部EGR率之和小于EGR率閥值時，增加外部EGR率。盡管上面結合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權利要求
1.一種外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法，其特征在于，采用具有廢氣加熱進氣溫度裝置、氣門可變機構以及測量進氣溫度功能的發(fā)動機，其控制方法如下: 根據(jù)進氣溫度調(diào)節(jié)外部進氣加熱量和內(nèi)部EGR率，有下述三種情形之一: 如果進氣溫度高于閥值，首先將內(nèi)部EGR率減到O，然后再減小外部進氣加熱量； 如果進氣溫度低于閥值，則增加外部進氣加熱量的同時提高內(nèi)部EGR率； 如果進氣溫度等于閥值，則增加外部進氣加熱量的同時減小內(nèi)部EGR率，外部進氣加熱引起的溫升與減少內(nèi)部EGR率帶來的溫降相抵消。； 與此同時，當總EGR率小于閥值時，增大外部EGR率，當總EGR率大于閥值時，減小外部EGR率；其中，總EGR率為外部EGR率與內(nèi)部EGR率之和； 在上述過程中，當進氣溫度等于閥值且外部進氣加熱量達到最大或者內(nèi)部EGR率為零時，發(fā)動機維持穩(wěn)態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法，其特征在于，調(diào)整外部進氣加熱量包括以下三種方法: (1)通過控制發(fā)動機廢氣流過熱交換器所提高或降低的熱量； (2)采用外部熱EGR所提高的外部進氣加熱量； (3)采用外部中冷EGR所降低的外部進氣加熱量。
3.根據(jù)權利要求1所述外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法，其特征在于，調(diào)整內(nèi)部EGR率的方法是: 通過控制進排氣門開啟/關閉時刻來改變內(nèi)部EGR率；或 通過控制進排氣門開啟次數(shù)來改變內(nèi)部EGR率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于發(fā)動機中低負荷工況下的外部進氣加熱與內(nèi)部EGR協(xié)同控制方法，采用具有利用廢氣控制進氣溫度、可變氣門機構控制內(nèi)部EGR以及測量進氣溫度功能的發(fā)動機，根據(jù)進氣溫度調(diào)節(jié)外部進氣加熱量和內(nèi)部EGR率，如果進氣溫度高于閥值，首先將內(nèi)部EGR率減到0，然后再減小外部進氣加熱量；如果進氣溫度低于閥值，則增加外部進氣加熱量的同時提高內(nèi)部EGR率；如果進氣溫度等于閥值，則增加外部進氣加熱量的同時減小內(nèi)部EGR率；本發(fā)明在瞬態(tài)工況采用內(nèi)部EGR率可以迅速提高缸內(nèi)溫度，達到所需要的溫度。在穩(wěn)態(tài)工況，采用外部廢氣加熱與外部熱EGR策略進氣加熱替換內(nèi)部EGR策略可以降低泵氣損失，實現(xiàn)最佳的經(jīng)濟性。
文檔編號F02M31/083GK103195595SQ20131011204
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權日2013年4月1日
發(fā)明者堯命發(fā), 張翔宇, 鄭尊清, 李永志 申請人:天津大學