一種內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的egr控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的EGR控制系統(tǒng)及其控制方法，首先根據(jù)開發(fā)需要，確定煙度控制的上極限值、煙度上下限控制區(qū)域(煙度上極限值>煙度控制區(qū)域上限值>煙度控制區(qū)域下限值)以及高低瞬變率的界限；在內(nèi)燃機瞬變的起始階段，由于煙度值較低，可以采用較大的EGR率，對應于較大的EGR閥檔位；隨著瞬變過程的發(fā)展，煙度開始上升，當達到煙度上限值時，隨之減小EGR閥檔位，煙度隨之降低，直至EGR閥完全關(guān)閉；在瞬變過程的后半段，煙度開始從峰值回落且低于煙度下限控制區(qū)，此時，在保證煙度在不超過煙度上限控制區(qū)時，逐級加大EGR閥檔位，以達到優(yōu)化NOx排放的目的。本發(fā)明能在有效控制內(nèi)燃機瞬態(tài)工況下碳煙排放的同時，盡量降低了NOx有害物的排放。
【專利說明】—種內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的EGR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)燃機瞬態(tài)工況排放控制領(lǐng)域，具體涉及一種以煙度排放作為限值，利用EGR閥開度反饋控制的瞬態(tài)排放控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于內(nèi)燃機具有動力性強、經(jīng)濟性好及可靠性高等優(yōu)點而備受重視，且在車用發(fā)動機市場，其份額越來越大，但車用內(nèi)燃機大部分時間都處于瞬態(tài)工況，尤其是在城市道路時，發(fā)動機的負載和轉(zhuǎn)速變化更加頻繁。增壓內(nèi)燃機工作于瞬態(tài)工況，其燃燒與排放性能會出現(xiàn)有別于穩(wěn)態(tài)工況的畸變，且隨著車用內(nèi)燃機排放法規(guī)的日益嚴苛，有效降低內(nèi)燃機瞬態(tài)工況下的排放是內(nèi)燃機研究開發(fā)的當務(wù)之急。
[0003]機內(nèi)凈化氮氧化物(NOx)與機外凈化微粒的有效結(jié)合是目前比較主流的柴油機排放控制技術(shù)路線。廢氣再循環(huán)(EGR)作為增壓柴油機降低NOx排放的機內(nèi)凈化手段，但會造成碳煙排放惡化，利用微粒捕集器(DPF)可以在機外降低微粒排放，但也不具備100%的凈化效果。所以，機內(nèi)利用EGR降低NOx排放，必須以碳煙排放不超過一定限值為前提，才能夠使機外后處理設(shè)備發(fā)揮更好的凈化效果，滿足排放指標中NOx和碳煙的雙重要求。
[0004]而目前在增壓柴油機瞬態(tài)工況排放控制方法中，為了使發(fā)動機的碳煙排放不超標，采取了在瞬變過程起始即關(guān)閉EGR閥，在瞬變結(jié)束時刻再打開EGR閥的方式。雖然這種方式可以有效地降低瞬態(tài)工況的煙度排放，但同時也造成了 NOx排放的惡化，達不到煙度與NOx綜合優(yōu)化的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有瞬態(tài)工況排放控制技術(shù)的不足，提出一種內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的EGR控制系統(tǒng)及其控制方法，以煙度排放為限值，基于EGR閥開度反饋控制的瞬態(tài)排放控制方法，其主要思想包括:首先根據(jù)開發(fā)的需要確定煙度控制的上極限值和煙度上下限控制區(qū)域(煙度上極限值〉煙度控制區(qū)域上限值〉煙度控制區(qū)域下限值)以及高低瞬變率的界限；在瞬變起始階段，由于煙度值較低，采用較大的EGR率，對應于較大的EGR閥檔位；隨著瞬變過程的發(fā)展，煙度開始上升，當達到煙度限值時，隨之減小EGR閥檔位，煙度隨之降低，直至EGR閥完全關(guān)閉；在瞬變過程后半段，煙度開始從峰值回落且低于控制限值，此時，可以逐級加大EGR閥檔位，以達到優(yōu)化NOx排放的目的。從而改善柴油機瞬態(tài)工況中NOx和煙度排放的折衷關(guān)系。
[0006]基于上述思想，構(gòu)建出內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的EGR控制系統(tǒng):
[0007]該系統(tǒng)由內(nèi)燃機、連接在內(nèi)燃機上的進氣總管和排放總管、設(shè)置在內(nèi)燃機上的高響應轉(zhuǎn)速傳感器和高響應扭矩傳感器、進氣中冷器、電控單元ECU、EGR中冷器、EGR過濾器、高響應電控EGR閥、空氣濾清器、進氣三通管、壓氣機、渦輪機、EGR三通管組成，
[0008]所述的EGR三通管的進口與排放總管連接、兩個出口分別與渦輪機和EGR中冷器的進口連接，所述的EGR過濾器的進口與出口分別與EGR中冷器的出口和高響應電控EGR閥的進口連接，所述的進氣三通管的兩個進口分別與空濾器的出口和高響應電控EGR閥的出口連接、其出口與壓氣機的進口連接，所述的進氣中冷器的進口通過管路與壓氣機的出口連接，其出口和進氣總管的進口連接，所述的電控單元ECU分別與內(nèi)燃機、高響應轉(zhuǎn)速傳感器、高響應扭矩傳感器以及高響應電控EGR閥電連接。
[0009]基于上述內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的EGR控制系統(tǒng)，其控制方法通過下列步驟實現(xiàn):
[0010]I)首先根據(jù)煙度控制目標的實際需求以及試驗標定值，在電控單元(ECU)6中設(shè)置煙度上極限值、煙度控制區(qū)域上限值和煙度控制區(qū)域下限值以及高低瞬變率的界限；
[0011]2)電控單元(E⑶)6、采集柴油機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及EGR閥開度信號，并計算柴油機瞬態(tài)工況的瞬變率，瞬變率的計算公式見(I)和(2 );
[0012]3)電控單元(ECT) 6檢測到發(fā)動機是否處于瞬態(tài)工況，若是則進行以下步驟；
[0013]4)電控單元(E⑶)6中將EGR閥開度轉(zhuǎn)換為對應EGR閥檔位控制命令，EGR閥的開度越大，其檔位越大，對應的EGR率也越大。
[0014]5)電控單元(E⑶)6根據(jù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、瞬變率與EGR閥檔位^計算出快速煙度值，快速煙度值的預估，見附圖4。
[0015]6)電控單元化^)6根據(jù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、瞬變率與EGR閥加I檔后的檔位，預估EGR閥加檔后的煙度值。
[0016]7)電控單元(E⑶)6根據(jù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、瞬變率與EGR閥減I檔后的檔位，預估EGR閥減檔后的煙度值。
[0017]8)判斷內(nèi)燃機運行工況是否處于高瞬變率，(如果不是高瞬變率，轉(zhuǎn)11)。
[0018]9)如果是高瞬變率，判斷預估的快速煙度是否超過上極限值，如果超過上極限值，判斷EGR閥是否在最低檔，如果在最低檔，則EGR閥保持不動，否則，EGR閥減I檔。
[0019]10)如果預估的快速煙度沒有超過上限值，判斷EGR閥是否在最高檔，如果在最高檔，則EGR閥保持不動，否則，預判EGR閥加I檔后，快速煙度值是否會超上極限值，如果不會超限，EGR閥加I檔，否則EGR閥保持不動。轉(zhuǎn)14)。
[0020]11)如果是低瞬變率，則煙度控制可以放寬到煙度控制區(qū)域的上限和下限組成的控制區(qū)，如果快速煙度值高于控制區(qū)上限值，則判斷EGR閥檔位是否在最低檔，如果在最低檔，則EGR閥保持不動，否則，判斷減檔后快速煙度值是否會低于控制區(qū)下限值，如果低于下限值，則EGR閥保持不動，否則，EGR閥開度減I檔。
[0021]12)如果預估的快速煙度值未高于上限值，則判斷EGR閥檔位是否在最高檔，如果在最高檔，則EGR閥保持不動，否則，判斷加檔后快速煙度值是否會高于控制區(qū)上限值，如果高于上限值，則EGR閥保持不動，否則，EGR閥開度加I檔。
[0022]13)如果快速煙度值處于上下限控制區(qū)范圍內(nèi)，則EGR閥保持不動。
[0023]14)將EGR閥檔位轉(zhuǎn)換回EGR閥開度，反饋給電控單元(E⑶)6去控制高響應電控EGR閥7，形成EGR閥開度的閉環(huán)控制。
[0024]其中煙度上極限值、煙度控制區(qū)域上限值和煙度控制區(qū)域下限值以及高低瞬變率根據(jù)發(fā)動機實際開發(fā)目標情況而定(高低瞬變率的界限一般是，在不加EGR情況下，瞬變過程中
[0025]煙度的峰值超過煙度上極限值時的瞬變率)。上述步驟中所用到的公式如下:
[0026]用到的公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的EGR控制系統(tǒng)，由內(nèi)燃機(I)、連接在內(nèi)燃機上的進氣總管(2)和排放總管(16)、設(shè)置在內(nèi)燃機上的高響應轉(zhuǎn)速傳感器(3)和高響應扭矩傳感器(4)、進氣中冷器(5)、電控單元ECU(6)、EGR中冷器(7)、EGR過濾器(8)、高響應電控EGR閥(9)、空氣濾清器(11)、進氣三通管(12)、壓氣機(13)、渦輪機(14)、EGR三通管(15)組成，其特征在于: 所述的EGR三通管(15)的進口與排放總管(16)連接、兩個出口分別與渦輪機(14)和EGR中冷器(7 )的進口連接，所述的EGR過濾器(8 )的進口與出口分別與EGR中冷器(7 )的出口和高響應電控EGR閥(9)的進口連接，所述的進氣三通管(12)的兩個進口分別與空濾器(11)的出口和高響應電控EGR閥(9)的出口連接、其出口與壓氣機(13)的進口連接，所述的進氣中冷器(5)的進口通過管路(10)與壓氣機(13)的出口連接，其出口和進氣總管(2 )的進口連接，所述的電控單元E⑶(6 )分別與內(nèi)燃機(I)、高響應轉(zhuǎn)速傳感器(3 )、高響應扭矩傳感器(4)以及高響應電控EGR閥(9)連接。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的EGR控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括以下步驟: 1)電控單元(ECU)采集內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及EGR閥開度信號，并計算內(nèi)燃機瞬態(tài)工況的瞬變率，瞬變率的計算公式見式(I)和式(2 ); 2)根據(jù)開發(fā)要求，在電控單元(ECU)中設(shè)置煙度控制的上極限值和煙度上下限控制區(qū)域以及高低瞬變率的界限，其中煙度上極限值 > 煙度控制區(qū)域上限值 > 煙度控制區(qū)域下限值； 3)電控單元(ECU)將E GR閥開度轉(zhuǎn)換為對應EGR閥檔位，EGR閥的開度越大，其檔位越大，對應的EGR率也越大。 4)電控單元(ECU)根據(jù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、瞬變率與EGR閥檔位，預估快速煙度值； 5)電控單元(ECU)根據(jù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、瞬變率與EGR閥加I檔后的檔位，預估EGR閥加檔后的煙度值； 6)電控單元(ECU)根據(jù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、瞬變率與EGR閥減I檔后檔位，預估EGR閥減檔后的煙度值； 7)判斷內(nèi)燃機運行工況是否處于高瞬變率，(如果不是高瞬變率，轉(zhuǎn)接步驟10)； 8)如果是高瞬變率，則判斷預估的快速煙度值是否超過上極限值，如果超過上極限值，判斷EGR閥是否在最低檔，如果在最低檔，則EGR閥保持不動，否則，EGR閥減I檔； 9)如果預估的快速煙度值沒有超過上極限值，則判斷EGR閥是否在最高檔，如果在最高檔，則EGR閥保持不動，否則，預判EGR閥加I檔后，預估快速煙度值是否會超上極限，如果不會超限，EGR閥加I檔，否則EGR閥保持不動，轉(zhuǎn)接步驟13)； 10)如果是低瞬變率，則煙度控制可以放寬到由上限和下限組成的控制區(qū)域，如果快速煙度值高于控制區(qū)域上限值，則判斷EGR閥檔位是否在最低檔，如果在最低檔，則EGR閥保持不動，否則，判斷減檔后預估快速煙度值是否會低于控制區(qū)域下限值，如果低于控制區(qū)域下限值，則EGR閥保持不動，否則，EGR閥開度減I檔； 11)如果快速煙度值未高于控制區(qū)域上限值，則判斷EGR閥檔位是否在最高檔，如果在最高檔，則EGR閥保持不動，否則，判斷加檔后快速煙度是否會高于控制區(qū)上限，如果高于上限，則EGR閥保持不動，否則，EGR閥開度加I檔；12)如果預估快速煙度處于控制區(qū)域范圍內(nèi)，則EGR閥保持不動； 13)將EGR閥檔位轉(zhuǎn)換回EGR閥開度，反饋給電控單元(EOT)去控制EGR閥，形成EGR閥開度的閉環(huán)控制； 其中煙度上極限值、煙度控制區(qū)域上限值和煙度控制區(qū)域下限值以及高低瞬變率根據(jù)發(fā)動機實際開發(fā)目標情況而定(高低瞬變率的界限一般是，在不加EGR情況下，瞬變過程中煙度的峰值超過煙度上極限值時的瞬變率)。上述步驟中所用到的公式如下:

【文檔編號】F02D21/08GK103790721SQ201410062004
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】劉忠長, 田徑, 張龍平, 韓永強, 許允 申請人:吉林大學