一种废气流量闭环控制装置及方法与流程

本发明涉及发动机，尤其涉及一种废气流量闭环控制装置及方法。

背景技术：

1、发动机排放后处理技术的目标是控制氮氧化物(nox)、颗粒物(pm)、碳氢化合物(hc)和一氧化碳(c0)等排放物。其中，废气再循环(egr)技术是目前降低nox排放的最有效的措施之一，egr技术不但nox转化效率高同时由于它的使用简单且可靠、无后续使用成本等而被广泛推广。实际应用egr技术时，发动机排放物nox在满足排放标准的同时还需兼顾发动机的经济性、动力性以及颗粒和hc等排放指标。因此，对于egr原理及其标定技术的研究是十分有意义的。

2、egr原理就是通过egr阀控制将适量的发动机排气再循环到进气歧管，并且在进气歧管处与吸入的新鲜空气相混合，通过稀释新鲜空气，降低峰值燃烧温度和燃烧压力以抑制nox的生成，从而达到减少排放污染物的目的。根据不同的发动机工况，存有一个最优化的egr率，需要对再次进入进气歧管的废气流量(即egr流量)进行精确的控制和计量，以平衡发动机排放和性能之间的矛盾。否则，如果太多的废气进入发动机，容易引起发动机失火；而如果太少的废气回到发动机，容易引起发动机nox排放超标，以及爆震倾向产生。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种废气流量闭环控制装置及方法，其能够更加精确地对egr流量进行闭环控制，保证发动机处于较优的工况，减少污染物排放，同时发动机工作的可靠性较高。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种废气流量闭环控制装置，包括混合器、气缸、egr中冷器、egr阀、增压器、废气旁通阀、进气歧管、排气歧管、egr管路、排气管路；

4、所述混合器包括第一进气口、第二进气口、第三进气口和出气口，所述第一进气口与新鲜空气管路连通，所述第二进气口与天然气管路连通，所述第三进气口与所述egr管路的出口连通；

5、所述进气歧管的进口端连通所述混合器的出气口，所述进气歧管的出口端连通所述气缸的入口；

6、所述排气歧管的进口端连通所述气缸的出口，所述排气歧管的出口端连通所述egr管路的入口、所述增压器和所述废气旁通阀，所述增压器和所述废气旁通阀与所述排气管路连通；

7、所述egr中冷器、所述egr阀依次布置在所述egr管路上。

8、可选地，所述废气流量闭环控制装置包括发动机控制单元、egr温度传感器、egr压力传感器，所述egr温度传感器、所述egr压力传感器和所述egr阀均与所述发动机控制单元通信连接；

9、所述egr温度传感器、所述egr压力传感器布置在所述egr管路上，且所述egr温度传感器、所述egr压力传感器位于所述egr中冷器的下游和所述egr阀的上游，所述egr温度传感器用于检测所述egr中冷器后的第一废气温度t1，所述egr压力传感器用于检测所述egr中冷器后的第一废气压力p1。

10、可选地，所述废气流量闭环控制装置还包括进气歧管压力温度传感器和排气歧管压力温度传感器，所述进气歧管压力温度传感器和所述排气歧管压力温度传感器均与所述发动机控制单元通信连接；

11、所述进气歧管压力温度传感器布置在所述进气歧管上，所述进气歧管压力温度传感器用于检测所述进气歧管中混合气体的进气压力p2和所述混合气体的进气温度t2；

12、所述排气歧管压力温度传感器布置在所述排气歧管上，所述排气歧管压力温度传感器用于检测所述混合气体在所述气缸燃烧后的第二废气压力p3，以及所述混合气体在所述气缸燃烧后的第二废气温度t3。

13、可选地，所述废气流量闭环控制装置包括电子节气门，所述电子节气门设置在所述新鲜空气管路上，所述电子节气门用于控制所述新鲜空气的流量。

14、另一方面，本发明提供一种废气流量闭环控制方法，应用于上述任一方案中的废气流量闭环控制装置，所述废气流量闭环控制方法包括：

15、s10、发动机控制单元初始化；

16、s20、根据egr阀的工作状态，获取进入气缸的egr流量的计算值m1；

17、s30、根据混合气体在气缸内燃烧后的第二废气温度t3，获取egr流量的修整值m2；

18、s40、根据所述egr流量的计算值m1和所述egr流量的修整值m2，计算获得egr流量的实际值ma，ma＝m1+m2；

19、s50、发动机控制单元将egr流量的实际值ma与egr流量的需求值m0计算，得出egr流量的调节量△m＝|ma-m0|；并根据所述egr流量的调节量△m调节egr阀的开度值，实现egr流量闭环控制。

20、可选地，所述s20包括：

21、计算egr阀的后前压比r，其中，r＝p2/p1；

22、根据egr阀的流体特性，当r＞0.5283时，egr管路内废气的气流速度低于音速，此时egr阀的工作状态处于节流区，发动机控制单元根据egr阀模型特性map表输出所述egr流量的计算值m1；其中，所述发动机控制单元获取egr阀的阀前废气的第一废气温度t1、第一废气压力p1，以及进入气缸前混合气体的进气压力p2、混合气体的进气温度t2和egr阀开度值，并将第一废气温度t1、第一废气压力p1、混合气体的进气压力p2、混合气体的进气温度t2和egr阀开度值输入egr阀模型特性map表，由egr阀模型特性map表计算输出所述egr流量的计算值m1；

23、根据egr阀的流体特性，当r＜0.5283时，egr管路内废气的气流速度等于音速，此时egr阀的工作状态处于非节流区，发动机控制单元根据进入气缸前的混合气体的质量平衡计算所述egr流量的计算值m1；其中，进入气缸前的混合气体的总气体流量为q1，进入气缸前的新鲜空气的流量为q2，m1＝q1-q2。

24、可选地，所述s30包括：

25、实验获取气缸当量燃烧的map表，所述气缸当量燃烧的map表是气缸在标准工作状况下，标定egr流量的混合气体在气缸内燃烧后的标准排气温度t0与标定egr流量之间的关系图表，通过比对标准排气温度t0和实际气缸燃烧后的第二废气温度t3，得到所述egr流量的修整值m2。

26、可选地，气缸在同一工况下，如t3＜t0，则表示egr流量的实际值ma偏高，需调小所述egr阀的开度值；如t3＞t0，则表示实际egr流量的实际值ma偏低，需调大所述egr阀的开度值；如t3＝t0，则表示实际egr流量的实际值ma与egr流量的需求值m0吻合，保持当前所述egr阀的开度值不变。

27、可选地，所述egr流量的需求值m0的获取方法包括：

28、根据发动机转速和扭矩计算获得需求egr率，再由需求的egr率计算得到egr充量，egr充量可计算获得所述egr流量的需求值m0。

29、可选地，所述废气流量闭环控制装置包括报警器，所述报警器与所述发动机控制单元通信连接，当所述egr流量的修整值m2超过最高阈值时，所述发动机控制单元控制所述报警器发出报警信号，提示egr管路、egr中冷器或egr阀具有泄漏风险。

30、本发明的有益效果为：

31、本发明提供一种废气流量闭环控制装置，其在气缸的排气歧管处设置排气歧管压力温度传感器，并利用排气歧管压力温度传感器检测的第二废气温度t3对废气循环系统的egr流量进行修正，从而提高发动机控制系统对egr阀的调节精度，保证最优的egr率与对应的发动机工况匹配，使发动机处于较优的工况，减少污染物排放，可靠性较高。同时增加的检测部件较少，成本低。

32、本发明还提供一种废气流量闭环控制方法，其通过获取egr废气流量闭环控制的初级修正因子(egr流量的计算值m1)和次级修正因子(egr流量的修整值m2)，得到egr流量的实际值ma，并根据egr流量的实际值ma与egr流量的需求值m0之间的差值，对egr阀的开度值实时调节，实现对egr流量闭环控制。本发明能更精确地对egr流量进行闭环控制，可靠性高，能规避因egr流量控制不精确而引起的发动机nox排放超标以及爆震倾向的产生，同时有利于降低泵气损失，提高经济性。