CN101328849A - 电控发动机egr控制器及egr率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电控发动机EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)控制器，包含转矩估计模块、前馈控制模块、反馈控制模块和EGR阀目标位置计算模块。本发明的控制器通过估计发动机转矩，然后经估算的发动机转矩和转速，计算得到EGR阀目标位置，根据EGR阀目标位置和EGR阀当前位置进行前馈控制和反馈控制，精确控制EGR阀开度。本发明对汽车发动机的EGR控制简单灵活，准确可靠，实现对发动机EGR的精确控制，提高了EGR率精度，使发动机工作稳定，废气排放性能可靠，减小了Nox排放，克服了目前发动机EGR控制精度不高的缺陷，提高汽车发动机排放控制的应用水平，有利于环境保护。

Description

电控发动机EGR控制器及EGR率计算方法

技术领域

本发明涉及汽车电控发动机的一种控制装置，特别是一种用以对发动机废气再循环(EGR)率进行控制的电控发动机EGR控制器及EGR率计算方法。

背景技术

为了利于环境保护减少空气污染，需要降低和减少汽车发动机尾气向大气中的排防。为有效控制汽车的尾气排放量，目前采用废气再循环(EGR)方式，使用一种EGR阀控制循环量，EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)通过排气管中的部分排气引入进气系统，与新鲜的空气进行混合，从而引起进气充量的性质发生变化，进而减小燃烧过程温度和减小NOx排放。

目前，在EGR控制上出现了多种型式，有的利用线性EGR阀，通过电子控制精确控制各个工况下的EGR率，有的采用一个独立的气压输出装置的电子控制来精确控制EGR阀的开度，从而改变EGR流量。但是，国内自主技术还停留在国外第一代机械气压调节方式的EGR系统水平上，控制不灵活，运行精度不而，而成本则相对较高。例如，采用真空调节器的EGR阀控制机构，通过排气背压和节气门两侧的压差输出EGR阀所需的真空度信号，这种结构依赖于发动机的结构型式，不同的发动机，一般不能采用相同的EGR机构，气动的调节方式依赖于气体的传播速度，响应较慢。

发明内容

本发明的目的在于克服采用机械式的气压调节方式调节EGR率精度较低，控制不灵活的缺陷，提供一种电控发动机EGR控制器及EGR率计算方法，控制灵活，实现发动机EGR的精确控制，提高EGR率精度，使发动机工作稳定，排放性能好。

为实现本发明的目的采用了如下技术方案：本发明一种电控发动机EGR控制器，其特征是包括：一个转矩估计模块，用以根据多个传感器采集的进气流量、喷油量、水温及摩擦损失模块、泵气损失模块、热效率模块计算得到发动机转矩；一个EGR阀目标位置模块，用以根据前述转矩估计模块得到的发动机转矩、发动机转速传感器的转速、踏板位置传感器的踏板位置计算EGR阀目标位置；一个反馈控制模块，用以根据前述EGR阀目标位置模块计算的目标位置和EGR阀当前位置模块进行反馈调节；一个前馈控制模块，用以根据前述EGR阀目标位置模块计算的目标位置，再根据EGR阀的控制信号-EGR阀开度特性曲线，得到不同EGR阀开度下的EGR前馈控制量值；还有一个EGR阀驱动摸块，用以将前述前馈控制模块的EGR前馈控制量与前述反馈控制模块的EGR反馈控制量求和后进行脉宽调制，输出信号驱动控制EGR阀。

前述电控发动机EGR控制器的EGR率计算方法，其特征是

1)、EGR阀目标位置的计算

a)、当水温＜-20℃，而且踏板位置＜1％时，EGR阀的位置为100％开度；

b)、转速＜1500r/min^-1，发动机转矩＜100N·m时，EGR阀目标位置为20％开度；

c)转速≥1500r/min^-1，且转速＜3000r/min^-1，发动机转矩≥100N·m，且发动机转矩＜300N·m时，EGR阀目标位置为20％～100％开度，20％～100％之间的具体取值由发动机Nox排放最小为目标，发动机Nox排放最小时的EGR阀开度可以针对不同的发动机由试验测试得到；

d)、转速＞3000r/min^-1，且发动机转矩≥300N·m，EGR阀的位置为0％开度；

2)、EGR前馈控制量值的计算

前馈控制模块根据前述EGR阀目标位置模块计算得到的EGR阀目标位置，再根据EGR阀的“控制信号——EGR阀开度”特性曲线，得到不同EGR阀开度下的EGR前馈控制量值；

3)、反馈控制调节

反馈控制模块根据EGR阀当前位置模块和EGR阀目标位置模块输出的差来进行反馈调节，其调节方式采用PID闭环控制；

4)、将前述前馈控制模块计算的EGR前馈控制量值与前述反馈控制模块的反馈调节量求和，获得EGR率。

按本发明提供的电控发动机EGR控制器及EGR率计算方法，对汽车发动机的EGR控制简单灵活，准确可靠，实现对发动机EGR的精确控制，提高了EGR率精度，使发动机工作稳定，废气排放性能可靠，减小了Nox排放，克服了目前发动机EGR控制精度不高的缺陷，提高汽车发动机排放控制的应用水平，有利于环境保护。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是EGR控制器示意图；

图2是EGR控制器模块示意图；

图3是转矩估计模块示意图；

图4是EGR反馈控制模块示意图；

图5是计算EGR阀目标位置流程图。

具体实施方式

下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本发明的目的，特征及优点进行更深入的理解。

如图1、图2所示，电控发动机EGR控制器，包括有：一个转矩估计模块12，用以根据多个传感器采集的进气流量1、喷油量8、水温3及摩擦损失模块9、泵气损失模块10、热效率模块11计算得到发动机转矩；一个EGR阀目标位置模块15，用以根据前述转矩估计模块12得到的发动机转矩、发动机转速传感器的转速4、踏板位置传感器的踏板位置5计算EGR阀目标位置；一个反馈控制模块14，用以根据前述EGR阀目标位置模块15计算的目标位置和EGR阀当前位置模块2进行反馈调节；一个前馈控制模块13，用以根据前述EGR阀目标位置模块15计算的目标位置，再根据EGR阀的控制信号-EGR阀开度特性曲线，得到不同EGR阀开度下的EGR前馈控制量值；还有一个EGR阀驱动摸块16，用以将前述前馈控制模块13的EGR前馈控制量与前述反馈控制模块14的EGR反馈控制量求和后进行脉宽调制，输出信号驱动控制EGR阀7。

电控发动机EGR控制器6依据各传感器采集和计算模块获得的进气流量1、EGR阀当前位置2、水温3、转速4、踏板位置5、发动机喷油量8读取信号，经过EGR控制器6的分析计算，得出可以降低发动机排放的EGR率，并转换成控制信号输出给EGR阀7。

电控发动机EGR控制器6内部的模块，首先通过转矩估计模块12进行发动机转矩估计，进气流量1、喷油量8、摩擦损失9、泵气损失10和热效率11输入发动机转矩估计模块12，计算得到发动机的转矩值；转速4、踏板位置5和前述估算的发动机的转矩值输入EGR阀目标位置模块15，EGR阀目标位置计算模块15根据估算的发动机转矩、和发动机转速，和踏板位置，计算EGR阀目标位置；前馈控制模块13根据计算得到的EGR阀目标位置，再根据EGR阀的“控制信号——EGR阀开度”特性曲线，得到不同EGR阀开度下的EGR前馈控制量值；EGR阀当前位置2、EGR阀目标位置值输入反馈控制模块14，计算得到EGR反馈控制量值；EGR反馈控制量值与EGR前馈控制量值相加，得到EGR控制量值，再通过EGR阀驱动模块16，输出到EGR阀7。

如图3所示，前述的转矩估计模块12包括有一个指示转矩计算摸块18、一个乘法器、一个加、减法器和一个发动机转矩输出模块17，指示转矩计算摸块18输入端与进气流量传感器的进气流量1和喷油量传感器的喷油量8连接，其输出端与乘法器的一输入端连接，乘法器的另一输入端与发动机的热效率模块11输出端连接，乘法器的输出端与加、减法器的加法输入端连接，水温3输入摩擦损失模块9，摩擦损失模块9和泵气损失模块的输出端分别与加、减法器的两个减法输入端连接，加、减法器的输出端与发动机转矩输出模块17的输入端连接，发动机转矩输出模块17的输出端与EGR阀目标位置模块15输入端连接。进气流量1和喷油量8输入指示转矩计算模块18，指示转矩计算模块18采用公知的发动机原理，可以计算得到100％热效率下的发动机指示转矩，指示转矩乘以发动机的热效率11，得到发动机的指示转矩；水温3输入摩擦损失计算模块9，得到发动机的摩擦损失；发动机指示转矩减去摩擦损失，再减去发动机的泵气损失10，得到发动机转矩。其中，对任意一台发动机，泵气损失10可以通过试验测定。

图4所示，前述的反馈控制模块14由一个加、减法器、一个由比例模块21、微分模块20、积分模块19构成的PID控制模块、一个EGR阀反馈控制量模块22组成，加、减法器的加、减法输入端分别与前述EGR阀目标位置模块15输出端和EGR阀当前位置模块2输出端连接，加、减法器的输出端与PID控制模块输入端连接，PID控制模块输出端与EGR阀反馈控制量模块22输入端连接，EGR阀反馈控制量模块22输出端与加法器输入端连接。反馈控制模块14根据EGR阀当前位置2和EGR阀目标位置15的差来进行反馈调节。EGR阀目标位置15减去EGR阀当前位置2，得到的差值输入一个PID(比例-微分-积分)控制模块进行计算，计算得到EGR阀反馈控制量22。

所述的电控发动机EGR控制器的EGR率计算方法如下；

1)、如图5所示，EGR阀目标位置的计算

a)、当水温＜-20℃，而且踏板位置＜1％时(步骤24)，EGR阀的位置为100％开度(步骤28)；

b)、转速＜1500r/min^-1，发动机转矩＜100N·m时(步骤25)，EGR阀目标位置为20％开度(步骤29)；

c)转速≥1500r/min^-1，且转速＜3000r/min^-1，发动机转矩≥100N·m，且发动机转矩＜300N·m时(步骤26)，EGR阀目标位置为20％～100％开度(步骤30)，20％～100％之间的具体取值由发动机Nox排放最小为目标，发动机Nox排放最小时的EGR阀开度可以针对不同的发动机由试验测试得到；

d)、转速＞3000r/min^-1，且发动机转矩≥300N·m(步骤27)，EGR阀的位置为0％开度(步骤31)；

2)、EGR前馈控制量值的计算

前馈控制模块根据前述EGR阀目标位置模块计算得到的EGR阀目标位置，再根据EGR阀的“控制信号——EGR阀开度”特性曲线，得到不同EGR阀开度下的EGR前馈控制量值；

3)、反馈控制调节

反馈控制模块根据EGR阀当前位置模块和EGR阀目标位置模块输出的差来进行反馈调节，其调节方式采用PID闭环控制；

4)、将前述前馈控制模块计算的EGR前馈控制量值与前述反馈控制模块的反馈调节量求和，获得EGR率。

本发明的上述实施例仅是为了解释和说明，其目的并不是本发明限定在具体说明的范围，按照上述原则还可以进行显而易见的变更或修改，因此，所有此类修改和变更都在本发明所限定的权利要求之内。

Claims (4)

1、一种电控发动机EGR控制器，其特征是包括：

一个转矩估计模块(12)，用以根据多个传感器采集的进气流量(1)、喷油量(8)、水温(3)及摩擦损失模块(9)、泵气损失模块(10)、热效率模块(11)计算得到发动机转矩；

一个EGR阀目标位置模块(15)，用以根据前述转矩估计模块(12)得到的发动机转矩、发动机转速传感器的转速(4)、踏板位置传感器的踏板位置(5)计算EGR阀目标位置；

一个反馈控制模块(14)，用以根据前述EGR阀目标位置模块(15)计算的目标位置和EGR阀当前位置模块(2)进行反馈调节；

一个前馈控制模块(13)，用以根据前述EGR阀目标位置模块(15)计算的目标位置，再根据EGR阀的控制信号-EGR阀开度特性曲线，得到不同EGR阀开度下的EGR前馈控制量值；

还有一个EGR阀驱动摸块(16)，用以将前述前馈控制模块(13)的EGR前馈控制量与前述反馈控制模块(14)的EGR反馈控制量求和后进行脉宽调制，输出信号驱动控制EGR阀(7)。

2、按权利要求1所述的电控发动机EGR控制器，其特征是前述的转矩估计模块(12)包括有一个指示转矩计算摸块(18)、一个乘法器、一个加、减法器和一个发动机转矩输出模块(17)，指示转矩计算摸块(18)输入端与进气流量传感器的进气流量(1)和喷油量传感器的喷油量(8)连接，其输出端与乘法器的一输入端连接，乘法器的另一输入端与发动机的热效率模块(11)输出端连接，乘法器的输出端与加、减法器的加法输入端连接，水温(3)输入摩擦损失模块(9)，摩擦损失模块(9)和泵气损失模块的输出端分别与加、减法器的两个减法输入端连接，加、减法器的输出端与发动机转矩输出模块(17)的输入端连接，发动机转矩输出模块(17)的输出端与EGR阀目标位置模块(15)输入端连接。

3、按权利要求1所述的电控发动机EGR控制器，其特征是前述的反馈控制模块(14)由一个加、减法器、一个由比例模块(21)、微分模块(20)、积分模块(19)构成的PID控制模块、一个EGR阀反馈控制量模块(22)组成，加、减法器的加、减法输入端分别与前述EGR阀目标位置模块(15)输出端和EGR阀当前位置模块(2)输出端连接，加、减法器的输出端与PID控制模块输入端连接，PID控制模块输出端与EGR阀反馈控制量模块(22)输入端连接，EGR阀反馈控制量模块(22)输出端与加法器输入端连接。

4、按权利要求1所述的电控发动机EGR控制器的EGR率计算方法，其特征是

1)、EGR阀目标位置的计算

a)、当水温＜-20℃，而且踏板位置＜1％时，EGR阀的位置为100％开度；

b)、转速＜1500r/min^-1，发动机转矩＜100N·m时，EGR阀目标位置为20％开度；

c)转速≥1500r/min^-1，且转速＜3000r/min^-1，发动机转矩≥100N·m，且发动机转矩＜300N·m时，EGR阀目标位置为20％～100％开度，20％～100％之间的具体取值由发动机Nox排放最小为目标，发动机Nox排放最小时的EGR阀开度可以针对不同的发动机由试验测试得到；

d)、转速＞3000r/min^-1，且发动机转矩≥300N·m，EGR阀的位置为0％开度；

2)、EGR前馈控制量值的计算

前馈控制模块根据前述EGR阀目标位置模块计算得到的EGR阀目标位置，再根据EGR阀的“控制信号-EGR阀开度”特性曲线，得到不同EGR阀开度下的EGR前馈控制量值；

3)、反馈控制调节

反馈控制模块根据EGR阀当前位置模块和EGR阀目标位置模块输出的差来进行反馈调节，其调节方式采用PID闭环控制；

4)、将前述前馈控制模块计算的EGR前馈控制量值与前述反馈控制模块的反馈调节量求和，获得EGR率。

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