CN102996288B

CN102996288B - 一种egr阀门的控制方法和设备

Info

Publication number: CN102996288B
Application number: CN201110286815.7A
Authority: CN
Inventors: 孙少军; 佟德辉; 刘信奎; 张展腾; 王以华; 王秀雷
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: CN102996288A

Abstract

本发明提供一种EGR阀门的控制方法和设备，其中该控制方法包括：确定EGR发动机的工况；在常规工况下，根据预先标定的EGR阀门的MAP图来确定当前EGR阀门的开度；以及在非常规工况下，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度。本发明所提供的技术方案能使得EGR发动机在更恶劣的工况下对EGR阀门进行优化控制，从而对发动机的边界状态进行调整，提高EGR发动机的性能，改善发动机的排放，增强EGR发动的可靠性，并且减少极端情况下发动机冒黑烟、振动和噪音变大以及动力下降的问题。

Description

一种EGR阀门的控制方法和设备

技术领域

本发明涉及发动机领域，更具体地，涉及废气再循环(EGR)阀门的控制领域。

背景技术

发动机的有害排放物是造成大气污染的一个主要来源，随着环境保护问题的重要性日趋增加，降低发动机有害排放物这一目标成为当今世界上发动机发展的一个重要方向。随着世界石油制品的消耗量逐年上升，国际油价居高不下，例如柴油机的经济性日渐突出，这使得柴油机在车用动力中占据着越来越重要的地位。所以开展柴油机有害排放物控制方法的研究，是从事柴油机设计者的重要任务。

NOx是发动机排放物中一种对人体危害极大的气体，其主要是在高温富氧的条件下生成的。在发动机工作过程种，如适时、适量地将部分废气再次引入气缸内，因废气中的主要成分CO2比热容比较大，所以废气可将燃烧产生的部分热量吸收并带出气缸，并对混合气有一定的稀释作用，因此降低了发动机燃烧的最高温度和氧含量，从而减少了NOx化合物的生成量。

废气再循环技术就是其中一种能够降低有害排放物的技术。

废气再循环系统(ExhaustGasRecirculation)简称EGR，是将柴油机产生的废气的一小部分再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，也就是说燃烧速度将会放慢从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢，这就是氮氧化合物会减少的主要原因。此外，提高废气再循环率会使总的废气流量(massflow)减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。

但是过度的废气再循环将会影响发动机的正常工作，特别是在怠速、低转速、小负荷及发动机处于冷态运行时，以及在全负荷(节气门全开)要求发动机动力性时，再循环的废气将对发动机的性能产生严重的影响。因此，应根据发动机的实际工况及工作条件的变化，能够自动调整参与再循环的废气量。

现有EGR柴油机关于EGR阀门的开度控制策略基本上采用发动机的油门位置和发动机转速进行EGR阀门的开度MAP图标定。这种控制方法比较简单，标定时也仅应用于发动的稳态工况。

但是，现有EGR阀门的开度控制策略无法实现EGR发动机在高温、高寒和高海拔等极端情况下的高效工作，从而使得发动机在运行过程中性能和排放发生恶化，降低了EGR发动机的可靠性和效率。

因此，需要一种能够在各种工况下对EGR阀门进行优化，从而提高EGR发动机的效率和可靠性的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在各种工况下对EGR阀门进行优化，提高EGR发动机的效率，优化发动机排放，并提高可靠性的方法和设备。

根据本发明的一个方面，提供一种EGR阀门的控制方法，包括：确定EGR发动机的工况；在常规工况下，根据预先标定的EGR阀门的MAP图来确定当前EGR阀门的开度；以及在非常规工况下，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度。

根据本发明的一个实施方式，其中，所述非常规工况包括下列工况中的至少一个：发动机冷却液温度处于预定温度范围之外；环境压力小于预定压力阈值；以及，油门变化率处于预定变化率范围之外。

根据本发明的一个实施方式，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度包括：当所述发动机冷却液温度处于所述预定温度范围之外时，使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度包括：当所述环境压力小于预定压力阈值时，使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，其中，所述油门变化率处于预定变化率之外包括：加油门的速率高于第一变化率阈值或收油门的速率高于第二变化率阈值。

根据本发明的一个实施方式，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度包括：当加油门的速率高于所述第一变化率阈值时，保持所述EGR阀门的当前开度。

根据本发明的一个实施方式，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度包括：当收油门的速率高于第二变化率阈值时，使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，其中，所述第一变化率阈值和第二变化率阈值相等。

根据本发明的一个实施方式，其中，利用温度传感器、压力传感器以及油门位置传感器中的至少一个来确定所述EGR发动机的工况。

根据本发明的一个实施方式，其中，确定EGR发动机的工况包括：通过从温度传感器、压力传感器以及油门位置传感器中的至少一个接收信号来确定所述EGR发动机的工况。

根据本发明的一个实施方式，其中，所述方法实现在车辆的电子控制单元中。

根据本发明的另一方面，提供一种EGR阀门的控制设备，包括：工况确定装置，配置用于确定EGR发动机的工况；开度确定装置，与工况确定装置连接，配置用于在常规工况下，根据预先标定的EGR阀门的MAP图来确定当前EGR阀门的开度；以及执行装置，与工况确定装置连接，配置用于在非常规工况下，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度。

根据本发明的一个实施方式，所述非常规工况包括下列工况中的至少一个：发动机冷却液温度处于预定温度范围之外；环境压力小于预定压力阈值；以及，油门变化率处于预定变化率范围之外。

根据本发明的一个实施方式，所述执行装置被配置用于当所述发动机冷却液温度处于所述预定温度范围之外时使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，所述执行装置被配置用于当所述环境压力小于预定压力阈值时使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，所述油门变化率处于预定变化率之外包括：加油门的速率高于第一变化率阈值或收油门的速率高于第二变化率阈值。

根据本发明的一个实施方式，所述执行装置被配置用于当加油门的速率高于所述第一变化率阈值时保持所述EGR阀门的当前开度。

根据本发明的一个实施方式，所述执行装置被配置用于当收油门的速率高于第二变化率阈值时使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，所述第一变化率阈值和第二变化率阈值相等。

根据本发明的一个实施方式，所述工况确定装置被配置用于通过从温度传感器、压力传感器以及油门位置传感器中的至少一个接收信号来确定所述EGR发动机的工况。

根据本发明的一个实施方式，所述设备实现在车辆的电子控制单元中。

本发明所提供的技术方案不仅能够实现EGR发动机在稳定运行工况下对EGR阀门进行控制，而且还能使得EGR发动机在更恶劣的工况下对EGR阀门进行优化控制，从而对发动机的边界状态进行调整，提高EGR发动机的性能，改善发动机的排放，增强EGR发动的可靠性，并且减少极端情况下发动机冒黑烟、振动和噪音变大以及动力下降的问题。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方式的EGR阀门控制方法流程框图；

图2给出了根据本发明一个实施方式的、在常规工况和非常规工况下对EGR阀门进行控制的逻辑电路框图；以及

图3是根据本发明一个实施方式的EGR阀门控制设备的示意性框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细描述，需要理解的是，以下描述仅仅是示例性的，而非对本发明的限制。

图1是根据本发明一个实施方式的EGR阀门控制方法流程框图。

根据本发明的一个方面，如图1所示，提供一种EGR阀门的控制方法，包括：在步骤S100，确定EGR发动机的工况；在步骤S110，在常规工况下，根据预先标定的EGR阀门的MAP图来确定当前EGR阀门的开度；以及，在步骤S120，在非常规工况下，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度。

EGR阀门的MAP通常处于车辆ECU的软件中。ECU通过发动机转速传感器和油门位置传感器得到发动机转速和油门位置，然后将所得到的发动机转速和油门位置作为EGR阀门开度MAP图的X轴和Y轴。发动机的工况可以通过转速和油门位置进行确定。当确定了发动机的工况时，就可以根据EGR阀门开度MAP中的EGR阀门开度设定值得到当前发动机工况下的EGR阀门所需的开度。然后，ECU根据当前EGR阀门所需的开度值来计算EGR阀门达到该开度所需的电流，并且利用该电流对EGR阀门进行驱动，最终达到所需的开度。

表1给出了EGR阀门的MAP图的一个示例。

表1

表1中的第一行表示发动机转速，第一列表示油门踏板位置，而表1中的其他数据表示EGR阀门的开度，数值越大，表示EGR阀门的开度越大，EGR阀门开度为0，则意味着EGR阀门是关闭的。需要理解的是，表1中仅仅给出了一个常规EGR的MAP图的一个示例，本领域技术人员可以根据其需要来制定出其他的EGR阀门的MAP图，这里将不再详述。在常规工况情况下，EGR阀门的开度将根据上述MAP图进行控制。

图2给出了根据本发明一个实施方式的、在常规工况和非常规工况下对EGR阀门进行控制的逻辑电路框图。

如图2所示，本发明中需要一个开关，该开关可以有三个切换点。在第一切换点(开关最下部的切换点)，强制要求EGR阀门关闭，此时发动机可以是处于停机状态或者是EGR功能被强制关闭。需要理解的是，该切换点是可选的，而不是必须的。

该开关的第二切换点(开关中间切换点)针对的是常规工况。进一步如图2所示，App_r表示油门踏板位置，而Eng_n表示发动机转速，二者是EGR阀门开度MAP图(EGR_MAP)的两个输入。在正常工况下，如上所述，EGR阀门将根据Eng_n、App_n以及EGR_MAP来进行操作。此时，开关可以接通该输入，从而得到EGR阀门的开度EGR_rOut。

第三切换点(开关最上部的切换点)针对的是根据本发明的实施方式的工况的情况。需要理解的是，该开关可以由操作人员手动控制，也可以由ECU来自动控制。例如，ECU一旦检测到非常规工况，则控制开关自动切换到第三切换点。而一旦非正常工况消失，则自动控制开关切换到第二切换点或第一切换点。

下面对上述工况进行更详细的描述和解释。

如图2所示，发动机冷却液处于预定温度范围之外是指发动机冷却液温度(Clt_t)低于特定的温度下限(Clt_tSetMin)或者高于特定的温度上限(Clt_tSetMax)。

当发动机冷却液温度(Clt_t)低于该特定温度下限(Clt_tSetMin)的时候，发动机需要更多的功率来暖机，同时气缸内的燃烧温度较低，工作不稳定，此时，可以使EGR阀门关闭，从而避免废气再次进入发动机。

而当发动机冷却液温度(Clt_t)高于该特定温度上限(Clt_tSetMax)的时候，EGR冷却效率下降，中冷后温度上升，发动机的充气效率下降，此时可以使EGR阀门关闭。

需要理解的是，在图2的逻辑电路框图中，采用关系运算子来对输入进行比较。关系运算子可以通过软件、硬件以及软件和硬件的各种组合来实现。关系运算子的实现对于本领域技术人员而言是已知的，这里将不再详述。

例如在高原情况下，环境压力(Env_P)由于海拔较高而通常较低。当环境压力(Env_P)小于一个特定阈值(例如如图2所表示的Env_PsetMix)时，发动机将不能吸入足够的新鲜空气。此时，根据本发明的一个实施方式，EGR阀门关闭，从而避免吸入过量的废气，由此进一步避免发动机的效率下降。

这里所说的油门变化(u)通常分为加油门和收油门两个方向，油门变化率则是指油门变化相对于时间(t)的导数(du/dt)。因此油门变化率(du/dt)应当被视为是一个矢量，也就是说，油门变化率分为正变化率和负变化率。在此实施方式中，加油门时的油门变化率可以被规定为正变化率，而收油门时的油门变化率可以被相应地规定为负变化率，下文以此为基准进行描述。例如如图2所示，du/dt处于预定变化率之外则可以意味着du/dt例如大于App_vSetMax(此时为正)或者小于App_vSetMin(此时为负)。同时，上述内容也意味着du/dt的绝对值大于App_vSetMax(例如可以称为第一变化率阈值)或者大于App_vSetMin的绝对值(例如可以称为第二变化率阈值)。

但是，本领域技术人员可以理解的是，收油门时的油门变化率可以被规定为正变化率，而加油门时的油门变化率可以被相应地规定为负变化率。这样的规定也包含在本发明的范围之内。

为方便描述，油门变化率可以分为加油门速率和收油门速率两个标量，从而油门变化率处于预定变化率之外可以意味着加油门的速率高于一个特定阈值或者收油门的速率高于另一个特定阈值。

下面结合图2来详细描述根据本发明实施方式的、油门变化率与EGR阀门开度之间的关系。

首先，根据本发明的一个实施方式，如果加油门的速率高于所述第一变化率阈值(例如大于如图2所示的App_vSetMax)，则保持所述EGR阀门的当前开度。

在此情况下，保持所述EGR阀门的当前分为两种情况，即EGR阀门的当前开度为零和非零两种情况。

如果发动机的EGR阀门的当前开度(如图2所示的EGR_rOut反馈)为零，例如如表1所示，发动机的转速为700转时，进行急加油门操作(du/dt＞App_vSetMax)，那么由于转速的急速上升，EGR阀门有打开的趋势(参见表1)。此时，为了避免EGR阀门在关闭和打开之间反复波动，根据本发明的一个实施方式，保持EGR阀门仍然处于关闭状态(即开度为零)，而不象表1那样根据转速来改变EGR阀门的开度。通过这样做，可以避免在急加速过程中由于EGR阀门打开而使得发动机吸入过量废气，从而避免了加速烟度过大，并提高发动的加速性能。

如果发动机EGR阀门的当前开度不为零，并进行急加油门操作(du/dt＞App_vSetMax)，根据本发明的一个实施方式，将保持该EGR阀门的当前开度，从而提高发动机的加速性能。

对于上述急加油门的两种情况，在图2中，采用关系运算子“＝”以及“&”来进行判断。如图2所示，EGR_rOut反馈到关系运算子“＝”，如果其等于“0”，则关系运算子“＝”的输出为“1”或“真”，此时车辆急加油门的判断也为“1”或“真”，因此关系运算子“&”的输出为“1”或者“真”，从而此时控制EGR阀门关闭。而EGR_rOut不等于“0”，则关系运算子“＝”的输出为“0”或“假”，此时关系运算子“&”的输出总为“0”或者“假”，此时无论加油门的速率如何，都不会使EGR阀门强迫关闭。此时，在不考虑其他非常规工况的情况下，EGR_rOut仍然对应于EGR_MAP的输出，从而保持EGR阀门的当前开度。

其次，根据本发明的另一实施方式，当收油门的速率高于第二变化率阈值时(从矢量的角度来看，意味着du/dt＜App_vSetMin，或者意味着du/dt的绝对值大于App_vSetMin的绝对值，如图2所示)，使所述EGR阀门关闭。这种情况意味着车辆紧急减速。此时，为了避免多余的废气进入发动机，无论此时的EGR阀门的开度是否为零，都将使得EGR阀门的开度为零，也就是使得EGR阀门关闭。

可以理解的是，上述的第一和第二变化率阈值可以不同也可以相同，这可以根据实际的操作需求来进行设定。

根据本发明的实施方式，确定EGR发动机的工况包括：通过从温度传感器、压力传感器以及油门位置传感器中的至少一个接收信号来确定所述EGR发动机的工况。例如，温度传感器可以测量发动机冷却液的温度，压力传感器可以测量周围环境的压力，而油门位置传感器可以测量油门的当前位置，并且处理器可以根据该油门位置传感器测量到的油门位置求出油门变化率。

根据本发明的实施方式，本发明的各种功能可以采用专用电路来实现，也可以实现在车辆的电子控制单元(ECU)中，即通过在车辆的电子控制单元(ECU)中编程来实现本发明的控制功能。在ECU中编程实现的优点在于可以利用车辆当前的ECU，而无需外围复杂的硬件电路，从而节省成本。

需要理解的是，根据本发明的一个实施方式，只要出现非常规工况中的任意一种，则可以使EGR阀门按照上述非常规工况下的逻辑进行关闭或保持当前开度。根据本发明的一个实施方式，可以采用“或”的关系来实现。例如如图2所示的关系运算子“≥”。当然，本领域技术人员也可以采用任何其他适当的运算逻辑。例如当非常规工况中的两种或更多种情况同时出现时，才控制EGR阀门关闭或者保持当前开度。本领域技术人员可以根据实际需求来实现上述的控制逻辑，这里将不再进行详细描述。

根据本发明的另一个方面，如图3所示，本发明提供一种EGR阀门的控制设备，包括：工况确定装置200，配置用于确定EGR发动机的工况；开度确定装置210，与工况确定装置200连接，配置用于在常规工况下，根据预先标定的EGR阀门的MAP图来确定当前EGR阀门的开度；以及执行装置220，与工况确定装置200连接，配置用于在非常规工况下，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度。

图3中所示的各种装置可以采用方式来实现，包括但不限于，软件、模拟电路、数字电路、通常处理器、专用处理器、芯片组以及以上的各种组合。根据本发明的一个实施方式，上述控制设备可以是现在车辆现有的ECU中。

根据本发明的一个实施方式，所述执行装置220被配置用于当所述发动机冷却液温度处于所述预定温度范围之外时使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，所述执行装置220被配置用于当所述环境压力小于预定压力阈值时使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，所述执行装置220被配置用于当加油门的速率高于所述第一变化率阈值时保持所述EGR阀门的当前开度。

根据本发明的一个实施方式，所述执行装置220被配置用于当收油门的速率高于第二变化率阈值时使所述EGR阀门关闭。

根据本发明的一个实施方式，所述工况确定装置200被配置用于通过从温度传感器、压力传感器以及油门位置传感器中的至少一个接收信号来确定所述EGR发动机的工况。

本领域技术人员应当理解的是，上述给出的实施方式只是为了解释本发明，而不是限制本发明的保护范围。本领域技术人员在所附权利要求书的范围内在没有背离本发明保护范围的情况下可以基于本发明的教导对各个实施方式进行各种修改和变型。因此，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。权利要求的范围符合最广泛解释，以便包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims

1.一种EGR阀门的控制方法，包括：

确定EGR发动机的工况；

在常规工况下，根据预先标定的EGR阀门的MAP图来确定当前EGR阀门的开度；以及

在非常规工况下，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度；其中所述非常规工况包括下列工况中的至少一个：发动机冷却液温度处于预定温度范围之外；环境压力小于预定压力阈值；以及，油门变化率处于预定变化率范围之外。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度包括：当所述发动机冷却液温度处于所述预定温度范围之外时，使所述EGR阀门关闭。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度包括：当所述环境压力小于预定压力阈值时，使所述EGR阀门关闭。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述油门变化率处于预定变化率之外包括：加油门的速率高于第一变化率阈值或收油门的速率高于第二变化率阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度包括：当加油门的速率高于所述第一变化率阈值时，保持所述EGR阀门的当前开度。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度包括：当收油门的速率高于第二变化率阈值时，使所述EGR阀门关闭。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一变化率阈值和第二变化率阈值相等。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定EGR发动机的工况包括：通过从温度传感器、压力传感器以及油门位置传感器中的至少一个接收信号来确定所述EGR发动机的工况。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其中，所述方法实现在车辆的电子控制单元中。

10.一种EGR阀门的控制设备，包括：

工况确定装置，配置用于确定EGR发动机的工况；

开度确定装置，与工况确定装置连接，配置用于在常规工况下，根据预先标定的EGR阀门的MAP图来确定当前EGR阀门的开度；以及

执行装置，与工况确定装置连接，配置用于在非常规工况下，使所述EGR阀门关闭或者保持当前开度；其中所述非常规工况包括下列工况中的至少一个：发动机冷却液温度处于预定温度范围之外；环境压力小于预定压力阈值；以及油门变化率处于预定变化率范围之外。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述执行装置被配置用于当所述发动机冷却液温度处于所述预定温度范围之外时使所述EGR阀门关闭。

12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述执行装置被配置用于当所述环境压力小于预定压力阈值时使所述EGR阀门关闭。

13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述油门变化率处于预定变化率之外包括：加油门的速率高于第一变化率阈值或收油门的速率高于第二变化率阈值。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于所述执行装置被配置用于当加油门的速率高于所述第一变化率阈值时保持所述EGR阀门的当前开度。

15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述执行装置被配置为当收油门的速率高于第二变化率阈值时使所述EGR阀门关闭。

16.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述第一变化率阈值和第二变化率阈值相等。

17.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述工况确定装置被配置为置用于通过从温度传感器、压力传感器以及油门位置传感器中的至少一个接收信号来确定所述EGR发动机的工况。

18.根据权利要求10-17中任意一项所述的设备，其特征在于，所述设备实现在车辆的电子控制单元中。