CN103362692B - 用于控制排放气体再循环的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于控制排放气体再循环的装置和方法，排放气体再循环控制装置包括：EGR阀、歧管绝对压力（MAP）传感器、节流阀、点火器、加速器踏板角位置传感器、曲柄位置传感器、车辆速度传感器和控制部分，EGR阀调节从排气歧管再循环至进气歧管的EGR气体的流速；歧管绝对压力（MAP）传感器测量进气歧管中的压力；节流阀控制流入空气的量；点火器喷射燃料；曲柄位置传感器测量发动机RPM；车辆速度传感器测量车辆速度；控制部分从MAP传感器接收压力信号，通过使用进气歧管中的压力变化来计算EGR气体在进气歧管总体积中的比例，通过将进气歧管的压力乘以EGR气体的比例来计算EGR气体的压力，并将EGR气体的压力转化为EGR气体的流速。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年3月27日提交的韩国专利申请第10-2012-0031163号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种排放气体再循环控制装置和排放气体再循环控制方法，更特别地涉及一种使用歧管绝对压力(MAP)传感器的排放气体再循环控制装置和排放气体再循环控制方法。
背景技术
发动机的排放气体含有大量有毒成分，如CO、HC和NOx(含氮化合物)。特别地，当发动机的燃烧温度增加时，NOx的产生量增加，从而有必要降低发动机的燃烧温度以降低包含于排放气体中的NOx的量。
在增加发动机的燃烧温度的原因中，主要原因是高温热量取决于在燃烧室中的空气-燃料混合气体的空气-燃料比为富态(rich state)的状态下在火花塞中点火的火焰的传播速度的增加而瞬间产生。
降低发动机的燃烧温度以降低包含于排放气体中的NOx量的方法包括排放气体再循环(EGR)方法，其通过将一部分排放气体与新鲜空气混合，并在燃烧室中使混合气体流动而降低混合气体的密度，而不改变混合气体固有的空气-燃料比，从而降低发动机的燃烧温度。
排放气体再循环(EGR)方法用于改进汽油发动机的燃料效率，以及降低包含于排放气体中的NOx量。通过使用排放气体再循环(EGR)方法，同时有可能降低NOx量并提前点火正时，同时避免爆震产生区域。因此，有可能改进发动机输出和燃料效率。
为了准确控制排放气体的再循环，需要准确测量再循环至进气歧管的EGR气体的量。测量EGR气体的量的方法包括通过在EGR管道中安装流速传感器而测量EGR气体的流速的方法。
如上所述，当安装单独的传感器以测量再循环至进气歧管的EGR气体的量时，由于使用另外的构件，因此发动机构造变得复杂，且产品成本增加。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面提供了一种排放气体再循环控制装置和一种排放气体再循环控制方法，其具有如下优点：计算再循环至入口歧管的EGR气体的量，并根据所计算的EGR气体的量进行控制，并同时使所安装的传感器的数目达到最少。
本发明的各个方面提供了一种排放气体再循环控制装置，其包括：EGR阀、歧管绝对压力(MAP)传感器、节流阀、点火器、喷射器、加速器踏板位置传感器、曲柄位置传感器、车辆速度传感器和控制部分，所述EGR阀构造为调节从排气歧管再循环至进气歧管的EGR气体的流速；所述歧管绝对压力(MAP)传感器构造为测量进气歧管中的压力；所述节流阀构造为控制流入空气的量；所述点火器构造至发动机；所述喷射器构造为喷射燃料；所述加速器踏板位置传感器构造为测量加速器角度；所述曲柄位置传感器构造为测量发动机的每分钟转动次数；所述车辆速度传感器构造为测量车辆速度；所述控制部分构造为从所述MAP传感器接收进气歧管中的压力信号，通过使用进气歧管中的压力变化来计算EGR气体在进气歧管总体积中的比例，通过将进气歧管的压力乘以EGR气体的比例来计算EGR气体的压力，并将EGR气体的压力转化为EGR气体的流速。
所述控制部分可以通过提前控制所述点火器，通过EGR气体的流速来补偿发动机的点火正时。
所述控制部分可以通过将EGR气体的压力应用于取决于EGR阀的打开面积的流速函数来计算EGR气体的流速。
所述控制部分可以通过从进气歧管中的压力减去所计算的EGR气体的压力来计算进气空气的压力，并将进气空气的压力转化为进气空气的流速。
所述控制部分可以使用进气空气的温度、进气歧管的体积和进气空气的压力来计算流入进气歧管的进气空气的流速。
所述控制部分可以通过计算取决于进气空气的流速所确定的燃料量来控制喷射器的操作。
本发明的各个方面提供了一种排放气体再循环控制方法，其包括：通过使用MAP传感器来测量进气歧管中的压力；通过将进气歧管中的压力乘以EGR气体在进气歧管的总体积中的比例来计算EGR气体的压力；以及将EGR气体的压力转化为EGR气体的流速。
将EGR气体的压力转化为EGR气体的流速可以包括通过将EGR气体的压力应用于取决于EGR阀的打开面积的流速函数来计算EGR气体的流速，所述EGR阀构造为调节从排气歧管再循环至进气歧管的EGR气体的流速。
所述方法还可以包括根据从EGR气体的压力计算的EGR气体的流速来补偿发动机的点火正时。
所述方法还可以包括：通过从进气歧管的压力值减去所计算的EGR气体的压力来计算提供至进气歧管的进气空气的压力；以及将进气空气的压力转化为进气空气的流速。
将进气空气的压力转化为进气空气的流速可以使用进气空气的温度、进气歧管的体积和进气空气的压力来实现。
所述方法还可以包括通过计算燃料量来提供燃料，所述燃料量根据从进气空气的压力所计算的进气空气的流速来确定。
EGR气体在进气歧管的总体积中的比例可以通过使用进气歧管中的压力变化来计算。
EGR气体在进气歧管的总体积中的比例可以基于如下假设进行计算：进气歧管中的压力变化取决于EGR阀的打开的变化而产生，所述EGR阀构造为调节从排气歧管再循环至进气歧管的EGR气体的流速。
根据本发明的各个方面，有可能通过使用安装于进气歧管中的歧管绝对压力(MAP)传感器来计算再循环至进气歧管的EGR气体的量，不需要安装用于测量EGR气体的量的质量流(MAF)传感器等。
由于不需要单独安装用于测量EGR气体的量的MAP传感器等，因此有可能简化发动机的构造并降低产品成本。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为示出了根据本发明的一个示例性排放气体再循环控制装置的框图。
图2为示出了根据本发明的一个示例性排放气体再循环控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件。
在本说明书和随后的权利要求书中，当描述一个元件“连接”至另一元件时，所述元件可以“直接联接”至另一元件，或者通过第三元件“电联接”至另一元件。此外，除非明确做出相反描述，词语“包括”以及变体应理解为暗示包含所述元件但不排除任何其他元件。
图1为示出了根据本发明的各个实施方案的一种排放气体再循环控制装置的框图。
参见图1，一种排放气体再循环控制装置100包括排放气体再循环(EGR)阀10、歧管绝对压力(MAP)传感器30、用于控制流入空气量的节流阀60、用于控制发动机中的燃烧的点火器110、用于喷射燃料的喷射器120、用于测量加速器角度的加速器位置传感器140、用于测量发动机的每分钟转动次数的曲柄位置传感器130、用于测量车辆速度的车辆速度传感器150和控制部分70。
控制部分70可以为用于控制发动机的通常操作的发动机控制单元(ECU)。
EGR阀10安装于EGR管道11上，所述EGR管道11连接排气歧管80和进气歧管20。EGR阀10在控制部分70的控制下调节从排气歧管80再循环至进气歧管20的EGR气体的流动。EGR阀10可以通过螺线管方法或DC马达方法操作。
MAP传感器30安装于进气歧管20中，以测量进气歧管中的压力Pim，并将相应的信号传输至控制部分70。
进气歧管20将通过空气过滤器40流入的空气均匀地提供至发动机的燃烧室。
节流阀60安装于进气歧管20的上游。节流阀60在控制部分70的控制下调节提供至所述进气歧管的进气空气的流速
控制部分70可以从MAP传感器30接收进气歧管的压力值Pim，并通过使用所接收的压力值Pim来计算EGR气体的流速
此外，控制部分70通过根据EGR气体的经调节的流速来补偿点火正时，从而控制点火器110的操作。
另外，控制部分70可以通过使用进气歧管20中的压力Pim来计算提供至进气歧管的进气空气的流速此外，控制部分70通过根据经调节的进气空气的流速发动机载荷和rpm来控制喷射器120的操作，从而将预定流速的燃料喷射至进气歧管20。在汽油直喷(GDI)发动机中，燃料可以直接喷射至燃烧室90中。
加速器位置传感器140测量由驾驶员踩踏的加速器的位置，并将相应的信号传递至控制部分70。
曲柄位置传感器130测量曲柄轴的每分钟转动次数，并将相应的信号(即rpm信号)传递至控制部分70。
车辆速度传感器150测量车辆的速度，并将相应的信号传递至控制部分70。
根据本发明的各个实施方案的排放气体再循环控制装置还可以包括设置于EGR管道11上的EGR冷却器50。
在下文中，将描述使用排放气体再循环控制装置100的排放气体再循环控制方法。
图2为示出了根据本发明的各个实施方案的排放气体再循环控制方法的流程图。
参见图2，当启动发动机(S110)时，控制部分70确定是否满足EGR启用条件(S120)。当EGR启用条件满足其中车辆速度等于或高于预定速度(例如20km/h)，其中发动机的每分钟转动次数(RPM)等于或高于预定rpm(例如800rpm)，且根据进气空气的量喷射的燃料流速等于或高于参比值的情况时，控制部分70可以确定满足EGR启用条件。
当不满足EGR启用条件时，控制部分70通过控制EGR阀10的操作而关闭EGR阀10(S125)。
当满足EGR启用条件时，控制部分70设定目标EGR点(S130)。目标EGR点意指预期从排气歧管再循环至排气歧管的EGR气体的目标流速。在此情况中，控制部分70打开EGR阀10，以使EGR气体流入进气歧管20。
EGR气体的目标流速可以通过取决于加速器位置传感器140、曲柄位置传感器130、车辆速度传感器150、燃料的流速等的预定映射表而确定。
根据EGR气体的流入和进气歧管20中的进气空气，进气歧管20中的压力Pim增加。进气歧管20中的压力Pim为EGR气体的压力与取决于进气空气的压力的总和。进气歧管20中的压力Pim由MAP传感器30测量。
控制部分70计算EGR气体在进气歧管20的总体积中的比例(S140)。
控制部分70通过将通过MAP传感器30测得的进气歧管20中的压力Pim乘以EGR气体的比例而计算EGR气体的压力(S150)。
控制部分70通过使用EGR气体的压力来计算EGR气体的流速
控制部分70通过使用理想气体方程，使用例如EGR气体的压力和进气歧管20的预定总体积Vim来计算进气歧管20的温度Tim。
进气空气的流速可以通过使用进气歧管20的总体积Vim、进气歧管20中的温度Tim和进气歧管20中的压力中的进气空气的压力进行计算。此外，EGR气体和新鲜气体的温度可以通过在进气歧管20中包括单独的温度传感器而进行测量。
同时，控制部分70可以通过使用取决于EGR阀10的打开面积的流速函数来计算进气歧管20中的EGR气体的比例。
方程1表示取决于EGR阀10的打开面积的流速函数。
方程1
<St.Venant方程>
在本文，表示气体流速，A表示阀的打开面积，P表示气体压力，C表示温度常数，且Ψ为压力比。
方程1可以作为取决于EGR阀10的打开面积的流速函数而应用。在此情况中，EGR阀10的打开面积为取决于控制部分70的控制而确定的值，且温度常数C可通过预设映射表确定。
排气歧管80的体积为预定值，排气歧管80的压力和温度可以由预设映射表确定，所述预设映射表通过取决于发动机的操作状态(即rpm)、车辆速度和燃料流速的实验而预设。
此外，从出口歧管80排放并经过EGR阀10的EGS气体的排放气体的压力比Ψ可以由预设映射表确定，所述预设映射表通过实验预设。
甚至当进一步包括包含于EGR管道11中的EGR冷却器50时，排放气体的压力比Ψ也可以由预设映射表确定，所述预设映射表通过实验预设。
因此，有可能通过将EGR气体的压力应用于方程1的流速函数来计算EGR气体的流速。
当控制部分70通过设定目标EGR点(S130)来控制EGR阀10的打开时，进气歧管20中的压力改变，并将改变的压力计算为EGR气体的压力变化以确定进气歧管20中的EGR气体的比例。进气歧管20中的EGR气体的比例可以通过如下方式确定：根据通过实验预设的映射表，将通过打开EGR阀10的压力变化转化至EGR气体在进气歧管20中的气体中的比例。
控制部分通过将通过MAP传感器30测得的进气歧管20中的压力Pim乘以EGR气体的比例而计算EGR气体的压力(S150)。
此外，EGR气体的流速可以通过将EGR气体的计算压力代入方程1而计算(S155)。
控制部分70通过根据EGR气体的流速而提前控制点火器110的操作，从而补偿发动机的点火正时(S160)。
控制部分70通过从通过MAP传感器30测得的进气歧管的压力减去EGR气体的压力来计算进气空气的压力(S170)。
控制部分70通过使用例如理想气体方程，使用EGR气体的压力和所确定的进气歧管20的总体积Vim来计算进气歧管20的温度Tim。
控制部分70可以通过使用进气空气的压力和温度Tim来计算进气空气的流速
如果MAP传感器30为能够测量温度的传感器，则MAP传感器30可以通过测量进气歧管20的温度Tim来计算进气空气的流速(S175)。
控制部分70可以使用进气空气的温度、进气歧管20的体积和进气空气的压力来计算单位时间流入进气歧管的进气空气的流速
控制部分70通过确定燃料量来控制喷射器120的操作(S180)，所述燃料量根据进气空气的流速确定。
控制部分70确定发动机是否关闭(S190)。
当发动机启动未关闭时，控制部分70通过反复执行从确定是否满足EGR启用条件的步骤S120至喷射燃料的步骤S180，从而控制排放气体再循环装置适应于车辆的操作条件变化。
根据本发明的各个实施方案，有可能减少用于控制EGR气体的流速和点火正时的传感器数和喷射的燃料量，由此降低车辆成本。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
Claims (14)
1.一种用于控制排放气体再循环的装置，其包括：
EGR阀，所述EGR阀构造为调节由排气歧管再循环至进气歧管的EGR气体的流速；
歧管绝对压力传感器，所述歧管绝对压力传感器构造为测量进气歧管中的压力；
节流阀，所述节流阀构造为控制流入空气的量；
点火器，所述点火器构造至发动机；
喷射器，所述喷射器构造为喷射燃料；
加速器踏板位置传感器，所述加速器踏板位置传感器构造为测量加速器角度；
曲柄位置传感器，所述曲柄位置传感器构造为测量发动机的每分钟转动次数；
车辆速度传感器；所述车辆速度传感器构造为测量车辆速度；以及
控制部分，所述控制部分构造为从所述歧管绝对压力传感器接收进气歧管中的压力的信号，通过使用进气歧管中的压力变化来计算EGR气体在进气歧管总体积中的比例，通过将进气歧管的压力乘以EGR气体的比例来计算EGR气体的压力，并将EGR气体的压力转化为EGR气体的流速。
2.根据权利要求1所述的用于控制排放气体再循环的装置，其中：
所述控制部分通过提前控制所述点火器，通过EGR气体的流速来补偿发动机的点火正时。
3.根据权利要求1所述的用于控制排放气体再循环的装置，其中：
所述控制部分通过将EGR气体的压力应用于取决于EGR阀的打开面积的流速函数来计算EGR气体的流速。
4.根据权利要求1所述的用于控制排放气体再循环的装置，其中：
所述控制部分通过从进气歧管的压力减去所计算的EGR气体的压力来计算进气空气的压力，并将进气空气的压力转化为进气空气的流速。
5.根据权利要求4所述的用于控制排放气体再循环的装置，其中：
所述控制部分使用进气空气的温度、进气歧管的体积和进气空气的压力来计算流入进气歧管的进气空气的流速。
6.根据权利要求4所述的用于控制排放气体再循环的装置，其中：
所述控制部分通过计算取决于进气空气的流速所确定的燃料量来控制喷射器的操作。
7.一种控制排放气体再循环的方法，其包括：
通过使用歧管绝对压力传感器来测量进气歧管中的压力；
通过将进气歧管中的压力乘以EGR气体在进气歧管的总体积中的比例来计算EGR气体的压力；以及
将EGR气体的压力转化为EGR气体的流速。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
将EGR气体的压力转化为EGR气体的流速包括：
通过将EGR气体的压力应用于取决于EGR阀的打开面积的流速函数来计算EGR气体的流速，所述EGR阀构造为调节从排气歧管再循环至进气歧管的EGR气体的流速。
9.根据权利要求7所述的方法，其还包括：
根据从EGR气体的压力计算的EGR气体的流速来补偿发动机的点火正时。
10.根据权利要求7所述的方法，其还包括：
通过从进气歧管的压力值减去所计算的EGR气体的压力来计算提供至进气歧管的进气空气的压力；以及
将进气空气的压力转化为进气空气的流速。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：
将进气空气的压力转化为进气空气的流速使用进气空气的温度、进气歧管(20)的体积和进气空气的压力来实现。
12.根据权利要求10所述的方法，其还包括：
通过计算燃料量来提供燃料，所述燃料量根据从进气空气的压力所计算的进气空气的流速来确定。
13.根据权利要求7所述的方法，其中：
EGR气体在进气歧管的总体积中的比例通过使用进气歧管中的压力变化来计算。
14.根据权利要求7所述的方法，其中：
EGR气体在进气歧管的总体积中的比例基于如下假设进行计算：进气歧管中的压力变化取决于EGR阀的打开的变化而产生，所述EGR阀构造为调节从排气歧管再循环至进气歧管的EGR气体的流速。
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