CN104153896A - 一种用于发动机egr阀开度的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机EGR阀开度的控制系统及控制方法，该控制方法包括以下步骤：预设EGR特性曲线EGR_MAP图于ECU中，通过ECU获取当前工况下发动机气缸的总吸气量M_总和发动机排气管位置的排气氧浓度，并以和M_总获取此刻实际EGR废气参数；同时，通过ECU获取的该工况下发动机转速和喷油量，并以发动机转速和喷油量为依据查找EGR特性曲线EGR_MAP图，从而获取当前工作状态下标定的EGR废气参数；以实际EGR废气参数与标定的EGR废气参数的差值范围超出预设范围为条件，输出调节EGR阀开度的控制信号；该控制方法对于系统控制的精度比较高，且具有比较广的通用性。

Description

一种用于发动机EGR阀开度的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及发动机控制技术领域，特别涉及一种用于发动机EGR阀开度的控制系统及控制方法。 

背景技术

随着国内排放法规日益严格，废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，以下简称EGR)技术在柴油机领域得到了广泛的应用。EGR通过将部分废气返回到发动机吸气系统与新鲜空气混合后进入气缸，从而使气缸内的最高燃烧温度和压力降低，以控制有害气体NOx的产生，达到降低排放的目的。EGR系统设计的关键是使足够的废气回流到进气管，并依据发动机的不同工况给出一个最佳的EGR率，同时对EGR进行闭环控制，以保证发动机及始终工作在最佳的EGR率状态之下。 

目前所采用的基于空气流量EGR闭环控制方式，通过检测新鲜空气的进气流量和发动机总吸气量，实现EGR阀的调节，控制EGR率使发动机维持于最佳工作状态。 

进气流量的检测是通过进气流量传感器获取的，进气流量传感器需要安装在空气滤清器后的管路上，然而空气滤清器及其后管路的布置由整机厂完成，而进气流量传感器也就是一个独立于发动机之外的部件，它是由其他厂家提供，由于进气流量传感器的测量准确性受管路尺寸影响巨大，作为发动机厂家，无法保证进气流量传感器的精度，给EGR控制带来很大难度。 

基于进气流量传感器测量空气流量的EGR闭环控制方式的缺点：第一，进气流量传感器及其前后安装管路必须针对每一车型定制。进气流量传感器需要安装在空气滤清器后和压气机入口之间的管路上，对前后的连接管路的尺寸和形状非常敏感，流量测量的准确性受管路尺寸影响很大，而此段管路的布置由整车厂完成，发动机厂家要控制 HFM的精度，就需要对每个车型进行单独标定，工作量巨大，几乎是不可能完成。 

第二，进气流量传感器抗污染能力差，发动机在恶劣环境下工作时，测量精度会很快下降；采用进气流量闭环控制EGR的方式，在实际使用时，其EGR控制的精度难以保证。 

因此，如何提供一种用于控制EGR阀开度的控制方法，该方法控制精度比较高，且通用性比较广，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。 

发明内容

本发明的目的为提供一种用于发动机EGR阀开度的控制系统及控制方法，该控制方法对于系统控制的精度比较高，且具有比较广的通用性。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于控制EGR阀开度的控制方法，该控制方法包括以下步骤： 

预设EGR特性曲线EGR_MAP图于电子控制单元ECU中，所述EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR废气参数值； 

通过电子控制单元ECU获取当前工况下发动机气缸的总吸气量M_总和发动机排气管位置的排气氧浓度，并以排气氧浓度和总吸气量M_总获取此刻实际EGR废气参数；所述EGR废气参数为用于衡量EGR率的参数； 

并，通过电子控制单元ECU获取的该工况下发动机转速和喷油量，并以所述发动机转速和所述喷油量为依据查找所述EGR特性曲线EGR_MAP图，从而获取当前工作状态下标定的EGR废气参数； 

以所述实际EGR废气参数与标定的EGR废气参数的差值范围超出预设范围为条件，输出调节EGR阀开度的控制信号。 

优选地，所述EGR废气参数为EGR废气量M_EGR.Des，所述EGR特性曲线EGR_MAP图为设有根据发动机转速和喷油量获取标定的 EGR废气量值。 

优选地，所述EGR废气参数为EGR率R_EGR.Des；所述EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR率R_EGR.Des值。 

优选地，实际EGR废气量M_EGR.Act和R_EGR.Act通过以下公式获取： 

$\mathrm{\λ}=\frac{1+\frac{x_{O_2}}{3}}{1-4.77x_{O_2}};$

M_Fresh＝λ*14.5*M_Fuel； 

M_EGR.Act＝M_总-M_Fresh； 

R_EGR.Act＝M_EGR.Act/M_总； 

其中，M_EGR.Act为实际EGR废气量；M_Fresh新鲜进气量、M_总为发动机的总吸气量；M_Fuel为喷油量、λ为过量空气系数。 

优选地，实际EGR率R_EGR.Act与标定的EGR率R_EGR.Des的差值预设范围设置为：上限值A1和下限值A2，当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)<下限值A2时，ECU输出增大EGR阀开度的控制命令；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)>上限值A1时，ECU输出减小EGR阀开度的控制命令。 

优选地，实际EGR率R_EGR.Act与标定的EGR率R_EGR.Des的差值预设范围设置为：设定值A；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)<A时，ECU输出增大EGR阀开度的控制命令，使(R_EGR.Act-R_EGR.Des)＝A；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)>A时，ECU输出减小EGR阀开度的控制命令，使(R_EGR.Act-R_EGR.Des)＝A。 

优选地，所述氧浓度由λ传感器或NOx传感器检测。 

工作过程中，该控制方法以测量发动机排气管中的排气氧浓度获取EGR废气参数并限定其大小作为基础的一种调节EGR阀的控制方法，工作过程中，各工况下的EGR废气参数可通过EGR特性曲线MAP查表得到，当查表得到的EGR废气参数与实际EGR废气参数差值范围超出预设值时，则调节EGR阀开度，直至两者差值在预设区间内为止。 

相比现有技术以新鲜空气量参数调节EGR阀开度，该控制方法获取排气氧浓度的方式更简单，控制更加精确，系统稳定性也比较高，并且适用于不同类型的发动机系统，通用性比较强。 

另外，一种控制发动机EGR阀开度的控制系统，该控制系统包括： 

采集装置，用于采集发动机排气管位置的排气氧浓度、发动机转速、喷油量； 

ECU，包括存储模块、获取模块以及分析执行模块； 

所述存储模块，用于预设有EGR特性曲线EGR_MAP图，所述EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR废气参数值； 

所述获取模块，用于获取发动机当前工况下上述发动机转速和喷油量，并以所述发动机转速和所述喷油量为依据查找所述EGR特性曲线EGR_MAP图，从而获取该工况下标定的EGR废气参数；并，获取此刻发动机气缸的总吸气量M_总和发动机排气管位置的排气氧浓度 ，并以排气氧浓度和总吸气量M_总获取此刻实际EGR废气参数；所述EGR废气参数为用于衡量EGR率的参数； 

所述分析执行模块，用于以所述实际EGR废气参数与标定的EGR废气参数的差值范围超出预设范围为条件，输出调节EGR阀开度的控制信号。 

优选地，所述EGR废气参数为EGR废气量M_EGR.DesEGR率R_EGR.Des。 

优选地，所述采集装置包括λ传感器或NOx传感器，用于采集所述氧浓度。 

因上述控制方法是以该控制系统为基础实施的，故该控制系统也具有控制方法的上述技术效果。 

附图说明

图1为本发明第一种实施例中用于控制EGR阀开度的控制方法的 流程图； 

图2为本发明第二种实施例中用于控制EGR阀开度的控制方法的流程图； 

图3为本发明第三种实施例中用于控制EGR阀开度的控制方法的流程图。 

具体实施方式

本发明的核心为提供一种用于发动机EGR阀开度的控制系统及控制方法，该控制方法对于系统控制的精度比较高，且具有比较广的通用性。 

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合控制系统、控制方法、附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 

本发明提供了一种控制发动机EGR阀开度的控制系统，该控制系统包括采集装置和电子控制单元ECU；采集装置，用于采集发动机排气管位置的排气氧浓度、发动机转速、喷油量；需要说明的是，本文中所述的排气氧浓度指排气中氧气的体积浓度，该参数可以由氧传感器获取，例如：可以由直接安装在排气管上的λ传感器或NOx传感器获取。 

ECU，包括存储模块、获取模块以及分析执行模块；其中，存储模块，用于预设有EGR特性曲线EGR_MAP图，EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR废气参数值；EGR废气参数为用于衡量EGR率的参数，可以为EGR废气量M_EGR.Des，即上述EGR特性曲线EGR_MAP图为设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR废气量值；EGR废气参数也可以为EGR率R_EGR.Des，即EGR特性曲线EGR_MAP2图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR率R_EGR.Des值。 

其中，EGR特性曲线EGR_MAP图可根据不同厂家、不同型号的发动机进行具体标定，只要满足使用需要均可。应当理解，基于不同 机型形成相应的EGR特性曲线EGR_MAP图并不构成对本申请保护范围的限制。 

获取模块，用于获取发动机当前工作状态下上述发动机转速和喷油量，并以发动机转速和喷油量为依据查找EGR特性曲线EGR_MAP图，从而获取当前工作状态下标定的EGR废气参数；并，获取此刻发动机气缸的总吸气量M_总和发动机排气管位置的排气氧浓度，并以排气氧浓度和总吸气量M_总获取此刻实际EGR废气参数； 

分析执行模块，用于以所述实际EGR废气参数与标定的EGR废气参数的差值范围为条件，输出调节EGR阀开度的控制信号。 

需要说明的是，前述发动机当前的发动机转速、喷油量以及总吸气量M_总可以基于电子控制单元ECU的记录中直接读取获得，也可以基于电子控制单元ECU的记录中的相关参数或者通过传感器采集的相关参数进行确定，只要满足使用需要均在本申请请求保护的范围内。 

请参考图1，图1为本发明第一种实施例中用于控制EGR阀开度的控制方法的流程图。 

例如，ECU实时获取发动机吸气管上的压力温度传感器获取压力参数和温度参数，并根据空气模型确定总吸气量M_总。 

以EGR废气参数为EGR率R_EGR.Des为例，以下给出了用于控制EGR阀开度的控制方法，具体步骤如下： 

S10、预设EGR特性曲线EGR_MAP图于电子控制单元ECU中，所述EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR率R_EGR.Des； 

S11、通过电子控制单元ECU获取当前工况下发动机气缸的总吸气量M_总和发动机排气管位置的排气氧浓度，并以排气氧浓度和总吸气量M_总获取此刻实际EGR废气参数； 

并，通过电子控制单元ECU获取的发动机该工况下发动机转速和喷油量，并以所述发动机转速和所述喷油量为依据查找所述EGR特性曲线EGR_MAP图，从而获取当前工作状态下标定的EGR率R_EGR.Des； 

S12、以所述实际EGR率R_EGR.Act与标定的EGR率R_EGR.Des的差值范围为条件，输出调节EGR阀开度的控制信号。 

工作过程中，该控制方法以测量发动机排气管中的排气氧浓度获取EGR废气参数并限定其大小作为基础的一种调节EGR阀的控制方法，工作过程中，各工况下的EGR废气参数可通过EGR特性曲线MAP查表得到，当查表得到的EGR废气参数与实际EGR废气参数差值范围超出预设值时，则调节EGR阀开度，直至两者差值在预设区间内为止。 

相比现有技术以新鲜空气量参数调节EGR阀开度，该控制方法获取排气氧浓度的方式更简单，控制更加精确，系统稳定性也比较高，并且适用于不同类型的发动机系统，通用性比较强。 

请进一步参考图2，图2为本发明第二种实施例中用于控制EGR阀开度的控制方法的流程图。 

上述实际EGR率R_EGR.Act与标定的EGR率R_EGR.Des的差值范围设置为：上限值A1和下限值A2，上述步骤S12具体包括以下步骤： 

S120、当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)<下限值A2时，执行步骤S121；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)>上限值A1时，执行步骤S122；否则返回步骤S11； 

其中，上限值A1和下限值A2数值的大小可以根据具体发动机系统设置，一般设置上限值A1和下限值A2大小可以为标定值R_EGR.Des的1％－5％，即可满足发动机系统工作需求。 

S121、输出增大EGR阀开度的控制命令； 

S122、输出减小EGR阀开度的控制命令。 

同理，当EGR废气参数为EGR废气量M_EGR.Des时，系统的控制原理与上述EGR率参数控制原理相同，以实际EGR废气流量M_EGR.Act与标定的EGR废气流量M_EGR.Des的差值范围为条件，输出调节EGR阀开度的控制信号，具体也可以设置两者差值的上限值B1和下限值B2，具体控制方式结合图3参考以下。 

S20、预设EGR特性曲线EGR_MAP图于电子控制单元ECU中，所述EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR废气量M_EGR.Des； 

S21、通过电子控制单元ECU获取此刻发动机气缸的总吸气量M _总和发动机排气管位置的排气氧浓度，并以排气氧浓度和总吸气量M_总获取此刻实际EGR废气量M_EGR.Act； 

同时，通过电子控制单元ECU获取的发动机当前工作状态下发动机转速和喷油量，并以所述发动机转速和所述喷油量为依据查找所述EGR特性曲线EGR_MAP图，从而获取当前工作状态下标定的EGR废气参数； 

S22、当(M_EGR.Act-M_EGR.Des)<下限值B2时，执行步骤S23；当(M_EGR.Act-M_EGR.Des)>上限值B1时，执行步骤S24；否则返回步骤S21； 

S23、输出增大EGR阀开度的控制命令； 

S24、输出减小EGR阀开度的控制命令。 

同理，上限值B1和下限值B2数值的大小可以根据具体发动机系统设置，一般设置上限值B1和下限值B2大小可以为标定值R_EGR.Des的5％－10％，即可满足发动机系统工作需求。 

上述实施例中的实际EGR废气量M_EGR.Act和R_EGR.Act可以通过以下公式获取： 

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{1+\frac{x_{O_2}}{3}}{1-4.77x_{O_2}};$

M_Fresh＝λ*14.5*M_Fuel； 

M_EGR.Act＝M_总-M_Fresh； 

R_EGR.Act＝M_EGR.Act/M_总； 

其中，M_Fuel为喷油量、M_resh为新鲜进气量、λ为过量空气系数。 

当然，此处也可以不设置上、下限值，仅设定一个设定值A，只要实际值跟设定值不同，系统就用PID控制器调节EGR阀的开度， 使实际值等于设定值。实际EGR率R_EGR.Act与标定的EGR率R_EGR.Des的差值预设范围设置为：设定值A；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)<A时，ECU输出增大EGR阀开度的控制命令，使(R_EGR.Act-R_EGR.Des)＝A；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)>A时，ECU输出减小EGR阀开度的控制命令，使(R_EGR.Act-R_EGR.Des)＝A。例如，当特定值为0时，当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)<0时，ECU输出增大EGR阀开度的控制命令；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)>0时，ECU输出减小EGR阀开度的控制命令。 

以上对本发明所提供的一种用于发动机EGR阀开度的控制系统及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种用于控制EGR阀开度的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤： 

预设EGR特性曲线EGR_MAP图于电子控制单元ECU中，所述EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR废气参数值； 

通过电子控制单元ECU获取当前工况下发动机气缸的总吸气量M_总和发动机排气管位置的排气氧浓度，并以排气氧浓度和总吸气量M_总获取此刻实际EGR废气参数；所述EGR废气参数为用于衡量EGR率的参数； 

并，通过电子控制单元ECU获取的该工况下发动机转速和喷油量，并以所述发动机转速和所述喷油量为依据查找所述EGR特性曲线EGR_MAP图，从而获取当前工作状态下标定的EGR废气参数； 

以所述实际EGR废气参数与标定的EGR废气参数的差值范围超出预设范围为条件，输出调节EGR阀开度的控制信号。 

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述EGR废气参数为EGR废气量M_EGR.Des，所述EGR特性曲线EGR_MAP图为设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR废气量值。 

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述EGR废气参数为EGR率R_EGR.Des；所述EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR率R_EGR.Des值。 

4.如权利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，实际EGR废气量M_EGR.Act和R_EGR.Act通过以下公式获取： 

M_Fresh＝λ*14.5*M_Fuel； 

M_EGR.Act＝M_总-M_Fresh； 

R_EGR.Act＝M_EGR.Act/M_总； 

其中，M_EGR.Act为实际EGR废气量；M_Fresh新鲜进气量、M_总为发动机的总吸气量；M_Fuel为喷油量、λ为过量空气系数。 

5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，实际EGR率R_EGR.Act与标定的EGR率R_EGR.Des的差值预设范围设置为：上限值A1和下限值A2，当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)<下限值A2时，ECU输出增大EGR阀开度的控制命令；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)>上限值A1时，ECU输出减小EGR阀开度的控制命令。 

6.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，实际EGR率R_EGR.Act与标定的EGR率R_EGR.Des的差值预设范围设置为：设定值A；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)<A时，ECU输出增大EGR阀开度的控制命令,使(R_EGR.Act-R_EGR.Des)＝A；当(R_EGR.Act-R_EGR.Des)>A时，ECU输出减小EGR阀开度的控制命令，使(R_EGR.Act-R_EGR.Des)＝A。 

7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述氧浓度由λ传感器或NOx传感器检测。 

8.一种控制发动机EGR阀开度的控制系统，其特征在于，该控制系统包括： 

采集装置，用于采集发动机排气管位置的排气氧浓度、发动机转速、喷油量； 

ECU，包括存储模块、获取模块以及分析执行模块； 

所述存储模块，用于预设有EGR特性曲线EGR_MAP图，所述EGR特性曲线EGR_MAP图中设有根据发动机转速和喷油量获取标定的EGR废气参数值； 

所述获取模块，用于获取发动机当前工况下上述发动机转速和喷油量，并以所述发动机转速和所述喷油量为依据查找所述EGR特性曲线EGR_MAP图，从而获取该工况下标定的EGR废气参数；并，获取此刻发动机气缸的总吸气量M_总和发动机排气管位置的排气氧浓度 ，并以排气氧浓度和总吸气量M_总获取此刻实际EGR废气参数；所述EGR废气参数为用于衡量EGR率的参数； 

所述分析执行模块，用于以所述实际EGR废气参数与标定的EGR废气参数的差值范围超出预设范围为条件，输出调节EGR阀开度的控制信号。 

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述EGR废气参数为EGR废气量M_EGR.DesEGR率R_EGR.Des。 

10.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述采集装置包括λ传感器或NOx传感器，用于采集所述氧浓度。