CN108252829B - 一种双通道egr调节装置及其控制方法 - Google Patents

一种双通道egr调节装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双通道EGR调节装置及其控制方法，用于用以满足发动机在不同工况下对EGR温度的需求、提升发动机的性能以及降低污染物排放，包括：从发动机排气管引出的带有冷却器的管路a、带有管路b保温层的管路b，分别用于获得低温EGR、高温EGR，ECU根据发动机当前工况以及当前管路a、管路b内EGR温度计算出EGR温度调节阀各阀门开度，ECU控制EGR温度调节阀将低温EGR和高温EGR按一定比例进行混合，得到所需温度的EGR，有利于在多个工况下都能够开启EGR系统，改善燃烧状况并降低油耗。本发明还公开了一种用以优化EGR控制的EGR控制方法，以及一种比例可调节的EGR温度调节阀。

Description

一种双通道EGR调节装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及工程机械、自动控制技术领域，具体涉及一种双通道EGR调节装置及其控制方法。
背景技术
废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)简称EGR，是一种将部分发动机的燃烧废气重新导入吸气侧使其再度燃烧的一种技术。考虑到废气温度过高的缘故，在汽油发动机上，EGR技术仅限用于部分工况。倘若将发动机废气直接引入进气系统，由于废气温度过高，对发动机的各项性能并不能起到提升的效果，因此必须加以冷却，但是，如果发动机在中小负荷时，热的EGR有助于快速提高缸内混合气的温度以便于促进混合气的形成于燃烧，使得发动机在中小负荷情况下工作的更加稳定。除此之外，在发动机大负荷的时候，温度较低的EGR有助于抑制发动机的爆震，并且降低燃烧温度，降低NOx的排放。因此，采用一种温度可变的EGR系统对发动机性能的提升以及污染排放的降低有着极大的促进作用。
发明内容
本发明旨在提出一种双通道EGR调节装置及其控制方法。双通道EGR气体温度调节装置用以满足发动机在不同工况下对EGR温度的需求、提升发动机的性能以及降低污染物排放，其控制方法则用以优化EGR控制。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
根据本发明提供的双通道EGR调节装置，关键在于包括以下部件组成：发动机排气道、管路a、管路b保温层、管路b、冷却器、管路b温度传感器、管路a温度传感器、管路a压力传感器、管路b压力传感器、EGR温度调节阀、管路c保温层、管路c、管路c温度传感器、EGR流量控制阀、管路d保温层、管路d、节气门、发动机进气道、进气温度传感器、进气压力传感器、发动机、控制单元，其特征在于：
所述的管路b和管路a是分别与发动机排气道相通；管路b保温层置于管路b外表面层，管路b靠近EGR温度调节阀端布置有管路b温度传感器、管路b压力传感器；管路a中段布置有冷却器，管路靠近EGR温度调节阀端布置有管路a温度传感器、管路a压力传感器；管路b和管路a分别与EGR温度调节阀的两个进口阀口相通。
所述的管路c两端分别与EGR温度调节阀出口阀口、EGR流量控制阀相连接，管路c保温层安于管路c外表面层，管路c中装有EGR温度传感器。
所述的管路d与发动机进气道相通,进气温度传感器、进气压力传感器置于发动机进气道中。
所述的电控单元与管路b温度传感器、管路a温度传感器、管路a压力传感器、管路b压力传感器、EGR温度调节阀、管路c温度传感器、EGR流量控制阀、节气门、进气温度传感器、进气压力传感器、发动机通过控制线路相连接，电控单元对以上部件进行控制或收集信号。
所述的温度调节阀为一个比例可调节的三通阀门，所述的EGR流量控制阀为一个开度可按需调节的阀门。
所述的温度调节阀，其特征在于，由阀口a、阀壁、旋转体、阀口b、阀口c、轴承a、阀盖、阀座、轴承b、联轴器、步进电机组成。其具体特征包括：
所述的阀壁为一有三个圆形开口的空心圆柱体，三个开口分别为阀口a、阀口b、阀口c，均为圆形开口，三个阀口对应的圆心角分别为60°、30°、30°，三个阀口中轴线所成夹角为105°、120°、135°。
所述的阀体由流动通道a、阀芯1、流动通道b、阀芯2、流动通道c、阀芯3、上盖板、下盖板组成。流动通道a所对应圆心角为90°，流动通道b所对应的圆心角为30°，流动通道c所对应圆心角为30°，阀芯1所对应的圆心角为60°，阀芯2所对应的圆心角为60°，阀芯3所对应的圆心角为90°。三块阀芯位于上盖板与下盖板之间，流动通道a位于阀芯1、阀芯3之间，流动通道b位于阀芯1、阀芯2之间，流动通道c位于阀芯2、阀芯3之间。
所述的步进电机通过联轴器与旋转体相连，旋转体通过轴承b、轴承a固定于阀座、阀盖之上，阀壁置于阀座、阀盖之间，旋转体外侧。
基于上述双通道EGR调节装置，其EGR控制方法通过以下步骤进行实现：
1)电控单元(ECU)收集发动机工况参数信号，获知当前发动机所处工况以及进气状态。
2)电控单元(ECU)根据步骤1)所得信号查找预制EGR率脉谱图以及预制EGR温度脉谱图。
3)根据步骤2)脉谱图信息查得当前工况下所需EGR率以及当前工况下所需的EGR温度，以此作为后续步骤中对EGR温度以及EGR率进行调节的标准。
4)电控单元(ECU)分别获取管路a、管路b温度与压力参数。
5)电控单元(ECU)依据步骤4)所得参数对EGR温度调节阀各阀门开度进行调节，从而改变高温、低温EGR混合比例。
6)电控单元(ECU)收集EGR总管温度传感器温度信号，获取EGR流量控制阀阀前EGR温度。
7)将步骤6)所得EGR流量控制阀阀前EGR温度与当前工况所需EGR温度范围进行对比，若在允许范围内，进行步骤8)对EGR流量进行控制；若不在，则重新进行步骤4)。
8)电控单元(ECU)根据当前所需EGR率、发动机当前进气温度与进气量以及EGR温度计算EGR流量控制阀阀门开度。
9)根据步骤8)所得EGR流量控制阀阀门开度对其进行调节，达到相应开度。
10)电控单元(ECU)检测进气温度与进气压力。
11)根据步骤10)所得发动机当前工况与期望工况范围进行对比，若达到期望范围，则结束；若未达到期望范围，则返回步骤8。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
1.本发明提供的一种双通道EGR调节装置，针对不同的发动机工况能够给出温度不同的EGR气体，有助于提高发动机的性能、热效率以及改善尾气排放。
2.本发明提供的一种双通道EGR气体温度调节装置，由排气管路引出双通道EGR分别进行保温处理和降温处理，结构简单，便于制作以及安装。
3.本发明提供的一种双通道EGR气体温度调节装置，使用废气作为能量来源，将能量利用率最大化。
4.本发明提供的一种EGR温度控制阀结构新颖、简便，可快速进行相应的温度调节。
5.本发明提供的一种EGR控制方法，过程简洁，控制灵活，并且拥有反馈调节，控制可靠性高。
附图说明
图1为本发明的EGR气体温度调节装置示意图。
图2、图3为本发明的EGR温度调节阀的俯视剖面图以及主视剖面图。
图4为EGR温度调节阀在某一工况下的俯视剖面图
图5为本发明的EGR控制流程图。
具体实施方式
下面对照附图，对本发明的具体实施方式如所涉及的各个构件，各个部分之间的相互位置以及相互连接关系，各部分的功能以及工作原理等作进一步详细的说明。
如图1所示，管路b(4)和管路a(2)是分别与排气道(1)相通；管路b保温层(3)置于管路b(4)外层，管路靠近EGR温度调节阀(10)端布置有管路b温度传感器(6)、管路b压力传感器(9)，用于检测管路b内EGR温度和压力；管路a(2)中段布置有冷却器(5)，用于对发动机排出的废气进行冷却，管路靠近EGR温度调节阀(10)端布置有管路a温度传感器(7)、管路a压力传感器(8)，用于检测管路a(2)内EGR温度和压力；管路b(4)和管路a(2)分别接入EGR温度调节阀进口端。
管路c(12)两端分别与EGR温度调节阀(10)、EGR流量控制阀(14)相通，管路c保温层(11)置于管路c(12)外层，用于对EGR气体进行保温，管路c(12)中装有EGR温度传感器(13)用于检测经EGR温度调节阀(10)调节后的EGR温度。
管路d(16)与发动机进气道(18)相通,进气温度传感器(19)、进气压力传感器(20)置于发动机进气道(18)中，可用于检测发动机进气压力和进气温度。
电控单元(22)与节气门(17)、进气温度传感器(19)、进气压力传感器(20)、发动机(21)、管路b温度传感器(6)、管路b压力传感器(9)、管路a温度传感器(7)、管路a压力传感器(8)、EGR温度调节阀(10)、EGR流量控制阀(14)通过控制线路相连接，电控单元(22)对以上部件进行控制或收集信号。
如图2、图3、图4所示，EGR温度调节阀为一个比例可调节的三通阀门，步进电机(1011)通过联轴器(1010)与旋转体(1003)相连，旋转体(1003)通过轴承b(1009)、轴承a(1006)固定于阀座(1008)、阀盖(1007)之上，阀壁(1002)置于阀座(1008)、阀盖(1007)之间，旋转体(1003)外侧。阀口a(1001)、阀口b(1004)、阀口c(1005)分别位于阀壁(1002)的不同方向上。
步进电机(1011)根据所获取的电信号对电机转轴进行相应角度的转动，通过联轴器(1010)输出至旋转体(1003)，旋转体(1003)旋转过一定角度后如图4所示。相较于图二，显然，阀口b(1004)、阀口c(1005)开度均改变，而阀口a(1001)开度未曾改变，较于图二，图二中阀口c(1005)开度为100％，阀口b(1004)开度为0，经过15°步进电机转动后，阀口b(1004)、阀口c(1005)开度均为50％，因此起到比例调节作用。
参照附图5，结合实例对EGR控制方法进行描述：
首先电控单元收集发动机工况参数信号，借此查找EGR率脉谱图、EGR温度脉谱图，分别获得当前工况所需EGR率与EGR温度。
其次进行EGR温度调节过程，分别获取高温(管路b)、低温EGR管路(管路a)温度与压力参数，用以计算EGR温度调节阀各阀门开度，根据计算结果调节EGR温度调节阀，随后检测EGR流量控制阀阀前EGR温度，并查询是否达到EGR温度可允许范围，若否，则再次执行EGR温度调节过程，若是，则进行下一过程。
最后进行EGR率调节过程，根据当前所需EGR率、发动机当前进气温度与压力以及EGR温度计算EGR流量控制阀开度，调节EGR流量控制阀，并检测发动机是否达到期望工况范围，若否，则再次执行EGR率调节过程，若是则过程结束。

Claims (1)

1.一种双通道EGR调节装置，其特征在于，由发动机排气道（1）、管路a（2）、管路b保温层（3）、管路b（4）、冷却器（5）、管路b温度传感器（6）、管路a温度传感器（7）、管路a压力传感器（8）、管路b压力传感器（9）、EGR温度调节阀（10）、管路c保温层（11）、管路c（12）、管路c温度传感器（13）、EGR流量控制阀（14）、管路d保温层（15）、管路d（16）、节气门（17）、发动机进气道（18）、进气温度传感器（19）、进气压力传感器（20）、发动机（21）、电控单元（22）组成，其特征在于：
所述的管路b（4）和管路a（2）是分别与排气道（1）相通；管路b保温层（3）置于管路b（4）外表面层，管路b（4）靠近EGR温度调节阀（10）端布置有管路b温度传感器（6）、管路b压力传感器（9）；管路a（2）中段布置有冷却器（5），管路靠近EGR温度调节阀（10）端布置有管路a温度传感器（7）、管路a压力传感器（8）；管路b（4）和管路a（2）分别与EGR温度调节阀（10）的两个进口阀口相通；
所述的管路c（12）两端分别与EGR温度调节阀（10）出口阀口、EGR流量控制阀（14）相连接，管路c保温层（11）安于管路c（12） 外表面层，管路c（12）中装有管路c温度传感器（13） ；
所述的管路d（16）与发动机进气道（18）相通,进气温度传感器（19）、进气压力传感器（20）置于发动机进气道（18）中；
所述的电控单元（22）与节气门（17）、进气温度传感器（19）、进气压力传感器（20）、发动机（21）、管路b温度传感器（6）、管路b压力传感器（9）、管路a温度传感器（7）、管路a压力传感器（8）、EGR温度调节阀（10）、EGR流量控制阀（14）通过控制线路相连接，电控单元（22）对以上部件进行控制或收集信号；
所述的温度调节阀为一个比例可调节的三通阀门，所述的EGR流量控制阀为一个开度可按需调节的阀门；
所述的温度调节阀，由阀口a（1001）、阀壁（1002）、旋转体（1003）、阀口b（1004）、阀口c（1005）、轴承a（1006）、阀盖（1007）、阀座（1008）、轴承b（1009）、联轴器（1010）、步进电机（1011）组成，所述的阀壁（1002）为一有三个圆形开口的空心圆柱体，三个开口分别为阀口a（1001）、阀口b（1004）、阀口c（1005），均为圆形开口，三个阀口对应的圆心角分别为60°、30°、30°，三个阀口中轴线所成夹角为105°、120°、135°；
所述的旋转体（1003）由流动通道a（1003a）、阀芯1（1003b）、流动通道b（1003c）、阀芯2（1003d）、流动通道c（1003e）、阀芯3（1003f）、上盖板（1003g）、下盖板（1003h）组成，流动通道a（1003a）所对应圆心角为90°，流动通道b（1003c）所对应的圆心角为30°，流动通道c（1003e）所对应圆心角为30°，阀芯1（1003b）所对应的圆心角为60°，阀芯2（1003d）所对应的圆心角为60°，阀芯3（1003f）所对应的圆心角为90°，三块阀芯位于上盖板（1003g）与下盖板（1003h）之间，流动通道a（1003a）位于阀芯1（1003b）、阀芯3（1003f）之间，流动通道b（1003c）位于阀芯1（1003b）、阀芯2（1003d）之间，流动通道c（1003e）位于阀芯2（1003d）、阀芯3（1003f）之间；
所述的步进电机（1011）通过联轴器（1010）与旋转体（1003）相连，旋转体（1003）通过轴承b（1009）、轴承a（1006）固定于阀座（1008）、阀盖（1007）之上，阀壁（1002）置于阀座（1008）、阀盖（1007）之间，旋转体（1003）外侧；
所述的一种双通道EGR调节装置具有如下控制步骤：
1）电控单元（ECU）收集发动机工况参数信号，获知当前发动机所处工况以及进气状态；
2）电控单元（ECU）根据步骤1）所得信号查找预制EGR率脉谱图以及EGR温度脉谱图；
3）根据步骤2）脉谱图信息查得当前工况下所需EGR率以及当前工况下所需的EGR温度，以此作为后续步骤中对EGR温度以及EGR率进行调节的标准；
4）电控单元（ECU）分别获取管路a、管路b温度与压力参数；
5）电控单元（ECU）依据步骤4）所得参数对EGR温度调节阀开度进行调节，从而改变高温、低温EGR混合比例；
6）电控单元（ECU）收集EGR总管温度传感器温度信号，获取EGR流量控制阀阀前EGR温度；
7）将步骤6）所得EGR流量控制阀阀前EGR温度与当前工况所需EGR温度范围进行对比，若在允许范围内，进行步骤8）对EGR流量进行控制；若不在，则重新进行步骤4）；
8）电控单元（ECU）根据当前所需EGR率、发动机当前进气温度与进气量以及EGR温度计算EGR流量控制阀阀门开度；
9）根据步骤8）所得EGR流量控制阀阀门开度对其进行调节，达到相应开度；
10）电控单元（ECU）检测进气温度与进气压力；
11）根据步骤10）所得温度与压力参数判断当前EGR率，若达到期望EGR率范围之内，则结束；若未达到期望范围，则返回步骤8。
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