CN108506105B - 一种egr双闭环控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种EGR双闭环控制系统，包括发动机、稳压器、EGR冷却器、涡轮机、压气机、EGR阀、排气歧管、中冷器、发动机、进气歧管和ECU；凸轮轴上设置有转速传感器，曲轴上设有扭矩传感器，排气歧管内设置有氧传感器，进气歧管内设压力传感器，排气岐管与涡轮机进气口相连通，涡轮机出气口与EGR阀相连通，EGR冷却器与所述电控EGR阀相连通，中冷器与进气歧管相连通；压气机与中冷器相连通，压气机与中冷器之间的管路上设置有稳压器，中冷器与进气歧管相连通，进气岐管与发动机的气缸相连通，涡轮机的转轴与压气机的转轴固定连接。有效抑制因EGR超调所导致的烟度恶化，彻底解决发动机典型瞬态加载过程中EGR超调。

Description

一种EGR双闭环控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机排放控制技术领域，具体涉及一种EGR双闭环控制系统及其控制方法。

背景技术

随着我国汽车保有量的增加，汽车尾气有害排放物引起的环境问题也日益严重。受重型柴油机国V排放法规及未来更加严苛排放法规的影响，柴油机未来解决排放问题的关键将不再仅局限于缸内燃烧优化结合后处理器装置的技术路线。为减少昂贵的后处理器的使用份额，进一步降低尾气排放量，引入EGR技术将势必成为达到未来国6排放标准要求的首要选择。自柴油机国4排放法规实施以来，已要求对重型柴油机瞬态测试循环微粒排放加以限制，由于车用柴油机瞬态工况特性偏离其稳态工况，尾气排放有害物及噪声排放均比稳态工况排放高，燃油经济性也出现明显恶化，特别是在增压柴油机负荷加载过程表现更加明显，引入EGR系统则将加剧进气量的减少，但由此产生的EGR超调问题将进一步导致柴油机排放及燃油经济性的恶化。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种EGR双闭环控制系统，通过提高EGR阀控制精度及响应性，并运用于柴油机典型瞬态加载过程，抑制因EGR超调所引起的烟度严重恶化。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种EGR双闭环控制系统，包括发动机12、稳压器7、EGR冷却器9、涡轮机5、压气机6、EGR阀10、排气歧管11、中冷器8、发动机12、进气歧管13和ECU 14；所述的发动机的凸轮轴上设置有转速传感器1，发动机的曲轴上设有扭矩传感器2，排气歧管11内设置有氧传感器3，进气歧管13内设压力传感器4，所述的转速传感器1、扭矩传感器2、氧传感器3和压力传感器4与ECU14控制连接，所述的排气歧管11与涡轮机5进气口相连通，涡轮机5出气口与EGR阀10相连通，EGR冷却器9与所述EGR阀10相连通，EGR中冷器9与进气歧管13相连通；所述的压气机6与中冷器8相连通，压气机6与中冷器8之间的管路上设置有稳压器7，中冷器8与进气歧管13相连通，进气歧管13与发动机12的气缸相连通，涡轮机5的转轴与压气机6的转轴固定连接。

本发明的另一个目的是提供一种EGR双闭环控制方法，其步骤如下：

1）对无EGR系统引入的原发动机进行典型柴油机加载试验，取得排气氧浓度，NOx，进气压力，颗粒排放物的试验数据，并将所有数据用于ECU查询；

2）根据转速传感器1和扭矩传感器2向ECU14传递其工况变化的信号，ECU14根据传递过来的信号判断发动机12的运行状态，设置目标排气氧浓度，设置目标进气压力，所述的目标排气氧浓度为原无EGR系统引入下的发动机典型瞬态加载过程排气氧浓度，目标进气压力为原无EGR系统引入下的发动机典型瞬态加载过程进气压力；

3）ECU获取当前的排气氧浓度，当前进气压力，并判断当前的排气氧浓度偏差率；

4）将原机无EGR瞬变过程的排气氧浓度增加A%并作为新的跟随目标，若当前排气氧浓度数值与目标跟随氧浓度数值之差小于A%，目标排气氧浓度不变；

5）若排气氧浓度的偏差率低于X%,则排气氧浓度的震荡效应忽略不计，通过PID时刻对EGR阀开度进行调节，促使目前的排气氧浓度与目标无限逼近；

6）若排气氧浓度的偏差率高于X%，则排气氧浓度震荡严重，利用排气氧浓度进行PID调节已经不能够达到目的，停止使用排气氧浓度的反馈控制；

7）若排气氧浓度的偏差率高于X%，此时采用进气压力偏差进行反馈控制，采取PID时刻修正EGR阀阀门开度方式，促使当前进气压力与目标进气压力无限逼近；控制方法同以排气氧浓度为反馈参数相同；

8）ECU再次获取当前的排气氧浓度，当前进气压力值，并判断当前的排气氧浓度偏差率；

9）若排气氧浓度的偏差率低于X%，采用排气氧浓度的反馈控制，停用进气压力反馈控制；

10）返回步骤4）。

所述的A为5，所述的X为5。

本发明的有益效果如下：

本发明采取高压回路安装方式，由于中冷器前后进气压力相差不大，且为了缩短进气压力信号响应时间、去除循环进气带来的信号波动，在增压柴油机压气机出口位置增设稳压箱装置，稳压后的进气压力在发动机典型加载过程中呈现稳定单调递减变化，因而采取时刻PID修正EGR阀阀门开度方式，促使当前进气压力与原机瞬变加载过程的进气压力无限逼近，并时刻监测排气氧浓度的振荡特征，一旦处于可忽略振荡条件时，仍以排气氧浓度反馈方式，最终实现EGR阀高精度、高响应闭环精确控制的目的，有效抑制因EGR超调所导致的烟度恶化问题，彻底解决发动机典型瞬态加载过程中EGR超调问题。

附图说明

图1是本发明二级增压柴油机实现EGR精确控制结构示意简图；

图2是本发明二级增压柴油机实现EGR精确控制的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图2所示，本发明提供一种EGR双闭环控制系统，包括发动机12、稳压器7、EGR冷却器9、涡轮机5、压气机6、EGR阀10、排气歧管11、中冷器8、发动机12、进气歧管13和ECU 14；所述的发动机的凸轮轴上设置有转速传感器1，发动机的曲轴上设有扭矩传感器2，排气歧管11内设置有氧传感器3，进气歧管13内设压力传感器4，所述的转速传感器1、扭矩传感器2、氧传感器3和压力传感器4与ECU14控制连接，所述的排气歧管11与涡轮机5进气口相连通，涡轮机5出气口与EGR阀10相连通，EGR冷却器9与所述EGR阀10相连通，EGR中冷器9与进气歧管13相连通；所述的压气机6与中冷器8相连通，压气机6与中冷器8之间的管路上设置有稳压器7，中冷器8与进气歧管13相连通，进气歧管13与发动机12的气缸相连通，涡轮机5的转轴与压气机6的转轴固定连接，废气进入涡轮机5后，推动涡轮机叶片旋转，压气机6的叶片与涡轮机叶片同轴，因此在涡轮机的带动下，压气机叶片旋转，将空气吸入 。

本发明基于原无EGR系统引入下的发动机典型瞬态加载过程排气氧浓度为跟随目标，与引入EGR系统后的该瞬态过程排气氧浓度进行同步比较，时刻PID修正EGR阀阀门开度促使两者排气氧浓度无限逼近，旨在有效抑制因EGR超调所导致的烟度恶化问题。由于排气氧浓度相较于发动机缸内燃烧特征参数存在客观延迟特征，加之从排气氧浓度参数判定并反馈给EGR阀执行PID控制、至发动机燃料燃烧后进入排气管后排气氧浓度读取再判定，需经历少数个燃烧循环过程，排气氧浓度跟随一致程度有限，因而一旦存在其数值偏离超过1%时（读取排气氧浓度数值与目标跟随氧浓度数值之差）特将原机无EGR瞬变过程的排气氧浓度增加相应数值并作为新的跟随目标，促使发动机烟度排放与原机无EGR瞬态特性无限逼近，彻底解决发动机典型瞬态加载过程中EGR超调问题。此外，由于氧浓度传感器其循环级高响应特征容易导致信号波动，加剧EGR阀阀门控制不稳定性以致存在发动机燃烧恶化可能性，定义排气氧浓度明显振荡的判定依据（偏差率：当前时刻读取的排气氧浓度与其前4-8期读取值的移动平均值之差，再与该移动平均值之比，低于5%数值为振荡忽略不计）。当判定为存在排气氧浓度振荡严重时，由于增压器延迟响应特征，当前循环进气条件尚不受排气氧浓度振荡影响，且稳压后的进气压力在发动机典型加载过程中呈现稳定单调递减变化，因而采取时刻PID修正EGR阀阀门开度方式，促使当前进气压力与原机瞬变加载过程的进气压力无限逼近，并时刻监测排气氧浓度的振荡特征，一旦处于可忽略振荡条件时，仍以排气氧浓度反馈方式，最终实现EGR阀高精度、高响应闭环精确控制的目的。

实施例1

1）对无EGR系统引入的原发动机进行典型柴油机加载试验，取得排气氧浓度、Nox、进气压力、颗粒排放物的试验数据，并将所有数据用于ECU查询。

2）根据转速传感器和扭矩传感器向发动机ECU传递其工况变化的信号，ECU 根据传递过来的信号判断发动机的运行状态，设置目标排气氧浓度，设置目标进气压力。（目标排气氧浓度为原无EGR系统引入下的发动机典型瞬态加载过程排气氧浓度，目标进气压力为原无EGR系统引入下的发动机典型瞬态加载过程进气压力）

3）ECU获取当前的排气氧浓度，当前进气压力，并判断当前的排气氧浓度偏差率。

4）若当前排气氧浓度数值与目标跟随氧浓度数值之差大于1%,将原机无EGR瞬变过程的排气氧浓度增加1%并作为新的跟随目标。若当前排气氧浓度数值与目标跟随氧浓度数值之差小于1%，目标排气氧浓度不变。

5）若排气氧浓度的偏差率低于5%，则排气氧浓度的震荡效应忽略不计，通过PID时刻对EGR阀开度进行调节，促使目前的排气氧浓度与目标无限逼近。

6）若排气氧浓度的偏差率高于5%，则排气氧浓度震荡严重，利用排气氧浓度进行PID调节已经不能够达到目的，停止使用排气氧浓度的反馈控制。

7）若排气氧浓度的偏差率高于5%，此时采用进气压力偏差进行反馈控制，采取PID时刻修正EGR阀阀门开度方式，促使当前进气压力与目标进气压力无限逼近。控制方法同以排气氧浓度为反馈参数相同。

8）ECU再次获取当前的排气氧浓度，当前进气压力值，并判断当前的排气氧浓度偏差率。

9）若排气氧浓度的偏差率低于5%，采用排气氧浓度的反馈控制，停用进气压力反馈控制。

10）返回步骤4）。

综上所述：本发明解决了瞬态工况EGR超调问题，基于配置有EGR系统的增压柴油机，使颗粒排放物能够满足国标，设计了瞬态工况下EGR双闭环控制系统，适用于柴油机瞬态EGR控制。

Claims (2)

1.一种EGR双闭环控制系统，其特征在于：包括发动机、稳压器、EGR冷却器、涡轮机、压气机、EGR阀、排气歧管、中冷器、发动机、进气歧管和ECU；所述的发动机上凸轮轴上设置有转速传感器，发动机的曲轴上设有扭矩传感器，排气歧管内设置有氧传感器，进气歧管内设压力传感器，所述的转速传感器、扭矩传感器、氧传感器和压力传感器与ECU控制连接，所述的排气歧管与涡轮机进气口相连通，涡轮机出气口与EGR阀相连通，EGR冷却器与所述EGR阀相连通，EGR冷却器与进气歧管相连通；所述的压气机与中冷器相连通，压气机与中冷器之间的管路上设置有稳压器，中冷器与进气歧管相连通，进气歧管与发动机的气缸相连通，涡轮机的转轴与压气机的转轴固定连接；

基于所述的EGR双闭环控制系统的控制方法，包括步骤如下：

1）对无EGR系统引入下的原发动机进行加载试验，取得排气氧浓度、NOx、进气压力、颗粒排放物的试验数据，并将所有数据用于ECU查询；

2）根据转速传感器和扭矩传感器向ECU传递其工况变化的信号，ECU根据传递过来的信号判断发动机的运行状态，设置目标排气氧浓度，设置目标进气压力，所述的目标排气氧浓度为原无EGR系统引入下的发动机瞬态加载过程排气氧浓度，目标进气压力为原无EGR系统引入下的发动机瞬态加载过程进气压力；

3）ECU获取当前的排气氧浓度，当前进气压力，并判断当前的排气氧浓度偏差率；

4）将原发动机无EGR瞬变过程的排气氧浓度增加A%并作为新的跟随目标，若当前排气氧浓度数值与目标跟随氧浓度数值之差小于A%，目标排气氧浓度不变；

5）若排气氧浓度的偏差率低于X%,则排气氧浓度的震荡效应忽略不计，通过PID时刻对EGR阀开度进行调节，促使目前的排气氧浓度与目标无限逼近；

6）若排气氧浓度的偏差率高于X%，则排气氧浓度震荡严重，利用排气氧浓度进行PID调节已经不能够达到目的，停止使用排气氧浓度的反馈控制；

7）若排气氧浓度的偏差率高于X%，此时采用进气压力偏差进行反馈控制，采取PID时刻修正EGR阀阀门开度方式，促使当前进气压力与目标进气压力无限逼近；控制方法同以排气氧浓度为反馈参数相同；

8）ECU再次获取当前的排气氧浓度，当前进气压力值，并判断当前的排气氧浓度偏差率；

9）若排气氧浓度的偏差率低于X%，采用排气氧浓度的反馈控制，停用进气压力反馈控制；

10）返回步骤4）。

2.如权利要求1所述的EGR双闭环控制系统，其特征在于：所述的A为5，所述的X为5。

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