CN108843464A - 柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法，包括：步骤1：计算当前EGR冷却器的换热效率；步骤2：计算当前再循环废气经过冷却器后的EGR冷却器出口温度；步骤3：根据EGR冷却器的出口温度和根据进气温度所设定的开启阈值判断旁通阀的开启和关闭状态；EGR冷却器工作时，EGR冷却器的出口温度＞温度设定阈值，判定旁通阀关闭；EGR冷却器的出口温度＜温度设定阈值，判定旁通阀开启；EGR冷却器不工作时，判定旁通阀关闭；步骤4：ECU输出占空比信号打开或者关闭旁通阀。本发明通过EGR冷却器出口温度来控制EGR冷却器旁通阀，解决废气被过度冷却凝结而导致EGR冷却器堵塞的问题。

Description

柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法

技术领域

本发明涉及一种再循环废气冷却器的防堵方法，尤其涉及一种柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法。

背景技术

为了更高的排放要求，现有技术的柴油机会采用更高的EGR及更高效的再循环废气冷却器（以下简称EGR冷却器）以减少氮氧化物的生成；同时由于环保要求的加严，需要满足不同温度下的排放需求，就意味着在低温下也必须要使用EGR；EGR冷却器的主要目的在于将高温的废气经过冷却，降低发动机的进气温度并提高进气密度；从而达到降低氮氧化物并保持功率的问题。

EGR：意为排气再循环（Exhaust Gas Recirculation），内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术（手法或方法）。主要目的为降低排出气体中的氮氧化物（NOx）与分担部分负荷时可提高燃料消耗率。

而EGR冷却器的使用，需要将废气导入到EGR的冷却器中，而废气中含有水气及未燃HC（HC为碳氢化合物Hydrocarbon的简称），硫化物及酸性物质等，在低温环境中容易导致废气中的物质在EGR冷却器上冷凝，最终结垢导致EGR冷却器的堵塞，当前EGR冷却器低温堵塞的问题一直困扰着整个柴油机行业。

为改善该问题，现有技术的EGR冷却器均配备了旁通阀，意图在低温废气情况下减少废气进入冷却器，减少冷凝结垢的风险并降低HC的生成；但由于其废气冷却的控制策略大部分是基于水温及负荷来间接控制，无法直接通过废气实际温度来控制，在低温环境中，发动机热机后，依然无法避免EGR再循环废气温度过低，进入到EGR冷却器中，从而导致废气冷凝结垢，最终导致EGR冷却器堵塞失效问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法，通过EGR冷却器出口温度来控制EGR冷却器旁通阀，从而解决了废气被过度冷却凝结而导致EGR冷却器堵塞的问题。

本发明是这样实现的：

一种柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：根据废气流量dm_EGOut和EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs计算当前EGR冷却器的换热效率η_EGRClr，其计算函数如下：

η_EGRClr=f(废气流量，废气温度)；

步骤2：计算当前再循环废气经过EGR冷却器后的冷却器出口温度T_EGRClrDs，计算公式如下：

T_EGRClrDs=T_EGRClrUs-η_EGRClr×（T_EGRClrUs-T_Eng）

其中，T_EGRClrUs为EGR冷却器的入口温度，T_Eng为EGR冷却器的冷却介质温度；

步骤3：根据EGR冷却器的出口温度和根据进气温度所设定的开启阈值判断旁通阀的开启和关闭状态；

1）当EGR冷却器处于工作状态时，

若EGR冷却器的出口温度＞温度设定阈值，判定旁通阀关闭；

若EGR冷却器的出口温度＜温度设定阈值，判定旁通阀开启；

2）当EGR冷却器处于非工作状态时，判定旁通阀关闭；

步骤4：ECU根据步骤3的判断结果输出占空比信号打开或者关闭旁通阀。

在所述的步骤1中，函数η_EGRClr=f(废气流量，废气温度)的计算步骤如下：

步骤1.1：在废气流量和温度关系表中选取与当前废气流量dm_EGOut相邻的两个流量值dm_EGOut1、dm_EGOut2，在废气流量和温度关系表中选取与当前EGR冷却器入口温度T_EGRClrUs相邻的两个温度值T₁、T₂；

步骤1.2：通过取平均数的方式分别计算当前废气流量dm_EGOut在温度T₁、T₂时的换热效率η₁和η₂；

步骤1.3：计算在当前废气流量dm_EGOut和EGR冷却器入口温度T_EGRClrUs状态下的换热效率η_EGRClr，计算公式如下：

η_EGRClr=η₁+（η₂-η₁）*（dm_EGOut2-dm_EGOut1）/（T₂- T₁）

在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：

步骤2.1：步骤2.1：将发动机进气歧管温度T_EngIn、发动机转速N_Eng、有效燃烧油量Q_Brn、喷油提前角α、发动机进气量dm_Eng和发动机冷却水温T_Eng输入ECU，利用排气管路温度模型计算发动机排气歧管温度T_Engout；

步骤2.2：计算EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs，计算公式如下：

T_EGRClrUs=T_Engout-ΔT_Loss

其中，ΔT_Loss是由管路比热容Cp_pipe、管气体比热容Cp_gas、管壁温度Twall、气体质量流量dm_EGOut、路传热系数HTC、环境温度T0和车速Vveh决定的管路温度散热损失。

本发明根据废气温度、流量、传热效率等参数建立一个有效的EGR冷却器出口温度的温度模型，根据出口温度来控制EGR冷却器旁通阀，避免了废气被过度冷却而导致EGR冷却器堵塞；本发明适用于业内所有匹配有EGR冷却器的所有柴油机，且不需要加装任何传感器，也无需额外改装，即可以解决EGR冷却器结焦堵塞的问题，成本低，工作可靠。

本发明通过EGR冷却器出口温度来控制EGR冷却器旁通阀，从而解决了废气被过度冷却凝结而导致EGR冷却器堵塞的问题。

附图说明

图1是本发明柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法的流程图；

图2是本发明柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法中排气管路温度模型的逻辑图；

图3是本发明柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法中管路温度散热损失ΔT_Loss的计算逻辑图；

图4是本发明柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法中EGR冷却器工作时冷却器出口温度与旁通阀开关的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1，一种柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：根据废气流量dm_EGOut和EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs计算当前EGR冷却器的换热效率η_EGRClr，其计算函数如下：

η_EGRClr=f(废气流量，废气温度)；

根据上述函数计算出不同废气流量和温度（即EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs）下的换热效率η_EGRClr，如表所示：

根据废气流量dm_EGOut和EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs即可根据上表直接得到η_EGRClr的值，若废气流量dm_EGOut和EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs不在上表所示的数值中，可通过上表的数据推算得出。

步骤2：计算当前EGR经过冷却器后的冷却器出口温度T_EGRClrDs，其计算公式如下：

T_EGRClrDs=T_EGRClrUs-η_EGRClr×（T_EGRClrUs-T_Eng）

其中，T_EGRClrUs为EGR冷却器的入口温度，T_Eng为EGR冷却器的冷却介质温度（T_Eng同发动机水温）；

步骤3：根据EGR冷却器的出口温度和根据进气温度所设定的开启阈值判断旁通阀的开启和关闭状态；

1）当EGR冷却器处于工作状态时，

请参见附图4，图中，位于上方的曲线指示发动机排气歧管温度T_Engout的变化，位于中间的曲线指示EGR冷却器的出口温度的变化，位于下方的折线指示旁通阀的开关；

若EGR冷却器的出口温度＞温度设定阈值（如104℃），判定旁通阀关闭；

若EGR冷却器的出口温度＜温度设定阈值（如100℃），判定旁通阀开启；

2）当EGR冷却器处于非工作状态时，判定旁通阀关闭；

步骤4：ECU根据步骤3的判断结果输出占空比信号打开或者关闭旁通阀，ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等，是汽车专用微机控制器。

在所述的步骤1中，函数η_EGRClr=f(废气流量，废气温度)的计算步骤如下：

步骤1.1：在废气流量和温度关系表中选取与当前废气流量dm_EGOut相邻的两个流量值dm_EGOut1、dm_EGOut2，在废气流量和温度关系表中选取与当前EGR冷却器入口温度T_EGRClrUs相邻的两个温度值T₁、T₂；

步骤1.2：通过取平均数的方式分别计算当前废气流量dm_EGOut在温度T₁、T₂时的换热效率η₁和η₂；

步骤1.3：计算在当前废气流量dm_EGOut和EGR冷却器入口温度T_EGRClrUs状态下的换热效率η_EGRClr，计算公式如下：

η_EGRClr=η₁+（η₂-η₁）*（dm_EGOut2-dm_EGOut1）/（T₂- T₁）

在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：

步骤2.1：将发动机进气歧管温度T_EngIn、发动机转速N_Eng、有效燃烧油量Q_Brn、喷油提前角α、发动机进气量dm_Eng和发动机冷却水温T_Eng输入ECU，利用排气管路温度模型计算发动机排气歧管温度T_Engout，排气管路温度模型的计算逻辑图请参见附图2，根据发动机转速N_Eng和有效燃烧油量Q_Brn计算气缸内升温幅度，再加上发动机进气温度得到排气管温度T_Engout。

步骤2.2：计算EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs，其计算公式如下：

T_EGRClrUs=T_Engout-ΔT_Loss，

其中，ΔT_Loss是由管路比热容Cp_pipe、管气体比热容Cp_gas、管壁温度Twall、气体质量流量dm_EGOut、管路传热系数HTC、环境温度T0和车速Vveh决定的管路温度散热损失，其计算逻辑图请参见附图3，图中，HTC_Env为管壁与外界环境之间的传热系数，HTC_Pipe为气体与管壁之间的传热系数。发动机排气热能为Q=C_{p_gas}×dm_EngOut×T_EngOut，减去传递到管壁的热量Q_Trans=（T_EngOut－T_wall）×HTC_Pipe，然后除以（C_{p_gas}×dm_EngCor）得到EGR冷却器上游温度模型T_EGRUs；而管壁温度T_wall=∫（Q-Q_Trans）/C_{p_Pipe}*dt。

实施例1：

假设EGR废气流量50kg/h，冷却器上游温度为250摄氏度(T_EGRClrUs)，冷却液温度为90摄氏度。

第一步：根据上表查值计算EGR冷却器此时的效率。

选择废气流量为40kg/h和60kg/h及废气温度为200℃和300℃的换热效率η_EGRClr值，如下表所示：

通过取平均数的方式计算EGR废气流量为50kg/h时，废气温度为200℃和300℃的状态下，换热效率η_EGRClr值，如下表所示：

根据公式η_EGRClr=η₁+（η₂-η₁）*（Q-Q₁）/（T₂- T₁）计算得到换热效率η_EGRClr：

第二步：计算EGR冷却器下游出口温度（T_EGRClrDs）

T_EGRClrDs=250-0.90625×（250-90）=105（摄氏度）

第三步：判断此时下游温度大于上限阈值（104摄氏度），冷却旁通阀关闭。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1：根据废气流量dm_EGOut和EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs计算当前EGR冷却器的换热效率η_EGRClr，其计算函数如下：

换热效率η_EGRClr=f(废气流量，废气温度)；

步骤2：计算当前再循环废气经过EGR冷却器后的冷却器出口温度T_EGRClrDs，计算公式如下：

T_EGRClrDs=T_EGRClrUs-η_EGRClr×（T_EGRClrUs-T_Eng）

其中，T_EGRClrUs为EGR冷却器的入口温度，T_Eng为EGR冷却器的冷却介质温度；

步骤3：根据EGR冷却器的出口温度和根据进气温度所设定的开启阈值判断旁通阀的开启和关闭状态；

1）当EGR冷却器处于工作状态时，

若EGR冷却器的出口温度＞温度设定阈值，判定旁通阀关闭；

若EGR冷却器的出口温度＜温度设定阈值，判定旁通阀开启；

2）当EGR冷却器处于非工作状态时，判定旁通阀关闭；

步骤4：ECU根据步骤3的判断结果输出占空比信号打开或者关闭旁通阀。

2.根据权利要求1所述的柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法，其特征是：在所述的步骤1中，函数η_EGRClr=f(废气流量，废气温度)的计算步骤如下：

步骤1.1：在废气流量和温度关系表中选取与当前废气流量dm_EGOut相邻的两个流量值dm_EGOut1、dm_EGOut2，在废气流量和温度关系表中选取与当前EGR冷却器入口温度T_EGRClrUs相邻的两个温度值T₁、T₂；

步骤1.2：通过取平均数的方式分别计算当前废气流量dm_EGOut在温度T₁、T₂时的换热效率η₁和η₂；

步骤1.3：计算在当前废气流量dm_EGOut和EGR冷却器入口温度T_EGRClrUs状态下的换热效率η_EGRClr，计算公式如下：

η_EGRClr=η₁+（η₂-η₁）*（dm_EGOut2-dm_EGOut1）/（T₂- T₁）。

3.根据权利要求1所述的柴油机再循环废气冷却器用旁通阀的控制方法，其特征是：在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：

步骤2.1：将发动机进气歧管温度T_EngIn、发动机转速N_Eng、有效燃烧油量Q_Brn、喷油提前角α、发动机进气量dm_Eng和发动机冷却水温T_Eng输入ECU，利用排气管路温度模型计算发动机排气歧管温度T_Engout；

步骤2.2：计算EGR冷却器的入口温度T_EGRClrUs，计算公式如下：

T_EGRClrUs=T_Engout-ΔT_Loss

其中，ΔT_Loss是由管路比热容Cp、管气体比热容Cp_gas、管壁温度Twall、气体质量流量dm_EGOut、管路传热系数HTC、环境温度T0和车速Vveh决定的管路温度散热损失。