CN109973260B - 内燃机的排气回流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的排气回流系统，能够高精度地控制EGR气体回流时的进气温度。所述排气回流系统具备：EGR通路，其将内燃机的排气通路与进气通路连接；EGR冷却系统，其配置在所述EGR通路；以及控制装置，其控制所述EGR冷却系统，所述控制装置构成为，以使得吸入所述缸内的进气的温度接近目标温度的方式对基于所述EGR冷却系统的冷却效率进行反馈控制，回流的EGR气体流量越少则使所述冷却效率的变化量越大。

Description

内燃机的排气回流系统
技术领域
本发明涉及进行使从内燃机排出的气体的一部分向进气系统回流的排气回流动作(Exhaust Gas Recirculation(排气再循环)：EGR)的内燃机的排气回流系统。
背景技术
以往，例如在专利文献1中公开了一种附有EGR冷却器的EGR装置。该EGR装置具备调整通过EGR冷却器的EGR气体与不通过EGR冷却器的EGR气体的流量比的流量比调整阀。并且，在该EGR装置中，检测通过EGR冷却器后的EGR气体与不通过EGR冷却器的EGR气体混合后的EGR气体的温度，以使得该温度成为目标EGR温度的方式通过反馈控制来调整流量比调整阀的阀开度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-041110号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述以往的技术中，能够使回流的EGR气体温度接近目标EGR温度。然而，即使使EGR气体温度接近了目标EGR温度，也难以将新气与EGR气体合流后的进气温度控制为作为目标的进气温度。这是因为进气温度的变化程度不仅与EGR气体的温度相关，也与EGR气体的回流量相关。因此，考虑如下控制：以使得进气温度接近目标进气温度的方式通过反馈控制来决定通过EGR冷却器的EGR气体与不通过EGR冷却器的EGR气体的流量比。然而，在这样的反馈控制中，在控制增益的设定这一方面存在问题。即，EGR气体流量越多则EGR气体温度对进气温度给予的影响越大。因此，若在反馈控制中在EGR气体流量多的情况下设定最佳的控制增益，则EGR气体流量少的情况下的进气温度的变化会变得缓慢。另一方面，若在反馈控制中在EGR气体流量少的情况下设定最佳的控制增益，则在EGR气体流量多的情况下进气温度可能会变得过大。若像这样在反馈控制中将控制增益设定为恒定的值，则根据EGR气体流量而控制追随性可能会产生差别，有可能无法高精度地控制进气温度。
本发明是鉴于上述那样的问题而作出的发明，所以目的在于提供一种能够高精度地控制EGR气体回流时的进气温度的内燃机的排气回流系统。
用于解决问题的技术方案
第1发明的特征在于，具备：EGR通路，其将内燃机的排气通路与进气通路连接；EGR冷却系统，其配置在所述EGR通路；以及控制装置，其控制所述EGR冷却系统，所述控制装置构成为，以使得吸入所述内燃机的缸内的进气的温度接近目标进气温度的方式对所述EGR冷却系统的冷却效率进行反馈控制，回流的EGR气体流量越少则使所述冷却效率的变化量越大。
第2发明的特征在于，在第1发明中，所述控制装置构成为，回流的EGR气体流量越少则将所述反馈控制的控制增益设为越大的值。
第3发明的特征在于，在第1发明或第2发明中，所述EGR冷却系统具备EGR冷却器、绕过所述EGR冷却器的旁通通路、以及调整在所述EGR冷却器中流动的气体流量与在所述旁通通路中流动的气体流量的流量比的流量比调整阀，所述控制装置构成为，通过以使得吸入所述缸内的进气的温度接近所述目标进气温度的方式对所述流量比调整阀的开度进行反馈控制，从而进行所述冷却效率的所述反馈控制。
第4发明的特征在于，在第1发明～第3发明中的任一项中，所述控制装置构成为，EGR率越低则使所述冷却效率的变化量越大。
发明的效果
根据本发明，以使得吸入缸内的进气的温度接近目标进气温度的方式通过反馈控制来决定EGR冷却系统的冷却效率。另外，EGR气体流量越多则回流的EGR气体的温度对进气的温度给予的影响越大。根据本发明，EGR气体流量越少则使冷却效率的变化量越大。由此，能够使实际的进气温度相对于目标温度的追随性与EGR气体流量无关而接近恒定。通过这样的控制，能够高精度地控制基于EGR的排气气体回流时的进气温度。
附图说明
图1是示出应用实施例1的排气回流系统的发动机系统的构成的图。
图2是按每一EGR气体流量对进气温度相对于流量比R的变化进行比较的图。
图3是示出相对于EGR气体流量的控制增益的加权系数的图的一个例子。
图4是进行实施例1的进气温度控制时的流程图。
图5是示出应用实施例2的排气回流系统的发动机系统的构成的图。
图6是示出相对于EGR气体流量和EGR率的控制增益的加权系数的图的一个例子。
附图标记说明
10：内燃机；
12：进气通路；
14：排气通路；
16a：压缩机；
16b：涡轮；
18：中冷器；
20：EGR通路；
22：EGR阀；
24：EGR冷却器；
26：旁通通路；
28：流量比调整阀；
30：ECU；
32：温度传感器；
40：控制阀；
42：控制阀。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对应用了本发明的具体的实施方式详细地进行说明。但是，本发明不限定于以下的实施方式。另外，为了使说明明确，适当地简化了以下的记载和附图。
实施例1
图1是示出应用实施例1的排气回流系统的发动机系统的构成的图。如图1所示，本实施例的系统具备内燃机10。内燃机10构成为搭载于车辆等移动体的直列3汽缸柴油发动机。但是，内燃机10的种类、汽缸数量以及汽缸排列不限定于此。在内燃机10的各汽缸连通有进气通路12和排气通路14。
在进气通路12设置有增压器的压缩机16a。压缩机16a通过配置在排气通路14的涡轮16b的旋转而被驱动。在比压缩机16a靠下游侧的进气通路12配置有水冷式的中冷器18。比中冷器18靠下游侧的进气通路12连接于内燃机10的进气歧管(未图示)。
另外，本实施例的系统具备EGR通路20，该EGR通路20将连接着排气通路14的排气歧管(未图示)与比中冷器18靠下游侧的进气通路12连接。在EGR通路20设置有EGR阀22。EGR阀22调整经由EGR通路20向内燃机10的缸内回流的EGR气体量。在EGR通路20中，在EGR阀22的上游具备EGR冷却器24。在EGR通路20连接有绕过EGR冷却器24的旁通通路26。在从EGR通路20分支出的旁通通路26再次合流于EGR通路20的部位设置有流量比调整阀28，该流量比调整阀28用于调整在EGR冷却器24中流动的EGR气体的流量与在旁通通路26中流动的EGR气体的流量的流量比。
另外，本实施例的系统具备电子控制单元(ECU30)。ECU30是综合控制发动机系统的整体的控制装置，本发明涉及的控制装置作为ECU30的一个功能而具体化。ECU30至少具备输入/输出接口、存储器以及CPU。输入/输出接口是为了从安装于内燃机10和移动体的各种传感器取入传感器信号，并且对内燃机10所具备的致动器输出操作信号而设置的。供ECU30取入信号的传感器包括检测在进气通路12中的EGR气体导入部的下游侧流动的进气的温度、即吸入内燃机10的缸内的进气的温度的温度传感器32。供ECU30输出操作信号的致动器包括上述的EGR阀22、流量比调整阀28。存储器中存储有用于控制内燃机10的各种控制程序、映射等。CPU从存储器读出并执行控制程序等，基于所取入的传感器信号生成操作信号。此外，连接于ECU30的致动器、传感器除了图1中所示出的以外还存在多个，但在本说明书中省略其说明。
通过ECU30执行的发动机控制包括EGR控制。在本实施例的EGR控制中，以使得EGR气体流量、或与其有关的EGR率等状态量成为根据发动机转速和燃料喷射量等内燃机10的运转状态确定的目标值的方式，通过反馈控制等决定EGR阀22的操作量。
另外，通过ECU30执行的发动机控制包括进气温度控制。本实施例的进气温度控制是如下控制：在使EGR气体向缸内回流的情况下，通过调整向进气通路12导入的EGR气体的温度，从而将吸入缸内的进气的温度控制为接近根据发动机转速和燃料喷射量等运转状态确定的目标进气温度。
此外，EGR冷却器24侧的EGR路径的冷却效率比旁通通路26侧的EGR路径的冷却效率高。因此，在进气温度的调整中使用流量比调整阀28。在以下的说明中，将作为向缸内回流的EGR气体的流量的总EGR气体流量表示为Gegr，将作为通过EGR冷却器24的EGR气体的流量的EGR气体流量表示为GegrC，将作为通过旁通通路26的EGR气体的流量的EGR气体流量表示为GegrCbp。在本实施例的进气温度控制中，将EGR气体流量GegrC相对于总EGR气体流量Gegr的比例定义为流量比R，算出为了使实际的进气温度接近目标进气温度所要求的流量比R。并且，通过以实现所算出的流量比R的方式决定流量比调整阀28的操作量(开度)，从而将进气温度控制为目标进气温度。以下，对本实施例的进气温度控制更详细地进行说明。
在本实施例的进气温度控制中，首先，使用发动机转速、吸入缸内的新气流量Ga、向排气通路14排出的气体的排气温度等状态量来算出为了实现目标进气温度所要求的EGR气体流量GegrC和GegrCbp。然后，利用使用了所算出的EGR气体流量GegrC和GegrCbp的下式(1)来算出基础的流量比R。
流量比R＝GegrC/(GegrC+GegrCbp)＝GegrC/Gegr…(1)
另外，在本实施例的进气温度控制中，以使得吸入缸内的实际的进气温度接近目标进气温度的方式通过反馈控制来修正EGR气体流量GegrC。具体而言，首先，通过以下的式子算出EGR气体流量GegrC的修正量Qfb。此外，在以下的式子中，基础比例增益、基础积分增益以及基础微分增益分别表示反馈控制的比例项、积分项以及微分项的控制增益。另外，dTn是由温度传感器32检测出的进气温度的实际值与目标进气温度的偏差。对EGR气体流量GegrC加上所算出的修正量Qfb。由此来修正EGR气体流量GegrC。
修正量：Qfb＝QfbPn+QfbIn+QfbDn…(2)
比例项：QfbPn＝基础比例增益×dTn…(3)
积分项：QfbIn＝QfbIn-1+基础积分增益×dTn…(4)
微分项：QfbDn＝基础微分增益×(dTn-dTn-1)…(5)
在此，在进气温度控制中进行的反馈控制中存在以下的问题。图2是按每一总EGR气体流量对进气温度相对于流量比R的变化进行比较的图。如该图2所示，总EGR气体流量越大，则进气温度相对于流量比R的变化程度越大。这是因为总EGR气体流量越多，则EGR气体对进气温度的温度变化的影响程度越高。因此，若在将流量比R作为操作量的反馈控制中，使用恒定的控制增益使流量比R反映出目标进气温度与实际的进气温度之差，则根据实际的总EGR气体流量，进气温度相对于目标进气温度的收敛性和追随性会产生差别。具体而言，例如若在总EGR气体流量少时设定最佳的控制增益，则有可能在总EGR气体流量多时操作量变得过大而进气温度过度地波动。另外，若在总EGR气体流量多时设定最佳的控制增益，则有可能在总EGR气体流量少时操作量的变化变得缓慢而进气温度的收敛性恶化。
因此，在本实施例的进气温度控制中，对反馈控制中的控制增益进行与总EGR气体流量相应的加权。图3是示出相对于总EGR气体流量的控制增益的加权系数的图的一个例子。加权系数是乘以控制增益的系数，如图3所示，总EGR气体流量越多则设定为越小的值，从而减小冷却效率的变化量。根据这样的控制，总EGR气体流量越多则反馈控制的控制增益被设定为越小的值，所以能够减小以总EGR气体流量的差异为起因的反馈控制的收敛性和追随性的波动。由此，能够在大范围的总EGR气体流量中确保反馈控制的收敛性和追随性。
图4是进行实施例1的进气温度控制时的流程图。参照图4对在本实施例中执行的进气温度控制的具体的处理进行说明。此外，图4所示的例程通过ECU30按预定的控制周期反复执行。
在图4所示的例程中，首先设定目标进气温度(步骤S1)。根据此时的运转状态适当地设定合适的温度作为目标进气温度。接着，使用温度传感器32来检测当前的进气温度的实际值(步骤S2)。接着，算出在步骤S1中所设定的目标进气温度与在步骤S2中所取得的实际进气温度的偏差dTn(步骤S3)。
接着，取得当前的排气温度(步骤S4)。具体而言，根据发动机转速、新气流量Ga、增压压力、进气温度等状态量并通过公知的方法来推定当前的排气温度。接着，取得总EGR气体流量(步骤S5)。总EGR气体流量也根据各种状态量并通过公知的方法来推定。
接着，算出流量比R(步骤S6)。在此，具体而言，使用以各种状态量作为自变量的映射来算出为了实现目标进气温度所要求的EGR气体流量GegrC。然后，通过将在上述步骤S5中所取得的总EGR气体流量Gegr和在本步骤S6中所算出的EGR气体流量GegrC代入上式(1)，从而算出流量比R。接着，算出流量比调整阀28的开度(步骤S7)。在此，具体而言，根据映射算出用于实现在上述步骤S6中所算出的流量比R的流量比调整阀28的开度。
接着，算出在进气温度控制的反馈控制中使用的控制增益(步骤S8)。在此，具体而言，使用图3所示的映射来算出与在上述步骤S5中所推定的总EGR气体流量Gegr对应的加权系数。然后，通过对比例项、积分项以及微分项的各基础控制增益乘以所算出的加权系数，从而算出在各反馈项中使用的控制增益。接着，通过反馈控制来修正流量比调整阀28的开度(步骤S9)。
像这样，根据本实施例的系统，对反馈控制中的控制增益进行与EGR气体流量相应的加权。由此，能够在大范围的EGR气体流量中确保稳定的反馈控制的收敛性和追随性。
另外，在上述的实施例1的系统中，设为通过反馈控制来修正与通过EGR冷却器24的EGR气体相关的EGR气体流量GegrC的构成。然而，反馈控制的修正对象不限于此，也可以是对流量比R或与通过旁通通路26的EGR气体相关的EGR气体流量GegrCbp实施修正的构成。另外，反馈控制的构成不限于上述的控制的构成，只要是使用了比例项、积分项以及微分项中的任一项的构成即可。
实施例2
在本实施例中省略与实施例1共通的部分的说明。
图5是示出应用实施例2的排气回流系统的发动机系统的构成的图。在本实施例的系统的构成中，具备控制阀40、42来替代实施例1的EGR阀22和流量比调整阀28。控制阀40在EGR通路20中配置在比旁通通路26的分支部靠下游且比EGR冷却器24靠上游的位置。控制阀40能够调整通过EGR冷却器24的EGR气体流量GegrC。另外，控制阀42配置在旁通通路26的中途，能够调整与通过旁通通路26的EGR气体相关的EGR气体流量GegrCbp。
在像这样构成的图5所示的系统中，通过以实现基于EGR控制的总EGR气体流量、和基于反馈控制的修正后的EGR气体流量GegrC的方式对控制阀40、42进行操作，从而能够进行与实施例1同样的控制。
在上述的实施例1、实施例2的系统中，基于总EGR气体流量修正了与通过EGR冷却器24的EGR气体相关的EGR气体流量GegrC，但也可以还考虑到EGR率来修正EGR气体流量GegrC。图6是示出相对于总EGR气体流量和EGR率的控制增益的加权系数的图的一个例子。也可以是如图6所示那样EGR率越高则将加权系数设定为越小的值这样的构成。这是因为：即使总EGR气体流量恒定，EGR率越高则EGR气体对进气温度的温度变化的影响程度也越高。在EGR率的取得方法的具体例子中，通过使用了当前的新气流量Ga、总EGR气体流量Gegr的以下的式子(6)来推定当前的EGR率。
EGR率＝Gegr/(Ga+Gegr)×100…(6)
另外，在上述的实施例1、实施例2的系统中，在进气温度的取得中使用了温度传感器32，但也可以是采用公知的方法并且根据内燃机10的运转状态进行推定的构成。另外，总EGR气体流量、EGR率的取得的方法也不限于上述的方法，也可以是使用传感器等直接进行检测的构成，还可以是使用其他传感器进行推定的构成。
另外，在上述的实施例1、实施例2的系统中，通过修正与通过EGR冷却器24的EGR气体相关的EGR气体流量GegrC从而高精度地控制了进气温度，但在不具备旁通通路26的系统中，也可以基于总EGR气体流量来修正EGR冷却器24自身的冷却效率。具体而言，也可以是基于总EGR气体流量来修正向EGR冷却器24供给的冷却水的流量，从而修正EGR冷却器24自身的冷却效率的构成。

Claims (5)

1.一种内燃机的排气回流系统，其特征在于，具备：
EGR通路，其将内燃机的排气通路与进气通路连接；
EGR冷却系统，其配置在所述EGR通路；以及
控制装置，其控制所述EGR冷却系统，
所述控制装置构成为，
以使得吸入所述内燃机的缸内的进气的温度接近目标进气温度的方式对所述EGR冷却系统的冷却效率进行反馈控制，
回流的EGR气体流量越少则使所述冷却效率的变化量越大。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气回流系统，其特征在于，
所述控制装置构成为，回流的EGR气体流量越少则将所述反馈控制的控制增益设为越大的值。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气回流系统，其特征在于，
所述EGR冷却系统具备EGR冷却器、绕过所述EGR冷却器的旁通通路、以及调整在所述EGR冷却器中流动的气体流量与在所述旁通通路中流动的气体流量的流量比的流量比调整阀，
所述控制装置构成为，通过以使得吸入所述缸内的进气的温度接近所述目标进气温度的方式对所述流量比调整阀的开度进行反馈控制，从而进行所述冷却效率的所述反馈控制。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气回流系统，其特征在于，
所述控制装置构成为，EGR率越低则使所述冷却效率的变化量越大。
5.根据权利要求3所述的内燃机的排气回流系统，其特征在于，
所述控制装置构成为，EGR率越低则使所述冷却效率的变化量越大。
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