CN111305960A - 应用有用于防止冷凝的湿度传感器的egr控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种应用有用于防止冷凝的湿度传感器的排放气体再循环(EGR)控制方法，其用于在车辆中防止由排放气体导致的腐蚀，所述EGR控制方法可包括如下步骤：第一步骤，测量从车辆外部引入并流入EGR的进气的温度、湿度以及大气压；第二步骤，通过水蒸气的燃烧方程确定包含在进气的水蒸气的摩尔分数，并确定EGR内的水蒸气压；和第三步骤，当EGR内的水蒸气压低于EGR内的饱和水蒸气压时，打开EGR阀以使EGR气体流动。

Description

应用有用于防止冷凝的湿度传感器的EGR控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求在2018年12月11日提交的韩国专利申请第10-2018-0159472号的优先权，其全部内容通过引用结合于本申请用于所有目的。
技术领域
本发明涉及应用有用于防止冷凝的湿度传感器的EGR控制方法，特别是，涉及一种通过测量外部空气的温度或者湿度来可变地控制EGR冷却液的工作温度的方法。
背景技术
最近，需要一种改善燃油经济性的新技术以应对在许多国家变得更加严格的CO2排放法规，并且满足消费者对高效率车辆的需求。由于发动机最初启动时的低温度，热损失和摩擦损失很大，并由于此原因，燃油经济性会变差。因而，在发动机最初启动时快速预热发动机可以提高燃油经济性，这使得热处理技术的研发得到重视。
一方面，在应用于车辆的热处理系统中，一种废热回收装置(其设置在催化器后端部分并且还用作为LP-EGR(低压排放气体再循环)冷却器)被配置为当发动机最初启动时可通过快速预热发动机来升高发动机冷却液的温度和机油的温度。
然而，由于燃烧稳定性的问题以及冷凝的问题，当发动机最初启动时的发动机的冷状态中不使用LP-EGR，而当冷却液温度上升至预定温度或更高的时候使用LP-EGR。
在这方面，相关技术中的韩国专利公开号第2005-0070259号(用于车辆的EGR装置的控制方法)中包含一种配置在车辆的排放气体再循环(EGR)装置的控制方法，其基于进气温度来控制EGR装置的负荷，从而当车辆在夏季或热带地区行驶时防止EGR阀的温度升高。
但是，相关技术中的方法仅仅是根据进气温度是否等于或高于预定参考温度(固定温度)来运行EGR，因此，会有如下的问题：EGR的操作区域减少，并且根据外部空气和燃料品质会发生冷凝。
本发明背景技术部分中包含的信息仅用于增强对本发明总体背景的理解，并且不被视为承认或以任何形式的暗示使此信息对于本领域技术人员形成已知的现有技术。
发明内容
本发明各方面目的是为了提供一种应用有用于防止冷凝的湿度传感器的EGR控制方法，其可测量对应于所有天气条件下的用于操作EGR的温度，而不仅仅是固定的温度。
本发明各方面目的是为了提供一种应用有用于防止冷凝的湿度传感器的排放气体再循环(EGR)控制方法，其用于在车辆中防止由排放气体导致的腐蚀，所述EGR的控制方法包括如下步骤：第一步骤，测量从车辆外部引入并流入EGR的进气的湿度；第二步骤，通过水蒸气的燃烧方程确定包含在进气的水蒸气的摩尔分数，并确定EGR内的水蒸气压；和第三步骤，当EGR内的水蒸气压低于EGR内的饱和水蒸气压时，打开EGR阀以使EGR气体流动。
所述第一步骤还可包括如下步骤：测量进气的温度，湿度以及大气压；和基于所述温度、湿度以及大气压来确定进气的湿度含量。
所述第二步骤还可包括如下步骤：通过燃烧方程来确定包含在进气中的各气体的成分比例；基于成分比例确定整体摩尔数并利用质量守恒方程确定包含在进气中的各气体的摩尔分数；以及，通过将EGR内的压强乘以摩尔分数来确定EGR内的水蒸气压。
所述第三步骤还包括如下步骤：测量EGR内的温度；以及，通过确定与EGR内存在的气体相同的气体在EGR内的温度条件下存在时的饱和水蒸气压从而确定EGR内的饱和水蒸气压。
可根据发动机中的冷却液温度来测量EGR内的温度，或者基于EGR和发动机之间的连接位置，通过发动机进口冷却液温度传感器和发动机出口冷却液温度传感器中任意一个来测量EGR内的温度。
所述第三步骤还可包括如下步骤：当EGR内的水蒸气压等于或大于EGR内的饱和水蒸气压时，关闭EGR阀以使EGR气体不流动。
所述第三步骤还可包括如下步骤：在打开EGR阀之前，通过操作冷却液流量控制阀向排放气体再循环(EGR)冷却器供应冷却液。
根据如上所述配置的本发明的示例性实施方案，EGR的操作区域并不会限制在某一温度中，而也可被扩大，从而具有可应对天气变化的优点。
进一步地，根据本发明的示例性实施方案，其可具有如下优点：可减少因研发车辆二元化/发动机二元化导致的研发费用和管理费用，并且市场销售性不受燃料质量的限制。
本发明的方法和装置具有其他特征和优点，对这些会在本文以下包含的附图和如下详细说明中进行更详细阐述以及说明，这些内容会一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1是示例性地示出相关技术中控制EGR装置的方法的通常配置的示意图。
图2A和图2B是示例性地示出当相关技术的EGR装置中的排放气体的饱和水蒸气压降低至低于水蒸气压时，发生冷凝的状态的示意图。
图3是根据本发明示例性实施方案的应用有湿度传感器的EGR控制方法的流程图。
图4是示例性地示出根据本发明示例性实施方案的应用有湿度传感器的EGR控制方法的流程图的细节步骤的示意图。
应当理解的是，附图不需要按比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对本发明的基本原理进行说明。本发明所公开的具体设计特征(包含例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
以下会对本发明各实施方案进行详细说明，其示例在以下附图和说明中示出。尽管本发明将与本发明的示例性的实施方案相结合进行描述，但是应当理解本说明书并非旨在将本发明限制于这些示例性的实施方案。另一方面，本发明旨在不但覆盖本发明的这些示例性的实施方案，而且覆盖可以被包含在本发明的精神和由所附权利要求所限定的范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
下面，将参考附图更详细地描述本发明的示例性实施方案。然而，本发明并不受限于这些实施方案或被这些实施方案所限制。在各个附图中使用的相同或相似的附图标记指代实质上执行相同功能的部件。
本发明的目的和效果根据如下描述可以自然地被理解或变得更为清楚，且本发明的目的和效果并不仅限于如下描述。并且，在本发明的描述中，当确定具体描述可能不必要地模糊本发明主旨时，将省略与本发明相关的公知技术的具体描述。
图1是示例性地示出相关技术中控制EGR装置的方法的通常配置的示意图。参考图1，为了防止排放气体再循环(exhaust gas recirculation,EGR)冷却器中的冷凝，现有技术是仅当流入EGR内的冷却液的温度为预定温度或更高时才开始运行EGR，从而防止EGR冷却器中的冷凝发生。
在此情况下，设置固定的冷却液的温度值，并且在发动机被预热至预定温度或以上后使用EGR。然而，由于仅当冷却液的固定温度为预定温度或以上的时候EGR才会运行，因此存在如下问题：根据外部空气的状态和燃料质量而会发生冷凝。
另外，作为其他问题，(1)EGR的操作区域会缩小。为了应对多种环境条件的固定的冷却液温度控制相应地会延迟EGR用于下述使用的时点，所述使用是指在模式(MODE)或者在认证燃油经济性区间或实际燃油经济性区间中使用EGR，并且由于这种原因，改善燃油经济性的效果会减半。例如，在FTP认证模式中，与冷却液工作温度相关的参考温度升高52℃～60℃的情况中，在伽马发动机的情况下燃油经济性可能会下降约0.2％。(2)无法实现在所有天气条件下基本防止冷凝的发生。通常，在认证燃油经济性的测量条件的环境温度为20℃至30℃(基于湿度40％至50％)，在此条件下EGR冷却液的可工作温度是大约55℃至60℃。考虑到全世界地区当中不适指数(露点温度)高的地区，即使在最高66℃下也会发生冷凝。(3)根据燃料品质，冷却的(Cooled)EGR系统的使用会被限制。由于基本上很难完美地防止冷凝，并且燃料品质差的地区中的硫磺含量会很高，因此如上所述，最终会发生质量问题。结果，在燃料品质差的地区或者有可能使用品质差的燃料的国家，EGR系统无法被应用。也就是说，因车辆的二元化/发动机的二元化的研发，会存在研发费用和管理费用增加以及市场销售性变差的问题。在这种地区，冷却液工作温度会大幅提高(60℃～70℃)，并且应用了高级SUS(热交换器的一种材料并具有高耐腐蚀性)以及会量产这种车辆，至此成本会大幅上升(3000KRW↑)以及车辆的燃油经济性下降约0.3％。
图2A和图2B是示例性地示出当相关技术的EGR装置中的排放气体的饱和水蒸气压降低至低于水蒸气压时，发生冷凝的状态的示意图。其中，图2A示出了EGR气体的饱和水蒸气压的曲线，图2B示出了当使用EGR时不发生冷凝的状态。
图2A示出了当冷却液从60℃冷却至40℃时EGR冷却器中发生冷凝的状态，图2B示出了当EGR运行开始时的冷却液的温度被设置为高于饱和水蒸气压和水蒸气压变为相同时的温度时，没有发生冷凝的状态。如图3以及图4所示，本发明基于上述原理，可根据进气状态来调节用于控制EGR启动的冷却液温度。
图3是根据本发明示例性实施方案的应用有湿度传感器的EGR控制方法的流程图。参考图3，本发明的控制方法可包括三个步骤。
在本发明的示例性实施方案中，EGR的控制方法的流程图是被配置为由控制器执行。
所述控制器可以是通过预定程序而运行的至少一个微处理器，所述预定程序可包括用于实现根据本发明的各个示例性实施方案的方法一系列指令。
在第一步骤S10中，测量从车辆外部引入并流入EGR的进气的温度、湿度以及大气压。在第一步骤S10中，基于温度、湿度以及大气压来确定进气的湿度含量。
在第二步骤S20中，通过水蒸气的燃烧方程确定包含在进气中的水蒸气的摩尔分数，并且确定EGR内的水蒸气压。所述第二步骤S20还可包括如下步骤：通过燃烧方程来确定包含在进气中的各气体的成分比例，基于成分比例确定整体摩尔数并利用质量守恒方程确定包含在进气中的各气体的摩尔分数(S201)，以及通过将EGR内的压强乘以摩尔分数来确定EGR内的水蒸气压(S202)。
在第三步骤S30中，当EGR内水蒸气压低于EGR内的饱和水蒸气压时，打开EGR阀从而使EGR气体流动。所述第三步骤S30还包括如下步骤：当EGR内的水蒸气压等于或大于EGR内的饱和水蒸气时，关闭EGR阀，从而使EGR气体不流动。进一步地，所述第三步骤S30还可包括如下步骤：在打开EGR阀之前，通过操作冷却液流量控制阀向EGR冷却器供应冷却液。
图4是根据本发明示例性实施方案的应用有湿度传感器的EGR的控制方法的流程图。图4示出了图3所示第一步骤S10至第三步骤S30的细节。
在第一步骤S10中，通过测量进气的温度、湿度以及大气压来确定进气的湿度含量。该测量可通过通常的传感器进行，并且可以确定湿度含量，即包含在进气中的水分的量。
第二步骤S20是通过燃烧方程来确定包含在进气中的水蒸气的摩尔分数，并确定EGR内的水蒸气压的步骤。该燃烧方程为如下所示。该步骤是通过燃烧方程来确定包含在进气中的各气体的成分比例。
Figure BDA0002163669920000061
在此，通过获得各气体的摩尔分数以确定水蒸气的摩尔分数。为此，比较元素的个数。
(1)C平衡(C balance)
(1-xr)n+xr(α+n6)＝α+n6
(1-xr)n＝(1-xr)(α+nδ)
n＝α+nδ
(2)O平衡(O balance)
Figure BDA0002163669920000071
Figure BDA0002163669920000072
Figure BDA0002163669920000073
当利用方程(1)和(2)以及燃烧方程来比较H元素和N元素的时候，排出气体对比剩余气体(EGR气体)的成分比例不会改变。因此，各气体的摩尔分数是可由以下质量守恒方程确定。这一步骤是根据成分比例确定全部摩尔数，并利用质量守恒方程确定进气中所含的各气体的摩尔分数的步骤。
Figure BDA0002163669920000074
(1)C平衡
n＝α+nδ 方程1
(2)O平衡
Figure BDA0002163669920000075
(3)H平衡
Figure BDA0002163669920000076
(4)N平衡
Figure BDA0002163669920000077
通过方程1至3，
由方程1×1.87－方程3，可获得包含变量α和β的方程。
Figure BDA0002163669920000078
由方程2×2+方程4，可获得变量α。
Figure BDA0002163669920000081
Figure BDA0002163669920000082
通过将α的值代入到方程1来获得δ。
Figure BDA0002163669920000083
通过将α的值代入到方程2来获得β。
Figure BDA0002163669920000084
如上所述的反应物的全部摩尔数(ntotal)为如下所示。
Figure BDA0002163669920000085
水蒸气的摩尔数(nH2O)为如下所示。
Figure BDA0002163669920000086
水蒸气的摩尔比例(XH2O)为如下所示。
Figure BDA0002163669920000087
假设ψ＝3.773以及n＝8(通常，在平均7至8的级别上，相对于n，汽油具有与水蒸气相同的摩尔比例)
Figure BDA0002163669920000088
ws:比湿度(蒸气重量(kg of vapor)/干空气重量(kg of dry air))
wr＝Pv/Ps相对湿度
Figure BDA0002163669920000089
其中：
Pv：蒸汽分压，
Pa：干空气分压(无蒸汽)，
Ps：饱和蒸气压，
P；总气压(有蒸汽)，
Ra：干空气的气体常数，
Rv：蒸汽的气体常数，
Ma：干空气的摩尔质量(28.86g/摩尔)，
Rv：蒸汽的摩尔质量(18g/摩尔)。
假设在进气当中，相对于1摩尔的O2，N2为3.773摩尔，并且湿蒸汽为ω摩尔时，比湿度为如下所示。
Figure BDA0002163669920000091
由于流入到进气的空气和湿蒸汽的饱和蒸气压较低，所以假设其为理想气体，
Figure BDA0002163669920000092
假设ψ＝3.773以及n＝8，当Φ＝1时的水蒸气摩尔分数为如下所示。
Figure BDA0002163669920000093
Figure BDA0002163669920000094
还可包括如下步骤：通过EGR内的压强乘以摩尔分数确定EGR内的水蒸气压。通过利用EGR内的排放气体的压强，将EGR冷却器内的EGR气体的压强乘以上述摩尔分数来确定EGR气体内的水蒸气压。在此情况下，在使用排放气体压强模型值的情况中，可使用通过测量并校正实际值得出的值。
第三步骤是当EGR内的水蒸气压等于或大于EGR内的饱和水蒸气压时维持EGR阀的步骤。在此情况下，第三步骤还包括如下步骤：测量EGR内的温度，以及，通过确定与EGR内存在的气体相同的气体在EGR内的温度条件下存在时的饱和水蒸气压从而确定EGR内的饱和水蒸气压。
EGR内的排放气体的压强等于或细微不同于提取部的压强，从而EGR冷却器的前端和后端部分的压强几乎不会减小。假设当水蒸气具有与EGR冷却器内的冷却液温度相同的温度时，可得出饱和水蒸气压。此时，作为饱和水蒸气压，可使用基于温度的水蒸气压的模型值，并且可直接使用该模型值或使用已知的相关方程。
Figure BDA0002163669920000101
例如，在使用如上所述的检测饱和水蒸气压的方程的情况中，基于EGR冷却器的位置，当流入EGR冷却器的冷却液与发动机进口侧的冷却液管线连接时，通过利用发动机进口冷却液温度传感器可以输出参考饱和水蒸气压，当冷却液与发动机出口侧的冷却液管线连接时，通过利用发动机出口冷却液温度传感器可以输出参考饱和水蒸气压。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上方”、“下方”、“内”、“外”、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背后”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内”、“外”、“向前”以及“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。进一步应理解的是，术语“连接”或其衍生旨在直接地和间接地连接两者均可以。
前面对本发明具体示例性的实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。如上描述并不旨在成为穷举的描述，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围由所附权利要求及其等价形式所限定。

Claims (7)

1.一种应用有用于防止冷凝的湿度传感器的EGR控制方法，用于在车辆中防止由排放气体导致的腐蚀，所述EGR控制方法包括如下步骤：
第一步骤，通过控制器测量从车辆外部引入并流入EGR的进气的温度、湿度以及大气压；
第二步骤，通过控制器，利用水蒸气的燃烧方程确定包含在进气中的水蒸气的摩尔分数，并确定EGR内的水蒸气压；
第三步骤，当EGR内的水蒸气压低于EGR内的饱和水蒸气压时，通过控制器打开EGR阀以使EGR气体流动。
2.根据权利要求1所述的EGR控制方法，其中，所述第一步骤还包括如下步骤：
基于所述温度、湿度以及大气压来确定进气的湿度含量。
3.根据权利要求1所述的EGR控制方法，其中，所述第二步骤还包括如下步骤：
通过燃烧方程来确定包含在进气中的各气体的成分比例；
基于所述成分比例确定整体摩尔数，并且利用质量守恒方程确定包含在进气中的各气体的摩尔分数；以及
通过将EGR内的压强乘以所述摩尔分数来确定EGR内的水蒸气压。
4.根据权利要求1所述的EGR控制方法，其中，所述第三步骤还包括如下步骤：
测量EGR内的温度；以及
通过确定与EGR内存在的气体相同的气体在EGR内的温度条件下存在时的饱和水蒸气压从而确定EGR内的饱和水蒸气压。
5.根据权利要求4所述的EGR控制方法，其中，
基于发动机中的冷却液的温度来测量EGR内的温度，并且基于EGR和发动机之间的连接位置，通过发动机进口冷却液温度传感器和发动机出口冷却液温度传感器中的一个来测量EGR内的温度。
6.根据权利要求1所述的EGR控制方法，其中，
所述第三步骤还包括如下步骤：当EGR内的水蒸气压等于或大于EGR内的饱和水蒸气压时，关闭EGR阀以使EGR气体不流动。
7.根据权利要求1所述的EGR控制方法，其中，
所述第三步骤还包括如下步骤：在打开EGR阀之前，通过操作冷却液流量控制阀向EGR冷却器供应冷却液。
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