CN112377315B - 基于可压缩气体方程的egr控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可压缩气体方程的EGR控制方法，包括以下步骤：S1、获取进入气缸的新鲜空气流量和最终目标EGR率；S2、计算得出目标废气流量；S3、比较目标废气流量和预设最小目标值，根据可压缩气体方程计算EGR控制阀的目标有效面积，设置EGR控制阀开度。本发明将气体方程中运用到工程实际中，对EGR控制阀有效面积进行修正，并实时监测实际EGR率而修正EGR控制阀的有效面积，从而提高了EGR的控制精度。

Description

基于可压缩气体方程的EGR控制方法与系统

技术领域

本发明涉及发动机排气再循环率控制领域，具体涉及一种基于可压缩气体方程的EGR控制方法与系统。

背景技术

随着汽车和内燃机工业的高速发展，能源需求和环境保护问题成为当今世界各国所面临的难题，因此，节能和减排已成为内燃机行业发展的两大主题。在节能方面，国内外的汽车厂家通过运用：奥托(Otto)循环、阿特金森(Atkinson)循环、米勒(Miller)循环、高压废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)或低压高压废气再循环等技术，改善发动机的燃烧做功过程，或者通过发动机小型化设计，降低中小负荷的泵气损失，提高传统汽油机的燃油经济性。

涡轮增压发动机可以包括排气再循环(EGR)，可以从排气中取废气进入进气系统。研究表明EGR系统在改善排放，降低油耗和改善抗爆震能力上有一定优势。在EGR控制中合理且有效的EGR控制阀的控制非常重要的组成部分，其直接影响最终EGR控制的效果。

发明专利CN103089460A《一种发动机EGR阀闭环控制系统》提出了基于PID的闭环控制方法，但并未提出具体的控制方法。而且并非所有的系统均需要采用闭环控制方法，在发动机瞬态工况下，闭环的实时条件可能会导致发动机调节过多而出现始终波动的现象造成稳定性的影响。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于可压缩气体方程的EGR控制方法与系统，对EGR控制阀有效面积进行修正，并实时监测实际EGR率而修正EGR控制阀的有效面积，从而提高了EGR的控制精度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：基于可压缩气体方程的EGR控制方法，包括以下步骤：

S1、获取进入气缸的新鲜空气流量和最终目标EGR率；

S2、计算得出目标废气流量；

S3、比较目标废气流量和预设最小目标值，根据可压缩气体方程计算EGR控制阀的目标有效面积，设置EGR控制阀开度。

进一步地，所述S3具体为：比较目标废气流量与预设最小目标值，当目标废气流量小于预设最小目标值时，设置目标EGR控制阀开度为0；当目标废气流量大于或等于预设最小目标值时，根据可压缩气体方程计算EGR控制阀的目标有效面积，根据EGR控制阀的目标有效面积设置EGR控制阀开度；可压缩气体方程如下式：

式中，A_ValveEffDSRD为EGR控制阀的目标有效面积，

为目标废气流量，p_ExhMan为EGR取气处的排气歧管压力，R_Exh为废气的气体常数，T_Valve为EGR控制阀入口温度，p_{EGRValveOUTlet}为EGR控制阀出口的废气压力，K_AreaLrn为EGR控制阀的目标有效面积学习系数，所述K_AreaLrn初始值为0，在对目标EGR控制阀开度预估计算后会生成新的取值，将新的取值存储并覆盖上一取值，引入下一次对目标EGR控制阀开度预估计算中。

更进一步地，的取值与EGR控制阀出口的废气压力p_{EGRValveOUTlet}和EGR取气处的排气歧管压力p_ExhMan的比值负相关。

更进一步地，所述K_AreaLrn具备自学习条件，当所有自学习条件均满足时，K_AreaLrn覆盖上一取值，其自学习条件如下：

1.EGR阀为开启状态；

2.EGR阀实际开度大于或等于预设开度；

3.发动机转速在预设转速范围内，且进入自学习后发动机转速波动范围在预设转速范围内，确保发动机在稳态工况下作业；

4.发动机负荷在预设负荷范围内，且进入自学习后发动机负荷波动范围在预设负荷范围内，确保发动机在稳态工况下作业；

5.EGR阀入口温度在预设温度范围内，且进入自学习后入口温度波动范围在预设温度范围内，确保EGR阀温度稳定工况下作业。更进一步地，所述K_AreaLrn的自学习方法为根据下列公式对K_AreaLrn进行修正：

式中，t_Lrn为自学习时间系数，r_EGRDESRD为最终目标EGR率，r_EGRAct为实际目标EGR率。

进一步地，所述计算目标废气流量的方法为：

式中，

为目标废气流量，

为进入气缸的新鲜空气流量。

一种使用上述的基于可压缩气体方程的EGR控制方法的系统，包括依次连接的EGR入口温度传感器、EGR控制阀、EGR冷却器和EGR冷却器出口温度传感器；其中，

EGR入口温度传感器，用于检测进入EGR控制阀的废气温度；

EGR控制阀，用于控制阀的开度和读取实际开度，用于计算和控制EGR率，存储EGR控制阀的目标有效面积学习系数K_AreaLrn；

EGR冷却器，用于冷却废气温度；

EGR冷却器出口温度传感器，用于读取进入进气系统废气的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明将气体方程中运用到工程实际中，对EGR控制阀有效面积进行修正，并实时监测实际EGR率而修正EGR控制阀的有效面积，从而提高了EGR的控制精度。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例中EGR控制阀的流量预估和对应的流量计对标结果的对照表图；

图4为本发明实施例中EGR控制阀开度与EGR控制阀有效面积的对应关系的对照表图；

图中，1-EGR入口温度传感器，2-EGR控制阀，3-EGR冷却器，4-EGR冷却器出口温度传感器，5-节气门。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本提案提供一种基于理想喷嘴处的可压缩气体方程的开环控制，在EGR不处于激活状态时，目标EGR开度为0％。在EGR处于激活状态时，基于理想喷嘴处的可压缩气体方程进行控制，如图1所示，其具体包括以下步骤：

步骤一、获取进入气缸的新鲜空气量

和最终目标EGR率r_EGRDESRD。

其中，进入气缸的新鲜空气量可以通过传感器检测得到，或者采用目前已有的进入气缸的新鲜空气量预估方法得到。最终目标EGR率可以是在发动机台架根据发动机转速和负荷确定的目标EGR率，并且根据发动机实际工况对目标EGR率修正得到最终目标EGR率，或者，最终目标EGR率可以是在由第三方计算、处理之后直接导入的数据。

步骤二、根据进入气缸的新鲜空气量和最终目标EGR率计算出目标EGR气体流量，将其作为EGR阀的目标废气流量

即

步骤三、比较目标废气流量与预设最小目标值，设置目标EGR控制阀开度。

1)在目标废气流量小于预设最小目标值时，设置目标EGR阀开度为0。该目标废气流量较低时，通过请求EGR阀打开会导致EGR气体流量控制不稳定，具体根据台架测试最小的且流量稳定EGR阀流量将其设定为预设最小目标值。本实施例中预设最小目标值取0.01g/s。

2)在目标废气流量不小于预设最小目标值时，根据喷嘴处的可压缩气体方程进行预估：

其中A_ValveEffDSRD为EGR控制阀的目标有效面积，根据EGR阀开度与对应有效面积关系确定出目标EGR开度Pct_ValveDSRD，如图4所示，EGR开度与有效面积的对应关系由EGR控制阀特性决定。

为目标废气流量，R_Exh为废气的气体常数，本实施例中取290(J/KG*K)，

为EGR阀入口温度，可通过传感器或者预估得到。如图3所示，

由EGR控制阀出口的废气压力与EGR取气处的排气岐管压力的比值决定。

K_AreaLrn为EGR控制阀的目标有效面积学习系数，该值在车辆下电后保存。EGR阀有效面积进行自学习的目的是，由于流经EGR阀的气体为废气，废气很成分很复杂，含有各种排放物，随着EGR阀工作时间越长，EGR阀执行部件会附着很多污染物，导致在相同气量下的有效面积需求越来越大，否则会出现EGR控制响应延迟的问题，降低了瞬态工况下的EGR率控制精度。

且有效面积学习系数会下电保存，存放在EEPROM里，其保存的原因是：EGR阀有效面积会慢慢变化，不可能突变，下电保存后待下一次起动发动机EGR工作时能够迅速进入准确的EGR阀合理准确的目标开度，从而提高瞬态EGR率控制精度。

具体学习方法条件如下，仅在以下条件满足时开始进行自学习，在以下自学习条件不满足时，不进行自学习，此时K_AreaLrn不更新。

其自学习条件为：

1)EGR阀不是关闭状态。只有EGR阀当前是开启状态，EGR阀处于工作时，EGR阀才有有效面积，才可进行进行学习；

2)EGR阀实际开度不小于预设开度(开度较小会造成废气流量读取不准确，从而影响EGR阀有效面积的学习)，本实施例中，预设开度为0.5％；

3)发动机转速在预设转速范围内且进入自学习后发动机转速波动范围在预设转速范围内，确保发动机在稳态工况下作业，本实施例中，预设转速范围为850rpm～5600rpm；

4)发动机负荷在预设负荷范围内且进入自学习后发动机负荷波动范围在预设负荷范围内，确保发动机在稳态工况下作业，本实施例中，预设负荷范围为300mgpl～3000mgpl；

5)EGR阀入口温度在预设温度范围内且进入自学习后入口温度波动范围在预设温度范围内，确保EGR阀温度稳定，废气形成的阀片附着污染物稳定，即有效面积稳定，本实施例中，预设温度范围为-40℃～900℃。

在以上5个条件均满足后才允许进行自学习。其自学习的思路为：在稳态工况下，根据目标和实际EGR率的差异来修正目标EGR阀，修正方法中引入自学习时间系数，其自学习方法为：

其中，t_Lrn为自学习时间系数，且K_AreaLrn被限定在一定范围内，进一步冗余控制学习值而避免学习值出现错误。具体的标定方法为，在不同稳态工况的EGR开度下，确保EGR阀的废气流量与流量计对标的结果在误差允许范围内(本系统EGR率的精度满足在±2％以内)。本实施例中，t_Lrn取2.3s，K_AreaLrn被限定在0到-0.00056之间。

一种使用上述的基于可压缩气体方程的EGR控制方法的系统，如图2所示，包括依次连接的EGR入口温度传感器1、EGR控制阀2、EGR冷却器3和EGR冷却器出口温度传感器4；其中，

EGR入口温度传感器1，用于检测进入EGR控制阀2的废气温度；

EGR控制阀2，用于控制阀的开度和读取实际开度，用于计算和控制EGR率，存储EGR控制阀的目标有效面积学习系数；

EGR冷却器3，用于冷却废气温度；

EGR冷却器出口温度传感器4，用于读取进入进气系统废气的温度。

其中EGR取气处是在增压器涡轮机前侧，即发动机燃烧产生的废气还未经推动涡轮机增压而降低废气能力，因废气压力较高，因此称为高压EGR；EGR废气进入进气系统的混合点是在节气门5后，即将进入气缸处。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.基于可压缩气体方程的EGR控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取进入气缸的新鲜空气流量和最终目标EGR率；

S2、计算得出目标废气流量；

S3、比较目标废气流量和预设最小目标值，根据可压缩气体方程计算EGR控制阀的目标有效面积，设置EGR控制阀开度；

所述S3具体为：比较目标废气流量与预设最小目标值，当目标废气流量小于预设最小目标值时，设置目标EGR控制阀开度为0；当目标废气流量大于或等于预设最小目标值时，根据可压缩气体方程计算EGR控制阀的目标有效面积，根据EGR控制阀的目标有效面积设置EGR控制阀开度；可压缩气体方程如下式：

式中，A_ValveEffDSRD为EGR控制阀的目标有效面积，

为目标废气流量，p_ExhMan为EGR取气处的排气歧管压力，R_Exh为废气的气体常数，T_Valve为EGR控制阀入口温度，p_{EGRValveOUTlet}为EGR控制阀出口的废气压力，K_AreaLrn为EGR控制阀的目标有效面积学习系数，所述K_AreaLrn初始值为0，在对目标EGR控制阀开度预估计算后会生成新的取值，将新的取值存储并覆盖上一取值，引入下一次对目标EGR控制阀开度预估计算中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述

的取值与EGR控制阀出口的废气压力p_{EGRValveOUTlet}和EGR取气处的排气歧管压力p_ExhMan的比值负相关。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述K_AreaLrn具备自学习条件，当所有自学习条件均满足时，K_AreaLrn覆盖上一取值，其自学习条件如下：

（ 1） .EGR阀为开启状态；

（ 2） .EGR阀实际开度大于或等于预设开度；

（ 3） .发动机转速在预设转速范围内，且进入自学习后发动机转速波动范围在预设转速范围内，确保发动机在稳态工况下作业；

（ 4） .发动机负荷在预设负荷范围内，且进入自学习后发动机负荷波动范围在预设负荷范围内，确保发动机在稳态工况下作业；

（ 5） .EGR阀入口温度在预设温度范围内，且进入自学习后入口温度波动范围在预设温度范围内，确保EGR阀温度稳定工况下作业。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述K_AreaLrn的自学习方法为根据下列公式对K_AreaLrn进行修正：

式中，t_Lrn为自学习时间系数，r_EGRDESRD为最终目标EGR率，r_EGRAct为实际目标EGR率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算目标废气流量的方法为：

式中，

为目标废气流量，

为进入气缸的新鲜空气流量。

6.一种使用如权利要求1-5任一项所述的基于可压缩气体方程的EGR控制方法的系统，其特征在于，包括依次连接的EGR入口温度传感器、EGR控制阀、EGR冷却器和EGR冷却器出口温度传感器；其中，

EGR入口温度传感器，用于检测进入EGR控制阀的废气温度；

EGR控制阀，用于控制阀的开度和读取实际开度，用于计算和控制EGR率，存储EGR控制阀的目标有效面积学习系数K_AreaLrn；

EGR冷却器，用于冷却废气温度；

EGR冷却器出口温度传感器，用于读取进入进气系统废气的温度。

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