CN113309642B - 具有egr管路的发动机系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有EGR管路的发动机系统以及控制方法，所述EGR管路中设有EGR阀，且所述EGR管路的进气端、出气端，分别与发动机系统的排气管、进气管连接，所述EGR管路的所述进气端设有EGR进气阀，所述出气端设有EGR出气阀。本发明方案在EGR管路的两端分别增加EGR进气阀和EGR出气阀，则在无需EGR的工况下，对两个阀进行启闭控制时，既可以断开排气管和进气管的通路，又可以将排气或进气引入到EGR管路中。则可充分利用现有EGR管路的腔体对进、排气气体波动特性的影响关系，在发动机不使用EGR的时候，通过控制EGR管路腔体的通断来改变不同转速区间段进、排气压力波的波动特性。

Description

具有EGR管路的发动机系统的控制方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种具有EGR管路的发动机系统以及控制方法。
背景技术
发动机废气再循环技术(Exhaust Gas Re-circulation，简称EGR)，通过把发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸，从而增加燃烧室内混合气提的比热容，降低最高燃烧温度，减少尾气中NOx的生成量，同时也能带来部分负荷油耗的改善，并且进一步扩大外特性附近Lambda＝1(及空燃比＝1)的区域，尤其是更适合解决国六 RDE排放法规循环的挑战，因而得到了越来越多汽车的应用。
发动机的进、排气系统设计对发动机的性能有显著的影响，合理的设计进气系统，或排气系统能够充分利用进排气压力波动的特性，使得发动机进气门打开时在进气门附近形成进气压力波的高峰，在发动机排气门即将关闭时形成排气压力波的低谷，从而有利于更多的新鲜空气进入发动机缸内，同时排出更多的缸内残余废气，增加发动机的充气效率，提升发动机的性能。
目前的研究设计着眼于进气系统和排气系统的设计，通过改变进气歧管、排气歧管的管径、管长，影响进气或排气压力波的形态，但设计存在瓶颈，性能难以进一步提升。
发明内容
本发明提供一种具有EGR管路的发动机系统，所述EGR管路中设有 EGR阀，且所述EGR管路的进气端、出气端，分别与发动机系统的排气管、进气管连接，所述EGR管路的所述进气端设有EGR进气阀，所述出气端设有EGR出气阀。
可选地，所述EGR进气阀和所述EGR出气阀均为电磁阀。
本发明还提供一种上述具有EGR管路的发动机系统的控制方法，在 EGR工况下，控制所述EGR进气阀、所述EGR出气阀、所述EGR阀均开启，将排气引入所述进气管；在无需EGR的工况下，控制所述EGR进气阀、所述EGR出气阀中的一者开启、一者关闭，并控制所述EGR阀全开或关闭。
可选地，无需EGR的工况包括低速外特性工况和中速外特性工况：
在无需EGR的低速外特性工况下，控制所述EGR进气阀开启，所述 EGR出气阀关闭，并控制所述EGR阀全开或关闭；
在无需EGR的中速外特性工况下，控制所述EGR出气阀开启，所述 EGR进气阀关闭，并控制所述EGR阀全开或关闭。
可选地，设定无需EGR的低速外特性工况的转速区间，将所述转速区间划分为三个区间段，在相对低速的区间段，控制所述EGR阀关闭，在相对高速的区间段，控制所述EGR阀全开，在中间的区间段保持当前的 EGR阀状态；
设定无需EGR的中速外特性工况的转速区间，将所述转速区间划分为三个区间段，在相对低速的区间段，控制所述EGR阀关闭，在相对高速的区间段，控制所述EGR阀全开，在中间的区间段保持当前的EGR阀状态。
可选地，设定无需EGR的低速外特性工况的转速区间为 1000-2500rpm，相对低速的所述区间段为1000-1500rpm，相对高速的区间段为2000-2500rpm；
设定无需EGR的中速外特性工况的转速区间为3000-5000rpm，相对低速的所述区间段为3000-3500rpm，相对高速的区间段为4000-5000rpm。
本发明方案在EGR管路的两端分别增加EGR进气阀和EGR出气阀，则在无需EGR的工况下，对两个阀进行启闭控制时，既可以断开排气管和进气管的通路，又可以将排气或进气引入到EGR管路中。则可充分利用现有EGR管路的腔体对进、排气气体波动特性的影响关系，在发动机不使用 EGR的时候，通过控制EGR管路腔体的通断来改变不同转速区间段进、
排气压力波的波动特性。比如，在低速大负荷阶段降低排气压力波的低谷值，在中速大负荷阶段增加进气压力波的峰值，从而提升不同转速段发动机的充气效率，提升发动机的动力性。而且该方案仅仅是在EGR管路的进气端和出气端增设EGR进气阀和EGR出气阀)，涉及到的零部件改动范围小，容易集成到目前的发动机上，具有很强的使用价值和应用前景。
附图说明
图1是本发明所提供具有EGR管路的发动机系统的具体实施例的示意图；
图2是本发明所提供针对图1中发动机系统的控制方法的具体控制流程图。
附图标记说明如下：
1空气滤清器；2进气管；3节气门；4进气歧管；5发动机本体；6 排气歧管；7三元催化器；8排气管；9消声器；10EGR进气阀；11EGR 进气管；12EGR阀；13EGR冷却器；14EGR出气管；15EGR出气阀。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1是本发明所提供具有EGR管路的发动机系统的具体实施例的示意图。
该实施例中，发动机系统具体包括空气滤清器1、进气管2、节气门3、进气歧管4、发动机本体5、排气歧管6、三元催化器7、排气管8、消声器9、EGR进气管11、EGR阀12、EGR冷却器13、EGR出气管14。
空气滤清器1、进气管2、节气门3、进气歧管4、发动机本体5、排气歧管6、三元催化器7、排气管8、消声器9依次相连。EGR管路的一端连接到排气管8，该端定义为进气端，另一端连接到进气管2，定义为出气端。根据EGR的工作原理，排气管8排出的废气，一部分可经EGR管路重新回到进气系统，参与燃烧，EGR管路中设置的EGR阀12开度可调，从而调节进入的排气气量。同时，还设置EGR冷却器，用于对进入的废气进行冷却。
应当强调的是，本实施例中在EGR管路的进气端和出气端分别设有进气阀10和出气阀15，另外，以EGR阀为分界点，EGR管路分为EGR进气管11和EGR出气管14。如图1所示，EGR进气阀10、EGR进气管11、 EGR阀12、EGR冷却器13、EGR出气管14、EGR出气阀15依次相连；EGR进气阀10处于EGR进气管11和排气管8连接的位置，控制EGR进气管路的通断；EGR出气阀15处于EGR出气管14和进气管2连接的位置，控制EGR出气管路的通断。
针对该发动机系统，可以根据发动机当前的工况控制各阀的开启或闭合。
在需要EGR的工况，例如高速工况，可以控制EGR进气阀10、EGR 出气阀15、EGR阀12均开启，即EGR管路与进气管2、排气管8连通，可以将排气引入到进气管2，EGR阀12的开度可以根据需求进行调节。在不需要EGR的工况下，可以控制EGR进气阀10、EGR出气阀15中的一者开启、一者关闭，进气管2和排气管8不能通过EGR管路连通，此时可控制EGR阀12全开或关闭，若EGR阀12全开，则整个EGR阀12管路与进气管2或排气管8连通，若EGR阀12关闭，则EGR进气管11与排气管8连通，或EGR出气管14与进气管2连通。
具体地，可参照图2理解，图2是本发明所提供针对图1中发动机系统的控制方法的具体控制流程图。
发动机系统的工况可以包括EGR工况(一般也是高速工况)、无需EGR 的低速外特性工况、无需EGR的中速外特性工况。
1、在EGR工况下，控制EGR进气阀10、EGR出气阀15、EGR阀 12均开启，EGR进气阀10、EGR出气阀15保持全开状态，EGR阀12开度调节，以改变EGR比例；
2、在无需EGR的低速外特性工况下，控制EGR进气阀10全开，EGR 出气阀15关闭，并控制EGR阀12全开或关闭；
可以设定无需EGR的低速外特性工况的转速区间，并将转速区间划分为三个区间段，在相对低速区间段，保持EGR阀12保持关闭状态，可利用EGR进气阀10和EGR阀12之间形成的管道腔体，改变排气压力波在排气系统内反射和叠加的形态，在发动机排气门即将关闭的时刻，在排气门附近产生排气压力波的低谷；在相对高速的区间段，EGR阀12保持全开状态，可利用EGR进气阀10和EGR出气阀15之间形成的管道腔体，改变排气压力波在排气系统内反射和叠加的形态，在发动机排气门即将关闭的时刻，在排气门附近产生更低的排气压力波低谷，从而能够在对应转速的外特性工况，使得缸内压力和排气压力之间形成更大的压力差，排出更多的缸内残余废气，进而增加发动机的新鲜空气进气量，增加发动机的动力性；此种控制方法，同时也能避免常规EGR管路，不需要EGR(EGR 阀12处于关闭状态)时，EGR阀12和EGR出气阀15之间形成的管道腔体会对发动机进气压力波形态产生的不利影响，甚至会降低进气压力波的峰值，恶化发动机的新鲜空气进气量。上述处于相对低速和相对高速区间段之间的中间的区间段，保持当前的EGR阀状态，中间区间段作为过渡区间段，避免频繁切换。
无需EGR的低速外特性工况的转速区间可以根据实际情况设定，例如可以设定为1000-2500rpm，三个区间段的相对低速区间段为 1000-1500rpm，相对高速区间段为2000-2500rpm，中间区间段为 1500-2000rpm。
3、在无需EGR的中速外特性工况下，控制EGR出气阀15全开，所述EGR进气阀10关闭，并控制所述EGR阀12全开或关闭。
可以设定无需EGR的中速外特性工况的转速区间，并将转速区间划分为两个区间段，在相对低速区间段，EGR阀12保持关闭状态，可利用EGR 出气阀15和EGR阀12之间形成的管道腔体，改变进气压力波在进气系统内反射和叠加的形态，使得在发动机进气门开启的时刻，在进气门附近产生进气压力波的峰值；在相对高速区间段，EGR阀12保持全开状态，可利用EGR出气阀15和EGR进气阀10之间形成的管道腔体，在发动机进气门开启的时刻，在进气门附近产生更高的进气压力波的峰值，使得进气压力和缸内压力之间形成更大的压差，从而推动更多的新鲜空气进入到缸内，进而增加发动机的新鲜空气进气量，增加发动机的动力性。上述处于相对低速和相对高速区间段之间的中间的区间段，保持当前的EGR阀状态，中间区间段作为过渡区间段，避免频繁切换。
无需EGR的中速外特性工况的转速区间可以根据实际情况设定，例如可以设定为3000-5000rpm，三个区间段的相对低速区间段为 3000-3500rpm，相对高速区间段为4000-5000rpm，中间区间段为 3500-4000rpm。
应当理解，针对第2、3点不需要EGR的工况下，进气或者排气进入到EGR管路后，气体在EGR管路内不具有恒定的流动方向，只是对压力波的传递和反射产生影响。进、排气压力波是由于发动机活塞的上下运动产生，进气压力波本来是一个膨胀波，合理的利用EGR出气阀15和EGR 阀12或EGR出气阀15和EGR进气阀10之间的管路，能够使得进气压力波遇到EGR阀12或者EGR进气阀10之间的壁面产生反射，变成一个压缩波，传递到进气门的位置就会产生一个波峰，结果使得进气的瞬间，产生一个较高的进气压力。相反的，排气压力波本来是一个高压波，利用EGR 进气阀10和EGR阀12，或EGR进气阀10和EGR出气阀15之间的腔体管路反射，结果会在排气的瞬间产生一个压力波谷，从而有利于排气。
值得注意的是，本发明实施例中，在不需要EGR的低速外特性工况下，是关闭EGR出气阀15，ERG进气阀全开，而在无需EGR的中速外特性工况下，是关闭EGR进气阀10，EGR出气阀15全开。因为，经大量研究发现，在低速外特性工况，排气压力波对发动机的性能影响更加显著，通过改变与排气管8连通的EGR管路长度来改变排气压力波的形态，降低排气压力波谷能够更加有利于排出缸内残余废气，增加发动机的充气效率，提升发动机扭矩；而在中速外特性工况，进气压力波对发动机的性能影响更加显著，通过改变与进气管2连通的EGR管路长度来改变进气压力波的形态，提升进气压力波峰能够更加有利于更多新鲜空气进入到发动机缸内，增加发动机的充气效率，提升发动机扭矩。当然，针对具体情况，低速和中速工况，都可以利用排气压力波或者进气压力波。
本发明方案，充分利用现有EGR管路的腔体对进、排气气体波动特性的影响关系，在发动机不使用EGR的时候，通过控制EGR管路腔体的通断来改变不同转速区间段进、排气压力波的波动特性，在低速大负荷阶段降低排气压力波的低谷值，在中速大负荷阶段增加进气压力波的峰值，从而提升不同转速段发动机的充气效率，提升发动机的动力性。而且该方案仅仅是在EGR管路的进气端和出气端增设EGR进气阀10和EGR出气阀 15(现有技术中EGR管路的两端直接和进气管2、排气管8连通)，涉及到的零部件改动范围小，容易集成到目前的发动机上，具有很强的使用价值和应用前景。为便于控制通断，EGR进气阀10和EGR出气阀15优选为便于控制的电磁阀。
此外，在开发初期可以通过CAE仿真手段，仿真分析不同管长对进、排气压力波形态的影响，从而确定EGR进气阀10、EGR阀12、EGR出气阀15的最佳位置，以上提到EGR进气阀10、EGR出气阀15分别设置在 EGR管路的进气端和出气端，这里并不限定两个阀必须是设置在EGR管路的端部边缘，在与对应进气管2、排气管8连接的位置附近即可，EGR 进气阀10、EGR阀12、EGR出气阀15的位置进行调整，可以得到不同的管路长度组合，当然EGR进气阀10、EGR出气阀分别紧邻排气管8、进气管2，组合起来管路长度调节的余量会更大一些，为相对较优的位置。另外，仿真分析同时可得出不同转速对应的最佳阀门开关状态组合。针对分析后开发的发动机系统，后期可以通过实验的手段去进一步验证并对 EGR进气阀10、EGR阀12、EGR出气阀15的设计位置进行再次调整，同时去修正CAE计算模型，利用更加准确的CAE计算模型进行更优的设计。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.具有EGR管路的发动机系统的控制方法，所述EGR管路中设有EGR阀，且所述EGR管路的进气端、出气端，分别与发动机系统的排气管、进气管连接，其特征在于，所述EGR管路的所述进气端设有EGR进气阀，所述出气端设有EGR出气阀；
在EGR工况下，控制所述EGR进气阀、所述EGR出气阀、所述EGR阀均开启，将排气引入所述进气管；在无需EGR的工况下，控制所述EGR进气阀、所述EGR出气阀中的一者开启、一者关闭，并控制所述EGR阀全开或关闭；
无需EGR的工况包括低速外特性工况和中速外特性工况：
在无需EGR的低速外特性工况下，控制所述EGR进气阀开启，所述EGR出气阀关闭，并控制所述EGR阀全开或关闭；
在无需EGR的中速外特性工况下，控制所述EGR出气阀开启，所述EGR进气阀关闭，并控制所述EGR阀全开或关闭。
2.如权利要求1所述的具有EGR管路的发动机系统的控制方法，其特征在于，
设定无需EGR的低速外特性工况的转速区间，将所述转速区间划分为三个区间段，在相对低速的区间段，控制所述EGR阀关闭，在相对高速的区间段，控制所述EGR阀全开，在中间的区间段保持当前的EGR阀状态；
设定无需EGR的中速外特性工况的转速区间，将所述转速区间划分为三个区间段，在相对低速的区间段，控制所述EGR阀关闭，在相对高速的区间段，控制所述EGR阀全开，在中间的区间段保持当前的EGR阀状态。
3.如权利要求2所述的具有EGR管路的发动机系统的控制方法，其特征在于，
设定无需EGR的低速外特性工况的转速区间为1000-2500rpm，相对低速的所述区间段为1000-1500rpm，相对高速的区间段为2000-2500rpm；
设定无需EGR的中速外特性工况的转速区间为3000-5000rpm，相对低速的所述区间段为3000-3500rpm，相对高速的区间段为4000-5000rpm。
4.如权利要求1-3任一项所述的具有EGR管路的发动机系统的控制方法，其特征在于，所述EGR进气阀和所述EGR出气阀均为电磁阀。
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