CN113898486B - Egr流量控制方法、低压egr系统及计算机存储介质 - Google Patents

Egr流量控制方法、低压egr系统及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种EGR流量控制方法、低压EGR系统及计算机存储介质，EGR流量控制方法应用于低压EGR系统，包括：根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量；根据第一EGR流量和空气流量得到发动机缸内的第二EGR流量；根据发动机缸内气体总流量和空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量；根据第二EGR流量与第三EGR流量调整EGR阀开度，以缩小第二EGR流量与第三EGR流量的偏差。本发明通过第二EGR流量与第三EGR流量对EGR阀进行反馈调节，以缩小第二EGR流量与第三EGR流量的偏差，提高低压EGR系统的精度和鲁棒性。

Description

EGR流量控制方法、低压EGR系统及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种EGR流量控制方法、低压EGR系统及计算机存储介质。
背景技术
随着车辆中节能环保技术的不断推广，使用低压EGR(Exhaust GasRecirculation，废气再循环)技术降低尾气中的氮氧化物浓度的增压发动机逐渐普及。该发动机排出的废气中部分废气和新鲜空气混合后重新进入发动机，以降低发动机中的氧浓度以及燃烧反应温度，进而降低氮氧化物的排放浓度。低压EGR发动机系统在中小负荷满足同等新鲜气量需求的前提下，可以加大节气门开度，减小泵气损失；在大负荷可以降低缸内燃烧温度，减小NOx的形成，降低有害气体的排放。
但是现有技术中没有直接测量EGR率或者EGR流量的量产传感器。一般地，可以通过软件输入EGR阀上下游压力等参数后预估通过EGR阀的EGR流量。但是，通过量产软件预估的EGR流量往往准确度不高，与实际值存在偏差，现有技术无法快速准确得到真实管路中的废气流量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种EGR流量控制方法、低压EGR系统及计算机存储介质，通过第二EGR流量与第三EGR流量对EGR阀进行反馈调节，进而调整EGR阀的开度，以缩小第二EGR流量与第三EGR流量的偏差，提高低压EGR系统的精度和鲁棒性。
第一方面，本发明提供了一种EGR流量控制方法，应用于低压EGR系统，其特征在于，包括：
根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量；
根据所述第一EGR流量和空气流量得到发动机缸内的第二EGR流量；
根据发动机缸内气体总流量和所述空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量；
根据所述第二EGR流量与所述第三EGR流量调整所述EGR阀开度，以缩小所述第二EGR流量与所述第三EGR流量的偏差。
其中，所述根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量之前，还包括：
获取EGR阀开度。
其中，所述获取EGR阀开度，包括：
根据发动机转速和需求负荷确定当前工况下的目标EGR流量；
根据所述目标EGR流量得到目标EGR阀开度；
根据所述目标EGR开度控制所述EGR阀；
通过EGR阀位置传感器获取所述EGR阀开度。
其中所述根据所述EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量，计算公式为：
式中，为EGR阀处的第一EGR流量；CD为流量系数，软件中通过标定实现；Aeff为根据EGR阀开度与台架面积的标定关系确定EGR流通面积；Pin为EGR阀上游的压力；R为气体常数；Tin为EGR阀上游的温度；f(PR)为压比的函数，PR为EGR阀下游和上游的压力比。
其中，所述根据所述第一EGR流量和空气流量得到发动机缸内的第二EGR流量，包括：
通过空气流量计测量空气与废气混合前的空气流量；
将所述第一EGR流量和所述空气流量输入预设模型得到发动机缸内的第二EGR流量。
其中，所述根据发动机缸内气体总流量和所述空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量，包括：
根据进气歧管压力和温度得到所述发动机缸内气体总流量；
根据所述发动机缸内气体总流量和所述空气流量的差值得到发动机缸内的第三EGR流量。
其中，所述根据进气歧管压力和温度得到所述发动机缸内气体总流量，计算公式为：
mTot＝PV/RT
式中，mTot为发动机缸内气体总流量；P为进气歧管压力；V为发动机排量；R为常数；T为进气温度。
其中，所述根据所述第二EGR流量与所述第三EGR流量调整所述EGR阀开度，包括：
将所述第二EGR流量与所述第三EGR流量的差值导入IMC模型；
根据IMC模型进行迭代计算调整目标EGR流量；
根据所述目标EGR流量控制所述EGR阀的开度。
第二方面，本发明还提供了一种低压EGR系统，包括：空气流量计、EGR阀位置传感器和控制模块；
所述空气流量计，用于获取空气流量；
所述EGR阀位置传感器，用于获取EGR阀开度；
所述控制模块，包括至少一个处理器；以及至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理器并且存储用于由所述至少一个处理器执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时，使得所述控制模块执行根据如第一方面所述的方法的步骤。
第三方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如如第一方面所述的方法的步骤。
综上所述，本发明提供了一种EGR流量控制方法、低压EGR系统及计算机存储介质，EGR流量控制方法应用于低压EGR系统，包括：根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量；根据第一EGR流量和空气流量得到发动机缸内的第二EGR流量；根据发动机缸内气体总流量和空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量；根据第二EGR流量与第三EGR流量调整EGR阀开度，以缩小第二EGR流量与第三EGR流量的偏差。本发明通过第二EGR流量与第三EGR流量对EGR阀进行反馈调节，以缩小第二EGR流量与第三EGR流量的偏差，提高低压EGR系统的精度和鲁棒性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有技术中使用低压EGR技术的增压发动机的结构示意图；
图2为根据本发明第一实施例示出的EGR流量控制方法的流程示意图；
图3为根据本发明第一实施例示出的EGR流量控制方法的具体流程示意图；
图4为根据本发明第二实施例示出的EGR流量控制方法的具体流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。
图1为现有技术中使用低压EGR技术的增压发动机的结构示意图。如图1所示，废气门101关闭时，发动机100排出高温高压的废气从排气歧管110输送至涡轮增压器102，接着通过三元催化转化器(TWC，Three-way Catalyst)103净化后输送部分废气至EGR管道。这部分废气经由EGR冷却器104降温后，通过EGR阀105进入混合管道。新鲜空气通过混合阀112后与废气混合。混合阀112上游还设有空气流量计(图未示)MAF(Mass air flow，空气流量计)，用于测量新鲜空气的流量。混合气体通过冷却器107冷却后，依次经过节气门108和进气歧管109进入发动机100。EGR阀105上游设置有温度传感器111用于测量废气温度。EGR阀105所在管道设置有压差传感器106，用于测量EGR阀105的上下游压力差。
预估EGR流量时，空气流量由量产标准件空气流量计进行测量得到，其偏差在±2％以内。预估模型在台架上以排放分析仪和油耗仪为测量设备，通过混合阀112和EGR105阀的配合，保证EGR阀上、下游的压差在2kpa以上，即保证压比在0.98以下，使得95％工况点的偏差在±5％以内。但是从整车相对稳态的试验数据来看，EGR阀上下游的压力差比较小，压比比较大，进而造成软件计算出的废气流量和实际废气流量的偏差比较大，可导致50％的工况点偏差在±5％以上。如果模型预估缸内的EGR率比实际的EGR率大，会导致预估的缸内新鲜空气量偏小，最终导致缸内混合气偏稀；如果模型预估缸内的EGR率比实际的EGR率小，会导致预估的缸内新鲜空气量偏大，最终导致缸内混合气偏浓。混合气偏浓或者偏稀都会对发动机输出扭矩，排放，油耗有比较明显的影响。另外，正常情况下压差本来就比较小，当EGR管道有堵塞或者脱落，EGR压差变化很小，可能导致通过估算流量的方法无法有效识别出故障，仍然按照正常情况估算EGR率，这样对排放和油耗会造成比较恶劣的影响。量产软件中仅使用预控的方法来计算EGR率，使得系统的鲁棒性不高。
有鉴于此，本发明针对低压EGR系统提出了EGR流量闭环控制的算法，提高了系统的鲁棒性，进而保证了燃烧稳定性，保证了排放和油耗。
第一实施例
图2为根据本发明实施例示出的EGR流量控制方法的流程示意图。如图2所示，本发明实施例提供了一种EGR流量控制方法，应用于低压EGR系统，包括：
步骤201：根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量；
步骤202：根据第一EGR流量和空气流量得到发动机缸内的第二EGR流量；
步骤203：根据发动机缸内气体总流量和空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量；
步骤204：根据第二EGR流量与第三EGR流量调整EGR阀开度，以缩小第二EGR流量与第三EGR流量的偏差。
本发明实施例中，将第一EGR流量输入模型得到预估的EGR率rtEGR，并根据预估的EGR率得到第二EGR流量为mEgr＝rtEGR*mTot。结合发动机的配置，使用空气流量计(MAF)的测量值mAir和主充(进气歧管压力和温度计算的总气体流量)mTot来计算实际进入发动机缸内的第三EGR流量mActEgr，计算公式为：mActEgr＝mTot-mAir。当实际的EGR流量mActEgr和模型预估的EGR流量mEgr存在比较大的偏离时，说明模型预估的第二EGR流量有比较大的精度偏差。当mActEgr-mEgr>0，说明发动机缸内废气流量进入的偏多，空气的进气量偏小，可能会引起发动机的失火；当mActEgr-mEgr<0，说明发动机缸内废气流量进入的偏小，空气的进气量偏大，可能会引起发动机爆震。因此，为了保证发动机正常高效的运转，精确控制EGR流量十分关键。本发明计算模型预估的第二EGR流量mEgr与实际的第三EGR流量mActEgr之间的偏差，然后对EGR流量的偏差进行IMC(internal model control)控制，通过降低系统稳态偏差，实现预估缸内的EGR率和实际的EGR率基本一样，保证燃烧稳定性，排放以及油耗。
在一实施方式中，根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量之前，还包括：
获取EGR阀开度，包括：
根据发动机转速和需求负荷确定当前工况下的目标EGR流量；
根据目标EGR流量得到目标EGR阀开度；
根据目标EGR开度控制EGR阀；
通过EGR阀位置传感器获取EGR阀开度。
需要说明的是，本实施例可以根据发动机转速和需求负荷确定当前工况下的目标EGR流量之后，根据目标EGR流量得到目标EGR阀开度。然后根据目标EGR阀开度控制EGR阀，使EGR阀的开度调整为与目标EGR阀开度一致，然后通过EGR阀位置传感器获取EGR阀开度。
在一实施方式中，根据目标EGR流量得到目标EGR阀开度值时，首先根据发动机转速和需求负荷等查表确定当前工况下的目标EGR率和目标空气流量。然后根据目标EGR率和目标空气流量得到目标EGR流量。目标EGR流量的计算公式为：
式中，mTarEGR为目标EGR流量；rtTarEGR为目标EGR率；mTarAir为目标空气流量。
接着，在小孔节流方程中根据目标EGR流量可以计算得到目标的EGR面积Aeff，并根据台架标定的面积和开度的对应关系，可以得到目标的EGR阀开度。孔节流方程为：
式中，mTarEGR为目标EGR流量；CD为流量系数，软件中通过标定实现；Aeff为EGR流通面积；Pin为EGR阀上游的压力；R为气体常数；Tin为EGR阀上游的温度；f(PR)为压比的函数，PR为EGR阀下游和上游的压力比。
在一实施方式中，根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量，计算公式为：
式中，为EGR阀处的第一EGR流量；CD为流量系数，软件中通过标定实现；Aeff为根据EGR阀开度与台架面积的标定关系确定EGR流通面积；Pin为EGR阀上游的压力；R为气体常数；Tin为EGR阀上游的温度；f(PR)为压比的函数，PR为EGR阀下游和上游的压力比。
需要说明的是，计算得到EGR阀处的第一EGR流量通过空气流量计测量空气与废气混合前的空气流量mAir，将两者一起输入到预设模型用于模拟空气与废气混合以及在管道传输后到达发动机缸内的过程，比如先输入混合模型，得到预估的压气机出口的EGR率，然后经过管路延迟模型，预估出进入发动机缸内的EGR率rtEGR。根据预估的EGR率和发动机缸内的气体总流量可得到第二EGR流量为mEgr＝rtEGR*mTot。
在一实施方式中，根据发动机缸内气体总流量和空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量，包括：
根据进气歧管压力和温度得到发动机缸内气体总流量；
根据发动机缸内气体总流量和空气流量的差值得到发动机缸内的第三EGR流量。
需要说明的是，根据进气歧管压力和温度得到发动机缸内气体总流量时，根据理想状态方程以及标定修正，可以得到实际缸内的总气量，计算公式为：
mTot＝PV/RT
式中，mTot为发动机缸内气体总流量；P为进气歧管压力；V为发动机排量；R为常数；T为进气温度。
发动机缸内气体总流量mTot减去空气流量计测量的空气流量mAir，即可得到实际进入发动机缸内的第三EGR流量mActEgr，计算公式为：mActEgr＝mTot-mAir。
在一实施方式中，根据第二EGR流量与第三EGR流量调整EGR阀开度，包括：
将第二EGR流量与第三EGR流量的差值导入IMC模型；
根据IMC模型进行迭代计算调整目标EGR流量；
根据目标EGR流量控制EGR阀的开度。
需要说明的是，IMC(Internal Model Control，内模控制)是一种基于过程数学模型进行控制器设计的控制策略，是一种基于对象模型的控制算法，优点是系统无超调且动态响应速度可调。本发明使用了内模控制方法，通过预估模型计算的缸内EGR流量和(进气歧管压力计算的总流量-空气流量计测量的新鲜气量)计算的缸内EGR流量，这两个流量都是缸内的流量。然后此流量偏差输入到IMC(内模控制)模型中，将流量的偏差进行迭代处理，最终加在目标EGR流量上，形成反馈系统，保证缸内EGR率的准确性，通过这种方式保证缸内新鲜空气量的准确。
本实施例中，使用空气流量计MAF测量的空气流量和进气歧管温度压力传感器计算的发动机缸内总气体流量值搭建了EGR流量的对象模型。将小孔节流方程计算的第一EGR流量和空气流量计MAF测量的空气流量作为EGR流量的预估模型。然后将两者的偏差作为反馈信号输入到目标端，对目标EGR阀的控制产生影响，对系统进行补偿，从而使控制系统具有一定的鲁棒性。当流量偏差为正时，会增大目标EGR流量，使得EGR阀开度变大，最终实现缸内EGR率的增大；当流量偏差为负时，会减小目标EGR流量，使得EGR阀开度变小，最终实现缸内EGR率的减小。
图3为根据本发明第一实施例示出的EGR流量控制方法的具体流程示意图。如图3所示，EGR流量方法的闭环控制逻辑主线为：首先根据发动机转速和需求负荷可以得到当前工况所需的目标EGR率，根据缸内需求的新鲜空气流量，可以计算出目标EGR流量。接着，根据目标EGR流量通过小孔节流方程可以计算得到目标的EGR面积，根据台架标定的面积和开度的对应关系，可以得到目标的EGR阀开度。根据EGR阀体开度的闭环控制，可以控制实际的EGR阀体运动到目标EGR开度。
相应的，通过小孔节流方程和实际的EGR阀开度，可以得到实际通过EGR阀的第一EGR流量。将第一EGR流量和空气流量依次输入EGR率混合模型和EGR率传输模型，可以得到发动机缸内预估的EGR率，然后结合缸内的总气量可以得到进入发动机缸内的第二EGR流量，即预估缸内EGR流量。
进一步地，根据进气歧管压力和温度通过理想状态方程，以及标定修正，可以得到发动机缸内气体总流量。使用空气流量计可以实时测量流经空气滤清器进入到发动机的新鲜空气流量。根据缸内气体总流量和流入发动机的空气流量，可以得到第三EGR流量，即实际EGR流量。
最后，根据预估的EGR流量和实际的EGR流量，进行IMC控制，形成EGR流量的闭环控制。本发明利用量产件空气流量计得到实际的新鲜空气流量，进气歧管压力和温度传感器得到发动机缸内的气体总流量，间接反映出缸内实际EGR流量，进而对目标端进行反馈控制，保护发动机，保证燃烧稳定性，油耗以及排放。
本发明实施例的EGR流量控制方法，应用于低压EGR系统，包括：根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量；根据第一EGR流量和空气流量得到发动机缸内的第二EGR流量；根据发动机缸内气体总流量和空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量；根据第二EGR流量与第三EGR流量调整EGR阀开度，以缩小第二EGR流量与第三EGR流量的偏差。本发明通过第二EGR流量与第三EGR流量对EGR阀进行反馈调节，以缩小第二EGR流量与第三EGR流量的偏差，提高低压EGR系统的精度和鲁棒性。
第二实施例
图4为根据本发明第二实施例示出的EGR流量控制方法的具体流程示意图。如图4所示，可选地，使用目标EGR率和预估EGR率进行PID闭环控制。PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
本实施例中，根据发动机转速和需求负荷确定当前工况下的目标EGR率。将目标EGR率通过EGR率混合模型和EGR率传输模型之后得到预估EGR率。然后在PID闭环系统输入目标EGR率和预估EGR率的偏差，实现对目标EGR率的调节，使用目标EGR率控制EGR阀的开度，进而调整低压EGR系统中的EGR流量。
第三实施例
本发明实施例还提供了一种低压EGR系统，空气流量计、EGR阀位置传感器和控制模块；
空气流量计，用于获取空气流量；
EGR阀位置传感器，用于获取EGR阀开度；
控制模块，包括至少一个处理器；以及至少一个存储器，至少一个存储器被耦合到至少一个处理器并且存储用于由至少一个处理器执行的指令，指令当由至少一个处理器执行时，使得控制模块执行如上所述的EGR流量控制方法。
本实施例执行上述方法步骤的具体过程，详见上述实施例的相关描述，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令；计算机程序指令被处理器执行时实现如上所述的EGR流量控制方法。
本实施例执行上述方法步骤的具体过程，详见上述实施例的相关描述，在此不再赘述。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种EGR流量控制方法，应用于低压EGR系统，其特征在于，包括：
根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量；
根据所述第一EGR流量和空气流量得到发动机缸内的第二EGR流量；
根据发动机缸内气体总流量和所述空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量；
根据所述第二EGR流量与所述第三EGR流量调整所述EGR阀开度，以缩小所述第二EGR流量与所述第三EGR流量的偏差；
其中，所述根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量的公式为：
式中，为EGR阀处的第一EGR流量；CD为流量系数，软件中通过标定实现；Aeff为根据EGR阀开度与台架面积的标定关系确定EGR流通面积；Pin为EGR阀上游的压力；R为气体常数；Tin为EGR阀上游的温度；f(PR)为压比的函数，PR为EGR阀下游和上游的压力比。
2.根据权利要求1所述的EGR流量控制方法，其特征在于，所述根据EGR阀开度得到EGR阀处的第一EGR流量之前，还包括：
获取EGR阀开度。
3.根据权利要求2所述的EGR流量控制方法，其特征在于，所述获取EGR阀开度，包括：
根据发动机转速和需求负荷确定当前工况下的目标EGR流量；
根据所述目标EGR流量得到目标EGR开度；
根据所述目标EGR开度控制所述EGR阀；
通过EGR阀位置传感器获取所述EGR阀开度。
4.根据权利要求1所述的EGR流量控制方法，其特征在于，所述根据所述第一EGR流量和空气流量得到发动机缸内的第二EGR流量，包括：
通过空气流量计测量空气与废气混合前的空气流量；
将所述第一EGR流量和所述空气流量输入预设模型得到发动机缸内的第二EGR流量。
5.根据权利要求1所述的EGR流量控制方法，其特征在于，所述根据发动机缸内气体总流量和所述空气流量得到发动机缸内的第三EGR流量，包括：
根据进气歧管压力和温度得到所述发动机缸内气体总流量；
根据所述发动机缸内气体总流量和所述空气流量的差值得到发动机缸内的第三EGR流量。
6.根据权利要求5所述的EGR流量控制方法，其特征在于，所述根据进气歧管压力和温度得到所述发动机缸内气体总流量，计算公式为：
mTot＝PV/RT
式中，mTot为发动机缸内气体总流量；P为进气歧管压力；V为发动机排量；R为常数；T为进气温度。
7.根据权利要求1所述的EGR流量控制方法，其特征在于，所述根据所述第二EGR流量与所述第三EGR流量调整所述EGR阀开度，包括：
将所述第二EGR流量与所述第三EGR流量的差值导入IMC模型；
根据IMC模型进行迭代计算调整目标EGR流量；
根据所述目标EGR流量控制所述EGR阀的开度。
8.一种低压EGR系统，其特征在于，包括：空气流量计、EGR阀位置传感器和控制模块；
所述空气流量计，用于获取空气流量；
所述EGR阀位置传感器，用于获取EGR阀开度；
所述控制模块，包括至少一个处理器；以及至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理器并且存储用于由所述至少一个处理器执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时，使得所述控制模块执行根据权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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