CN114109626A - 基于湿度补偿的天然气发动机egr闭环控制方法、系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法、系统及车辆，所述方法包括：获得天然气发动机电控单元内的目标EGR率r目标；计算得到目标EGR进气流量MEGR,目标；计算得到实际EGR流量MEGR,实际；根据实际工作环境下与标准试验条件下进入气缸的的含水量差值ΔM对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正；控制EGR阀开度AEGR，使修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标。本发明可以基于湿度补偿进行修正后有效控制EGR阀的开度，能够保证无论环境湿度如何变化，保持进入天然气发动机气缸的水蒸气和再循环废气的总量不变，无需标定实现的湿度修正达到了与通过大量台架试验标定出的修正系数相当的修正效果。

Description

基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法、系统及车辆
技术领域
本发明涉及天然气发动机技术领域，具体涉及一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法、系统及车辆。
背景技术
进气湿度对天然气发动机的燃烧和性能有明显影响，为了提高环境适应性，国六天然气发动机普遍配置了湿度传感器，湿度传感器测量进气温度、压力和相对湿度，计算绝对湿度，发动机电控单元再根据绝对湿度修正EGR率。
中国发明专利申请201911395234.X“一种提升天然气发动机鲁棒性的方法及系统”揭示的方法包括以下步骤：判断发动机是否正常运行；如果是获取发动机转速和进气压力；根据发动机转速和进气压力查找EGR率map表，查得EGR率；判断EGR率是否大于零；如果否，则修正节气门开度；如果是，则修正增压压力、修正基础EGR率和修正点火提前角。可见，本发明通过温湿度传感器实时监测进气，通过进气压力获取EGR率，根据EGR率去修正节气门开度，修正增益压力、修正基础EGR率和/或修正点火提前角，使得发动机功率扭矩满足需求，发动机正常运行，从而提升了发动机的鲁棒性。
具体地，其中，根据进气绝对湿度查找修正系数修正天然气发动机的3个主要燃烧参数——进气流量、EGR率和点火提前角。修正系数通过大量的台架试验标定得到，并还需要经过大量的环境适应性验证。如此，导致技术开发工作量大、成本高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法、系统及车辆，能够降低开发工作量和成本。
为实现上述目的，一方面，本发明所设计的一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，包括以下步骤：
步骤S1)，获得天然气发动机电控单元内的目标EGR率r目标；
步骤S2)，计算得到目标EGR进气流量MEGR,目标；
步骤S3)，计算得到实际EGR流量MEGR,实际；
步骤S4)，根据实际工作环境下与标准试验条件下进入气缸的的含水量差值ΔM对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正；
步骤S5)，控制EGR阀开度AEGR，使修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标。
在其中一实施例中，所述步骤S4)进一步包括以下步骤：
步骤S4.1)，测算进气绝对湿度Ha；
步骤S4.2)，计算实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的含水量差值ΔM；
步骤S4.3)，根据含水量差值ΔM计算实际修正后的实际EGR流量MEGR,修正。
在其中一实施例中，在所述步骤S4.3)中，实际EGR流量MEGR,修正的计算公式为MEGR,实际,修正＝(MMANIFOLD-Mair,PFM)-ΔM×RH2O-CO2，其中，MMANIFOLD为进入气缸的新鲜空气和再循环废气的总流量，单位kg/h，由天然气发动机的主充气模型根据进气歧管温度T2和进气歧管压力P2计算得到；进气歧管温度T2和进气歧管压力P2由天然气发动机的进气歧管温度压力传感器测量得到；RH2O-CO2为水蒸气与二氧化碳的比热比。
在其中一实施例中，在所述步骤S4.1)中，实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的计算公式为：
Ha,实际＝622×Hr,实际×6.11×10(7.5×T0,实际÷(273.15+T0,实际-35.85))÷(P0,实际×10-0.378×Hr,实际×6.11×10(7.5×T0,实际÷(273.15+T0,实际-35.85)))；
Ha,标准＝622×Hr,标准×6.11×10(7.5×T0,标准÷(273.15+T0,标准-35.85))÷(P0,标准×10-0.378×Hr,标准×6.11×10(7.5×T0,标准÷(273.15+T0,标准-35.85)))；
其中，利用发动机进气湿度传感器直接测得实际工作环境下和标准试验条件下的进气温度T0,实际和T0,标准、进气压力P0,实际和P0,标准以及进气相对湿度Hr实际和Hr,标准。
在其中一实施例中，在所述步骤S4.2)中，含水量差值ΔM的计算公式为ΔM＝(Ha,实际-Ha,标准)×Mair,PFM，其中，Mair,PFM为新鲜空气流量，由天然气发动机的发动机进气流量传感器测得到。
在其中一实施例中，在所述步骤S3)中，EGR流量MEGR,实际的计算公式为MEGR,实际＝M总-Mair,PFM，其中，M总为天然气发动机电控单元用天然气发动机自带的主充气模型计算得到新鲜空气和再循环废气的总流量，由天然气发动机电控单元用天然气发动机的主充气模型计算得到；Mair,PFM为新鲜空气流量，由发动机进气流量传感器测得到。
在其中一实施例中，在所述步骤S1)中，目标EGR率r目标由天然气发动机电控单元通过发动机转速和发动机目标进气流量查表得到；发动机转速由天然气发动机的发动机转速传感器测得；发动机目标进气流量由天然气发动机电控单元自带的扭矩模型根据油门开度算得。
在其中一实施例中，在所述步骤S2)中，EGR流量MEGR,目标根据目标EGR率r目标结合目标进气流量计算得到。
为实现上述目的，另一方面，本发明所设计的一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制系统，包括天然气发动机电控单元、发动机转速传感器、发动机进气湿度传感器、发动机进气流量传感器及进气歧管温度压力传感器，所述天然气发动机电控单元通过发动机转速传感器、发动机进气湿度传感器、发动机进气流量传感器及进气歧管温度压力传感器的感测结果对EGR阀的开度AEGR按照如下方法进行控制：
步骤S1)，天然气发动机电控单元通过所述发动机转速传感器测得的发动机转速和所述天然气发动机电控单元的扭矩模型根据油门开度算得的发动机目标进气流量查表得到目标EGR率r目标；
步骤S2)，根据目标EGR率r目标结合目标进气流量计算得到目标EGR进气流量MEGR,目标；
步骤S3)，所述天然气发动机电控单元用天然气发动机的主充气模型计算得到新鲜空气和再循环废气的总流量M总，将新鲜空气和再循环废气的总流量M总减去所述发动机进气流量传感器50测得的新鲜空气流量Mair,PFM得到实际EGR流量MEGR,实际；
步骤S4)，根据实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的含水量差值ΔM对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正；
步骤S5)，所述天然气发动机电控单元控制所述EGR阀的开度AEGR，使修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标。
为实现上述目的，另一方面，本发明所设计的一种车辆，包括天然气发动机及如前文，所述发动机转速传感器用于感测所述天然气发动机的转速，所述发动机进气湿度传感器用于感测所述天然气发动机的进气湿度，所述发动机进气流量传感器用于感测所述天然气发动机的进气流量，所述进气歧管温度压力传感器用于感测进气歧管的进气温度和进气压力。
本发明的有益效果是：本发明的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法、系统及车辆，可以基于湿度补偿进行修正后有效控制EGR阀的开度，能够保证无论环境湿度如何变化，保持进入天然气发动机气缸的水蒸气和再循环废气的总量不变；此外，考虑了水蒸气与CO2比热的不同对天然气燃烧的不同影响，使得无需标定实现的湿度修正达到了与通过大量台架试验标定出的修正系数相当的修正效果。
附图说明
现在将参考附图在下文中具体描述本发明的具体实施例。需要理解的是，各附图不一定按比例绘制，并且附图只用于说明本公开的示例性实施例，而不应该认为是对本发明公开范围的限制。在附图中：
图1为本发明优选实施例的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制的结构示意图。
图中各元件标号如下：
天然气发动机电控单元10(其中，PID控制器11)；
EGR阀20；发动机转速传感器30；发动机进气湿度传感器40；发动机进气流量传感器50；进气歧管温度压力传感器60。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。
对于天然气发动机的燃烧，水蒸气和CO2都是惰性气体。天然气发动机的燃烧和性能在标准试验条件(进气温度25℃、进气压力101kPa、进气相对湿度50％)下标定得到的。当天然气发动机实际工作的环境湿度大于标准试验条件下的时候，进入气缸的惰性气体含量增多，导致天然气发动机燃烧相位滞后、燃烧速度变慢，进而动力性和经济性恶化、失火倾向增加；当天然气发动机实际工作的环境湿度小于标准试验条件下的时候，进入气缸的惰性气体含量减少，导致天然气发动机燃烧相位提前，爆震倾向增加。
基于以上理论，本发明提供一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法、基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制系统及车辆，无论环境湿度如何变化，保持进入天然气发动机气缸的水蒸气和再循环废气(EGR废气)的总量不变，在此天然气发动机的EGR(废气再循环)的湿度修正的基础上，能够达到提高天然气发动机的环境适应性的效果。
本发明的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，包括以下步骤：
步骤S1)，获得天然气发动机电控单元内的目标EGR率r目标。
天然气发动机电控单元内的目标EGR率r目标(单位％)由发动机台架标定工作中的燃烧参数选择试验得到。
具体地，天然气发动机电控单元通过发动机转速和发动机目标进气流量查表得到目标EGR率r目标。
其中，发动机转速由天然气发动机自带的转速传感器测得，发动机目标进气流量由天然气发动机电控单元自带的扭矩模型根据油门开度算得。
步骤S2)，计算得到目标EGR进气流量MEGR,目标。
其中，EGR流量MEGR,目标(单位kg/h)根据目标EGR率r目标结合目标进气流量计算得到。
步骤S3)，计算得到实际EGR流量MEGR,实际。
EGR流量MEGR,实的计算方法如下：天然气发动机电控单元用天然气发动机自带的主充气模型计算得到新鲜空气和再循环废气的总流量M总(单位kg/h)；
新鲜空气和再循环废气的总流量M总减去进气流量传感器测得的新鲜空气流量Mair,PFM(单位kg/h)得到实际EGR流量MEGR,实际(单位kg/h)。
即，EGR流量MEGR,实际的计算公式如下：
MEGR,实际＝M总-Mair,PFM
步骤S4)，基于湿度补偿对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正。
为了实现无论环境湿度如何变化，保持进入天然气发动机气缸的水蒸气和再循环废气(EGR废气)的总量不变，需要基于湿度补偿对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正。
对实际EGR流量MEGR,实际修正主要包括以下步骤：
步骤S4.1)，测算进气绝对湿度Ha。
利用进气湿度传感器直接测得进气温度T0(单位℃)、进气压力P0(单位kPa)和进气相对湿度Hr(单位％)，通过以下公式(1)算得进气绝对湿度Ha(单位g/kg)。
Ha＝622×Hr×6.11×10(7.5×T0÷(273.15+T0-35.85))÷(P0×10-0.378×Hr×6.11×10(7.5 ×T0÷(273.15+T0-35.85))) (1)
步骤S4.2)，计算实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的含水量差值ΔM。
含水量差值ΔM(单位kg/h)由公式(2)计算得到：
ΔM＝(Ha,实际-Ha,标准)×Mair,PFM (2)
其中，实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际(单位kg/h)和标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准(单位kg/h)由公式(1)算得，新鲜空气流量Mair,PFM(单位kg/h)由天然气发动机自带的发动机进气流量传感器测得。
步骤S4.3)，根据含水量差值ΔM计算实际修正后的实际EGR流量MEGR,修正。
MEGR,实际,修正＝(MMANIFOLD-Mair,PFM)-ΔM×RH2O-CO2 (3)
在公式(3)中，进入气缸的新鲜空气和再循环废气的总流量MMANIFOLD(单位kg/h)，由天然气发动机自带的主充气模型根据进气歧管温度T2(单位℃)和进气歧管压力P2(压力kPa)计算得到；进气歧管温度T2和进气歧管压力P2由天然气发动机自带的进气歧管温度压力传感器测量得到；水蒸气与二氧化碳的比热比RH2O-CO2。
步骤S5)，控制EGR阀开度AEGR，使修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标。
天然气发动机电控单元通过PID控制器控制EGR阀开度AEGR(单位％)使修正后的实际EGR流量MEGR,修正(单位kg/h)等于目标EGR进气流量MEGR,目标(单位kg/h)，从而实现天然气发动机EGR闭环控制。
如此，本发明的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法能够保证无论环境湿度如何变化，保持进入天然气发动机气缸的水蒸气和再循环废气的总量不变；此外，考虑了水蒸气与CO2比热的不同对天然气燃烧的不同影响，使得无需标定实现的湿度修正达到了与通过大量台架试验标定出的修正系数相当的修正效果。
请参阅图1，本发明的实施例提供一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制系统，包括天然气发动机电控单元10、发动机转速传感器30、发动机进气湿度传感器40、发动机进气流量传感器50及进气歧管温度压力传感器60，天然气发动机电控单元10通过发动机转速传感器30、发动机进气湿度传感器40、发动机进气流量传感器50及进气歧管温度压力传感器60的感测结果来经由PID控制器11对EGR阀20的开度进行控制。
具体地，发动机转速传感器30、发动机进气湿度传感器40、发动机进气流量传感器50及进气歧管温度压力传感器60均与天然气发动机电控单元10信号连接，天然气发动机电控单元10中设有PID控制器11，PID控制器信号连接至EGR阀10并控制EGR阀10的开度。
上述基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制系统的控制方法具体如下：
步骤S1)，天然气发动机电控单元10通过发动机转速传感器30测得的发动机转速和天然气发动机电控单元10自带的扭矩模型根据油门开度算得的发动机目标进气流量查表得到目标EGR率r目标。
步骤S2)，根据目标EGR率r目标结合目标进气流量计算得到目标EGR进气流量MEGR,目标。
步骤S3)，天然气发动机电控单元10用天然气发动机自带的主充气模型计算得到新鲜空气和再循环废气的总流量M总；将新鲜空气和再循环废气的总流量M总减去发动机进气流量传感器50测得的新鲜空气流量Mair,PFM得到实际EGR流量MEGR,实际。
步骤S4)，根据实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的含水量差值ΔM对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正。
步骤S5)，天然气发动机电控单元10通过PID控制器11控制EGR阀20的开度AEGR，使修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标，从而实现天然气发动机EGR闭环控制。
在步骤S4)中，实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准
分别在实际工作环境下和标准试验条件下，利用发动机进气湿度传感器40直接测得实际工作环境下和标准试验条件下的进气温度T0,实际和T0,标准(单位℃)、进气压力P0,实际和P0,标准(单位kPa)和进气相对湿度Hr实际和Hr,标准(单位％)后，在通过以下公式算得到：
Ha,实际＝622×Hr,实际×6.11×10(7.5×T0,实际÷(273.15+T0,实际-35.85))÷(P0,实际×10-0.378×Hr,实际×6.11×10(7.5×T0,实际÷(273.15+T0,实际-35.85)))；
Ha,标准＝622×Hr,标准×6.11×10(7.5×T0,标准÷(273.15+T0,标准-35.85))÷(P0,标准×10-0.378×Hr,标准×6.11×10(7.5×T0,标准÷(273.15+T0,标准-35.85)))。
在步骤S4)中，根据含水量差值ΔM计算实际修正后的实际EGR流量MEGR,修正的公式如下：
MEGR,实际,修正＝(MMANIFOLD-Mair,PFM)-ΔM×RH2O-CO2
上式中，MMANIFOLD为进入气缸的新鲜空气和再循环废气的总流量(单位kg/h)，由天然气发动机自带的主充气模型根据进气歧管温度T2(单位℃)和进气歧管压力P2(压力kPa)计算得到。进气歧管温度T2和进气歧管压力P2由天然气发动机自带的进气歧管温度压力传感器60测量得到。RH2O-CO2为水蒸气与二氧化碳的比热比。
本发明的天然气发动机EGR闭环控制系统可基于湿度补偿对实际EGR流量MEGR,实际进行修正得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正，控制EGR阀20的开度AEGR将修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标，从而实现天然气发动机EGR闭环控制。如此，无论环境湿度如何变化，进入天然气发动机气缸的水蒸气和再循环废气(EGR废气)的总量可保持不变。
本发明的实施例还提供一种车辆，包括天然气发动机及天然气发动机电控单元10及EGR阀20，天然气发动机设有发动机转速传感器30、发动机进气湿度传感器40、发动机进气流量传感器50及进气歧管温度压力传感器60，天然气发动机电控单元10通过发动机转速传感器30、发动机进气湿度传感器40、发动机进气流量传感器50及进气歧管温度压力传感器60的感测结果来经由PID控制器11对EGR阀20的开度进行控制。
具体地，发动机转速传感器30、发动机进气湿度传感器40、发动机进气流量传感器50及进气歧管温度压力传感器60均与天然气发动机电控单元10信号连接，天然气发动机电控单元10中设有PID控制器11，PID控制器信号连接至EGR阀10并控制EGR阀10的开度。
发动机转速传感器30用于感测天然气发动机的转速，发动机进气湿度传感器40用于感测天然气发动机的进气湿度，发动机进气流量传感器50用于感测天然气发动机的进气流量，进气歧管温度压力传感器60用于感测进气歧管的进气温度和进气压力。动机转速传感器30、发动机进气湿度传感器40、发动机进气流量传感器50及进气歧管温度压力传感器均与天然气发动机电控单元10信号连接，将天然气发动机的转速、天然气发动机的进气湿度、天然气发动机的进气流量、进气歧管的进气温度和进气压力发送至天然气发动机电控单元10。
天然气发动机电控单元10根据接收到的信号计算实际EGR流量MEGR,实际，并根据实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的含水量差值ΔM对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正。天然气发动机电控单元10中设有PID控制器11，PID控制器信号连接至EGR阀10并控制EGR阀10的开度AEGR，使修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标，从而实现天然气发动机EGR闭环控制。
采用上述天然气发动机EGR闭环控制方法、系统的车辆，可以有效控制EGR阀的开度，能够保证无论环境湿度如何变化，保持进入天然气发动机气缸的水蒸气和再循环废气的总量不变；此外，考虑了水蒸气与CO2比热的不同对天然气燃烧的不同影响，使得无需标定实现的湿度修正达到了与通过大量台架试验标定出的修正系数相当的修正效果。
综上所述，本发明的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法、系统及车辆，采用基于湿度补偿的方法对实际EGR流量进行修正，并根据修正后的实际EGR流量控制EGR阀的开度，实现对天然气发动机EGR闭环控制。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以通过相互依赖的关系一起执行。
本发明的以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，包括以下步骤：
步骤S1)，获得天然气发动机电控单元内的目标EGR率r目标；
步骤S2)，计算得到目标EGR进气流量MEGR,目标；
步骤S3)，计算得到实际EGR流量MEGR,实际；
步骤S4)，根据实际工作环境下与标准试验条件下进入气缸的的含水量差值ΔM对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正；
步骤S5)，控制EGR阀开度AEGR，使修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标。
2.根据权利要求1所述的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，其特征在于：所述步骤S4)进一步包括以下步骤：
步骤S4.1)，测算进气绝对湿度Ha；
步骤S4.2)，计算实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的含水量差值ΔM；
步骤S4.3)，根据含水量差值ΔM计算实际修正后的实际EGR流量MEGR,修正。
3.根据权利要求2所述的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，其特征在于：在所述步骤S4.3)中，实际EGR流量MEGR,修正的计算公式为MEGR,实际,修正＝(MMANIFOLD-Mair,PFM)-ΔM×RH2O-CO2，其中，MMANIFOLD为进入气缸的新鲜空气和再循环废气的总流量，单位kg/h，由天然气发动机的主充气模型根据进气歧管温度T2和进气歧管压力P2计算得到；进气歧管温度T2和进气歧管压力P2由天然气发动机的进气歧管温度压力传感器测量得到；RH2O-CO2为水蒸气与二氧化碳的比热比。
4.根据权利要求3所述的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，其特征在于：在所述步骤S4.1)中，实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的计算公式为：
Ha,实际＝622×Hr,实际×6.11×10(7.5×T0,实际÷(273.15+T0,实际-35.85))÷(P0,实际×10-0.378×Hr,实际×6.11×10(7.5×T0,实际÷(273.15+T0,实际-35.85)))；
Ha,标准＝622×Hr,标准×6.11×10(7.5×T0,标准÷(273.15+T0,标准-35.85))÷(P0,标准×10-0.378×Hr,标准×6.11×10(7.5×T0,标准÷(273.15+T0,标准-35.85)))；
其中，利用发动机进气湿度传感器直接测得实际工作环境下和标准试验条件下的进气温度T0,实际和T0,标准、进气压力P0,实际和P0,标准以及进气相对湿度Hr实际和Hr,标准。
5.根据权利要求4所述的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，其特征在于：在所述步骤S4.2)中，含水量差值ΔM的计算公式为ΔM＝(Ha,实际-Ha,标准)×Mair,PFM，其中，Mair,PFM为新鲜空气流量，由天然气发动机的发动机进气流量传感器测得到。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，其特征在于：在所述步骤S3)中，EGR流量MEGR,实际的计算公式为MEGR,实际＝M总-Mair,PFM，其中，M总为天然气发动机电控单元用天然气发动机自带的主充气模型计算得到新鲜空气和再循环废气的总流量，由天然气发动机电控单元用天然气发动机的主充气模型计算得到；Mair,PFM为新鲜空气流量，由发动机进气流量传感器测得到。
7.根据权利要求6所述的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，其特征在于：在所述步骤S1)中，目标EGR率r目标由天然气发动机电控单元通过发动机转速和发动机目标进气流量查表得到；发动机转速由天然气发动机的发动机转速传感器测得；发动机目标进气流量由天然气发动机电控单元自带的扭矩模型根据油门开度算得。
8.根据权利要求7所述的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制方法，其特征在于：在所述步骤S2)中，EGR流量MEGR,目标根据目标EGR率r目标结合目标进气流量计算得到。
9.一种基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制系统，包括天然气发动机电控单元(10)、发动机转速传感器(30)、发动机进气湿度传感器(40)、发动机进气流量传感器(50)及进气歧管温度压力传感器(60)，其特征在于：所述天然气发动机电控单元(10)通过发动机转速传感器(30)、发动机进气湿度传感器(40)、发动机进气流量传感器(50)及进气歧管温度压力传感器(60)的感测结果对EGR阀(20)的开度AEGR按照如下方法进行控制：
步骤S1)，天然气发动机电控单元(10)通过所述发动机转速传感器(30)测得的发动机转速和所述天然气发动机电控单元(10)的扭矩模型根据油门开度算得的发动机目标进气流量查表得到目标EGR率r目标；
步骤S2)，根据目标EGR率r目标结合目标进气流量计算得到目标EGR进气流量MEGR,目标；
步骤S3)，所述天然气发动机电控单元(10)用天然气发动机的主充气模型计算得到新鲜空气和再循环废气的总流量M总，将新鲜空气和再循环废气的总流量M总减去所述发动机进气流量传感器(50)测得的新鲜空气流量Mair,PFM得到实际EGR流量MEGR,实际；
步骤S4)，根据实际工作环境下进入气缸的含水量Ha,实际与标准试验条件下进入气缸的含水量Ha,标准的含水量差值ΔM对实际EGR流量MEGR,实际进行修正，得到修正后的实际EGR流量MEGR,修正；
步骤S5)，所述天然气发动机电控单元(10)控制所述EGR阀(20)的开度AEGR，使修正后的实际EGR流量MEGR,修正等于目标EGR进气流量MEGR,目标。
10.一种车辆，其特征在于：包括天然气发动机及如权利要求9中所述的基于湿度补偿的天然气发动机EGR闭环控制系统，所述发动机转速传感器(30)用于感测所述天然气发动机的转速，所述发动机进气湿度传感器(40)用于感测所述天然气发动机的进气湿度，所述发动机进气流量传感器(50)用于感测所述天然气发动机的进气流量，所述进气歧管温度压力传感器(60)用于感测进气歧管的进气温度和进气压力。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116398309A (zh) * 2023-06-06 2023-07-07 江铃汽车股份有限公司 基于进气湿度的天然气发动机控制方法、系统及车辆

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6062204A (en) * 1998-10-15 2000-05-16 Ford Global Technologies, Inc. Engine control system and method with atmospheric humidity compensation
CN201902257U (zh) * 2009-04-02 2011-07-20 福特环球技术公司 一种用于车辆发动机的系统
CN102767437A (zh) * 2011-05-04 2012-11-07 现代自动车株式会社 排放气体冷凝物控制方法及其排放气体再循环系统
US20130275030A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-17 Ford Global Technologies, Llc Method for estimating intake air humidity
CN103967636A (zh) * 2013-02-01 2014-08-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 外部egr速率反馈
CN104454249A (zh) * 2013-09-23 2015-03-25 福特环球技术公司 用于进气湿度传感器的方法和系统
DE102014220039A1 (de) * 2013-10-11 2015-04-16 Ford Global Technologies, Llc Verfahren und Systeme für einen Sauerstoffsensor
US20160061151A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Ayman M. Ismail Continuous adaptation of an intake oxygen sensor for pressure, humidity and aging
CN105863893A (zh) * 2015-02-06 2016-08-17 福特环球技术公司 用于基于阀的温度差运转排气再循环阀的系统和方法
JP2017002867A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 いすゞ自動車株式会社 Ｌｎｇエンジンの排気再循環装置
US20170268442A1 (en) * 2014-11-28 2017-09-21 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Control device for internal combustion engine
CN107269402A (zh) * 2016-03-30 2017-10-20 三菱电机株式会社 内燃机的控制装置及其控制方法
US20180328297A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Honda Motor Co.,Ltd. Control device for internal combustion engine
DE102017211442A1 (de) * 2017-07-05 2019-01-10 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Ermitteln der Umgebungsluftfeuchte eines Kraftfahrzeugs
CN111140385A (zh) * 2019-12-30 2020-05-12 潍柴动力股份有限公司 一种提升天然气发动机鲁棒性的方法及系统

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6062204A (en) * 1998-10-15 2000-05-16 Ford Global Technologies, Inc. Engine control system and method with atmospheric humidity compensation
CN201902257U (zh) * 2009-04-02 2011-07-20 福特环球技术公司 一种用于车辆发动机的系统
CN102767437A (zh) * 2011-05-04 2012-11-07 现代自动车株式会社 排放气体冷凝物控制方法及其排放气体再循环系统
US20130275030A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-17 Ford Global Technologies, Llc Method for estimating intake air humidity
CN103967636A (zh) * 2013-02-01 2014-08-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 外部egr速率反馈
CN104454249A (zh) * 2013-09-23 2015-03-25 福特环球技术公司 用于进气湿度传感器的方法和系统
DE102014220039A1 (de) * 2013-10-11 2015-04-16 Ford Global Technologies, Llc Verfahren und Systeme für einen Sauerstoffsensor
US20160061151A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Ayman M. Ismail Continuous adaptation of an intake oxygen sensor for pressure, humidity and aging
US20170268442A1 (en) * 2014-11-28 2017-09-21 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Control device for internal combustion engine
CN105863893A (zh) * 2015-02-06 2016-08-17 福特环球技术公司 用于基于阀的温度差运转排气再循环阀的系统和方法
JP2017002867A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 いすゞ自動車株式会社 Ｌｎｇエンジンの排気再循環装置
CN107269402A (zh) * 2016-03-30 2017-10-20 三菱电机株式会社 内燃机的控制装置及其控制方法
US20180328297A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Honda Motor Co.,Ltd. Control device for internal combustion engine
DE102017211442A1 (de) * 2017-07-05 2019-01-10 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Ermitteln der Umgebungsluftfeuchte eines Kraftfahrzeugs
CN111140385A (zh) * 2019-12-30 2020-05-12 潍柴动力股份有限公司 一种提升天然气发动机鲁棒性的方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张鹏;石凯凯;毛功平;: "自然吸气式CNG发动机主充模型的研究", 《内燃机》, no. 03 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116398309A (zh) * 2023-06-06 2023-07-07 江铃汽车股份有限公司 基于进气湿度的天然气发动机控制方法、系统及车辆

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