CN1965157A - 发动机控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种发动机控制系统，包括：EGR装置(10)，其连接排气通道(Ex)和进气通道(I)并且具有EGR阀；进气节气门(41)，布置于进气通道(I)中；以及，发动机控制单元，其设有：发动机运转数据计算装置(A1)，累计车辆的里程或者发动机的运转时间；燃油喷射控制装置(A2)，控制燃油喷射量和燃油喷射定时；EGR控制装置(A3)，控制EGR阀的开度；节气门控制装置(A4)，控制进气节气门的开度；以及，EGR通道净化控制装置(A5)，当由发动机运转数据计算装置计算出的总里程或者总运转时间达到预定门限值时，EGR通道净化控制装置延时燃油喷射定时(Tn)，增大EGR阀的开度(βg)，并且减小进气节气门的开度 (θs)。

Description

发动机控制系统
技术领域
本发明涉及一种发动机控制系统，以及，具体涉及一种能从排气再循环通道中消除污渍、烟黑、微粒等的发动机控制系统。
背景技术
为了消除排气污染，发动机通常不仅设有过滤装置、催化剂等构成排气排放单元，而且设有排气再循环(EGR，exhaust gasrecirculating)装置，将排气再循环到燃烧室从而防止将NOx排放到外部。
例如，日本专利公报No.2002-309987(称之为“文献1”)描述了一种排气除氮装置，其包括在发动机排气通道中的NOx吸收剂以及将排气再循环到燃烧室中的排气再循环单元(EGR)。NOx吸收剂通常情况下吸收NOx，以及，当燃烧室中的空气-燃油比低时会排放出NOx。换而言之，使用一氧化碳(CO)和碳化氢(HC)来还原NOx。相反地，为了降低空气-燃油比，打开EGR控制阀以再循环排气，减少进气量，并且增加所喷射的燃油量，防止发动机输出扭矩改变。
此外，日本专利公报No.2000-186631(称之为“文献2”)描述了一种内燃机，其包括EGR装置，以将燃烧气体再循环进入EGR装置的EGR通道，以及，当发动机停止运转时，用于燃烧积聚在EGR装置中的SOF(可溶有机成分)、烟黑等。
在文献1中，当发动机在低空气-燃油比下运转时，与普通EGR通道一起使用大型EGR阀的旁路。大量排气的再循环减少了被排放的NOx，使得可以小型化NOx吸藏催化剂。然而，在发动机运转具有低空气-燃油比的情况下，EGR气体包含许多未燃烧的气体(HC)和烟黑，其粘附并且污染EGR管、EGR冷却装置、EGR阀、进气歧管等。结果，将使EGR阀不能快速打开或者闭合，或者，将使EGR管阻塞。
在文献2带有EGR装置的内燃机中，当发动机停止运转时，将燃烧气体通过燃烧式加热器引入EGR通道，可以烧掉积聚在EGR装置中的SOF、烟黑等。然而，燃烧式加热器往往会使EGR装置扩大，难以在车辆上进行安装。此外，因为是在发动机停止运转时对EGR装置进行净化，造成即使在发动机非运转期间，也可能经由排气管散发出热排气。
发明内容
为了解决相关技术中的问题而提出本发明，以及，本发明的目的是提供一种发动机控制系统，其中，在发动机控制单元的控制下，能较容易地净化排气再循环单元，并能可靠且顺畅地操作阀而不使其阻塞。
根据本发明，提供了一种发动机控制系统，包括：EGR装置，接排气通道和进气通道，并且包括EGR阀；进气节气门，置于进气通道中；以及，发动机控制单元，设有：发动机运行数据计算装置，累计车辆里程或者发动机运转时间；燃油喷射控制装置，控制燃油喷射量和燃油喷射定时；EGR控制装置，控制EGR阀的开度；节气门控制装置，控制进气节气门的开度；以及，EGR通道净化控制装置，当由发动机运转数据计算装置计算出的总里程或者总运转时间达到预定门限值时，EGR通道净化控制装置延时燃油喷射定时，增大EGR阀的开度，并且减小进气节气门的开度。
发动机控制单元能可靠地提高排放到排气通道中的排气温度。将热排气再循环至排气再循环单元，用热排气对排气再循环单元进行净化。
附图说明
图1图示根据本发明一种实施方式的发动机控制系统的总体配置；
图2是图示图1发动机控制系统的发动机控制单元的功能方框图，这些功能与排气污染控制相关；
图3(A)图示发动机控制单元的主燃油喷射模式；
图3(B)图示发动机控制单元的引燃喷射-主燃油喷射模式；
图4(A-1)、图4(A-2)、图4(B-1)、图4(B-2)、图4(C-1)、图4(C-2)、图4(D-1)和图4(D-2)分别图示由发动机控制单元使用的计算图；图4(A-1)、图4(B-1)、图4(C-1)、和图4(D-1)图示发动机在正常运转期间喷射的燃油量、燃油喷射定时、EGR通道开度、节气门开度、以及涡轮叶片开度；而图4(A-2)、图4(B-2)、图4(C-2)和图4(D-2)图示发动机在净化模式期间喷射的燃油量、燃油喷射定时、EGR通道开度、节气门开度、以及涡轮叶片开度；
图5(A)图示发动机控制单元的喷射燃油量和燃油喷射定时的斜坡控制；
图(5B)图示EGR通道开度的斜坡控制；
图(5C)图示节气门开度的斜坡控制；
图(5D)图示涡轮叶片开度的斜坡控制；以及，
图6是由发动机控制单元执行的排气温度控制例行程序的流程图。
具体实施方式
下面描述柴油发动机1(称之为“发动机1”)，其设有根据本发明的一种实施方式的发动机控制系统。
发动机1包括四个串联布置的燃烧室2。各燃烧室2有一燃油喷射阀3。容纳在燃油箱4中的燃油(柴油)，经高压喷射泵5加压引入共用油轨6(蓄油装置)，并且经由各燃油喷射阀3喷射进各气缸。在设有发动机1的车辆中安装有下文描述的发动机控制单元(ECU)7，响应于来自发动机控制单元7的燃油控制信号，控制喷射的燃油量Qn和各燃油喷射阀的燃油喷射定时Tn。
从各燃烧室2一侧延伸的各进气口(未示出)与进气歧管8连通，进气管9经由增压装置12的压缩机17与进气歧管8相连接。进气管9构成进气通道I。空气经由空气过滤装置11吸入，并且经压缩机17加压。进气量由进气节气门41调节。进气由内冷却装置13进行冷却，并且经由进气管9引入进气歧管8。进气节气门41的执行装置411由ECU 7控制。
从各燃烧室2另一侧延伸的各排气口(未示出)与排气歧管15连通，排气管16经由增压装置12的涡轮20与排气歧管15相连接。排气管16形成排气通道Ex。增压装置12围绕涡轮20布置，包括许多运动叶片(未示出)，它们由执行装置201同步激励，并且作为VG涡轮增压装置，能改变排气的比率。执行装置201由ECU 7控制。
在进气歧管8附近，进气管9经由排气再循环通道43(称之为“EGR通道43”)与排气涡轮20的EGR入口42的上游连通。排气再循环控制阀24(称之为“EGR阀24”)设置在EGR通道43中，并且改变EGR通道43的开度面积。另外，在EGR通道43周围，设置EGR冷却装置44。EGR阀24的操作由ECU 7控制。增压装置12的涡轮20位于EGR入口42的下游，并且接受相对较热的EGR气体。
NOx传感装置27检测NOx的量，催化转换装置29、以及消音装置(未示出)串联布置在排气管16的下游。
催化转换装置29包括NOx还原催化剂31和柴油微粒过滤装置32，沿外壳291的长度容纳于其中。
ECU 7经由输入端口(未示出)接受来自发动机速度传感装置45的脉冲信号，速度传感装置45置于曲轴(未示出)附近。曲轴每次转过规定角度就产生脉冲信号，并且用来计算发动机速度Ne和燃油喷射定时。加速踏板开度传感装置46位于加速踏板(未示出)附近，并且产生代表加速踏板开度θa的信号。NOx传感装置27产生代表NOx浓度的信号，并将它们传送到ECU 7的输入端口。
ECU 7的输出端口(未示出)经由燃油喷射回路(驱动器)50连接到燃油喷射阀3，以控制至各气缸的燃油量Qn和燃油喷射定时Tn。此外，该输出端口经由驱动电路(未示出)连接到高压燃油泵5，因而，ECU 7控制从高压燃油泵5到共用油轨6的加压燃油量。
ECU 7控制发动机1，并且作为驾驶数据计算装置A1、燃油喷射控制装置A2、EGR控制装置A3、节气门控制装置A4、以及EGR通道净化控制装置A5，所有这些都与发动机1的排气污染控制有关。
在发动机1运转期间，驾驶数据计算装置A1累计计数tn，其与车辆的里程或者发动机的运转时间相对应，并将有关各单位里程或者在发动机的各运转时间处进行相加。驾驶数据计算装置A1继而得到总和(∑Count←∑Count+tn)。
基于由加速踏板开度传感装置46和发动机速度传感装置45检测出的加速踏板开度θa和发动机速度Ne，燃油喷射控制装置A2计算基本燃油喷射量Q0和基本燃油喷射定时T0。燃油喷射控制装置A2根据发动机运转状态修正基本燃油喷射量Q0，从而得出燃油喷射量Qn，以及，根据发动机运转状态修正基本燃油喷射定时T0，并得出燃油喷射定时Tn。将燃油喷射量Qn和燃油喷射定时Tn设定在燃油喷射驱动器50中，从而可以对燃油喷射进行控制。
响应于EGR阀24的EGR阀开度信号βg，EGR控制装置A3改变EGR阀24的开度。在发动机1的正常运转下，以50％或者更小的EGR比率实施排气再循环控制，这在减少NOx方面是有效的。
响应于节气门开度信号，节气门控制装置A4控制进气节气门41的开度θs。
只要由驾驶数据计算装置A1计算出的里程或者发动机运转时间达到预定的门限值Limit，EGR通道净化控制装置A5就发出EGR通道净化指令Sc。EGR通道净化控制装置A5按-ΔT使燃油喷射定时Tn1延时，并且将其设定为Tn2，将正常EGR阀开度βg1增大至βg2，并且将正常节气门开度θs1调节至θs2。
下面，参照图6所示的排气温度控制例行程序描述ECU 7的操作。此例行程序在主程序(未示出)期间作为中断控制执行。
当接通发动机1的点火开关(未示出)且主程序执行到步骤s1时，将计数tn(其与当前里程或者发动机运转时间相对应)加到先前的计数∑Count中，因而得出最近计数。在步骤s2，检查最近计数∑Count是否超出门限值Limit。∑Count超越门限值Limit范围之前，在步骤s3中发出正常运转指令Sn，基于最近的运转信息执行燃油喷射控制。为此，使用图4(A-1)所示的正常燃油喷射定时图mapln。基于发动机速度Ne和加速踏板开度θa，计算图3(A)所示的正常燃油喷射量Qn1和正常燃油喷射定时Tn1。将代表该计算值的燃油控制信号发送到燃油喷射驱动器50，从而，为了主燃油喷射mj的目的，控制各燃油喷射阀3。
此外，基于正常EGR阀开度图map2n(图4(B-1)所示)，计算对应于发动机速度Ne和加速踏板开度θa的正常EGR阀开度。所以，按正常EGR阀开度βg1打开EGR阀24，以减少NOx。
此外，基于正常节气门开度图map3n(图4(C-1)所示)，计算对应于发动机速度Ne和加速踏板开度θa的正常节气门开度θs1(大开度)。按计算出的角度打开进气节气门41，并且使其保持在计算出的角度。
根据正常涡轮图(map4n)(图4(D-1)所示)，将涡轮叶片开度γ1改变至正常大开度。
在步骤s1至s3中，响应于普通运转指令Sn，将排气引入催化转换装置29。
在主程序中，计算被排出的NOx量，其取决于由NOx传感装置27检测出的NOx浓度和发动机的运转状态。只要计算出的值达到门限值，就在中断控制下使发动机1在富油状态下运转一段时间。所以，将NOx吸藏催化剂31强制维持在富油气氛下，并且出于NOx还原净化的目的排放NOx。这在避免由于NOx吸藏催化剂31饱和而排放NOx方面是有效的。
柴油微粒过滤装置32捕获排气中的微粒，因此，当发动机1在500℃至550℃以上的排气规定温度运转时，将使这些微粒燃烧。
控制进程回到步骤s2。当最近∑Count超过门限值Limit时，在步骤s4发出EGR通道净化指令Sc。根据基于最近运转数据的净化燃油喷射量，以及根据净化燃油喷射定时图map1h，对EGR通道进行净化。在此状态下，如图4(A-2)所示，进行以下计算：净化燃油喷射量Qn2(＝qp+qmL：qp表示由引燃喷射所喷射的燃油量，而qmL表示由主燃油喷射所喷射的燃油量)；以及，在净化期间的引燃喷射定时Tp和主燃油喷射定时Tn2(＝Tn1-ΔT)。将对应于计算值的燃油控制信号传送到燃油喷射驱动装置50。响应于此燃油控制信号，控制各燃油喷射阀3用于引燃燃油喷射pj以及延时的主燃油喷射mjL。参照图3(B)。响应于正常运转指令Sn，执行如图3(A)所示的主燃油喷射mj。然而，响应于指令Sc，在延时的主燃油喷射mjL之前，执行引燃喷射pj。此外，在引燃喷射pj之后，在按(Tn1-ΔT)延时的主燃油喷射定时Tn2处喷射燃油。
净化燃油喷射量Qn2等于引燃燃油喷射量qp和主燃油喷射量qmL(其取决于加速踏板开度θa等)，并且大于正常燃油喷射量Qn1(＝qm)。简而言之，净化燃油喷射量Qn2大小为正常燃油喷射量Qn1的1.3至1.5倍。
基于主燃油喷射定时Tn2和净化燃油喷射量Qn2，能可靠地提升排放进入排气歧管15的排气温度。
步骤s3中的正常燃油喷射定时Tn1和正常燃油喷射量Qn1，被改变至步骤s4中的净化燃油喷射定时Tn2和净化燃油喷射量Qn2。在这种情况下，在预定的切换时间tc，执行图5(A)所示的斜坡控制。换而言之，按照各延时ΔT/δt，将正常燃油喷射定时Tn1逐步校正到净化燃油喷射定时Tn2。类似地，按照各增量ΔQ/δt，将正常燃油喷射量Qn1逐步增大到净化燃油喷射量Qn2。所以，能减轻由燃油喷射量和燃油喷射定时的斜坡控制所导致的冲击。
在步骤s5，响应于EGR通道净化指令Sc，将EGR阀24的开度调节到EGR阀净化开度βg2(大开度)，从而增加EGR气体。所以，使EGR气体温度升高。此外，能容易地从构成EGR装置10的EGR通道43、EGR阀24、进气歧管8等上除去微粒。在这种情况下，在如图5(B)所示的斜坡控制下，将正常EGR比率切换到净化EGR比率。所以，在切换时间tc2期间，按各增量Δg/δt将正常EGR阀开度βg1增大到EGR阀净化开度βg2。这在减轻由正常EGR比率切换到净化EGR比率所导致的冲击方面是有效的。
在步骤s6，基于发动机速度Ne和加速踏板开度θa图map3h(图4(C-2))，计算进气节气门净化开度θs2。基于计算出的θs2闭合进气节气门41。这样因为减少了进气量而能够使排气温度升高。在图5(C)所示的斜坡控制下，将正常节气门开度θs1改变为节气门净化开度θs2。换而言之，在切换时间tc3期间，按各增量Δθs/δt将正常节气门开度θs1改变至节气门净化开度θs2。这在减轻由前述切换所导致的冲击方面是有效的。
在步骤s7，响应于EGR通道净化指令Sc，计算涡轮叶片开度γ，以获得作为按减量-dγ可校正的值。基于图4(D-2)所示的发动机速度Ne和加速踏板开度θa，由净化VG涡轮图map4h执行此计算。按-dγ对正常涡轮叶片开度γ1进行校正，从而得到净化涡轮叶片开度γ2。这使得增压涡轮20能减少排气，并且升高排气的温度。
特别地，在如图5(D)所示的斜坡控制下，在切换时间tc4期间，按各减量-dγ/δt将正常涡轮叶片开度γ1校正至净化涡轮叶片开度γ2(＝γ1-dγ)。这在减轻由切换所导致的冲击方面是有效的。
在步骤s8，检查是否已经经过了预定等待时间Tw(例如，20分钟)。当等待时间用完时，在斜坡控制下，将净化涡轮叶片开度γ2恢复(步骤s9中)到正常涡轮叶片开度γ1(步骤s7中)。此外，在斜坡控制下，将节气门净化开度θs2(步骤s6中)恢复到正常节气门开度θs1。此外，在斜坡控制下，将最大EGR阀开度βgmax(步骤s5中)恢复到正常EGR开度βg1。进一步地，在斜坡控制下，将净化燃油喷射定时Tn2(步骤s4中)和净化燃油喷射量Qn2(步骤s4中)分别恢复到正常燃油喷射定时Tn1和正常燃油喷射量Qn1。在步骤s10，清零∑Count。控制进程返回主程序。
响应于EGR通道净化指令Sc，执行步骤s4至s7中的控制进程。升高来自排气歧管的排气温度，使得涡轮入口附近的排气温度变得远高于正常发动机运转期间的排气歧管温度。例如，将大约400℃的排气温度升高到大约500℃至550℃。
当发动机1正运转在响应于EGR通道净化指令Sc时，EGR装置10的EGR通道43、EGR冷却装置44、EGR阀24、进气歧管8等保持打开到最大程度。将热EGR排气经由EGR入口42引入EGR装置，使得能从EGR通道中除去HC、烟黑等。这在维持EGR通道的最佳横截面面积、改善阀的顺畅运转、以及防止阀堵塞方面是有效的。
采用图1所示的发动机控制系统，为了大幅度提高在涡轮入口处的温度(500℃至550℃)，例如排气歧管的温度Tt，响应于EGR通道净化指令Sc，采取下列措施以保持最大EGR比率：按-Δt延时主燃油喷射mj(称之为“延时的主燃油喷射mjL”)，并且在延时的主燃油喷射mjL之前执行引燃燃油喷射pj；将正常燃油喷射量Qn1增加至净化燃油喷射量Qn2，其大小为Qn1的1.3至1.5倍；将EGR阀24的开度βg增大至EGR通道净化开度βg2(大开度)；保持EGR比率最大值；将正常进气节气门开度θs1减小至净化节气门开度θs2；以及，将正常涡轮叶片开度γ1减小至净化涡轮叶片开度γ2。所以，当发出EGR通道净化指令Sc时，在发动机1的ECU 7的控制下，能升高排放进入排气通道Ex中的排气温度。此外，将热排气再循环到EGR装置10，使得能可靠地净化EGR装置10。
此外，因为先于延时的主燃油喷射mjL执行引燃燃油喷射pj，使燃油可靠燃烧，并且可靠地加热排气以升高EGR气体的温度。加热的EGR气体能可靠地净化EGR装置10。
将正常涡轮叶片开度γ1减小至净化涡轮叶片开度γ2，以使涡轮入口变窄，其减少了排气量，并且升高了涡轮入口附近的排气温度。这在使用热EGR气体净化EGR装置10方面是有效的。
如图1所示，进气歧管8的附近与排气歧管15的排气涡轮12的上游侧(EGR入口42)经由EGR通道42相连接，而EGR阀24与EGR冷却装置43安装于EGR通道43。此外，如图1中用双点划线所示，包括第二EGR阀48的第二EGR通道49可以平行于EGR通道43布置。在这种情况下，当发出EGR通道净化指令Sc时，将EGR阀24和48完全打开，使EGR气体经由EGR通道43和第二EGR通道49再循环到进气通道I中。具有大比率的热排气能容易地净化EGR装置10。与只设置EGR通道43的情况相比，因为具有第二EGR阀48的第二EGR通道49平行于EGR通道43布置，EGR通道43可以具有相对小的横截面面积。所以，EGR阀24可以用适于控制小比率的EGR阀取代，使得能够精确地控制EGR气体的比率。
如上所述，当车辆的总里程或者发动机的总运转时间达到预定门限值时，发出EGR通道净化指令Sc，并且利用热EGR气体挣化EGR装置10。可选择地，本发明可以应用于适合于柴油微粒过滤装置32的微粒再燃烧单元。
当总里程或者发动机的总运转时间达到预定门限值时，发出柴油微粒过滤装置(DPF)再燃烧指令，并且，类似于图1的发动动机控制系统的运行，使排气温度升高。使用热排气(500℃至550℃)再燃烧柴油微粒过滤装置32上捕获的微粒。在这种情况下，只通过发动机1的ECU 7就可以升高排气温度。将加热的排气引入柴油微粒过滤装置上的微粒中，并且使微粒与柴油微粒过滤装置携带的氧化催化剂一起燃烧。
以上对应用于包括将排气从排气单元再循环到进气单元的排气再循环装置的柴油发动机的发动机控制系统进行了描述。可选择地，发动机控制系统可应用于包括取代增压装置的排气节气门的柴油发动机。

Claims (6)

1.一种发动机控制系统，包括：
EGR装置，连接排气通道和进气通道，并且包括EGR阀；
进气节气门，置于所述进气通道中；以及
发动机控制单元，其包括：发动机运转数据计算装置，累计车辆的里程或者发动机运转时间；燃油喷射控制装置，控制燃油喷射量和燃油喷射定时；EGR控制装置，控制所述EGR阀的开度；节气门控制装置，控制所述进气节气门的开度；以及，EGR通道净化控制装置，当由所述发动机运转数据计算装置计算出的所述总里程或者所述总运转时间达到预定门限值时，所述EGR通道净化控制装置延时所述燃油喷射定时，增大所述EGR阀的开度，并且减小所述进气节气门的开度。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当由所述发动机运转数据计算装置计算出的所述总里程或者所述总运转时间达到所述预定门限值时，所述燃油喷射控制装置不仅延时主燃油喷射定时，而且先于所述延时的主燃油喷射执行引燃燃油喷射。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的发动机控制系统，其中，当由所述发动机运转数据计算装置计算出的所述总里程或者所述总运转时间达到所述预定门限值时，所述EGR通道净化控制装置增大所述EGR阀的开度，减小为进行EGR而增大开度的所述进气节气门的开度，并且减小所述发动机的增压装置涡轮入口的开度面积。
4.一种发动机控制系统，包括：
第一EGR通道，连接发动机排气通道和进气通道，并且设有第一EGR冷却装置；
第二EGR通道，平行于所述第一EGR通道布置，并且设有第二EGR阀：
进气节气门，布置于所述进气通道中；以及
发动机控制单元，其包括：发动机运转数据计算装置，累计车辆的里程或者发动机运转时间；燃油喷射控制装置，控制燃油喷射量和燃油喷射定时；EGR阀控制装置，控制所述第一EGR阀和第二EGR阀的开度；节气门控制装置，控制所述进气节气门的开度；以及，EGR通道净化控制装置，当由所述发动机运转数据计算装置计算出的所述总里程或者所述总运转时间达到预定门限值时，所述EGR通道净化控制装置延时所述燃油喷射定时，增大所述第一EGR阀和所述第二EGR阀的开度，并且减小所述进气节气门的开度。
5.一种发动机控制方法，该发动机包括：EGR装置，连接排气通道和进气通道并且设有EGR阀；以及，发动机控制单元，包括累计车辆里程或者发动机运转时间的发动机运转数据计算装置，控制燃油喷射量和燃油喷射定时的燃油喷射控制装置，控制所述EGR阀开度的控制装置，控制进气节气门开度的节气门控制装置，所述方法包括：
计算车辆的里程或者所述发动机的运转时间；
确定总里程或者所述发动机的总运转时间是否大于等于预定门限值；以及
延时所述燃油喷射定时，增大所述EGR阀的开度，并且减小所述进气节气门的开度。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括减小安装在所述发动机中的增压装置涡轮入口的面积。
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