[发明专利]一种内燃机瞬态工况的EGR控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于内燃机瞬态工况排放控制领域，具体涉及一种以烟度排放作为限值，利用EGR阀开度反馈控制的瞬态排放控制系统及方法。

背景技术

由于内燃机具有动力性强、经济性好及可靠性高等优点而备受重视，且在车用发动机市场，其份额越来越大，但车用内燃机大部分时间都处于瞬态工况，尤其是在城市道路时，发动机的负载和转速变化更加频繁。增压内燃机工作于瞬态工况，其燃烧与排放性能会出现有别于稳态工况的畸变，且随着车用内燃机排放法规的日益严苛，有效降低内燃机瞬态工况下的排放是内燃机研究开发的当务之急。

机内净化氮氧化物(NOx)与机外净化微粒的有效结合是目前比较主流的柴油机排放控制技术路线。废气再循环(EGR)作为增压柴油机降低NOx排放的机内净化手段，但会造成碳烟排放恶化，利用微粒捕集器(DPF)可以在机外降低微粒排放，但也不具备100%的净化效果。所以，机内利用EGR降低NOx排放，必须以碳烟排放不超过一定限值为前提，才能够使机外后处理设备发挥更好的净化效果，满足排放指标中NOx和碳烟的双重要求。

而目前在增压柴油机瞬态工况排放控制方法中，为了使发动机的碳烟排放不超标，采取了在瞬变过程起始即关闭EGR阀，在瞬变结束时刻再打开EGR阀的方式。虽然这种方式可以有效地降低瞬态工况的烟度排放，但同时也造成了NOx排放的恶化，达不到烟度与NOx综合优化的目的。

发明内容

本发明的目的在于解决现有瞬态工况排放控制技术的不足，提出一种内燃机瞬态工况的EGR控制系统及其控制方法，以烟度排放为限值，基于EGR阀开度反馈控制的瞬态排放控制方法，其主要思想包括:首先根据开发的需要确定烟度控制的上极限值和烟度上下限控制区域(烟度上极限值>烟度控制区域上限值>烟度控制区域下限值)以及高低瞬变率的界限；在瞬变起始阶段，由于烟度值较低，采用较大的EGR率，对应于较大的EGR阀档位；随着瞬变过程的发展，烟度开始上升，当达到烟度限值时，随之减小EGR阀档位，烟度随之降低，直至EGR阀完全关闭；在瞬变过程后半段，烟度开始从峰值回落且低于控制限值，此时，可以逐级加大EGR阀档位，以达到优化NOx排放的目的。从而改善柴油机瞬态工况中NOx和烟度排放的折衷关系。

基于上述思想，构建出内燃机瞬态工况的EGR控制系统：

该系统由内燃机、连接在内燃机上的进气总管和排放总管、设置在内燃机上的高响应转速传感器和高响应扭矩传感器、进气中冷器、电控单元ECU、EGR中冷器、EGR过滤器、高响应电控EGR阀、空气滤清器、进气三通管、压气机、涡轮机、EGR三通管组成，

所述的EGR三通管的进口与排放总管连接、两个出口分别与涡轮机和EGR中冷器的进口连接，所述的EGR过滤器的进口与出口分别与EGR中冷器的出口和高响应电控EGR阀的进口连接，所述的进气三通管的两个进口分别与空滤器的出口和高响应电控EGR阀的出口连接、其出口与压气机的进口连接，所述的进气中冷器的进口通过管路与压气机的出口连接,其出口和进气总管的进口连接，所述的电控单元ECU分别与内燃机、高响应转速传感器、高响应扭矩传感器以及高响应电控EGR阀电连接。

基于上述内燃机瞬态工况的EGR控制系统，其控制方法通过下列步骤实现：

1）首先根据烟度控制目标的实际需求以及试验标定值，在电控单元（ECU）6中设置烟度上极限值、烟度控制区域上限值和烟度控制区域下限值以及高低瞬变率的界限；

2）电控单元（ECU）6、采集柴油机的转速、转矩及EGR阀开度信号，并计算柴油机瞬态工况的瞬变率，瞬变率的计算公式见（1）和（2）；

3）电控单元（ECU）6检测到发动机是否处于瞬态工况，若是则进行以下步骤；

4）电控单元（ECU）6中将EGR阀开度转换为对应EGR阀档位控制命令，EGR阀的开度越大，其档位越大，对应的EGR率也越大。

5）电控单元（ECU）6根据转速、转矩、瞬变率与EGR阀档位，计算出快速烟度值，快速烟度值的预估，见附图4。

6）电控单元（ECU）6根据转速、转矩、瞬变率与EGR阀加1档后的档位，预估EGR阀加档后的烟度值。

7）电控单元（ECU）6根据转速、转矩、瞬变率与EGR阀减1档后的档位，预估EGR阀减档后的烟度值。

8）判断内燃机运行工况是否处于高瞬变率，（如果不是高瞬变率，转11)。