CN102486143B - 发动机的排放气体控制***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种发动机的排放气体控制方法，可以包括通过使用进入气缸的空气质量和供给进入发动机的目标空气质量来计算EGR气体的目标质量流量；通过使用所述EGR气体的目标质量流量和所述EGR气门的前/后条件来计算所述EGR气门的目标有效流动面积(EFA^d)；以及通过使用预定曲线拟合公式和所述目标有效流动面积(EFA^d)来计算所述EGR气门的气门开度比率。因此，计算出流动通过EGR管线的EGR气体的目标质量流量，以应用EGR气门的开度比率，从而准确、快速的控制EGR气体的流量。

Description

发动机的排放气体控制***及其控制方法

与相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月6日申请的韩国专利申请第10-2010-0123612号的优先权和权益，上述申请的全部内容结合于此用于这种引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种排放气体控制方法，该方法使得排放管线的排放气体再循环至进气管线，并且准确地控制EGR气体的流量。

背景技术

一般而言，在装备于车辆中的大多数柴油发动机中设置了排放气体再循环***，作为针对排放气体法规所采取的行动。

排放气体再循环***使得从发动机排放的一些排放气体返回到气缸的进气设备，以降低发动机的燃烧温度并减少其NOx。

布置了EGR气门和EGR冷却器，从而使得EGR气体冷却至预定温度，以供给至进气歧管。

应用了发动机旋转速度和燃料喷射量，EGR气门受到前馈控制方法的控制，从而控制了EGR气体的流量，MAF检测EGR气体的流量。

同时，由发动机的旋转速度和燃料喷射量确定的EGR气体的流量会由于若干因素而改变，从而不能反映EGR气体的真实流动，并且反馈控制在特别条件下会受到干扰。

公开于本背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供了一种发动机的排放气体控制方法，该方法具有的优点是，准确地控制从排放管线再循环至进气管线的排放气体的流量，减少燃料消耗，并改进排放气体的质量。

本发明的一方面涉及一种发动机的排放气体控制方法，该方法可以包括：通过使用进入气缸的空气质量和供给进入发动机的空气质量来计算EGR气体的目标质量流量(massflux)，通过使用EGR气体的目标质量流量和EGR气门的前/后条件来计算EGR气门的有效流动面积(EFA)，以及通过使用预定曲线拟合公式和所述有效流动面积(EFA)来计算所述EGR气门的气门开度比率。

所述EGR气体的目标质量流量可以通过以下公式来计算：

${\stackrel{\·}{m}}_{egr}^d={\stackrel{\·}{m}}_a-{\mathrm{MAF}}^d$

在这里，是所述EGR气体的目标质量流量，MAF^d是检测到的进气空气的质量流量，是进入气缸的空气的质量流量。

所述目标有效流动面积(EFA^d)通过以下公式来计算：

在这里，R_exh是排放气体的气体常数，T_exh是排放气体的温度，PR是所述EGR气门的前/后压力比，k是比热比(specificheatratio)，并且P_CR是孔流(orificeflow)(例如，压力)的临界压力比。

所述曲线拟合公式通过以下公式代表：

EGR_气门升程＝P₁+P₂·EFA^d+P₃·(EFA^d)²+P₄·(EFA^d)³

在这里，EGR气门升程表示EGR气门的目标气门开度，P₁、P₂、P₃和P₄是常数，EFA^d是目标有效流动面积。

是η_V是气缸的容积效率，ρ_int是进气空气的密度，V_d是气缸的冲程容积，N是发动机速度。

ρ_int是R是气体常数，T_int是进气空气的温度。

根据本发明的各个实施方案的发动机的排放气体控制方法计算流动通过EGR管线的EGR气体的目标质量流量，并且应用EGR气门开度比率准确、迅速地对EGR气体的流量进行控制。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明。

附图说明

图1是根据本发明的各个实施方案的发动机的示例性排放气体控制方法的示意图。

图2是显示了根据本发明的各个实施方案的发动机的示例性排放气体控制方法的流程图。

图3显示了根据本发明的各个实施方案的发动机的示例性排放气体控制方法中的控制因素。

图4是显示了根据本发明的各个实施方案的发动机的示例性排放气体控制方法的效果的曲线图。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。

图1是根据本发明的各个实施方案的发动机的排放气体控制方法的示意图。

参考图1，发动机的排放气体控制方法可以包括发动机100、排放管线120、催化剂110、进气管线160、EGR管线140、EGR气门130、EGR冷却器150和控制部分170。

此外，其可以包括压力差传感器、EGR流量检测部分和进气流量检测部分，压力差传感器检测EGR气门130的前后之间的压力差，EGR流量检测部分检测经过EGR管线140的EGR气体的真实流量，进气流量检测部分检测经过进气管线160的进气空气的真实流量。

由发动机100产生的排放气体通过排放管线120释放到外面，通过催化剂110减少其有害材料，并且排放气体的一部分通过EGR管线140被再循环至进气管线160。

控制部分170控制EGR气门130的开度，以精确控制流动通过EGR管线140的EGR气体。

参考图2和图3，将对用于控制EGR气门开度的方法进行具体描述。

图2是显示了根据本发明的各个实施方案的发动机的排放气体控制方法的流程图，图3显示了根据本发明的各个实施方案的发动机的排放气体控制方法中的控制因素。

参考图2的(1)，显示了进气歧管模式，控制部分170检测进气压力P_int、进气空气温度T_int、发动机速度RPM作为行驶条件，然后执行该进气歧管模式。在这里，目标MAF表示进气空气的目标流量。

参考图3的(1)，目标EGR质量流量表示流动通过EGR管线140的EGR气体的目标质量流量，是通过进气空气的目标质量流量MAF^d和气缸吸入的空气的质量流量来进行计算的。

更具体而言，EGR气体的目标质量流量通过以下公式来计算。

公式1 ${\stackrel{\·}{m}}_{egr}^d={\stackrel{\·}{m}}_a-{\mathrm{MAF}}^d$

在这里，是η_V是气缸的容积效率，ρ_int是进气空气的密度，V_d是气缸的冲程容积，N是发动机速度，ρ_int是R是气体常数，T_int是进气空气的温度。

参考图2的(2)，反向气门流动模式g^-1表示EGR的流量模式，控制部分170检测进气压力P_int、进气空气温度T_int以及发动机速度RPM作为行驶条件，并且执行EGR的流量模式。

参考图3的(2)，EGR质量模式是通过EGR气体的目标质量流量来计算的。

更具体而言，EGR流量模式用于获得EGR气门130的目标有效流动面积EFA^d，并且是通过以下公式计算的：

公式2

在这里，R_exh是排放气体的气体常数，T_exh是排放气体的温度，PR是EGR气门130的前后压力比，k是比热比，P_CR是孔流的临界压力比，并且排放气体温度和EGR气门130的前/后压力差是通过压力差传感器和温度传感器进行检测的。在本发明的各个实施例中将会省略压力差传感器和温度传感器的具体描述。

参考图2的(3)，使用了反向提升气门模式来获得EGR气门130的目标开度，其通过在图3的(2)中计算的目标EFA(有效流动面积)来计算。

更具体而言，EGR气门130的目标开度比率通过以下公式来计算：

公式3EGR_气门升程＝P₁+P₂·EFA^d+P₃·(EFA^d)²+P₄·(EFA^d)³

在这里，公式3是与根据实验数据绘制的曲线图拟合的曲线拟合公式，EGR气门升程表示EGR气门130的目标气门开度，P₁、P₂、P₃和P₄是常数，EFA^d表示目标有效流动面积。此外，曲线拟合公式可以根据气门的设计规格而变化。

在本发明的各个实施方案中，通过公式3计算的EGR气门130的目标气门开度设置为前馈控制的目标值，以控制EGR气门130的开度。在图2中，作为前馈控制的FF气门升程表示对气门的开度比率进行控制。

图4是显示了根据本发明的各个实施方案的发动机的排放气体控制方法的效果的曲线图。

参考图4，水平轴线表示时间，竖直轴线表示流动通过管线160的进气空气的质量流量(MAF)。

如图所示，在应用本发明的控制的情况下，稳定时间(settlingtime)从大约1.43秒改进至大约0.45秒。

换言之，在应用本发明的控制的情况下，EGR气门130迅速反应，从而迅速实现EGR气体的目标质量流量。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (10)

1.一种发动机的排放气体控制***，所述***包括：

EGR管线，所述EGR管线将排放管线的排放气体再循环至进气管线；

EGR气门，所述EGR气门布置在所述EGR管线上以对再循环的排放气体进行控制；以及

ECU，所述ECU配置为根据行驶条件对所述EGR气门进行控制，其中所述ECU执行：

通过使用进入气缸的空气质量和供给进入发动机的空气质量来计算EGR气体的目标质量流量；

通过使用所述EGR气体的目标质量流量和所述EGR气门的前/后条件来计算所述EGR气门的目标有效流动面积（EFA^d），所述目标有效流动面积（EFA^d）通过以下公式来计算：

${\mathrm{EFA}}^d={\stackrel{\·}{m}}_{egr}^d\frac{\sqrt{R_{exh}{T}_{exh}}}{P_{exh}}\·\frac{1}{{\mathrm{PR}}^{\frac{1}{k}}\sqrt{\left\{\frac{2k}{k-1}\left(1-{\mathrm{PR}}^{\frac{k-1}{k}}\right)\right\}}},$ (若PR>P_CR)

在这里，R_exh是所述排放气体的气体常数，T_exh是所述排放气体的温度，PR是所述EGR气门的前/后压力比，k是比热比，并且P_CR是预定阈值；以及

通过使用预定曲线拟合公式和目标有效流动面积（EFA^d）来计算所述EGR气门的气门开度比率。

2.根据权利要求1所述的发动机的排放气体控制***，其中所述EGR气体的目标质量流量通过以下公式来计算：

${\stackrel{\·}{m}}_{egr}^d={\stackrel{\·}{m}}_a-{\mathrm{MAF}}^d$

其中，是所述EGR气体的目标质量流量，MAF^d是检测到的进气空气的目标质量流量，是进入所述气缸的空气的质量流量。

3.根据权利要求1所述的发动机的排放气体控制***，其中所述曲线拟合公式如下：

EGR气门升程=P₁+P₂·EFA^d+P₃·(EFA^d)²+P₄·(EFA^d)³

其中，EGR气门升程表示所述EGR气门的目标气门开度，P₁、P₂、P₃和P₄是常数，EFA^d是目标有效流动面积。

4.根据权利要求2所述的发动机的排放气体控制***，其中是η_V是气缸的容积效率，ρ_int是进气空气的密度，V_d是气缸的冲程容积，N是发动机速度。

5.根据权利要求4所述的发动机的排放气体控制***，其中ρ_int是R是气体常数，T_int是进气空气的温度。

6.一种发动机的排放气体控制方法，包括：

通过使用进入气缸的空气质量和供给进入所述发动机的空气质量来计算EGR气体的目标质量流量；

通过使用所述EGR气体的目标质量流量和所述EGR气门的前/后条件来计算所述EGR气门的目标有效流动面积（EFA^d），所述目标有效流动面积（EFA^d）通过以下公式来计算：

${\mathrm{EFA}}^d={\stackrel{\·}{m}}_{egr}^d\frac{\sqrt{R_{exh}{T}_{exh}}}{P_{exh}}\·\frac{1}{{\mathrm{PR}}^{\frac{1}{k}}\sqrt{\left\{\frac{2k}{k-1}\left(1-{\mathrm{PR}}^{\frac{k-1}{k}}\right)\right\}}},$ (若PR>P_CR)

其中，R_exh是所述排放气体的气体常数，T_exh是所述排放气体的温度，PR是所述EGR气门的前/后压力比，k是比热比，并且P_CR是预定阈值；以及

通过使用预定曲线拟合公式和所述目标有效流动面积（EFA^d）来计算所述EGR气门的气门开度比率。

7.根据权利要求6所述的发动机的排放气体控制方法，其中所述EGR气体的目标质量流量通过以下公式来计算：

${\stackrel{\·}{m}}_{egr}^d={\stackrel{\·}{m}}_a-{\mathrm{MAF}}^d$

其中，是所述EGR气体的目标质量流量，MAF^d是检测到的进气空气的目标质量流量，是进入所述气缸的空气的质量流量。

8.根据权利要求6所述的发动机的排放气体控制方法，其中所述曲线拟合公式是：

EGR气门升程=P₁+P₂·EFA^d+P₃·(EFA^d)²+P₄·(EFA^d)³

其中，EGR气门升程表示所述EGR气门的目标气门开度，P₁、P₂、P₃和P₄是常数，EFA^d是目标有效流动面积。

9.根据权利要求7所述的发动机的排放气体控制方法，其中是η_V是气缸的容积效率，ρ_int是进气空气的密度，V_d是气缸的冲程容积，N是发动机速度。

10.根据权利要求9所述的发动机的排放气体控制方法，其中ρ_int是R是气体常数，T_int是进气空气的温度。