CN107620641B - 机动车发动机用ecu - Google Patents

Abstract

本发明的机动车发动机用ECU，其特征在于，转速监测单元，用于监测发动机转速值；进气通道压力监测单元，用于监测进气通道节气阀门后的压力值；存储单元，存储有在能够启用EGR的状态下的发动机转速、进气通道压力与相应的进气阀门和/或排气阀门的开闭角的对应关系；进气阀门正时控制控制单元和/或排气阀门正时控制控制单元，控制进气阀门和/或排气阀门按照存储单元所存储的指定时间打开或关闭。根据本发明，能够实现NOx的减排，并提高燃油经济性。

Description

机动车发动机用ECU

技术领域

本发明涉及一种机动车发动机用ECU，特别是涉及能够实现EGR控制的机动车发动机用ECU。

背景技术

当前环境污染问题越来越得到人们重视的背景下，汽车生产厂商将会采取各种技术手段来实现排放的降低。其中，对NOx(氮氧化物)排放的控制是非常重要的一项技术目标。

在现有的发动机控制技术中，通常采用启用EGR(Exhaust Gas Recirculation,废气再循环)的方式来实现NOx的减排。当发动机处于一定的负荷条件下时，ECU会控制发动机开启EGR。EGR的工作原理是通过废气的高热容来降低燃烧后的气体温度，从而减少NOx的排放。此外，由于燃烧后气体温度较低，发动机的热损失也会相应地下降。然而过高的EGR量会造成燃烧不稳定，过低的EGR量则不能充分发挥降低排放的效果，因而对于EGR量的控制是非常重要的。

EGR可以根据不同的实现方式分成外部EGR和内部EGR两类。外部EGR是利用外部装置将排气通道内的部分气体抽入到进气通道内。由于采用了EGR阀，ECU可以准确地控制EGR的流量，从而控制缸内的EGR率。但是，由于需要额外安装外部装置，这一方法较为昂贵，所需结构也较为复杂。内部EGR则是通过在排气冲程中提前关闭排气阀门，将部分废气截流在缸内；或者是在进气冲程中，再次开启排气阀门，将部分废气吸入缸内。这一方法不需要额外的装置来实现，但是无法定量地控制EGR的流量，不能充分利用EGR来达到降低排放的作用。

在专利CN204851353U中，一种双峰进气凸轮轴被应用于EGR的实现。在进气凸轮轴上，设置有进气凸轮和EGR凸轮，进气凸轮用于发动机的进气，EGR凸轮用于实现内部废气循环。当汽缸处于排气冲程时，EGR凸轮打开进气阀门，使得废气进入进气通道，从而实现内部EGR。但是，这一方法从本质上来说仍然没有解决定量控制EGR的问题，而其增加了额外的机械结构，影响了机械效率。

现有的内部EGR实现方法主要是通过排气冲程提前关闭排气阀门，或进气冲程延迟关闭排气阀门的方法实现的，且提前角或延迟角对于所有可以应用EGR的工况都是固定的。这不利于充分挖掘EGR对于减少NOx排放的潜力，无法满足日趋严格的排放法规的要求，因而我们需要采取其他方法来完成对内部EGR的较为准确的控制，从而实现更低的NOx排放。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其课题在于提供一种机动车发动机用ECU，其特征在于，具备：转速监测单元，用于监测发动机转速值；进气通道压力监测单元，用于监测进气通道节气阀门后的压力值；存储单元，存储有在能够启用EGR的状态下的发动机转速、进气通道压力与相应的进气阀门和/或排气阀门的开闭角的对应关系；进气阀门正时控制控制单元和/或排气阀门正时控制控制单元，控制进气阀门和/或排气阀门按照所述存储单元所存储的指定时间打开或关闭。

根据本发明的机动车发动机用ECU，通过在标定阶段确定各个可启用EGR工况下的进气阀门和/或排气阀门的开闭角，从而能够有效利用EGR的效果，实现NOx的减排，并提高燃油经济性。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，氧气含量监测单元，用于监测废气中的氧气含量；节气阀开度控制单元，根据所述氧气含量监测单元的监测结果，控制节气阀调整开度；在废气中的氧气含量未达到规定范围时，调整所述节气阀的开度直至所述废气中的氧气含量达到规定范围。由此，能够确保废气的安全排出。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，所述存储单元存储在能够启用EGR的状态下的发动机的不同的工况下，平均指示有效压力的变化系数(COV)达到或接近极限值时的发动机转速、进气通道压力与相应的进气阀门和/或排气阀门的开闭角的对应关系。由此，通过以COV为目标值来确定各个工况下的进气阀门和/或排气阀门的开闭角，从而在有效利用EGR的效果，实现NOx的减排，并提高燃油经济性的同时，也可以确保发动机的燃烧稳定性。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，所述进气阀门正时控制单元，在所述转速监测单元和所述进气通道压力监测单元的监测值在所述存储单元的存储数据范围之内时，驱动进气阀门按照所述存储单元中所记录的许用最早进气阀门开启角打开，并且所述排气阀门正时控制单元使排气阀门按照常规设定开闭。通过仅控制进气阀门开启角就能够实现EGR模式中的优化控制，从而使ECU的控制简单化。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，在每个工况下的许用最早进气阀门开启角对应于该工况下EGR量为许用EGR极大值时的进气阀门开启角。由此，能够在确保发动机稳定性的情况下，尽可能地利用EGR来实现NOx的减排。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，所述排气阀门正时控制单元，在所述转速监测单元和所述进气通道压力监测单元的监测值在所述存储单元的存储数据范围之内时，驱动排气阀门按照所述存储单元中所记录的许用最晚排气阀门关闭角打开并且，进气阀门正时控制单元按照常规设定开闭。由此，通过仅控制排气阀门关闭角就能够实现EGR模式中的优化控制，从而使ECU的控制简单化。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，在每个工况下的许用最晚排气阀门关闭角对应于该工况下EGR量为许用EGR极大值时的排气阀门关闭角。由此，能够在确保发动机稳定性的情况下，尽可能地利用EGR来实现NOx的减排。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，进气阀门正时控制控制单元和排气阀门正时控制控制单元，在所述转速监测单元和所述进气通道压力监测单元的监测值在所述存储单元的存储数据范围之内时，驱动进气阀门和排气阀门分别按照所述存储单元中所记录的许用最早进气阀门开启角和最晚排气阀门开启角的组合打开。由此，能够更准确地实现EGR模式中的优化控制。

另外，本发明的机动车发动机用ECU，优选地，在每个工况下的许用最早进气阀门开启角和最晚排气阀门关闭角对应于该工况下EGR量为许用EGR极大值时的进气阀门开启角和排气阀门关闭角的组合。由此，能够在确保发动机稳定性的情况下，尽可能地利用EGR来实现NOx的减排。

发明的效果

根据本发明的机动车发动机用ECU，能够在确保发动机稳定性的情况下，实现NOx的减排，并提高燃油经济性。

附图说明

图1是本发明的ECU适用的发动机结构示意图。

图2是本发明第1实施方式标定阶段的逻辑流程图。

图3是本发明第1实施方式的控制逻辑流程图。

图4是本发明实现的排气冲程废气流动示意图。

图5是本发明第1实施方式不同工况进气阀门的升程变化图。

图6是本发明第2实施方式标定阶段的逻辑流程图。

图7是本发明第2实施方式的控制逻辑流程图。

图8是本发明第2实施方式不同工况排气阀门升程变化图。

图9是本发明第3实施方式标定阶段的逻辑流程图。

图10是本发明第3实施方式的控制逻辑流程图。

图11是本发明第3实施方式不同工况排气阀门升程变化图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行更详细的说明。

以下参照附图详细说明本发明所涉及的机动车发动机用ECU的优选的实施方式。此外，在附图的说明中，给同一或者相当部分附以同一符号，省略重复的说明。

<第1实施方式>

图1是本发明第1实施方式所适用的一种发动机及其ECU的结构示意图。具体地，如图1所示，发动机由发动机主体以及与其相连的进气管路和排气管路构成。在进气管路中配置有空气流量计1，在空气流量计1中内置有气体温度传感器。在空气流量计1的下游配置有压力传感器2。在压力传感器2的下游配置有压气机3。在压气机3的下游配置有控制进入气缸内空气量的节气阀4。节气阀4是其阀开度可以独立于油门踏板的开度单独控制的电子式节气阀。节气阀4的下游配置有气体压力传感器5，此后与进气歧管相连接。在发动机主体中，在气缸的内部配置有喷油器6。在气缸的顶部配置有可将燃油和空气的混合气点燃的火花塞7，以及控制进气、排气阀门开关的正时机构8。在经由连杆而与气缸的活塞相连接的曲轴上配置有转速传感器9，基于转速传感器9的信号而可以得到发动机的转速。在发动机气缸内配置有气体压力传感器10。在排气管路中配置有涡轮机11。涡轮机11与压气机3同轴相连，将部分尾气内能转化为机械功来压缩空气。在涡轮机11下游配置有氧传感器12，根据氧传感器12的检测结果来调节喷油量使其达到目标空燃比。在氧传感器12的下游配置有催化转化装置13，可以净化尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物。所有的监测机构和执行机构都与ECU 14相连。

本发明的的第1实施方式，是通过不同工况下进气阀门开启时间的调整，以实现内部EGR。在气缸处于排气冲程后期的时候，控制进气阀门提前打开，将部分废气引入进气通道，然后在进气冲程将这一部分废气重新吸入缸内，实现内部EGR。这一实现方式需要采用进气阀门正时控制单元，对应的阀门开启时间为ECU 14记录的进气阀门最早开启角。

在标定阶段，对于所有的可以采用EGR的工况点进行最早进气阀门开启角的标定，并记录至ECU 14。图2是这一种实现方式标定阶段的逻辑流程图。首先，当工况发生变化(201)，记录转速传感器9所监测到的发动机转速值，以及气体压力传感器5所监测到的进气通道压力(202)；其次，若发动机处于EGR可以启用的工况下(203)，调整进气阀门的开启角，根据气体压力传感器10返回的压力值计算平均指示有效压力的变化系数(COV)(204)；当COV达到极限值时，即发动机燃烧稳定性处于临界状态时(205)，记录对应的进气阀门开启角，即最早进气阀门开启角(206)；最后，将进气阀门开启角与发动机转速值和进气通道压力的对应关系记录至ECU 14，从而结束该工况的标定(207)。此处，需要说明的是，上述最优选的方案中，最早进气阀门开启角对应于COV达到极限值的情况，但是，也可以将最早进气阀门开启角设定为对应于COV接近极限值的情况，从而保证发动机燃烧稳定性，这样的设定可以得到与最优方案基本相同的效果。此处，考虑到发动机个体之间的差异，在实际运行过程中，可根据发动机的运行情况将COV极限值的标准设定为标定极限值的95％，或更进一步减少为90％，甚至于80％。

图3是第1实施方式的控制逻辑流程图。本控制流程从发动机启动时开始生效，直至发动机熄火时终止。在本发明的ECU的控制中，当监测到油门踏板15的状态变化(301，302)时，ECU 14将根据转速传感器9所监测到的发动机转速值和气体压力传感器5所监测到的进气通道压力判断是否可以使用EGR(303，304)。若可以使用EGR，则ECU 14将根据标定结果选择对应的最早进气阀门开启角(305)，控制进气阀门按时打开。此后，ECU 14还需要监控氧传感器12的信号(306)，若废气中的氧气含量未达到要求，则ECU 14将控制节气阀开度控制机构调整节气阀4的开度(307)，直至氧传感器12所监测到的废气中氧气含量达到要求。在发动机熄火后，该控制终止(308)。

图4是本发明实现的排气冲程废气流动示意图。在排气冲程中，废气主要通过排气阀门流入排气通道。若调整进气阀门的开启时间，使进气阀门在排气冲程打开，则部分废气可以流入进气通道，实现内部EGR。

图5是这一种实现方式进气、排气阀门的升程变化图。对于不同的工况，许用最大EGR值是不同的，因而需要对每一个工况都标定其相应的许用最大EGR值。通过提前进气阀门的开启时间，可以将缸内的废气排出至进气阀门，并在之后的进气冲程中全部进入缸内；而排出的废气量，和进气阀门提前开启的时间长度正相关，因而对于不同的工况会有相应不同的最早进气阀门开启角(如图中虚线和点划线所示)。而这一过程中，排气阀门的关闭角保持不变。

根据本发明的第1实施方式，通过预先规定EGR状态下的各个工况的最早进气阀门开启角，从而能够在各个EGR状态下实现最大COV化。这样，不需要对现有的发动机结构进行改进，只要修改不同EGR状态下的进气阀门开启角，就能够实现EGR的最优化，从而减少NOx，实现燃油经济性。

<第2实施方式>

本发明的第2实施方式，与第1实施方式的区别在于，并不改变进气阀门的开启时间，而是通过不同工况下排气阀门的关闭时间的调整，以实现内部EGR。而且，第2实施方式也可以运用于在进气通道进行燃油喷射的机动车发动机中。调整排气阀门关闭时间的方法是当前较为常见的实现内部EGR的方法，通过在进气冲程早期控制排气阀门延迟关闭，将部分废气从排气通道重新吸入缸内，实现内部EGR；但这一方式同样不能实现EGR量的精准控制。但通过使用本发明所阐述的方法，采用如下所述的方法来进行标定，也可实现对不同工况下EGR效果的最大化的利用。所不同的是，这一实现方式要求采用排气阀门正时控制单元，对应的阀门关闭时间为ECU 14记录的排气阀门最晚关闭角。

在标定阶段，对于所有的可以采用EGR的工况点进行最晚排气阀门关闭角的标定，并记录至ECU 14。图6是第2实施方式标定阶段的逻辑流程图。首先，当工况发生变化(601)，记录转速传感器9所监测到的发动机转速值，以及气体压力传感器5所监测到的进气通道压力(602)；其次，若发动机处于EGR可以启用的工况下(603)，调整排气阀门的关闭角，根据气体压力传感器10返回的压力值计算平均指示有效压力的变化系数(COV)(604)；当COV达到极限值时，即发动机燃烧稳定性处于临界状态时(605)，记录对应的排气阀门关闭角，即最晚排气阀门关闭角(606)；最后，将排气阀门关闭角与发动机转速值和进气通道压力的对应关系记录至ECU 14，从而结束该工况的标定(607)。此处，需要说明的是，上述最优选的方案中，最晚排气阀门关闭角对应于COV达到极限值的情况，但是，也可以将最晚排气阀门关闭角设定为对应于COV接近极限值的情况，从而保证发动机燃烧稳定性，这样的设定可以得到与最优方案基本相同的效果。此处，考虑到发动机个体之间的差异，在实际运行过程中，可根据发动机的运行情况将COV极限值的标准设定为标定极限值的95％，或更进一步减少为90％，甚至于80％。

图7是第2实施方式的控制逻辑流程图。本控制流程从发动机启动时开始生效，直至发动机熄火时终止。在本发明的ECU的控制中，当监测到油门踏板15的状态变化时(701，702)，ECU 14将根据转速传感器9所监测到的发动机转速值和气体压力传感器5所监测到的进气通道压力判断是否可以使用EGR(703，704)。若可以使用EGR，则ECU 14将根据标定结果选择对应的最晚排气阀门关闭角(705)，控制排气阀门按时关闭。此后，ECU 14还需要监控氧传感器12的信号(706)，若废气中的氧气含量未达到要求，则ECU 14将控制节气阀开度控制机构调整节气阀4的开度(707)，直至氧传感器12所监测到的废气中氧气含量达到要求。在发动机熄火后，该控制终止(708)。

图8是第2实施方式的进气、排气阀门的升程变化图。通过延迟排气阀门的开启时间，可以将排气道中的废气吸回缸内；而吸入的废气量，和排气阀门延迟关闭的时间长度正相关，因而对于不同的工况会有相应的不同的最晚排气阀门关闭角(如图中虚线和点划线所示)。而这一过程中，进气阀门的开启角保持不变。

根据本发明的第2实施方式，通过预先规定EGR状态下的各个工况的最晚排气阀门关闭角，从而能够在各个EGR状态下实现最大COV化。这样，不需要对现有的发动机结构进行改进，只要修改不同EGR状态下的排气阀门关闭角，就能够实现EGR的最优化，从而减少NOx，实现燃油经济性。

<第3实施方式>

本发明的第3实施方式，与第1和第2实施方式不同，是通过不同工况进气、排气阀门的开闭时间的同时调整，以实现内部EGR。在气缸处于排气冲程后期的时候，控制进气阀门提前打开，将部分废气引入进气通道，然后在进气冲程将这一部分废气重新吸入缸内；同时在进气冲程早期，控制排气阀门延迟关闭，将部分废气从排气通道重新吸入缸内，实现内部EGR。这一实现方式需要同时采用进气、排气阀门正时控制单元，对应的阀门开启时间不同于以上所述两种实现方式的对应值，需要通过标定来确定。

在标定阶段，对于所有的可以采用EGR的工况点进行最早进气阀门开启角和最晚排气阀门关闭角组合的标定，并记录至ECU 14。图9是这一种方法标定阶段的逻辑流程图。首先，当工况发生变化(901)，记录转速传感器9所监测到的发动机转速值，以及气体压力传感器5所监测到的进气通道压力(902)；其次，若发动机处于EGR可以启用的工况下(903)，调整进气阀门的开启角和排气阀门的关闭角，根据气体压力传感器10返回的压力值计算平均指示有效压力的变化系数(COV)(904)；当COV达到极限值时，即发动机燃烧稳定性处于临界状态时(905)，记录对应的进气阀门开启角和排气阀门关闭角(906)，即最早进气阀门开启角和最晚排气阀门关闭角的组合；最后，将进气阀门开启角和排气阀门关闭角与发动机转速值和进气通道压力的对应关系记录至ECU 14，从而结束该工况的标定(907)。此处，需要说明的是，上述最优选的方案中，最早进气阀门开启角和最晚排气阀门关闭角对应于COV达到极限值的情况，但是，也可以将最早进气阀门开启角和最晚排气阀门关闭角设定为对应于COV接近极限值的情况，从而保证发动机燃烧稳定性，这样的设定可以得到与最优方案基本相同的效果。此处，考虑到发动机个体之间的差异，在实际运行过程中，可根据发动机的运行情况将COV极限值的标准设定为标定极限值的95％，或更进一步减少为90％，甚至于80％。

图10是第3实施方式的控制逻辑流程图。本控制流程从发动机启动时开始生效，直至发动机熄火时终止。在本发明的ECU的控制中，当监测到油门踏板15的状态变化(1001，1002)时，ECU 14将根据转速传感器9所监测到的发动机转速值和气体压力传感器5所监测到的进气通道压力判断是否可以使用EGR(1003，1004)。若可以使用EGR，则ECU 14将根据标定结果选择对应的最早进气阀门开启角和最晚排气阀门关闭角组合(1005)，控制进气阀门按时打开和排气阀门按时关闭。此后，ECU 14还需要监控氧传感器12的信号(1006)，若废气中的氧气含量未达到要求，则ECU 14将控制节气阀开度控制机构调整节气阀4的开度(1007)，直至氧传感器12所监测到的废气中氧气含量达到要求。在发动机熄火后，该控制终止(1008)。

图11是第3实施方式进气、排气阀门的升程变化图。通过提前进气阀门的开启时间，可以将缸内的废气排出至进气阀门，并在之后的进气冲程中全部进入缸内；而排出的废气量，和进气阀门提前开启的时间长度正相关。通过延迟排气阀门的关闭时间，可以将排气道中的废气吸回缸内；而吸入的废气量，和排气阀门延迟关闭的时间长度正相关(如图中虚线和点划线所示)。因而对于不同的工况会有相应不同的最早进气阀门开启角和最晚排气阀门关闭角的组合。

根据本发明的第3实施方式，通过将上述第1实施方式和第2实施方式结合，就能够更好地实现EGR的最优化，从而减少NOx，实现燃油经济性。

本发明的ECU并不限定于以上所述实施方式，其它各种各样的变形都是可能的。虽然以上结合附图和实施例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种机动车用发动机的ECU，其特征在于，

具备：

转速监测单元，用于监测发动机转速值；

进气通道压力监测单元，用于监测进气通道节气阀门后的压力值；

存储单元，存储有在能够启用EGR的状态下的发动机转速、进气通道压力与相应的进气阀门和/或排气阀门的开闭角的对应关系；

进气阀门正时控制控制单元和/或排气阀门正时控制控制单元，控制进气阀门和/或排气阀门按照所述存储单元所存储的指定时间打开或关闭，所述发动机仅通过所述进气阀门和/或所述排气阀门启用所述EGR；

氧气含量监测单元，用于监测废气中的氧气含量；

节气阀开度控制单元，根据所述氧气含量监测单元的监测结果，控制节气阀调整开度，其中，

所述进气阀门和/或排气阀门按照所述存储单元所存储的指定时间打开或关闭后，在通过所述氧气含量检测单元所检测的废气中的氧气含量未达到规定范围时，调整所述节气阀的开度直至所述废气中的氧气含量达到规定范围。

2.如权利要求1所述的ECU，其特征在于，

所述存储单元存储在能够启用EGR的状态下的发动机的不同的工况下，平均指示有效压力的变化系数(COV)达到或接近极限值时的发动机转速、进气通道压力与相应的进气阀门和/或排气阀门的开闭角的对应关系。

3.如权利要求1或2所述的ECU，其特征在于，

所述进气阀门正时控制单元，在所述转速监测单元和所述进气通道压力监测单元的监测值在所述存储单元的存储数据范围之内时，驱动进气阀门按照所述存储单元中所记录的许用最早进气阀门开启角打开，并且所述排气阀门正时控制单元使排气阀门按照常规设定开闭。

4.如权利要求3所述的ECU，其特征在于，

在每个工况下的许用最早进气阀门开启角对应于该工况下EGR量为许用EGR极大值时的进气阀门开启角。

5.如权利要求1或2所述的ECU，其特征在于，

所述排气阀门正时控制单元，在所述转速监测单元和所述进气通道压力监测单元的监测值在所述存储单元的存储数据范围之内时，驱动排气阀门按照所述存储单元中所记录的许用最晚排气阀门关闭角打开并且，进气阀门正时控制单元按照常规设定开闭。

6.如权利要求5所述的ECU，其特征在于，

在每个工况下的许用最晚排气阀门关闭角对应于该工况下EGR量为许用EGR极大值时的排气阀门关闭角。

7.如权利要求1或2所述的ECU，其特征在于，

进气阀门正时控制控制单元和排气阀门正时控制控制单元，在所述转速监测单元和所述进气通道压力监测单元的监测值在所述存储单元的存储数据范围之内时，驱动进气阀门和排气阀门分别按照所述存储单元中所记录的许用最早进气阀门开启角和最晚排气阀门开启角的组合打开。

8.如权利要求7所述的ECU，其特征在于，

在每个工况下的许用最早进气阀门开启角和最晚排气阀门关闭角对应于该工况下EGR量为许用EGR极大值时的进气阀门开启角和排气阀门关闭角的组合。

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