天然气发动机蝶阀式EGR控制方法

摘要

本发明公开了一种天然气发动机蝶阀式EGR控制方法，本方法以EGR阀需求开度作反馈信号进行内层小闭环控制，以EGR率需求值作反馈信号进行外层大闭环控制，从而精确控制通过EGR阀的废气流量。本发明通过EGR率的准确闭环和EGR阀开度闭环的控制响应，可在实际标定或者运行中，对废气流量的控制特别是瞬态的控制都可达到相对精确，进而保证更加充分的燃烧和高规格的排放指标。

权利要求

1.天然气发动机蝶阀式EGR控制方法，其特征在于：以EGR阀需求开度作反馈信号进行内层小闭环控制，以EGR率需求值作反馈信号进行外层大闭环控制，从而精确控制通过EGR阀的废气流量；

具体步骤如下：

步骤一、计算EGR率需求值和EGR阀需求开度

以脚踏板开度为源头得到发动机扭矩需求，根据发动机扭矩需求得到扭矩对应的总充气量需求值，然后计算出EGR率需求值，继而得到EGR阀废气流量需求值，进一步得到EGR阀需求开度；

步骤二、EGR闭环控制

根据节流阀的流体特性，在EGR闭环控制方面分成节流区控制和非节流区控制：(a)节流区控制

根据EGR阀前后压比计算EGR阀废气实际流量值、EGR率实际值和EGR阀实际开度，此时EGR阀实际开度也是EGR阀需求开度；根据节气门控制调节和EGR率的自学习功能来修正计算的EGR率实际值；即此处控制为EGR率闭环控制、EGR阀开度开环控制；

(b)非节流区控制

根据总充气量计算节气门处空气流量，减去发动机进入的纯空气流量，得到EGR阀废气实际流量值，进而计算得到EGR率实际值和EGR阀实际开度，此时EGR阀实际开度控制由PI调节，形成EGR阀开度闭环控制；EGR率实际值由EGR率的自学习功能修正来实现；即此处控制为EGR率闭环控制、EGR阀开度闭环控制。

说明书

天然气发动机蝶阀式EGR控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种天然气发动机蝶阀式EGR控制方法。

背景技术

[0002] 随着城市环境污染越来越严重，政府对发动机的排放要求越来越高，欧六排放限值已确定，欧六的推广不可避免。天然气发动机欧六系统可采用稀燃和当量燃烧，但是稀燃成本高，耐久性弱，缺点明显；而当量燃烧热负荷较大，为了降低NOx排放，发动机将引进废气再循环技术，即EGR技术。

[0003] 目前使用的EGR阀为蝶阀式节流阀，对于车用发动机来说，一般情况下，脚踏板是最重要的需求来源，因此计算EGR开度或者EGR率的源头均是脚踏板开度，然后进行一系列计算设定。运行时根据踏板需求控制EGR阀开度，实行EGR阀开度闭环，根据氧传感器反馈修正EGR率。其控制流程参考图1，以脚踏板开度为源头计算节气门开度，根据发动机不同的转速和节气门开度，计算出节气门前后压力，根据节气门后压力，计算出所需要的EGR率继而得到EGR阀需求开度，根据EGR闭环PID调节得到实际的EGR阀开度。从控制流程看，并没有实行EGR率闭环，仅靠EGR阀开度闭环，随着工作环境的变化，EGR率变化不可控。

[0004] 由此而见，由于蝶阀式节流阀流体特性并不是线性的，因此这种控制方法存在运行过程中EGR率瞬态偏差较大、修正慢的弊端，可能会恶化排放和经济性。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能够更精确控制通过EGR阀的废气流量、从而更精确控制燃烧和排放的天然气发动机蝶阀式EGR控制方法。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

[0007] 天然气发动机蝶阀式EGR控制方法，以EGR阀需求开度作反馈信号进行内层小闭环控制，以EGR率需求值作反馈信号进行外层大闭环控制，从而精确控制通过EGR阀的废气流量。

[0008] 具体步骤如下：

[0009] 步骤一、计算EGR率需求值和EGR阀需求开度

[0010] 以脚踏板开度为源头得到发动机扭矩需求，根据发动机扭矩需求得到扭矩对应的总充气量需求值，然后计算出EGR率需求值，继而得到EGR阀废气流量需求值，进一步得到EGR阀需求开度；

[0011] 步骤二、EGR闭环控制

[0012] 根据节流阀的流体特性，在EGR闭环控制方面分成节流区控制和非节流区控制：

[0013] (a)节流区控制

[0014] 根据EGR阀前后压比计算EGR阀废气实际流量值、EGR率实际值和EGR阀实际开度，此时EGR阀实际开度也是EGR阀需求开度；根据节气门控制调节和EGR率的自学习功能来修正计算的EGR率实际值；即此处控制为EGR率闭环控制、EGR阀开度开环控制；

[0015] (b)非节流区控制

[0016] 根据总充气量计算节气门处空气流量，减去发动机进入的纯空气流量，得到EGR阀废气实际流量值，进而计算得到EGR率实际值和EGR阀实际开度，此时EGR阀实际开度控制由PI调节，形成EGR阀开度闭环控制；EGR率实际值由EGR率的自学习功能修正来实现；即此处控制为EGR率闭环控制、EGR阀开度闭环控制。

[0017] 由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：EGR阀开度控制是基于EGR率的需求值，而不仅是单纯的基于EGR阀开度位置需求值，即采取双闭环控制。内层闭环以EGR阀开度位置作反馈信号，而外层大闭环以计算的EGR率作为反馈，这样有了EGR率的准确闭环和EGR阀开度闭环的控制响应，可在实际标定或者运行中，对废气流量的控制特别是瞬态的控制都可达到相对精确，进而保证更加充分的燃烧和高规格的排放指标。

附图说明

[0018] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

[0019] 图1是现有技术中EGR控制方法的流程示意图；

[0020] 图2是本发明实施例中EGR控制方法的流程示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

[0022] 天然气发动机蝶阀式EGR控制方法，其基本控制原理为：以EGR阀需求开度作反馈信号进行内层小闭环控制，以EGR率需求值作反馈信号进行外层大闭环控制，从而精确控制通过EGR阀的废气流量。

[0023] 参考图2，具体步骤如下：

[0024] 步骤一、计算EGR率需求值和EGR阀需求开度

[0025] 以脚踏板开度为源头得到发动机扭矩需求，根据发动机扭矩需求得到扭矩对应的总充气量需求值，然后计算出EGR率需求值，继而得到EGR阀废气流量需求值(设定值)，进一步得到EGR阀需求开度(设定开度)；

[0026] 步骤二、EGR闭环控制

[0027] 根据EGR阀(为节流阀)的流体特性可知，流经节流阀的气体流量和压比不是线性化的，在节流区和非节流区差异很大，因此在EGR闭环控制方面分成节流区控制和非节流区控制：

[0028] (a)节流区控制

[0029] 根据EGR阀前后压比，计算EGR阀废气实际流量值、EGR率实际值和EGR阀实际开度，此时EGR阀实际开度也是EGR阀需求开度(设定开度)；根据节气门控制调节和EGR率的自学习功能来修正计算的EGR率实际值，此功能可近似相当于节气门自学习或者氧传感器的自学习；此处控制可看成为EGR率闭环控制、EGR阀开度开环控制；

[0030] (b)非节流区控制

[0031] 根据总充气量计算节气门处空气流量，减去发动机进入的纯空气流量，得到EGR阀废气实际流量值，进而计算得到EGR率实际值和EGR阀实际开度，但是计算可能会有偏差，因此此时EGR阀实际开度控制由PI(比例积分)调节，形成EGR阀开度闭环控制；EGR率实际值由EGR率的自学习功能修正来实现；此处控制为双闭环，即EGR率闭环控制、EGR阀开度闭环控制。

[0032] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。