[發明專利]一種基于內燃機充量因數的EGR率修正系統和方法

有效

• 申請號: 201811059694.0
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109209659B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 辛千凡
• 申請（專利權）人: 深圳環境能源研究院有限公司
• 主分類號: F02D41/00
• 分類號: F02D41/00
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 陳左;亢能

本發明涉及一種基于內燃機充量因數的EGR率修正系統和方法，屬于發動機領域。該方法以實驗室標準環境下的充量因數標定脈譜為基礎，采用充量因數與進氣歧管氣體溫度之間的強相關度關系，對充量因數進行溫度修正，然后利用充量因數的定義方程，計算實際的EGR率，并與目標EGR率的標定值或修正值進行比較，完成對EGR閥開度的閉環反饋控制。本發明能夠在EGR系統和中冷器由于臟污結垢或效能變化等運行原因偏離實驗室標定條件時準確確定發動機在實際使用時的EGR率，而且無需增加常設傳感器之外的額外傳感器，具有功能強大和適合推廣的特點。

技術領域

本發明涉及一種EGR率修正系統，尤其是一種基于內燃機充量因數的EGR率修正系統，還涉及基于該系統的修正方法，屬于發動機領域。

背景技術

排氣再循環(Exhaust Gas Recirculation，簡稱EGR)技術是控制氮氧化物排放的最有效措施之一，已經被廣泛應用到美歐日等國的先進低排放內燃機和國內滿足最新排放法規的國五或國六柴油機上，而且在汽油機和氣體燃料內燃機上也有廣泛應用。

EGR技術是最為重大的節能環保技術之一，其地位之重要可以與廣泛應用在各種內燃機上的后處理裝置相提并論。EGR技術的核心內容之一是針對EGR率的精確電控技術。因此，在發動機實際使用過程中，準確測量或求解EGR率具有極為重要的意義，這個課題自本世紀初以來吸引各國內燃機行業創造了眾多發明。

EGR率的標準定義是指EGR質量流量除以發動機新鮮空氣和EGR的混合氣匯總質量流量。

EGR閥的電控分為開環控制和閉環控制。在開環控制中，各工況的EGR閥開度在發動機實驗室的標準環境下標定，而在裝機使用時并無反饋控制。在閉環控制中，EGR閥在發動機使用時會針對閥開度、空氣流量、EGR流量中的一種指標作為控制目標，予以反饋控制。

EGR系統包括EGR閥、EGR冷卻器和連接管路，不但具有生產一致性方面的制造偏差，而且隨著發動機運行時間的增加，會形成臟污結垢或堵塞，影響流動阻力和冷卻效果，稱為EGR系統退化。發動機進氣冷卻環路中位于壓氣機出口處的中冷器也存在效能退化的問題，而且實驗室所用的中冷器(通常為水冷)往往與在車的中冷器(通常為空氣冷卻)是不同的。另外，當EGR冷卻器或中冷器的冷卻介質的流量或溫度發生變化時，它們的傳熱效能或冷卻介質溫度會導致進氣歧管氣體溫度發生變化，使之偏離實驗室標定情況，稱為冷卻器變化。

將EGR閥開度作為控制目標，工程應用價值最低，因為它在電控上不能提供當EGR系統退化時所需的EGR率。使用空氣流量作為控制目標而試圖間接控制EGR率，從發動機空氣系統原理上分析，也是錯誤的做法，因為達到目標空氣流量并不代表達到目標EGR率。以具有可變截面渦輪的EGR發動機為例分析，在任一轉速-負荷工況，渦輪葉片開度和EGR閥門開度耦合確定空氣流量和EGR率。因此，當渦輪葉片開度和EGR閥開度同時變化時，完全能夠造成EGR率發生變化而空氣流量保持不變的情況。正確的EGR閥控制目標應當是EGR率。而且，目標EGR率還可以依照EGR系統或中冷器的效能退化或變化程度而變化，以滿足排放或耐久性要求。

EGR率在實驗室條件下容易用各種高級復雜的傳感器測量獲得，例如使用CO₂或O₂濃度傳感器。但是，EGR率在發動機實際使用條件下很難直接測量。過去出現大量專利試圖解決這一問題，這些現有技術大體分為以下三類：

第一類方法是利用EGR閥前后的壓差傳感器和EGR閥的流通面積計算EGR率。這種方法不僅需要增加額外的壓力傳感器，而且無法應對EGR閥和冷卻器的退化情形。

第二類方法是利用進氣歧管和排氣歧管的氣體溫度傳感器的溫度信號計算EGR率，這種方法同樣需要增加額外的傳感器，而且計算很不準確，甚至有些方法從原理上講是錯誤的。

第三類方法是利用進排氣系統中的空燃比傳感器或氧傳感器的信號計算EGR率。這種方法存在上述相同的缺點。