一種滿足高增壓比發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制的排氣再循環(huán)恒壓裝置和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)技術(shù)，特別涉及一種滿足高增壓比發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控 制的排氣再循環(huán)恒壓裝置和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)動(dòng)機(jī)中采用排氣再循環(huán)(EGR)是通過(guò)降低燃燒速度，降低最高燃燒溫度和高溫 的持續(xù)時(shí)間，從而破壞了NOx生成所需的高溫富氧的條件，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的NO x排放。EGR技術(shù)是 降低放污染物的有效措施之一，目前EGR技術(shù)在中小型車用發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較為廣泛。
[0003] 同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，在不采取其他措施情況下，NOx和排氣顆粒物(PM)之間存在權(quán)衡 (trade-off)的曲線關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷下EGR率的增加對(duì)PM的排放影響較??；而中高負(fù)荷 下EGR率的增加卻使得PM增幅較大，需要限制EGR率。所以，通過(guò)綜合分析，小負(fù)荷時(shí)可用較 大EGR率，而對(duì)中高負(fù)荷，則需要調(diào)節(jié)EGR率，對(duì)EGR率進(jìn)行限制。
[0004] 目前，EGR所采取的技術(shù)措施為，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管與進(jìn)氣歧管之間設(shè)置廢氣循環(huán) 通路，將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的一部分再送回氣缸。中高負(fù)荷下，排氣壓力與溫度都較大，容 易通過(guò)循環(huán)回路在EGR閥的控制下進(jìn)入氣缸;而小負(fù)荷時(shí)，排氣壓力與溫度較低，特別在增 壓發(fā)動(dòng)機(jī)中高增壓比使得廢氣較難通入氣缸。所以，采取一定措施提高部分廢氣壓力，降低 高增壓比情況下，廢氣流回氣缸的技術(shù)難度，對(duì)于減少發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的排放是迫切需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種滿足高增壓比發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制的EGR恒 壓裝置和控制方法，根據(jù)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作負(fù)荷適當(dāng)控制EGR率，降低NO x的排放。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007] 一種滿足高增壓比發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制的EGR恒壓裝置，其特征在于:包括在發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣歧管與進(jìn)氣歧管之間的廢氣循環(huán)通路上依次設(shè)置電動(dòng)增壓栗、冷卻器、蓄能器，以及控 制器;所述蓄能器用于儲(chǔ)存廢氣并恒定壓力，蓄能器的進(jìn)氣口設(shè)置有進(jìn)氣單向閥，出氣口設(shè) 置排氣閥，蓄能器內(nèi)設(shè)有蓄能器壓力傳感器;發(fā)動(dòng)機(jī)與排氣歧管之間的管道內(nèi)設(shè)有排氣壓 力傳感器;所述蓄能器壓力傳感器、排氣壓力傳感器、電動(dòng)增壓栗、蓄能器排氣閥均與控制 器連接，控制器與進(jìn)氣通路中已有的節(jié)氣門開(kāi)度傳感器連接，所述控制器根據(jù)蓄能器壓力 傳感器、排氣壓力傳感器以及節(jié)氣門開(kāi)度傳感器輸出信號(hào)繼而控制電動(dòng)增壓栗的啟停、蓄 能器的進(jìn)氣單向閥，出氣口設(shè)置排氣閥的開(kāi)閉。。
[0008] 進(jìn)一步地，所述廢氣循環(huán)通路的管道直徑為35~45mm。
[0009] 進(jìn)一步地，所述蓄能器的容積為
[0010] mEG/(mi+mEG) = [%GR]
[0012] 氣體狀態(tài)方程:Pegv= (mEGRT/M) =nRT
[0013] 其中:mi一為每循環(huán)實(shí)際新鮮充量；
[0014] HlEG一為每循環(huán)廢氣質(zhì)量；
[0015] [η·]-為發(fā)動(dòng)機(jī)中最大EGR率；
[0016] V-蓄能器容積；
[0017] M-理想氣體摩爾質(zhì)量；
[0018] n-物質(zhì)的量；
[0019] R 一氣體常量；
[0020] Peg-蓄能器內(nèi)恒定廢氣壓力，取1.3~1.5倍大氣壓。
[0021] 進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)中最大EGR率[nEGR]取40%。
[0022] 進(jìn)一步地，所述電動(dòng)增壓栗的吸氣渦輪、排氣渦輪均采用耐高溫材料。
[0023]所述一種滿足高增壓比發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制EGR恒壓裝置的控制方法，其特征在于， 包括以下步驟：
[0024] (1)蓄能器內(nèi)自適應(yīng)控制:發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)增壓栗開(kāi)始運(yùn)行，提高廢氣壓力，廢氣 進(jìn)入EGR冷卻器后溫度降低，冷卻后的廢氣通過(guò)冷卻器后端管道通過(guò)蓄能器進(jìn)氣單向閥進(jìn) 入蓄能器，安裝于蓄能器內(nèi)的廢氣壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)廢氣壓力，并將廢氣壓力電信號(hào)輸 出至控制器，當(dāng)廢氣壓力低于1.3~1.5個(gè)大氣壓時(shí)，控制單元控制電動(dòng)增壓栗運(yùn)行；當(dāng)廢氣 壓力達(dá)到1.3~1.5個(gè)大氣壓時(shí)，暫停電動(dòng)增壓栗；
[0025] (2)蓄能器排氣閥的自適應(yīng)控制:控制單元結(jié)合節(jié)氣門位置傳感器輸出的信號(hào)和 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況信號(hào)，通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)定確定中小負(fù)荷下蓄能器排氣閥的開(kāi)度與時(shí)間參數(shù)，調(diào) 節(jié)EGR率，做到降低發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放，提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，其具體表現(xiàn)為：當(dāng)采用EGR技 術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)EGR率的增加對(duì)PM的排放影響較小，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)定所確 定的蓄能器排氣閥開(kāi)度與時(shí)間參數(shù)，采用適當(dāng)增大的EGR率;發(fā)動(dòng)機(jī)中高負(fù)荷下，EGR率的增 加卻使得PM增幅較大，所以由試驗(yàn)標(biāo)定所確定的蓄能器排氣閥開(kāi)度與時(shí)間參數(shù)，控制蓄能 器排氣閥開(kāi)度減小，時(shí)間縮短，采用較小EGR率，尤其高負(fù)荷下關(guān)閉EGR。
[0026] 采用排氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)降低NOx排放的增壓柴油機(jī)和缸內(nèi)直接噴射增壓汽油 機(jī)在部分負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，排氣壓力較低，采用增壓技術(shù)后，進(jìn)氣管中的進(jìn)氣壓力明顯高于 EGR裝置中廢氣壓力，造成了EGR裝置中的廢氣難以進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管的現(xiàn)象。本發(fā)明中，電 動(dòng)增壓栗用于提高廢氣壓力，其特點(diǎn)為響應(yīng)性及可控性良好，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)50000r/min。蓄 能器用于儲(chǔ)存廢氣并恒定壓力。采用蓄能器，起到儲(chǔ)存廢氣并恒定廢氣壓力為1.3~1.5倍 大氣壓，以恒定的1.3~1.5倍大氣壓的廢氣順利進(jìn)入進(jìn)氣歧管，與空氣混合進(jìn)入氣缸。采用 試驗(yàn)標(biāo)定方法，由控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況較精確控制蓄能器排氣閥在不同工況下的 的開(kāi)度大小與時(shí)間，調(diào)節(jié)EGR率，降低NOx排放。
[0027] 在廢氣循環(huán)管路中設(shè)置增壓、蓄能裝置，維持廢氣的壓力恒定，使得發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)用廢 氣循環(huán)(EGR)降低NOx的技術(shù)順利實(shí)施。同時(shí)，通過(guò)自適應(yīng)控制蓄能器排氣閥的開(kāi)度和時(shí)間， 調(diào)節(jié)EGR率，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)降低NO x的要求。
[0028]安裝于蓄能器中的廢氣壓力傳感器用于檢測(cè)蓄能器內(nèi)廢氣壓力，起到自適應(yīng)控制 的作用，即蓄能器內(nèi)廢氣壓力低于所要求范圍時(shí)，由控制單元控制EGR電動(dòng)增壓栗運(yùn)行;蓄 能器內(nèi)廢氣壓力達(dá)到所要求范圍時(shí)，控制單元控制EGR電動(dòng)增壓栗暫停運(yùn)行。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn) 行工況和節(jié)氣門位置傳感器等信號(hào)，EGR蓄能器排氣閥的開(kāi)啟時(shí)刻，并由試驗(yàn)標(biāo)定方法確定 EGR蓄能器排氣閥的開(kāi)度與開(kāi)啟時(shí)間，調(diào)節(jié)適當(dāng)EGR率。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明所述的滿足高增壓比發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制的EGR恒壓裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明的自適應(yīng)控制流程圖。
[0031]圖3為本發(fā)明的工作原理流程圖。
[0032] 圖中：
[0033] I-EGR進(jìn)氣管道;2-EGR冷卻液出口；3-EGR冷卻器;4-EGR冷卻液入口；5-蓄能器進(jìn) 氣單向閥；6-蓄能器壓力傳感器;7-蓄能器;8-蓄能器排氣閥；9-進(jìn)氣歧管；10-發(fā)動(dòng)機(jī)；11-排氣壓力傳感器;12-電動(dòng)EGR增壓栗通電端口； 13-排氣歧管；14-尾氣處理裝置;15-增壓栗 吸氣渦輪;16-電動(dòng)EGR增壓栗；17-增壓栗排氣渦輪。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不限于此。
[0035] 如題1所示，本發(fā)明所述的滿足高增壓比發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制的排氣再循環(huán)恒壓裝 置，其特征在于:包括在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管與進(jìn)氣歧管之間的廢氣循環(huán)通路上依次設(shè)置電動(dòng) 增壓栗16、冷卻器3、蓄能器7,以及控制器;所述蓄能器7用于儲(chǔ)存廢氣并恒定壓力，蓄能器7 的進(jìn)氣口設(shè)置有進(jìn)氣單向閥5,出氣口設(shè)置排氣閥8,蓄能器7內(nèi)設(shè)有蓄能器壓力傳感器6;發(fā) 動(dòng)機(jī)與排氣歧管之間的管道內(nèi)設(shè)有排氣壓力傳感器11;所述蓄能器壓力傳感器6、排氣壓力 傳感器11、電動(dòng)增壓栗16、蓄能器排氣閥8均與控制器連接，控制器與進(jìn)氣通路中已有的節(jié) 氣門開(kāi)度傳感器連接，所述控制器根據(jù)蓄能器壓力傳感器6、排氣壓力傳感器11以及節(jié)氣門 開(kāi)度傳感器輸出信號(hào)繼而控制電動(dòng)增壓栗16的啟停、蓄