一种基于内燃机充量因数的EGR率修正系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于内燃机充量因数的EGR率修正系统和方法，属于发动机领域。该方法以实验室标准环境下的充量因数标定脉谱为基础，采用充量因数与进气歧管气体温度之间的强相关度关系，对充量因数进行温度修正，然后利用充量因数的定义方程，计算实际的EGR率，并与目标EGR率的标定值或修正值进行比较，完成对EGR阀开度的闭环反馈控制。本发明专利技术能够在EGR系统和中冷器由于脏污结垢或效能变化等运行原因偏离实验室标定条件时准确确定发动机在实际使用时的EGR率，而且无需增加常设传感器之外的额外传感器，具有功能强大和适合推广的特点。

An EGR Rate Correction System Based on Charge Factor of Internal Combustion Engine

The invention relates to an EGR rate correction system based on the charge factor of an internal combustion engine and belongs to the field of engines. Based on the calibration pulse spectrum of the charge factor in the laboratory standard environment, the method uses the strong correlation between the charge factor and the gas temperature of the intake manifold to correct the charge factor. Then, using the definition equation of the charge factor, the actual EGR rate is calculated, and compared with the calibration or correction value of the target EGR rate, the closed-loop feedback control of the EGR valve opening is completed. System. The invention can accurately determine the EGR rate of the engine in actual use when the EGR system and the intercooler deviate from the lab calibration conditions due to dirty fouling or efficiency changes, and does not need additional sensors besides the permanent sensors, so it has strong functions and is suitable for popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于内燃机充量因数的EGR率修正系统和方法
本专利技术涉及一种EGR率修正系统，尤其是一种基于内燃机充量因数的EGR率修正系统，还涉及基于该系统的修正方法，属于发动机领域。
技术介绍
排气再循环(ExhaustGasRecirculation，简称EGR)技术是控制氮氧化物排放的最有效措施之一，已经被广泛应用到美欧日等国的先进低排放内燃机和国内满足最新排放法规的国五或国六柴油机上，而且在汽油机和气体燃料内燃机上也有广泛应用。EGR技术是最为重大的节能环保技术之一，其地位之重要可以与广泛应用在各种内燃机上的后处理装置相提并论。EGR技术的核心内容之一是针对EGR率的精确电控技术。因此，在发动机实际使用过程中，准确测量或求解EGR率具有极为重要的意义，这个课题自本世纪初以来吸引各国内燃机行业创造了众多专利技术。EGR率的标准定义是指EGR质量流量除以发动机新鲜空气和EGR的混合气汇总质量流量。EGR阀的电控分为开环控制和闭环控制。在开环控制中，各工况的EGR阀开度在发动机实验室的标准环境下标定，而在装机使用时并无反馈控制。在闭环控制中，EGR阀在发动机使用时会针对阀开度、空气流量、EGR流量中的一种指标作为控制目标，予以反馈控制。EGR系统包括EGR阀、EGR冷却器和连接管路，不但具有生产一致性方面的制造偏差，而且随着发动机运行时间的增加，会形成脏污结垢或堵塞，影响流动阻力和冷却效果，称为EGR系统退化。发动机进气冷却环路中位于压气机出口处的中冷器也存在效能退化的问题，而且实验室所用的中冷器(通常为水冷)往往与在车的中冷器(通常为空气冷却)是不同的。另外，当EGR冷却器或中冷器的冷却介质的流量或温度发生变化时，它们的传热效能或冷却介质温度会导致进气歧管气体温度发生变化，使之偏离实验室标定情况，称为冷却器变化。将EGR阀开度作为控制目标，工程应用价值最低，因为它在电控上不能提供当EGR系统退化时所需的EGR率。使用空气流量作为控制目标而试图间接控制EGR率，从发动机空气系统原理上分析，也是错误的做法，因为达到目标空气流量并不代表达到目标EGR率。以具有可变截面涡轮的EGR发动机为例分析，在任一转速-负荷工况，涡轮叶片开度和EGR阀门开度耦合确定空气流量和EGR率。因此，当涡轮叶片开度和EGR阀开度同时变化时，完全能够造成EGR率发生变化而空气流量保持不变的情况。正确的EGR阀控制目标应当是EGR率。而且，目标EGR率还可以依照EGR系统或中冷器的效能退化或变化程度而变化，以满足排放或耐久性要求。EGR率在实验室条件下容易用各种高级复杂的传感器测量获得，例如使用CO2或O2浓度传感器。但是，EGR率在发动机实际使用条件下很难直接测量。过去出现大量专利试图解决这一问题，这些现有技术大体分为以下三类：第一类方法是利用EGR阀前后的压差传感器和EGR阀的流通面积计算EGR率。这种方法不仅需要增加额外的压力传感器，而且无法应对EGR阀和冷却器的退化情形。第二类方法是利用进气歧管和排气歧管的气体温度传感器的温度信号计算EGR率，这种方法同样需要增加额外的传感器，而且计算很不准确，甚至有些方法从原理上讲是错误的。第三类方法是利用进排气系统中的空燃比传感器或氧传感器的信号计算EGR率。这种方法存在上述相同的缺点。上述技术方案存在EGR率的计算不准确或甚至错误、需要使用超出发动机常设传感器范围的额外的昂贵传感器等问题，增加了成本，而且增加了传感器的耐久性风险，因此不实用，也难以推广。内燃机上常规设置的传感器包括空气流量传感器、进气歧管气体压力传感器、进气歧管气体温度传感器。如何充分利用这些已经存在的传感器信号，低成本地准确计算在EGR系统或中冷器发生效能退化或变化时的EGR率，是解决在机获取EGR率作为电控反馈控制目标的关键。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于内燃机充量因数的EGR率修正系统和方法。本专利技术的技术方案具体如下：一种基于内燃机充量因数的EGR率修正系统，包括控制单元，控制单元与转速传感器、空气流量传感器、进气歧管气体压力传感器、进气歧管气体温度传感器和负荷信号采集单元相连接，其特征在于：控制单元包括存储单元、EGR率计算修正单元和EGR阀控制单元，其中：存储单元存储充量因数标定脉谱，以及转速传感器、空气流量传感器、进气歧管气体压力传感器、进气歧管气体温度传感器和负荷信号采集单元所采集的数据以及目标EGR率的标定值或修正值；EGR率计算修正单元根据存储单元的数据，对充量因数进行修正，按下式进行：Y＝aX+b，其中，X为进气歧管气体温度或密度或温度和密度相对于任意选定基准值进行比较的变化额度，所述基准值是实验室标准环境或其他选定条件下的温度或密度，所述变化额度是指变化的差值、比值或百分比；Y为充量因数或其相对于任意选定基准值进行比较的变化额度；a为内燃机的第一修正系数，代表Y相对于X变化的直线斜率；b为内燃机的第二修正系数，代表Y相对于X变化的直线截距；根据修正的充量因数计算EGR气体质量流量进而计算EGR率：其中，是空气流量传感器测得的新鲜空气质量流量；根据计算的EGR率与目标EGR率的标定值或修正值进行比较后，对EGR阀控制单元进行反馈控制。进一步地，负荷信号采集单元采集发动机的燃油量、扭矩或油门开度的其中一个或多个的数据。进一步地，EGR率计算修正单元按下式计算EGR气体质量流量其中，是流量传感器测得的空气质量流量，T2a是温度传感器测得的进气歧管气体温度，Rgas是气体常数，p2a是压力传感器测得的进气歧管气体压力，NE是转速传感器测得的发动机曲轴转速，VE是发动机总排量(由气缸直径、冲程和气缸数确定)，n是冲程系数(对于四冲程内燃机，n＝2；对于二冲程内燃机，n＝1)，ηvol,cal为进气歧管混合气标定充量因数。进一步地，所述充量因数标定脉谱由标定充量因数获得，标定充量因数在任意选定的标准标定环境下依照发动机转速、负荷信号、进气歧管增压压力、排气歧管压力、进气歧管气体温度或排气歧管气体温度中的任何一个或几个参数而变化。本专利技术还涉及的基于上述的系统的EGR率修正方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)建立充量因数标定脉谱，并存入控制单元；(2)使用内燃机时，对充量因数进行进气歧管气体温度修正；按下式进行：Y＝aX+b，其中，X为进气歧管气体温度或密度或温度和密度相对于任意选定基准值进行比较的变化额度，所述基准值是实验室标准环境或其他选定条件下的温度或密度，所述变化额度是指变化的差值、比值或百分比；Y为充量因数或其相对于任意选定基准值进行比较的变化额度；a为内燃机的第一修正系数，代表Y相对于X变化的直线斜率；b为内燃机的第二修正系数，代表Y相对于X变化的直线截距；根据修正的充量因数计算EGR气体质量流量进而计算EGR率：其中，是空气流量传感器测得的新鲜空气质量流量；根据计算的EGR率与目标EGR率进行比较后，对EGR阀控制单元进行反馈控制。进一步地，所述目标EGR率随进气歧管气体温度变化而变化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)不论EGR系统中的部件或中冷器的性能如何偏离实验室标定条件，本方法都能准确计算EGR率，为EGR阀的闭环电控反馈提供准确的反馈信号，确保发动机的排放始终本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于内燃机充量因数的EGR率修正系统，包括控制单元，控制单元与转速传感器、空气流量传感器、进气歧管气体压力传感器、进气歧管气体温度传感器和负荷信号采集单元相连接，其特征在于：控制单元包括存储单元、EGR率计算修正单元和EGR阀控制单元，其中：存储单元存储充量因数标定脉谱，以及转速传感器、空气流量传感器、进气歧管气体压力传感器、进气歧管气体温度传感器和负荷信号采集单元所采集的数据，以及目标EGR率的标定值或修正值；EGR率计算修正单元根据存储单元的数据，对充量因数进行修正，按下式进行：Y＝aX+b，其中，X为进气歧管气体温度或密度或温度和密度相对于任意选定基准值进行比较的变化额度，所述基准值是实验室标准环境或其他选定条件下的温度或密度，所述变化额度是指变化的差值、比值或百分比；Y为充量因数或其相对于任意选定基准值进行比较的变化额度；a为内燃机的第一修正系数，代表Y相对于X变化的直线斜率；b为内燃机的第二修正系数，代表Y相对于X变化的直线截距；根据修正的充量因数计算EGR气体质量流量

【技术特征摘要】
1.一种基于内燃机充量因数的EGR率修正系统，包括控制单元，控制单元与转速传感器、空气流量传感器、进气歧管气体压力传感器、进气歧管气体温度传感器和负荷信号采集单元相连接，其特征在于：控制单元包括存储单元、EGR率计算修正单元和EGR阀控制单元，其中：存储单元存储充量因数标定脉谱，以及转速传感器、空气流量传感器、进气歧管气体压力传感器、进气歧管气体温度传感器和负荷信号采集单元所采集的数据，以及目标EGR率的标定值或修正值；EGR率计算修正单元根据存储单元的数据，对充量因数进行修正，按下式进行：Y＝aX+b，其中，X为进气歧管气体温度或密度或温度和密度相对于任意选定基准值进行比较的变化额度，所述基准值是实验室标准环境或其他选定条件下的温度或密度，所述变化额度是指变化的差值、比值或百分比；Y为充量因数或其相对于任意选定基准值进行比较的变化额度；a为内燃机的第一修正系数，代表Y相对于X变化的直线斜率；b为内燃机的第二修正系数，代表Y相对于X变化的直线截距；根据修正的充量因数计算EGR气体质量流量进而计算EGR率：其中，是空气流量传感器测得的新鲜空气质量流量；根据计算的EGR率与目标EGR率的标定值或修正值进行比较后，对EGR阀控制单元进行反馈控制。2.根据权利要求1所述的EGR率修正系统，其特征在于：负荷信号采集单元采集发动机的燃油量、扭矩或油门开度的其中一个或多个的数据。3.根据权利要求1所述的EGR率修正系统，其特征在于：EGR率计算修正单元按下式计算EGR气体质量流量其中，是流量传感器测得的空气质量流量，T2a是温度传感器测得...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛千凡，
申请(专利权)人：深圳环境能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44