专利名称：外部进气加热与内部egr策略协同控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于发动机中低负荷工况下的外部进气加热与内部EGR协同控制方法。
背景技术：
发动机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要发动机满足更优的经济性指标与更严格的排放法规。废气再循环(EGR)技术用稀释过的空气和废气的混合气体代替普通空气来支持引擎中的燃烧，可以得到更低的局部燃烧温度和局部燃空当量t匕，其中中冷EGR策略通过对混合气体冷却，进一步降低了进气工质温度，是控制NOx排放的有效方法，从而广泛的应用于发动机上。然而在小负荷工况下，发动机进气温度与缸内温度较低，单纯采用中冷EGR策略将有可能会导致油气混合过稀，HC排放高，着火稳定性差，人们采用许多技术来解决或改善以上问题。例如世界知识产权组织专利申请公开号2007/073331利用外部热EGR来加热发动机进气及冷却水温度，从而降低了 HC排放，提高小负荷经济性。专利申请公开号2007/136142在进气温度较低的小负荷工况下采用内部EGR提高着火稳定性，在进气温度较高的大负荷工况下采用外部中冷EGR来降低NOx。这些措施都较好的适应了发动机中低负荷工况，但是也或多或少的存在不足。例如前者在怠速时或者负荷非常小时，光采用外部EGR策略加热能力不够，加热到所需温度时间比较长。而后者采用内部EGR虽然加热能力与加热速度足够，但由于内部EGR会带来一定的泵气损失，经济性有所下降。除此之外，人们还在发动机冷启动时采用电加热来提高进气温度，由于电加热较多的消耗了发动机的有效功，因此只在发动机冷启动时采用。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种基于带有进气加热装置(如废气加热与外部热EGR)和可变气门装置发动机的外部进气加热和内部EGR协同控制方法。为了解决上述技术问题，本发明外部进气加热与内部EGR协同控制方法予以实现的技术方案是:采用具有废气加热进气温度装置、气门可变机构以及测量进气温度功能的发动机，其控制方法如下:根据进气温度调节外部进气加热量和内部EGR率，有下述三种情形之一:如果进气温度高于阀值，首先将内部EGR率减到0，然后再减小外部进气加热量；如果进气温度低于阀值，则增加外部进气加热量的同时提高内部EGR率；如果进气温度等于阀值，则增加外部进气加热量的同时减小内部EGR率，外部进气加热引起的温升与减少内部EGR率带来的温降相抵消。；与此同时，当总EGR率小于阀值时，增大外部EGR率，当总EGR率大于阀值时，减小外部EGR率；其中，总EGR率为外部EGR率与内部EGR率之和；
在上述过程中，当进气温度等于阀值且外部进气加热量达到最大或者内部EGR率为零时，发动机维持稳态。进一步讲，本发明外部进气加热与内部EGR协同控制方法，其中，调整外部进气加热量包括以下三种方法:(I)通过控制发动机废气流过热交换器所提高或降低的热量；(2)采用外部热EGR所提高的外部进气加热量；(3)采用外部中冷EGR所降低的外部进气加热量。进一步讲，本发明外部进气加热与内部EGR协同控制方法，其中，调整内部EGR率的方法是:通过控制进排气门开启/关闭时刻来改变内部EGR率；或通过控制进排气门开启次数来改变内部EGR率。与现有技术相比，本发明的有益效果是:兼顾了经济性与加热能力，在瞬态工况采用内部EGR率可以迅速提高缸内温度，达到所需要的温度。在稳态工况，采用进气加热替换内部EGR策略可以降低泵气损失，实现最佳的经济性。
图1是实现本发明控制方法所采用的一款发动机的示意图；图2是本发明控制方法中调节进气温度的框图；图3是本发明控制方法中调节外部EGR率的框图；图中:1.中冷EGR控制阀，2.发动机进气端，3.涡轮增压器，4.排气歧管，5.排气背压阀，6.发动机排气端,7.发动机,8.可变气门机构,9.进气加热控制阀，10.进气歧管，
11.进气温度传感器，12.热交换器，13.中冷器。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细地描述。本发明是一种用于发动机中低负荷工况下，并基于带有进气加热装置(如废气加热与外部热EGR)和可变气门装置发动机的外部进气加热与内部EGR协同控制方法，因此，采用具有废气加热进气温度装置、气门可变机构(进排气门开启/关闭时亥D以及测量进气温度功能的发动机，实现外部进气加热与内部EGR协同控制方法如下:根据进气温度调节外部进气加热量和内部EGR率，有下述三种情形之一:如果进气温度高于阀值，首先将内部EGR率减到0，然后再减小外部进气加热量；如果进气温度低于阀值，则增加外部进气加热量的同时提高内部EGR率；如果进气温度等于阀值，则增加外部进气加热量的同时减小内部EGR率，外部进气加热引起的温升与减少内部EGR率带来的温降相抵消。；与此同时，当总EGR率小于阀值时，增大外部EGR率，当总EGR率大于阀值时，减小外部EGR率；其中，总EGR率为外部EGR率与内部EGR率之和；在上述过程中，当进气温度等于阀值且外部进气加热量达到最大或者内部EGR率为零时，发动机维持稳态。其中，调整外部进气加热量包括以下三种方法:
(I)通过控制发动机废气流过热交换器所提高或降低的热量；(2)采用外部热EGR所提高的外部进气加热量；(3 )采用外部中冷EGR所降低的外部进气加热量。其中，调整内部EGR率的方法是:通过控制进排气门开启/关闭时刻来改变内部EGR率；或通过控制进排气门开启次数来改变内部EGR率。实施例:图1示出了实现本发明控制方法所采用的一款发动机，发动机进气端2的新鲜空气通过涡轮增压器3进行增压，经过中冷器13与热交换器12连接到进气歧管10，其中，中冷器13可以采用风冷或者水冷，其目的是为了降低进气温度，提高进气充量，同时在大负荷下降低发动机的热负荷。热交换器12是空对空交换器，一端介质为从中冷器13过来的发动机进气，另一端介质为由经过进气加热控制阀9引入的发动机高温废气，用于提高进气温度。热交换器12与进气歧管10之间装有进气温度传感器11，用于测量发动机进气温度，从而调整进气加热量与内部EGR率。从排气歧管4出来的高温废气经过涡轮增压器3一部分通过背压阀5排到大气中，一部分通过进气加热控制阀9与热交换器12连接。调节进气加热控制阀9的开度可以控制通过热交换器12的废气流量，从而可以控制外部加热能量，改变发动机进气温度。当通过热交换器12的废气流流量不足时，即加热能力不够时，可以通过减小背压阀5的开度来增大排气背压，从而增加通过热交换器12的废气流量。装在发动机上的可变气门机构8可以通过调整进排气门的开启与关闭时刻或者调整进排气门的开启次数从而形成内部EGR，相对于进气加热系统，采用内部EGR可以快速提高缸内燃烧温度，提闻响应性。如图2所示，发动机工作时，首先测量发动机初始状态，如进气温度，冷却水温度，发动机转速，发动机扭矩，大气压力等，从而估算出此时发动机所需要的适宜进气温度阀值与总EGR率的阀值。当进气温度大于温度阀值时，首先判断内部EGR率是否为0，如果不为0，则首先减小内部EGR率，如果为0，则直接减小外部进气加热量。当进气温度小于阀值时，采取进气加热量与内部EGR率同时增大的措施，从而实现进气温度迅速达到阀值的目标。当进气温度等于阀值时，此时判断外部加热是否全开，如果全开，则维持不变，保持稳态。如果外部加热未开完全，而内部EGR率又大于0，则在进气温度保持不变的情况下，减小内部EGR率的同时增加外部加热量，从而可以实现最佳的经济性能。以上方法是通过改变外部加热量与内部EGR率来使发动机进气温度到达阀值的方法，然而为了使发动机达到稳定燃烧，实现经济性能与排放的优化，不仅需要适宜的温度，还需要适宜的EGR率。因此在发动机改变进气温度的同时，EGR率也应同时调整，在图3中，根据发动机所需要的总EGR率阀值，外部EGR率也随内部EGR率的变化而变化，即当内部EGR率与外部EGR率之和大于适宜的EGR率阀值时，减小外部EGR率。当内部EGR率与外部EGR率之和小于EGR率阀值时，增加外部EGR率。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种外部进气加热与内部EGR协同控制方法，其特征在于，采用具有废气加热进气温度装置、气门可变机构以及测量进气温度功能的发动机，其控制方法如下: 根据进气温度调节外部进气加热量和内部EGR率，有下述三种情形之一: 如果进气温度高于阀值，首先将内部EGR率减到O，然后再减小外部进气加热量； 如果进气温度低于阀值，则增加外部进气加热量的同时提高内部EGR率； 如果进气温度等于阀值，则增加外部进气加热量的同时减小内部EGR率，外部进气加热引起的温升与减少内部EGR率带来的温降相抵消。； 与此同时，当总EGR率小于阀值时，增大外部EGR率，当总EGR率大于阀值时，减小外部EGR率；其中，总EGR率为外部EGR率与内部EGR率之和； 在上述过程中，当进气温度等于阀值且外部进气加热量达到最大或者内部EGR率为零时，发动机维持稳态。
2.根据权利要求1所述外部进气加热与内部EGR协同控制方法，其特征在于，调整外部进气加热量包括以下三种方法: (1)通过控制发动机废气流过热交换器所提高或降低的热量； (2)采用外部热EGR所提高的外部进气加热量； (3)采用外部中冷EGR所降低的外部进气加热量。
3.根据权利要求1所述外部进气加热与内部EGR协同控制方法，其特征在于，调整内部EGR率的方法是: 通过控制进排气门开启/关闭时刻来改变内部EGR率；或 通过控制进排气门开启次数来改变内部EGR率。
全文摘要
本发明公开了一种用于发动机中低负荷工况下的外部进气加热与内部EGR协同控制方法，采用具有利用废气控制进气温度、可变气门机构控制内部EGR以及测量进气温度功能的发动机，根据进气温度调节外部进气加热量和内部EGR率，如果进气温度高于阀值，首先将内部EGR率减到0，然后再减小外部进气加热量；如果进气温度低于阀值，则增加外部进气加热量的同时提高内部EGR率；如果进气温度等于阀值，则增加外部进气加热量的同时减小内部EGR率；本发明在瞬态工况采用内部EGR率可以迅速提高缸内温度，达到所需要的温度。在稳态工况，采用外部废气加热与外部热EGR策略进气加热替换内部EGR策略可以降低泵气损失，实现最佳的经济性。
文档编号F02M31/083GK103195595SQ20131011204
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者尧命发, 张翔宇, 郑尊清, 李永志 申请人:天津大学