一种发动机进排气控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发动机性能开发控制装置及控制方法，特别是一种发动机进排气控制方法。
【背景技术】
[0002]伴随着排放法规的日益严格，在保证发动机动力性能、经济性能的同时，如何有效提高发动机的动力性能并减少发动机排放成为研发领域关注的焦点。
[0003]发动机的工作循环由多个冲程配合完成，进气和排气系统是发动机这一开口系统的两个重要气体交换边界，系统中的氧气完全由进排气系统来控制，决定发动机动力性的燃油喷射量严重依赖进入系统空气量的多少，因此，空气量就决定了发动机的动力性。
[0004]提升动力性最常见的办法是提高增压压力，通常发动机均使用废气涡轮增压器利用废气能量对进气进行增压，增压后较大的进气量允许发动机喷入缸内更多的燃油，通过这种方式提升发动机的动力性能。引入充足的新鲜空气，有利于发动机缸内燃料的充分燃烧，同时也有利于降低颗粒污染物的排放。由于发动机应用工况的复杂性，能够适应多种工况变化的可变涡轮增压器得到重视，而随着能源危机的加剧，需要强化小型发动机来获取更高的升功率，也就对增压系统提出了更高的要求，多级增压系统渐渐出现在越来越多的研宄当中，但多级增压系统的控制系统复杂，成本也较高。
[0005]但采用涡轮增压器对发动机进行强化的同时也伴随着很多问题，例如缸内整体燃烧温度的升高、NOx排放量增大等。面对越来越严格的排放法规，采取了很多技术措施，其中，由于废气再循环(EGR)能大幅降低NOx排放而尤其受到重视。EGR的引入在工程化应用中存在一定的困难，在自然吸气发动机中可以通过一个阀来控制循环废气自动吸入到进气管来实现；在增压发动机上，小负荷时增压压力较低，可以通过在涡轮机前引入废气接入增压器后，依靠涡轮机前废气压力比增压后新鲜空气压力高的优势引入废气，但EGR率受到一定的限制，在高负荷时，空气增压后的压力较高，而即便采用单向阀仍然不能将废气引入。
[0006]在赛车和军用特殊用途的发动机上，某些情况下需要极高的加速度。由于燃料是高能量液态形式，喷油量易于通过原有喷射系统迅速增大，但瞬态需求的空气量则难以满足，瞬态的响应性差，导致动力性能提升受到一定的限制。此外，大型发动机的增压器尺寸及重量也往往也较大，由此带来的增压器腔体容积较大，转子的惯性质量较大。在车辆加速过程中，由于惯性力的作用，涡轮增压器的空气运动和转子运动往往存在一定的滞后，从而导致发动机加速性能较差，变工况过程中的排放性能也较差。
[0007]总体而言，目前发动机上的废气再循环EGR系统及涡轮增压系统无法满足全工况范围内动力性及排放性能的要求，仍有很多问题亟待解决。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种发动机进排气控制系统及控制方法，该发动机进排气控制系统及控制方法能采用一个气路控制阀来实现不同气路的通断转换控制功能，满足发动机对再循环废气或新鲜空气的不同要求，在发动机合理标定后，可实现最优的动力性能和排放性能。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种发动机进排气控制系统，包括发动机ECU、废气涡轮增压器、气路控制阀和双效泵，废气涡轮增压器包括涡轮机和压气机，涡轮机的进气口与排气总管相连接，涡轮机的排气口与排气管相连接，排气总管与排气管之间设置有废气旁通阀；压气机的进气口与空气进气管相连接，压气机的排气口与进气总管相连接；气路控制阀连接有四个气路，四个气路分别为与排气管相连接的EGR引入管、与空气进气管相连接的双向流通管、与进气总管相连接的进气支管和与双效泵相连接的加压气管，双效泵的另一端与进气支管相连接；所述发动机ECU，能在不同的转速及负荷下，切换双效泵、气路控制阀及废气旁通阀的启停及开闭，进而实现不同的进排气功能。
[0010]所述发动机ECU能通过控制废气旁通阀和气路控制阀中各阀门的开度，来控制气体流量的大小。
[0011]所述气路控制阀上设置有第一位置传感器，该第一位置传感器能反馈和控制气路控制阀中各阀门的位置和开度信息。
[0012]所述废气旁通阀上设置有第二位置传感器，该第二位置传感器能反馈和控制废气旁通阀的位置和开度信息。
[0013]所述双效泵与可调速的电机相连接。
[0014]一种发动机进排气控制方法，发动机ECU通过对气路控制阀中不同气体通路的通断转换控制，能实现低压EGR引入、高压EGR引入、废气加压引入、新鲜空气加压引入和和自然进排气的进排气型式，具体为:
低压EGR引入:当发动机负荷不低于对应转速60%外特性负荷工况，且排气管内的压力与大气压力的差值不低于0.5bar时，发动机ECU控制关闭废气旁通阀，并控制气路控制阀导通EGR引入管和双向流通管通路；废气与进气管中的新鲜空气混合，并一同进入压气机中进行加压。
[0015]高压EGR引入:当发动机负荷低于对应转速60%外特性负荷工况，且排气管内压力与进气总管内压力的差值不低于0.5bar时，发动机ECU控制关闭废气旁通阀，并控制气路控制阀导通EGR引入管和进气支管通路，废气在进气总管中同加压后的新鲜空气进行混入口 ο
[0016]废气加压引入:当低压EGR引入，排气管内的压力与大气压力的差值低于0.5bar时；或者高压EGR引入，排气管内压力与进气总管内压力的差值低于0.5bar时；发动机ECU控制气路控制阀导通EGR引入管和加压气管通路，废气经双效泵加压后，与加压后的新鲜空气进行混合。
[0017]新鲜空气加压引入:当发动机ECU中设定的军用或赛车模式开启时，发动机ECU控制气路控制阀导通双向流通管和加压气管通路，部分新鲜空气经双效泵加压后与经压气机加压的新鲜空气进行混合。
[0018]自然进排气:在废气涡轮增压器部件故障报警或怠速工况时，发动机ECU控制打开废气旁通阀，并控制气路控制阀导通双向流通管和进气支管，实现旁通涡轮增压器的发动机自然进排气。
[0019]所述低压EGR引入、高压EGR引入和废气加压引入时，发动机转速均彡800r/min。
[0020]所述进气总管上设置有与发动机ECU相连接的进气总管压力传感器。
[0021]所述排气管上设置有与发动机ECU相连接的排气管压力传感器。
[0022]所述高压EGR引入时，排气管内压力与进气总管内压力的差值，即为排气管压力传感器所测压力与进气总管压力传感器所测压力的差值。
[0023]本发明采用上述结构及方法后，通过采用一个双效泵和气路控制阀对进排气系统进行控制，能够实现如下多个目标:
I)上述双效泵由电机驱动，其运行由发动机ECU控制，不受发动机工况的影响。通过管路设计，一方面双效泵可以作为EGR泵增强EGR废气的引入能力，能够在进气压力较高或者启动及怠速工况实现废气的有效引入，从而实现了全工况范围内EGR的稳定调节，可通过控制双效泵转速，进而控制EGR废气压力及废气量的大小，以实现高、低压EGR气路的引入控制；另一方面双效泵也可作为电动空气增压器将空气迅速加压后送入气缸，提高了进气系统的瞬态响应性能，并能在某些涡轮增压器无法实现有效增压的工况下保障充足的进气量。
[0024]2)根据需要，通过管路系统的切换功能，既能实现高压EGR，也能实现低压EGRj^足发动机系统在不同工况点对EGR废气的需求，实现EGR废气全工况范围内的稳定引入与大范围的灵活调节；解决了低压EGR长回路所导致的响应滞后的问题。
[0025]3)通过与原增压器的组合，避开了增压器的喘振线，实现高的进气压比，提高进气量，扩展了原增压器高效率的匹配运行工况范围。
[0026]4)能够迅速增大压比，解决了涡轮增压器气体惯性带来的空气量滞后的问题，满足军用和赛车等特殊领域对加速性能的要求，并能满足车用发动机动力性能和排放性能要求。
【附图说明】
[0027]图1显示了本发明一种发动机进排气控制系统的结构示意图；
图2显示了本发明一种发动机进排气控制系统的控制流程图。
[0028]其中有:1_发动机；2-排气歧管；3-排气总管；4-祸轮机；5-废气旁通阀；6-后处理设备；7-压气机；8-空气滤清器；9-空气进气管；10-进气流量计；11-进气总管；12-空气冷却器；13_进气管；14_进气歧管；15-EGR引入管；16_EGR冷却器；17_气路控制阀；18_双向流通管；19-进气支管；20-加压气管；21_双效泵；22_电机；23_发动机E⑶；24_进气总管压力传感器；25_排气总管压力传感器；26_排气管压力传感器。
[0029]另外，图2中，P26表示排气管压力传感器所测压力；P。表示大气压力；P 26_PQ表示排气管内的压力与大气压力的差值；p24表示进气总管压力传感器所测压力；p26-p24表示排气管内压力与进气总管内压力的差值。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0031]如图1所示，一种发动机进排气控制系统，包括发动机1、发动机E⑶23、废气涡轮增压器、气路控制阀17和双效泵21。
[0032]发动机I的一端通过进气歧管14连接有进气管13，进气管13上设置有空气冷却器12，进气管13的另一端与进气总管11相连接。发动机I的另一端通过排气歧管2连接有排气总管3。进气总管11上优选设置有进气总管压力传感器24，用于检测进气总管11内流体的压力，并将所测压力，及时传递给发动机ECU 23。排气总管3上优选设置有排气总管压力传感器25，用于检测排气总管3内流体的压力，并将所测压力，及时传递给发动机ECU 23。
[0033]废气涡轮增压器包括涡轮机4和压气机7，涡轮机4的进气口与排气总管3相连接，涡轮机4的排气口与排气管相连接，排气总管3与排气管之间设置有废气旁通阀5。排气管上优选设置有排气管压力传感器26，用于检测排气管内流体的压力，并将所测压力，及时传递给发动机E⑶23。
[0034]压气机7的进气口与空气进气管9相连接，空气进气管9上优选设置有空气滤清器8和进气流量计10。压气机7的排气口与进气总管11相连接。
[0035]气路控制阀17连接有四个气路，四个气路分别为与排气管相连接的EGR引入管15、与空气进气管9相连接的双