本申请要求2017年5月12日提交的韩国专利申请号10-2017-0059139的优先权，该申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
本申请的示例性实施方案涉及用于控制低压egr(exhaustgasrecirculation，排放气体再循环)系统的装置和方法；具体地，涉及这样的用于控制低压egr系统的装置和方法，在低压egr的执行停止时，所述装置和方法能够解决由于外部egr气体不必要地流入而导致的燃烧不稳定的问题。
背景技术
近年来，内燃发动机装配了低压egr(exhaustgasrecirculation，排放气体再循环)系统；如2012年4月26日提交的韩国专利申请公开号2012-0040050所公开那样，所述低压egr系统将一部分排放气体再循环至吸气系统以降低燃烧时的最高温度，从而抑制nox的生成并提高燃料效率。如图8所示，这种egr系统主要在发动机转速(rpm)为1000至4000rpm且发动机功率大约30至80％的区域工作。
当在以上低压egr工作区域之外驱动车辆时，低压egr的执行停止；因此，通过低压egr阀引入进气系统的排放气体不再引入。举例而言，当使用外部egr量以至于通过低压egr阀的期望的egr率多达30％时，在车辆减速情况出现后发动机转速达到怠速rpm的时候，期望的egr率变为0％，从而停止egr的控制。然而，由于从排气侧连接至进气侧的再循环管的长度长，因此再循环管中的排放气体由于惯性被原样引入汽缸，这使得比所计算的气体量更多量的气体被引入汽缸。因此，不必要的量的egr气体流入燃烧室，这可能引起燃烧不稳定，从而导致发动机中的失火和熄火现象。
图7为显示了通过控制低压egr阀使期望的egr率从10％变为0％时各个发动机转速下完全停止排放气体流入所需的时间的曲线图。图7中可以看出，发动机转速越低，外部egr气体引入汽缸的时间越长。具体地，当发动机转速为1500rpm时，在根据期望的egr量的变化而控制低压egr阀之后，完全停止排放气体流入的时间延迟0.9秒。因此，在外部egr气体不必要地流入汽缸时，发生燃烧不稳定，这导致失火和熄火现象。
技术实现要素：
本申请的实施方案致力于提供一种用于控制低压egr(exhaustgasrecirculation，排放气体再循环)系统的装置和方法，其中，在停止执行低压egr时，所述装置和方法能够解决由于外部egr气体不必要地流入而导致的燃烧不稳定的问题。
本申请的其它目的和优点可以通过如下描述而理解，并且参考本申请的具体实施方案而变得清楚。同样地，本申请所属领域的技术人员显而易见的是，本申请的目的和优点可以通过要求保护的方法或其组合而实现。
根据本申请的实施方案，用于控制低压egr系统的装置包括行驶信息检测器、egr量检测器和控制器；所述行驶信息检测器配置为检测车辆行驶状态；所述egr量检测器配置为检测通过低压egr阀控制的外部egr的量；所述控制器配置为基于通过行驶信息检测器和egr量检测器所检测的结果而控制发动机的低压egr阀以及进气气门和排气气门；其中，所述控制器控制进气气门和排气气门的正时，以在外部egr的量减少时，在预定的时间内，使通过排气口引入汽缸中的内部egr的量减少。
在通过停止低压egr而使外部egr的量变为“0”时，所述控制器可以控制进气气门和排气气门的正时以减少内部egr的量。
可以通过使进气气门的正时延后并使排气气门的正时提前以减少气门重叠，而进行用于减少内部egr的量的控制。
可以通过从上死点以预定的角度延后进气气门的正时并且从上死点以预定的角度提前排气气门的正时，而减少所述气门重叠。
延后进气气门的角度以及提前排气气门的角度可以在0°至5°的范围内。
所述行驶信息检测器可以检测车辆加速踏板的开度、车辆速度、发动机转速(rpm)和节气门的开度中的至少一个。
根据通过所述行驶信息检测器检测的发动机转速可以确定减少内部egr的量的预定的时间。
在当前egr率与期望的egr率之间的差值超过临界值时，可以进行用于减少内部egr的量的控制；所述期望的egr率基于通过所述egr量检测器所检测到的外部egr的量。
在发动机转速在怠速rpm范围内时，可以进行用于减少内部egr的量的控制。
通过将对应于期望的egr率的控制负荷(controlduty)应用至低压egr阀并且利用所述egr量检测器而检测低压egr中的egr空气的量，所述控制器可以控制点火线圈的点火正时以及扭矩。
所述控制器可以控制供给至发动机的燃料与空气之间的比率，使得过量空气系数(λ)为“1”。
根据本申请的另一实施方案，一种用于控制低压egr系统的方法包括：确定是否停止低压egr；在停止低压egr时控制发动机的进气气门和排气气门的正时，以通过进气气门与排气气门之间的气门重叠而在预定的时间内使从排气口供给至发动机的汽缸中的内部egr的量减少。
根据本申请的另一实施方案，一种用于控制低压egr系统的方法包括：减少低压egr中的期望的egr率；确定当前egr率与期望的egr率之间的差值是否超过临界值；在当前egr率与期望的egr率之间的差值超过临界值时，控制发动机的进气气门和排气气门的正时，以通过进气气门与排气气门之间的气门重叠而在预定的时间内使内部egr的量减少。
基于车辆行驶状态，可以进行确定是否停止低压egr；通过检测车辆加速踏板的开度、车辆速度、发动机转速和节气门的开度中的至少一个，确定所述车辆行驶状态。
通过在预定的时间内使进气气门的正时延后预定的角度并使排气气门的正时提前预定的角度，可以进行控制发动机的进气气门和排气气门的正时。
在发动机转速在怠速rpm范围内时，可以进行控制发动机的进气气门和排气气门的正时。
所述方法可以进一步包括：在进行控制发动机的进气气门和排气气门的正时后，当重新进行低压egr时，将低压egr阀控制至期望的位置，以实现期望的egr量。
所述方法可以进一步包括：在进行将低压egr阀控制至期望的位置后，通过检测低压egr中的egr空气的量，控制发动机的点火正时以及扭矩。
在控制发动机的进气气门和排气气门的正时中，可以检测车辆的发动机转速，并且可以在根据所检测的发动机转速而确定的时间内减少内部egr的量。
附图说明
图1为显示了包括低压egr系统的涡轮增压发动机系统的配置的图，所述低压egr系统通过根据本申请的实施方案的控制装置和方法而被控制。
图2为显示了连续可变气门正时装置的配置的视图，所述连续可变气门正时装置通过根据本申请的实施方案的控制装置和方法而调节进气气门和排气气门的正时。
图3为示意性地显示了进气气门和排气气门的正时的视图。
图4为显示了根据本申请的实施方案的用于控制低压egr系统的装置的配置的方框图。
图5a和图5b为显示了根据本申请的实施方案的控制低压egr系统的方法的流程图。
图6a至图6c为显示了根据本申请的实施方案的控制低压egr系统的方法中进气气门和排气气门的正时的变化的示意图。
图7为显示了在停止低压egr时egr量随时间的变化的图。
图8为显示了低压egr系统的工作区域的图。
具体实施方式
下面将参考附图对本申请的示例性实施方案进行更详细的描述。然而，本申请可以以不同的形式实施并且不应解释为限于在此阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案以使申请完整并充分，并且将本申请的范围完全呈现给本领域技术人员。贯穿说明书，在本申请的各个附图和实施方案中，相似的附图标记表示相似的部件。
图1为显示了包括低压egr(exhaustgasrecirculation，排放气体再循环)系统的涡轮增压发动机系统的配置的图，所述低压egr系统通过根据本申请的实施方案的控制装置和方法而被控制。如图1所示，低压egr系统包括外部egr系统，所述外部egr系统将排放气体从用于净化的催化转化器12的后端再循环至压缩机7的前端。
首先以外部空气供给涡轮增压发动机系统，通过热膜式空气质量流量(hot-filemass，hfm)传感器1测量外部空气向其中的流入量。通过涡轮增压机的压缩机7使所引入的外部空气压缩并增压。通过中间冷却器8使增压空气冷却至预定的温度。
通过中间冷却器8冷却的空气被引入蒸发器并且与从燃料箱(未示出)供给的燃料混合以形成混合物。通过节气门9调节向蒸发器的空气供给量。根据汽缸10中的活塞和进气气门的工作，空气与燃料的混合物供给至发动机的汽缸10中的燃烧室，并且通过活塞压缩，以用于燃烧。
通过在燃烧室中燃烧而产生在汽缸10中的排放气体从汽缸10排出至排气口。此处，被排出的排放气体的一部分被引入涡轮增压机的涡轮机11中以使涡轮机11旋转，通过与涡轮机11共轴连接的压缩机7如上所述使新鲜空气加压。
被排出的排放气体被催化转化器12后处理，而后排出到外部。
同时，涡轮增压发动机系统包括了包含外部egr系统的低压egr系统，所述外部egr系统提取排出至排气系统的排放气体的一部分，并且将所提取的排放气体供给至发动机的进气系统，以用于排放气体的再循环。由于低压egr系统从涡轮增压机再循环排放气体，因此即便在高速和高负载的行驶条件下，低压egr系统也能够供给大量的排放气体而不降低涡轮效率，从而具有降低nox而提高燃料效率的效果。
如图1所示，低压egr系统的外部egr系统包括低压egr阀4和egr冷却器6，所述低压egr阀4调节排放气体通向进气系统的再循环率，所述egr冷却器6冷却通过egr路径再循环的高温排放气体，以通过进气系统将排放气体引入发动机中。
外部egr系统包括压差产生阀2，所述压差产生阀2位于低压egr阀4的排放气体的流动方向的下游，并且位于压缩机7的空气的流动方向的上游，以在相应的位置控制所引入的空气的压力。压差产生阀2安装为在低压egr阀4的后端和压缩机7的上端处降低压力，从而增加外部egr气体的流量。在正常条件下压差产生阀2完全打开，在这种情况下，当egr的量在进行egr的同时降低时，压差产生阀2关闭至预定的开度以增加egr的流量。同时，通过压差传感器5检测低压egr阀4的上游与下游侧之间的压差。
排气温度传感器3安装在低压egr阀4与压缩机7之间，并且测量从排气系统再循环至进气系统的排放气体的温度。
如随后所将描述的，通过根据本申请的实施方案的用于控制低压egr阀的装置的控制器500，控制低压egr阀的开度以及进气气门和排气气门的正时。
上面描述的并且在图1中显示的低压egr系统是将排出至排气系统的排放气体再循环至压缩机7的前端的外部egr系统。同时，当发动机的汽缸10中布置的排气气门在进气冲程中重新打开时，从汽缸10排出至排气口的燃烧气体的一部分可以被重新引入至汽缸10中。在下文中，将进行上述过程的系统称为内部egr系统，所述内部egr系统与图1所示的外部egr系统分开。
如上所述，由于内部egr系统用于当排气气门在进气冲程中打开时(在进气冲程中进气气门是打开的，因此也就是在气门重叠时)将排放气体的一部分通过排气口重新引入至汽缸10中，因此内部egr的量与气门重叠的程度有关。此外，必须沿着提前或延后的方向控制进气气门和排气气门的正时，从而调节气门重叠。为此目的，图2显示了连续可变气门正时装置。
参考图2，连续可变气门正时装置包括连接至凸轮轴200的一端的可变气门装置100、油控制阀300、曲柄角度和凸轮角度检测器400以及控制这些组件的控制器500。
此外，可变气门装置100包括壳体110和转子叶片120，所述转子叶片120连接至进气/排气气门(未示出)的凸轮轴200的一端，并且插入壳体110的内周中。
壳体110具有多个提前和延后腔室130和140，所述提前和延后腔室130和140在壳体110中形成为通过转子叶片120的各个叶片分隔的空间。锁定装置150形成在转子叶片120的叶片的至少一部分上，所述锁定装置150将凸轮轴200的旋转相位相对于内燃发动机的曲轴(未示出)以特定的角度固定。
连续可变气门正时装置调节从油控制阀300通过提前和延后通道135和145供给至可变气门装置100的提前和延后腔室130和140的油的供给量，从而通过在最提前的相位与最延后的相位之间改变凸轮轴200相对于曲轴的旋转相位，以使气门正时变化。
更具体地，当改变气门正时使其提前时，油控制阀300关闭延后通道145(油通过所述延后通道145供给至延后腔室140)，而另一方面，根据负荷控制(dutycontrol)而打开用于将油供给至提前腔室130的提前通道135，以通过改变提前腔室130中的液压而使凸轮轴的相位提前。
此外，当改变气门正时使其延后时，油控制阀300关闭提前通道135(油通过所述提前通道135供给至提前腔室130)，而另一方面，根据负荷控制而打开用于将油供给至延后腔室140的延后通道145，以通过改变延后腔室140中的液压而使凸轮轴的相位延后。
为了控制连续可变气门正时装置，控制器500根据发动机的转速(rpm)范围而计算最佳的气门正时，以基于发动机的转速(rpm)范围而设定所期望的气门正时。控制器500计算改变凸轮轴200的旋转相位所需的角度，从而达到所期望的气门正时，并且基于气门正时控制油控制阀300。在根据本申请的实施方案的用于控制低压egr系统的装置中，控制器500进行用于调节进气/排气气门的凸轮轴200的旋转相位的正时控制，从而在低压egr停止或外部egr的量减少时，通过根据预定的条件减少气门重叠而减少内部egr的量。
如图3所示，能够使用图2所示的连续可变气门正时装置而提前或延后进气气门和排气气门的正时。具体地，在以预定的角度提前排气气门而以预定的角度延后进气气门时，进气气门与排气气门之间的气门重叠减小。因此，内部egr的量也基于气门重叠而减少。
图4为显示了根据本申请的实施方案的用于控制低压egr系统的装置的配置的方框图。
参考图4，根据本申请的实施方案的用于控制低压egr系统的装置包括：行驶信息检测器、egr量检测器以及控制器500；所述行驶信息检测器检测车辆的行驶状态，所述egr量检测器检测通过低压egr阀4控制的外部egr的量，所述控制器500基于行驶信息检测器和egr量检测器所检测的结果而控制低压egr阀4以及发动机的进气气门和排气气门。
行驶信息检测器检测车辆加速踏板的开度、车辆速度、发动机转速(rpm)和节气门的开度中的至少一个，以检测车辆的当前行驶状态。
egr量检测器包括外部egr量测量单元；其中，基于低压egr阀4的开度、通过排气温度传感器3测量的排放气体的温度、通过压差传感器5测量的低压egr阀4的上游与下游侧之间的压差以及其中测量的egr气体和空气的量等等，所述外部egr量测量单元检测外部egr的量。
egr量检测器可以进一步包括内部egr量测量单元；其中，基于进气气门与排气气门之间的气门重叠、汽缸中的空气的量等等，所述内部egr量测量单元测量内部egr的量。
基于通过行驶信息检测器和egr量检测器所测量的信息，控制器500确定期望的外部egr量以及期望的内部egr量，并且产生用于控制低压egr阀4和连续可变气门正时装置的控制负荷，从而实现期望的egr率。
将参考图5a和图5b而详细描述低压egr系统的控制器500进行的控制方法。
图5a和图5b为显示了根据本申请的实施方案的控制低压egr系统的方法的流程图，所述方法通过图4所示的控制器而进行。
首先，行驶信息检测器检测加速踏板的开度、车辆速度、发动机转速(rpm)和节气门9的开度(s10至s40)。控制器500确定期望的外部egr率，所述外部egr率通过使用例如加速踏板的开度、车辆速度、发动机rpm和节气门9的开度的检测信息而从预设的映射表控制低压egr阀4的开度而获得。
同时，通过节气门9的开度而测量当前供给至进气系统的空气的量(s50)，并且测量低压egr阀4的当前开度(s60)，从而使控制器500确定当前通过外部egr的egr率，所述外部egr中排放气体从排气系统的催化转化器12的下游经由低压egr阀4供给至压缩机7的上游。基于测量信息能够更精确的确定当前egr率，所述测量信息例如所检测的车辆行驶信息、通过压差传感器5测量的低压egr阀4的上游与下游之间的压差，以及通过排气温度传感器3测量的egr气体的温度。
之后，基于在之前的步骤中获取的信息，控制器500确定是否停止egr。如果车辆的当前行驶情况不适合执行egr，或者在图8显示的egr的工作区域之外，那么控制器500将控制负荷传递至低压egr阀4以停止egr，所述控制负荷使得期望的egr率为0％(即，将外部egr量控制为“0”)。
基于在之前的步骤中获取的信息，如果控制器500确定需要停止执行egr，egr的执行就停止。在此情况下，控制器500确定步骤s50和s60中测量的当前egr率与基于步骤s10至s40中检测到的行驶信息所检测的期望的egr率之间的差值是否超过预定的临界值(s80)。如同图7的上述示例中一样(期望的egr率为0％，而当前egr率为10％)，当期望的egr率与当前egr率之间的差值超过预定的临界值时，在外部egr量为“0”之前，存在预定的延迟时间。即便由于在延迟时间内低压egr阀4的开度为0％而使得低压egr阀4完全关闭，在egr气体的外部循环路径中的排放气体也通过惯性持续地引入汽缸10中。期望的egr率与当前egr率之间的差值越大，延迟时间越长。
外部egr气体不必要地流入而导致燃烧不稳定，这可能引起失火和熄火现象。因此，后文将描述，为了解决燃烧不稳定的问题，通过减少经过排气口而引入汽缸10中的内部egr量，根据本申请的实施方案的控制低压egr系统的方法进行外部egr气体不必要地流入的额外补偿。
因此，后文将描述，控制器500在步骤s80中确定期望的egr率与当前egr率之间的差值是否超过预定的值，并且确定是否执行用于减少内部egr量的控制(s100至s130)。
在执行用于减少内部egr量的控制(s100至s130)之前，控制器500确定发动机转速是否在怠速rpm范围内(s90)。在进气气门与排气气门之间的气门重叠时出现扫气，其中，通过进气口供给的新鲜空气部分直接传递至排气口。通常利用扫气提高燃料注入效率和扭矩。因此，如果减少气门重叠以减少内部egr的量，上述利用扫气提高扭矩的效果就减少。同时，如图7所示，发动机转速越低，引入汽缸10的外部egr的量完全为“0”所需的时间就越长，从而相当大地使得燃烧不稳定。因此，只有在发动机转速对应于怠速rpm时，控制器500才进行用于减少内部egr量的控制(s100至s130)。
当确定发动机转速在怠速rpm范围内时，控制器500进行用于减少内部egr量的控制(s100至s130)。为此目的，控制器500控制连续可变气门正时装置的油控制阀300，从而以预定的角度延后进气气门的打开位置(s110)，同时以预定的角度提前排气气门的关闭位置(s120)。为了保持燃烧稳定，优选地在距离发动机活塞的tdc(上死点)0°至5°的范围内分别延后和提前进气和排气气门。
图6a至图6c为显示了根据本申请的实施方案的控制低压egr系统的方法中进气气门和排气气门的正时的变化的示意图。在图6a至图6c显示的气门正时中，在用于减少内部egr的量的控制之前，形成这样的气门重叠，其中进气气门的正时从发动机活塞的tdc提前26°角，而排气气门的正时从发动机活塞的tdc延后42°角。在通过根据本申请的实施方案的控制方法而进行用于减少内部egr的量的控制时，进气气门的正时从发动机活塞的tdc延后5°角，而排气气门的正时从发动机活塞的tdc提前5°角，从而减少气门重叠。
同时，在停止egr时，直到外部egr的量完全为“0”之前，在所需的延迟时间中通过进气气门和排气气门的提前和延后控制，进行用于减少内部egr的量的控制。因此，测量进行用于减少内部egr的量的控制所需的时间(s130)，并且控制器500确定所需的时间是否超过对应于延迟时间的设定值(s100)。如图7所示，在egr停止时，外部egr量完全为“0”所需的延迟时间根据发动机的当前转速而变化。在图7显示的示例中，当发动机转速为1500rpm时，延迟时间大约0.9秒，而当发动机转速为3000rpm时，延迟时间大约0.6秒。根据发动机的当前转速确定对应于延迟时间的预定设定值。
当确定在对应于延迟时间的设定时间中进行用于减少内部egr的量的控制，或者无需进行用于减少内部egr的量的控制时，控制器500控制低压egr系统以实现期望的egr率(s140)。为此目的，控制器500将用于实现期望的egr率的控制负荷施加至低压egr阀4以调节其开度。
在控制器500控制低压egr系统以实现期望的egr率后，外部egr量测量单元测量egr空气的量(s150)。基于所测量的egr空气的量以及车辆行驶信息，控制器500控制节气门9并且控制过量空气系数λ。为了提高燃料效率并且减少排放气体，供给至发动机的空气与燃料之间的比率控制为使得过量空气系数为“1”(λ＝1)，即实际的吸入空气量对应于理论上完全燃烧所需的空气量。
基于当前egr率，控制器500控制发动机的点火线圈(s170)以控制最佳的点火正时，并且基于当前egr率而根据预定的映射表控制发动机的输出扭矩(s180)。
虽然图5a和图5b显示的实施方案描述了用于减少内部egr的量的控制以在egr停止时确保燃烧稳定性，但是本申请并不限于此。在虽然egr没有停止，但根据行驶状况意图降低egr率的情况下，当期望的egr率与当前egr率之间的差值超过用于稳定燃烧的预定的临界值时，如图7所示超过相同的期望的egr量的外部egr空气可能不必要地引入汽缸10中，从而导致与熄火相关的问题。
因此，由于即便在上述情况下也能通过本申请中的用于减少内部egr的量的控制(s100至s130)进行外部egr气体不必要地流入的额外补偿，因此能够确保燃烧稳定性。
根据本申请的示例性实施方案，在低压egr系统中，当egr停止时，能够防止由egr气体不必要地流入汽缸而导致的燃烧不稳定的问题。
此外，在根据行驶情况减少外部egr时，当期望的egr量与当前egr量之间的差值为预定的值或以上时，通过在一定的部分中减少气门重叠，能够防止由于过量供给外部egr气体而导致的熄火现象。
尽管本申请对具体实施方案进行了描述，但是显然本领域技术人员可以进行各种改变和修改而不脱离本发明所附权利要求书所限定的精神和范围。