EGR控制方法及装置.pdf

本发明的目的在于提供一种能够扩张EGR的控制范围并确保体现低温燃烧所需的稳定的EGR流量的控制方法及装置，为达成所述目的，作为用于控制从发动机的燃烧室排出的废气再循环的EGR控制方法，提供一种EGR控制方法，包括：数据取得步骤，取得关于发动机状态及供应气体状态的数据；当前EGR率计算步骤，基于所述数据计算供应气体的当前EGR率；要求EGR率设置步骤，在预先制作的目标EGR率映射中设置与所述数据匹配的要求EGR率；误差算出步骤，计算所述要求EGR率与当前EGR率的差；控制步骤，根据所述差，调节供应气体的吸入侧压力，使废气的再循环量变化，从而使当前EGR率跟随要求EGR率。

权利要求书
1.  一种EGR控制方法，是用于控制从发动机的燃烧室排出的废气再循环的EGR(Exhaust Gas Recirculation)控制方法，其特征在于，包括：
数据取得步骤，取得关于发动机的运转状态的数据；
当前EGR率计算步骤，基于所述数据计算供应气体的当前EGR率；
要求EGR率设置步骤，在预先制作的目标EGR率映射中设置与所述数据匹配的要求EGR率；
误差算出步骤，计算所述要求EGR率与当前EGR率的差；
控制步骤，根据所述差，调节供应气体的吸入侧压力，使废气的再循环量变化，从而使当前EGR率跟随要求EGR率。

2.  根据权利要求1所述的EGR控制方法，其特征在于，
所述控制步骤通过相互协调配备于供应气体的吸入侧而用于调节吸入负压的吸气压力控制阀的开度和配备于废气的排出侧而用于把废气导入供应气体的吸入侧的EGR阀的开度而执行。

3.  根据权利要求1或2所述的EGR控制方法，其特征在于，
所述废气沿着从废气的排出侧分歧的EGR供应流路，导入供应气体的吸入侧，所述EGR供应流路形成不从属于诸如增压器(Turbo Charger)的辅助设备的独立的环路。

4.  根据权利要求1或2所述的EGR控制方法，其特征在于，
所述控制步骤借助于利用了吸入空气量的实际测量值及目标EGR率映射的PID控制来进行控制，使得满足要求EGR率。

5.  根据权利要求1所述的EGR控制方法，其特征在于，
所述关于发动机的运转状态的数据包括发动机速度、供应燃料量及吸入空气量。

6.  一种EGR控制装置，其特征在于，包括：
发动机，其包括速度传感器与空气流量计；
执行器，其控制吸气压力控制阀及EGR阀的开度；及
发动机控制单元，其从所述发动机取得关于发动机的运转状态的数据，基 于所述取得数据与已存储的目标EGR率映射，计算实际EGR量与要求EGR量，当所述计算结果发生实际EGR量与要求EGR量的差时，向所述执行器传递控制信号；
所述发动机控制单元根据所述差来调节供应气体的吸入侧压力，使废气的再循环量变化，从而使当前EGR量跟随要求EGR量。

7.  根据权利要求6所述的EGR控制装置，其特征在于，
所述关于发动机的运转状态的数据包括发动机速度、供应燃料量及吸入空气量。

说明书EGR控制方法及装置
技术领域
本发明涉及在例如柴油发动机等的燃烧系统中，使燃烧后排出的废气再循环的再循环废气(Exhaust Gas Recirculation，以下简称“EGR”)的控制，特别是涉及为了体现低温燃烧而能够向燃烧室内供应大量的再循环废气的控制方法及装置。
背景技术
低温燃烧技术作为能够飞跃性地降低诸如大型柴油发动机等燃烧系统中成为问题的诸如烟灰(Soot)、NOx等的废气排放物的新型燃烧技术，为了低温燃烧技术的实用化，最重要的是精密控制大量的EGR。为此，就以往的低压或高压EGR供应系统而言，采取了在增压器(Turbo charger)后端配备EGR气体供应流路和高压EGR阀，借助于控制该EGR阀而调节向燃烧室供应的EGR气体的供应率的方式。
发明内容
技术课题
但是，就这种以往方式而言，EGR率不过0～40％水平，在供应为了体现低温燃烧所需的60％以上的EGR率方面具有局限，随着诸如增压器(Turbo charger)的辅助设备的运转点变化，EGR率从属性地变化，发生无法准确控制EGR率的问题。这种问题一直是低温燃烧技术商用化的巨大绊脚石。
本发明正是为了解决这种以往技术的问题而研发的，其目的在于提供一种控制方法，扩张EGR的控制范围，确保体现低温燃烧所需的稳定的EGR流量，不从属于其他辅助设备，只利用低压EGR供应系统便能够精密控制EGR量。
课题的解决方案
旨在达成所述目的的本发明一个实施例的EGR控制方法，是用于控制从发动机的燃烧室排出的废气再循环的EGR(Exhaust Gas Recirculation)控制方法，可以包括：数据取得步骤，取得关于发动机的运转状态的数据；当前EGR 率计算步骤，基于所述数据计算供应气体的当前EGR率；要求EGR率设置步骤，在预先制作的目标EGR率映射中设置与所述数据匹配的要求EGR率；误差算出步骤，计算所述要求EGR率与当前EGR率的差；控制步骤，根据所述差，调节供应气体的吸入侧压力，使废气的再循环量变化，从而使当前EGR率跟随要求EGR率。
其特征在于，所述关于发动机的运转状态的数据包括发动机速度、供应燃料量及吸入空气量。
另外，其特征在于，所述控制步骤通过相互协调配备于供应气体的吸入侧而用于调节吸入负压的吸气压力控制阀的开度和配备于废气的排出侧而用于把废气导入供应气体的吸入侧的EGR阀的开度而执行。
另外，其特征在于，所述废气沿着从废气的排出侧分歧的EGR供应流路，导入供应气体的吸入侧，所述EGR供应流路形成不从属于诸如增压器(Turbo Charger)的辅助设备的独立的环路。
另外，其特征在于，所述控制步骤借助于利用了吸入空气量的实际测量值及目标EGR率映射的PID控制来进行控制，使得满足要求EGR率。
旨在达成所述目的的本发明一个实施例的EGR控制装置的特征在于，包括：发动机，其包括速度传感器与空气流量计；执行器，其控制吸气压力控制阀及EGR阀的开度；及发动机控制单元，其从所述发动机取得关于发动机的运转状态的数据，基于所述取得数据与已存储的目标EGR率映射，计算实际EGR量与要求EGR量，当所述计算结果发生实际EGR量与要求EGR量的差时，向所述执行器传递控制信号；所述发动机控制单元根据所述差来调节供应气体的吸入侧压力，使废气的再循环量变化，从而使当前EGR量跟随要求EGR量。
另外，其特征在于，所述关于发动机的运转状态的数据包括发动机速度、供应燃料量及吸入空气量。
发明效果
根据本发明，相互协调低压EGR阀(Low-Pressure EGR Valve)开度与吸气压力控制阀(IPCV；Inhalation Pressure Control Valve)开度，从而能够扩张EGR率的控制范围，因而能够稳定地供应体现低温燃烧所需的大量的EGR流 量。
另外，就原有高压EGR阀(High-Pressure EGR Valve)系统而言，在EGR量控制方面，具有对诸如增压器的辅助设备的从属性关系，但本发明中使用的低压EGR阀系统在结构上解决了这种问题，从而能够实现EGR量的独立控制，具有能够精密控制EGR的效果。
附图说明
图1是概略地表示本发明优选实施例的EGR控制系统的结构的图。
图2是表示本发明优选实施例的EGR控制逻辑的概念的图解。
图3是表示本发明优选实施例的EGR控制逻辑的流程图。
图4是表示本发明优选实施例的EGR控制系统的数值解析模型的图。
图5是表示单独使用低压EGR阀时的数值解析结果的图表。
图6是表示同时控制低压EGR阀开度与IPCV开度时的数值解析结果的图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的优选实施例进行更详细说明。
图1是概略地表示本发明优选实施例的EGR控制系统的结构的图。
如图1所示，本发明一个实施例的EGR控制系统100包括：吸气压力控制阀(IPCV)5，其安装于把经流量计(MAF)8和空气过滤器(A/F)7吸入的外气供应到燃烧室1的进气歧管2侧，调节吸气负压；EGR阀6，其安装于从排气歧管3侧分歧的EGR供应流路4上，把在燃烧室1燃烧并排出的废气导入进气歧管2侧。EGR阀6例如可以为低压EGR阀(LP-EGR Vlv)。另外，优选EGR供应流路4形成不从属于诸如增压器的辅助设备的低压EGR环路(LP-EGR Loop)。
本实施例的EGR控制系统100的特征在于，供应到燃烧室1的EGR流量调节并非只依赖于EGR阀6，而是通过协调EGR阀6的开度(duty)与吸气压力控制阀5的开度这两种变数，从而比以往的界限(0～40％)进一步扩张EGR的控制范围。
图2是表示本发明优选实施例的EGR控制逻辑的概念的图解。
如图2所示，发动机控制单元(ECU)从配备于发动机(E/G)的速度传 感器和空气流量计等，取得关于发动机的rpm、燃料量(Fuel Q)及空气量(Air Q)等的测量数据，基于该测量数据与自身存储的目标EGR率映射，计算实际EGR量与要求EGR量。计算结果，当实际EGR量与要求EGR量有差时，ECU为了使实际EGR量跟随要求EGR量，向执行器下达控制信号。基于该控制信号，调节吸气压力控制阀(IPCV)的开度与EGR阀(例如，低压EGR阀(LP-EGR Vlv))的开度，从而向发动机供应满足要求EGR量的大量的EGR。另外，为了满足要求EGR率的正确控制，优选执行利用了吸入空气量的实际测量值及目标EGR率映射的PID控制(Proportional-Integral-Derivative control)。
图3是表示本发明一个实施例的EGR控制逻辑的流程图。
如图3所示，首先，发动机控制单元(ECU)从发动机取得能够计算低温燃烧所需目标EGR量(Target EGR Quantity)或要求EGR率(Demand EGR Rate)的信息，例如，当前的rpm信息及实际燃料量(Actual Fuel Quantity；Fuel Q)信息(S301)。
然后，在根据事先实验而预先制作的目标EGR率映射(Target EGR Rate Map)中，设置与当前rpm及实际燃料量(Fuel Q)匹配的要求EGR率(S303)。
下表1表示了本发明一个实施例的目标EGR率映射(％)。
【表1】
Fuel Q\RPM8001200160020001050606568……………10058626770
然后，从借助于流量计而计量的吸入空气量(Fresh Air Quantity；Air Q)和ECU上的非EGR空气量计算表(Non-EGR Air Q Table)，计算当前的实际EGR量(Actual EGR Rate)(S305)。其中，实际EGR量是在从非EGR空气量表(Non-EGR Air Quantity)算出的空气量中去除流量计的测量值后的值，按如下数学式1所示计算。
【数学式1】
Actual EGR Rate[%]=Non EGR Air Quantity[kgh]-Acutal Air Quantity[kgh]Non EGR Air Quantity[kgh]*100]]>
下表2表示了本发明一个实施例的非EGR空气量计算表(kg/h)。
【表2】
RPM800120016002000Air Q10……800
然后，比较ECU计算的实际EGR量(Actual EGR Rate)与要求EGR量(Demand EGR Rate)，按如下数学式2所示计算误差(Deviation)(S307)。
【数学式2】
Deviation[％]＝Demand EGR Rate[％]-Actual EGR Rate[％]
当目标EGR量与实际EGR量发生差时，调节低压EGR阀(LP-EGR Vlv)开度与吸气压力控制阀(IPCV)开度，通过PID控制而使得跟随目标EGR量(S309)。即，控制吸气压力控制阀(IPCV)，调节进气歧管侧的吸入负压，从而控制使得从EGR阀侧导入满足要求EGR率的大量的EGR。
最后，如果实际EGR量跟随目标EGR量，则结束PID控制。
图4是表示本发明优选实施例的EGR控制系统的数值解析模型的图。
本发明人为了验证本发明的EGR控制的效果而构建了数值解析模型。作为数值解析模型，以满足废气限制基准“Tier 4 Final”的申请人制造的“DL06”柴油发动机为对象，使用了基于气体动力学仿真(WAVE_Ricardo)建模的1-D解析模型。另外，为了与以往系统的比较，分为单独使用低压EGR阀的情形、一同使用吸气压力控制阀与低压EGR阀的情形，对结果进行了分析。
在单独使用低压EGR阀的情况下，如图5所示，表示出EGR供应量大致在30％水平达到界限。
与此相反，在一同使用吸气压力控制阀(IPCV)的情况下，如图6所示，表示出根据IPCV与低压EGR阀的开度调节比率，能够使得100％跟随要求EGR率。
如上所述，根据本发明的EGR控制，提供能够确实解决在体现低温燃烧及实用化方面曾作为巨大障碍的大量EGR供应问题的显著提高的效果。
根据以上说明的本发明的优选实施例，能够同时调节EGR阀与吸气控制阀(IPCV)的开度，从而能够扩张EGR率的控制范围，因此，能够稳定地供应体现低温燃烧所需的大量的EGR流量。特别是以往的EGR系统，存在EGR 率约为40％的界限，但本发明的EGR控制系统能够供应100％的充分的EGR量，能够确实解决EGR供应问题。
另外，利用不从属于诸如增压器的辅助设备的低压EGR环路，从而即使辅助设备的运转点变化，EGR率也不从属地变化，因而能够更正确地控制EGR率。另外，不仅能够通过只利用由流量计测量的吸入空气量的控制逻辑而实现准确的EGR率控制，而且，借助利用了吸入空气量的实际测量值及目标EGR率映射的PID控制，能够实现满足要求EGR率的正确的EGR控制。
以上参照附图，说明了本发明的实施例，但本发明所属技术领域的技术人员可以理解，本发明在不变更其技术思想或必需特征的情况下，可以以其它具体形态实施。
因此，本说明书中说明的优选实施例在所有方面只是示例，不得理解为限定本发明，本发明的范围根据后述的权利要求书确定，因此从权利要求书中记载的满园及其均等范围导出的所有变更或变形的形态应理解为包括于本发明的范围。