CN115711180B

CN115711180B - 发动机异常工况egr率与节气门协同控制方法及系统

Info

Publication number: CN115711180B
Application number: CN202211351196.XA
Authority: CN
Inventors: 秦龙; 杨柳春; 王冬; 雷言言
Original assignee: Dongfeng Motor Group Co Ltd
Current assignee: Dongfeng Motor Group Co Ltd
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2024-09-24
Anticipated expiration: 2042-10-31
Also published as: CN115711180A

Abstract

本发明公开了一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法及系统，方法包括S100：监测发动机出现早燃或者高强度爆震的异常工况时，判断是否满足提高EGR率的激活条件；S200：若判断满足提高EGR率的激活条件，则根据发动机怠速闭环标志位确定提高EGR率的调整梯度等级；S300：若判断满足提高EGR率的激活条件，同时进行节气门开度变化率调节，使节气门开度变缓以降低进气的波动速率，从而抑制爆震或早燃。本发明在监测到EGR废气波动大控制不稳或EGR率过大影响燃烧稳定性或出现爆震及早燃情况时，精确控制提高EGR率梯度等级，同时调节节气门动作使节气门开度变缓以降低进气的波动速率，提高燃烧稳定性，抑制爆震或早燃。

Description

发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法及系统

技术领域

本发明专利涉及发动机控制技术领域，尤其涉及一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法及系统。

背景技术

EGR是指排气再循环，内燃机燃烧后将排出气体的一部分分离并导入进气侧，使其再度燃烧的技术。研究表明EGR系统在改善排放，降低油耗和改善抗爆震能力上有一定优势，并可有效实现降低燃烧温度，避免爆震，抑制点火提前角推迟；相反的，若EGR率引入不当，或者EGR废气波动大、控制不稳，则会影响到内燃机燃烧稳定性，出现发动机额异常工况，此时通过适当提高EGR率，可有效的抑制爆震或者发动机异常抖动的发生。因此，EGR率的控制对于发动机的稳定运行具有重要意义。

为了解决上述问题，专利文献CN112459910A公开了一种目标EGR率的计算方法与系统，其根据发动机转速和负荷确定基础目标EGR率；根据特殊工况获取对应的修正率；根据基础目标EGR率和各修正率确定初始目标EGR率；根据EGR激活状态条件判断EGR是否激活；根据判断结果划分EGR状态，确定最终目标EGR率。此外，专利文献CN107882644A公开了一种具有低压EGR系统的EGR率控制方法、系统及车辆，根据发动机转速和预期扭矩确定目标EGR率；根据当前EGR率和目标EGR率之间的差值得到EGR阀开度调整值；根据EGR阀开度调整值和EGR阀目标开度得到EGR阀基础开度；获取油门踏板开度变化率，并根据油门踏板开度变化率和目标EGR率确定EGR阀开度预控制修正量；根据EGR阀基础开度和EGR阀开度预控制修正量得到EGR阀预控制开度，以便根据EGR阀预控制开度调节EGR阀的开度，以使当前EGR率达到目标EGR率。

上述专利技术方案均可根据发动机转速、负荷或预期扭矩，实现对EGR率的调整，从而有效降低加速迟滞的发生，提升车辆的运动性能。但上述EGR率的计算方法仍然存在如下技术问题；(1)上述EGR率的计算方法中均未考虑在发生爆震、早燃的异常工况时，EGR率应当做出的特殊响应，从而导致所得到的EGR率无法应对该种异常工况的技术缺陷；(2)上述EGR率的计算方法均为公开如何实现对EGR率梯度标定，及梯度调整范围。(3)由于EGR系统具有滞后性，无法在监测到发生爆震或早燃工况下及时提高EGR率从而改善燃烧的稳定性和避免爆震早燃情况的发生。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法及系统，在监测到EGR废气波动大控制不稳或EGR率过大影响燃烧稳定性或出现爆震及早燃情况时，精确控制提高EGR率同时调节节气门动作，提高燃烧稳定性，抑制爆震、早燃或发动机异常抖动，从驾驶性、燃烧稳定性和发动机寿命的角度合理控制扭矩的响应精度。为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，包括如下步骤：

S100：监测发动机出现早燃或者高强度爆震的异常工况时，判断是否满足提高EGR率的激活条件；

S200：若判断满足提高EGR率的激活条件，则根据发动机怠速闭环标志位确定提高EGR率的调整梯度等级；

S300：若判断满足提高EGR率的激活条件，同时进行节气门开度变化率调节，使节气门开度变缓以降低进气的波动速率，从而抑制爆震、早燃或发动机异常抖动。

进一步地，步骤S100中判断是否满足提高EGR率的激活条件包括：

S101：节气门出口压力p_Man与入口压力p_prethr之比大于第一预设值；和，EGR阀出口压力p_EGROut与入口压力p_EGRIn之比大于第二预设值；和，

发动机请求扭矩大于发动机最大扭矩能力与预设系数K1的乘积；

以上三者同时满足且持续的时间大于第一预设时间T1。

进一步地，所述第一预设值为0.975～0.997，所述第二预设值取0.965～0.985，所述第一预设时间T1为0.15～0.20s。

进一步地，所述预设系数K1为：

K1＝f₁(n,rho)×f₁(n,r_SparkEff)

其中，n为发动机转速；rho为进入气缸新鲜空气密度；r_SparkEff为点火效率。

进一步地，所述预设系数K1的标定包括：

在台架上保持点火效率为1不变的情况下，通过调整不同发动机转速和进入气缸新鲜空气密度，且同时保证未发生爆震，以抑制爆震为目的进行标定f₁(n,rho)；

在台架上保持进入气缸新鲜空气密度不变的情况下，调整不同点火效率和发动机转速，且同时保证未发生爆震和排温超限，以抑制爆震和避免排温超限为目的进行标定f₁(n,r_SparkEff)。

S102：监测发动机燃烧指标是否超过阈值，判断是否早燃或爆震，或在出现早燃或者高强度爆震的瞬间，及在早燃或者高强度爆震结束后的第二预设时间T0内，所述第二预设时间T0为0.05～0.25s。

进一步地，步骤S200中，确定提高EGR率的调整梯度等级包括：

在保证燃烧稳定性COV IMEP<3％，同时排温不超限的前提下，调整进入气缸的新鲜空气进气密度rho_Air与发动机转速n_Eng，获得提高EGR率的调整梯度；其中，

动机处于怠速闭环时，EGR率变化量调整为梯度一；

发动机处于非怠速闭环时，EGR率变化量调整为梯度二。

进一步地，步骤S300中，所述节气门开度变化率为：

开度变化率＝节气门开度变化率修正乘法因子*原始的节气门开度变化率；

其中，所述节气门开度变化率修正乘法因子取决于发动机转速、进入气缸新鲜空气进气密度，在保证燃烧稳定性COV IMEP<3％的情况下对节气门开度变化率修正乘法因子进行标定获得。

进一步地，在提高EGR率的激活条件不满足后，按照变化率为2％/s逐步恢复节气门开度变化率至原始节气门开度变化率。

按照本发明的第二方面，提供一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制系统，包括：

激活模块，用于监测发动机出现早燃或者高强度爆震的异常工况时，判断是否满足提高EGR率的激活条件；

梯度等级确定模块，用于若判断满足提高EGR率的激活条件，则根据发动机怠速闭环标志位确定提高EGR率的调整梯度等级；

节气门调节模块，用于若判断满足提高EGR率的激活条件，同时进行节气门开度变化率调节，使节气门开度变缓以降低进气的波动速率，从而抑制爆震、早燃或发动机异常抖动。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的方法，在监测到EGR废气波动大控制不稳或EGR率过大影响燃烧稳定性或出现爆震及早燃情况时，精确控制提高EGR率同时调节节气门动作，提高燃烧稳定性，抑制爆震、早燃或发动机异常抖动，从驾驶性、燃烧稳定性和发动机寿命的角度合理控制扭矩的响应精度。

2.本发明的方法，在提高EGR率的激活条件满足后，不管是否处于怠速闭环，均会进行EGR率的调整，实现进一步提高EGR率，且当发动机处于怠速闭环时，发动机燃烧稳定性条件能力较大，据此确定提高EGR率的调整梯度等级的方法包括：怠速闭环时的EGR率降低调整幅度小于在非怠速闭环时的EGR率降低调整幅度。

3.本发明的方法，在保证燃烧稳定性COV IMEP<3％，同时排温不超限的前提下，调整进入气缸的新鲜空气进气密度与发动机转速，从而获得提高EGR率的调整梯度范围。

4.本发明的方法，每一次提高EGR率的时间超过T4时间后，必须要至少推迟T3时间后才允许再次提高EGR率的调整，从而有效避免对动力性影响较大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法流程图；

图2为本发明实施例中提前预判早燃，或爆震的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，包括以下步骤：

S300：若判断满足提高EGR率的激活条件，同时进行节气门开度变化率调节，使节气门开度变缓以降低进气的波动速率，从而抑制爆震、早燃或发动机异常抖动。本发明的方法，在监测到EGR废气波动大控制不稳或EGR率过大影响燃烧稳定性或出现爆震及早燃情况时，精确控制提高EGR率同时调节节气门动作，提高燃烧稳定性，抑制爆震、早燃或发动机异常抖动，避免对驾驶性能产生较大影响。

基于上述方法的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，所述步骤S100的提高EGR率的激活条件具体包括下述内容，两种工况条件满足其中任意一种，即可激活提高EGR率的异常工况控制：

S101：或节气门出口压力p_Man与入口压力p_prethr之比大于第一预设值，该第一预设值取0.975～0.997，优选的，该第一预设值取0.987；或EGR阀出口压力p_EGROut与入口压力p_EGRIn之比大于第二预设值，该第二预设值取0.965～0.985，优选的，该第二预设值取0.975；或发动机请求扭矩大于发动机最大扭矩能力与预设系数K1的乘积。以上三者同时满足且持续的时间大于第一预设时间T1，所述第一预设时间T1为0.15～0.20s之间，优选的T1＝0.18s。则提高EGR率的激活条件满足，此种提高EGR率的激活条件至少满足时间超过第二时间T2(即使以上三者条件从满足到不满足时间很短，本实例取1.5s)。基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，S101包括：K1＝f₁(n,rho)×f₁(n,r_SparkEff)

其中，n为发动机转速；rho为进入气缸新鲜空气密度；r_SparkEff为点火效率。在发动机转速和进入气缸新鲜空气密度相同的情况下，点火效率越低，越容易在发生爆震时无法及时通过调整点火角来得到排除异常，同时调整点火角可能会造成排温或者燃烧稳定性变差。因此点火效率越小则预设系数K1越小，以抑制爆震或者排温超限的风险。基于上述方法实施例的内容，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，为获取所述预设系数K1提出一种实验标定方法：在台架上保持点火效率为1不变的情况下，通过调整不同发动机转速和进入气缸新鲜空气密度，且同时保证未发生爆震，以抑制爆震为目的进行标定f₁(n,rho)，实验标定数据详见表1；在台架上保持进入气缸新鲜空气密度不变的情况下，调整不同点火效率和发动机转速，且同时保证未发生爆震和排温超限，以抑制爆震和避免排温超限为目的进行标定f₁(n,r_SparkEff)，实验标定数据详见表2，通过两者的乘积从而获取预设系数K1。

表1

表2

S102：监测发动机燃烧指标是否超过阈值，判断是否早燃或爆震，或在出现早燃或者高强度爆震的瞬间，及在早燃或者高强度爆震结束后的第二预设时间T0内，第二预设时间T0为0.05～0.25s，优选的，T0＝0.1s。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，S102中所述的高强度爆震的发生需要满足下述条件之一：条件B1：爆震需要推迟的点火角变化量不小于爆震推迟前的点火角与最小点火角之差；条件B2在爆震发生时，爆震推迟的点火角变化量达到爆震推迟的允许最大点火角变化量。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，由于爆震发生允许的最大变化量不可以过小，否则会造成爆震进一步发生的风险；同样不可以过大，影响发动机的动力性，据此所述条件B2包括爆震推迟的允许最大点火角变化量设置为10°。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，在提高EGR率的激活条件满足后，不管是否处于怠速闭环，均会进行EGR率的调整，实现进一步提高EGR率。且当发动机处于怠速闭环时，发动机燃烧稳定性条件能力较大，据此，所述步骤S200确定提高EGR率的调整梯度等级的方法包括：怠速闭环时的EGR率降低调整幅度小于在非怠速闭环时的EGR率降低调整幅度。

具体的，为分别实验标定发动机处于怠速闭环与非怠速闭环时的提高EGR率的调整梯度，提出一种实验标定方法：在保证燃烧稳定性COV IMEP<3％，同时排温不超限的前提下，调整进入气缸的新鲜空气进气密度rho_Air(mgpl)与发动机转速n_Eng(rpm)，从而获得提高EGR率的调整梯度。在发动机处于怠速闭环时，EGR率变化量调整为梯度一，实验标定数据详见表3；在发动机处于非怠速闭环时，EGR率变化量调整为梯度二，实验标定数据详见表4。

表3

表4

基于上述方法实施例的内容，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，所述步骤S200包括在怠速闭环与非怠速闭环之间进行切换时，两种梯度的EGR率变化量的变化率的绝对值由发动机转速和发动机水温共同决定，提出一种对两种梯度的EGR率变化量的变化率绝对值的实验标定方法：在从怠速闭环到非怠速闭环，或者从非怠速闭环到怠速闭环切换时无爆震发生，无排温超限，燃烧稳定性COV IMEP<3％，实验标定数据详见表5。且在变化量升高时，变化率取表5的正值，在变化量降低时，取表5的负值。

表5

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，所述步骤S200包括每一次提高EGR率的时间超过T4时间后，必须要至少推迟T3时间后才允许再次提高EGR率的调整，避免对动力性影响较大。优选的T3＝0.5s，T4的时间取决于发动机转速和水温，实验标定数据详见表6。

表6

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，所述步骤S200包括：当提高EGR率的激活条件不满足时，则立刻恢复成原始未调整前的EGR率。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，所述步骤S300的节气门开度变化率包括节气门开度变化率等于将节气门开度变化率修正乘法因子与原始的节气门开度变化率相乘。所述节气门开度变化率修正乘法因子，取决于发动机转速、进入气缸新鲜空气进气密度，在保证燃烧稳定性COV IMEP<3％的情况下对节气门开度变化率修正乘法因子进行标定，实验标定数据详见表7。

表7

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，所述步骤S300包括在提高EGR率的激活条件不满足后，逐步恢复(变化率为2％/s)节气门开度变化率为原始节气门开度变化率。

在出现早燃或者高强度爆震，或者为了抑制爆震发生，通过不同工况调整不同的EGR率和节气门，从驾驶性、燃烧稳定性和发动机寿命的角度合理控制扭矩的响应精度。

本发明实施例的系统是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以实现系统实施例中提供的各种系统。

此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的全部系统或部分系统。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)实现各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法或系统。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定提高EGR率的调整梯度等级包括：

在保证燃烧稳定性COV IMEP<3％，同时排温不超限的前提下，调整进入气缸的新鲜空气进气密度rho与发动机转速n，获得提高EGR率的调整梯度；其中，

发动机处于怠速闭环时，EGR率变化量调整为梯度一；

发动机处于非怠速闭环时，EGR率变化量调整为梯度二；

S300：若判断满足提高EGR率的激活条件，同时进行节气门开度变化率调节，使节气门开度变缓以降低进气的波动速率，从而抑制爆震或早燃。

2.根据权利要求1所述的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，其特征在于，步骤S100中判断是否满足提高EGR率的激活条件包括：

以上三者同时满足且持续的时间大于第一预设时间T1。

3.根据权利要求2所述的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，其特征在于，所述第一预设值为0.975～0.997，所述第二预设值取0.965～0.985，所述第一预设时间T1为0.15～0.20s。

4.根据权利要求2所述的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，其特征在于，所述预设系数K1为：

K1＝f₁(n,rho)×f₁(n,r_SparkEff)

5.根据权利要求4所述的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，其特征在于，所述预设系数K1的标定包括：

在台架上保持进入气缸新鲜空气密度不变的情况下，调整不同点火效率和发动机转速，且同时保证未发生爆震和排温超限，以抑制爆震和避免排温超限为目的进行标定f₁(n,rSparkEff)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，其特征在于，步骤S300中，所述节气门开度变化率为：

7.根据权利要求6所述的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，其特征在于，在提高EGR率的激活条件不满足后，按照变化率为2％/s逐步恢复节气门开度变化率至原始节气门开度变化率。

8.一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制系统，采用权利要求1-7任一项所述的一种发动机异常工况EGR率与节气门协同控制方法，其特征在于，包括：

节气门调节模块，用于若判断满足提高EGR率的激活条件，同时进行节气门开度变化率调节，使节气门开度变缓以降低进气的波动速率，从而抑制爆震或早燃。