一种用于调节EGR废气温度的方法及装置与流程

本申请涉及废气再循环技术领域，尤其涉及一种用于调节EGR废气温度的方法及系统。

背景技术：

随着排放法规要求越来越严格，柴油机排气热管理技术得到了越来越广泛的应用。在发动机加热和再生模式时，为满足SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)高效率以及DPF(Diesel Particulate Filter，柴油颗粒过滤器)再生时排气温度的需求，不同排气热管理技术已应用到欧六发动机。

现有技术方案中一般采用冷却EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)系统，通过EGR冷却器将发动机气缸排出的一部分废气进行冷却后与新鲜空气混合后再进入发动机，从而实现废气再利用。

然而，单独采用冷却EGR系统，EGR冷却器的匹配需要满足最大EGR流量和冷后温度的条件下的冷却能力，而这些流量点都是在高速高负荷工况，在低速低负荷区域就会出现EGR过冷的状态，EGR温度会接近发动机水温，如果此时将其引入到发动机缸内，会导致排气温度降低，无法满足SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)加热温度需求和DPF(Diesel Particulate Filter，柴油颗粒过滤器)再生温度需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种用于调节EGR废气温度的方法及装置，以克服现有技术中冷却EGR系统只能适用于高速高负荷工况而无法适用于低速低负荷工况下的问题。

为实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：

一种用于调节EGR废气温度的方法，包括：该方法应用于在EGR冷却器的出水口设置有电控调节阀的冷却EGR系统中，该方法包括：

当检测到发动机处于低速低负荷工况下时，根据当前第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度控制所述电控调节阀减小开度，以减少所述EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到所述第一目标EGR废气温度；

当检测到发动机处于高速高负荷工况下时，根据当前第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度控制所述电控调节阀增大开度，以增加所述EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到所述第二目标EGR废气温度。

优选的，所述根据当前第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度控制所述电控调节阀减小开度包括：

根据所述第一实际EGR废气温度与所述第一目标EGR废气温度得到第一温度偏差；

利用前馈控制器和PD控制器根据所述第一温度偏差输出控制命令，以控制所述电控调节阀的开度进行相应的减小或控制所述电控调节阀闭合；

所述根据当前第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度控制所述电控调节阀增大开度包括：

根据所述第二实际EGR废气温度与所述第二目标EGR废气温度得到第二温度偏差；

利用所述前馈控制器和所述PD控制器根据所述第二温度偏差输出控制命令，以控制所述电控调节阀的开度增大。

优选的，还包括：当满足预设条件时，直接利用预先设置的开环控制量输出相应的控制命令，以控制所述电控调节阀的开度。

优选的，所述前馈控制器对所述电控调节阀的开度控制量根据所述EGR废气的冷却效率和EGR废气的流量确定。

优选的，当所述EGR冷却器的出气口的EGR废气温度达到所述第一目标EGR废气温度后，且所述EGR冷却器的进气口的废气温度大于所述第二目标EGR废气温度时，还包括：控制所述冷却EGR系统中的EGR阀的开度减小预设时间，以使EGR废气的流量减小。

一种用于调节EGR废气温度的装置，该装置应用于冷却EGR系统中，该装置包括：检测单元、控制单元以及设置于所述冷却EGR系统中EGR冷却器的出水口的电控调节阀，其中，

所述检测单元用于检测发动机当前的工况类型；

当所述检测单元检测到所述发动机处于低速低负荷工况下时，所述控制单元根据当前第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度控制所述电控调节阀减小开度，以减少所述EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到所述第一目标EGR废气温度；

当所述检测单元检测到所述发动机处于高速高负荷工况下时，所述控制单元根据当前第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度控制所述电控调节阀增大开度，以增加所述EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到所述第二目标EGR废气温度。

优选的，所述控制单元包括：计算单元和控制子单元，其中，

当所述检测单元检测到所述发动机处于低速低负荷工况下时，

所述计算单元，用于根据所述第一实际EGR废气温度与所述第一目标EGR废气温度得到第一温度偏差；

所述控制子单元，用于利用前馈控制器和PD控制器根据所述第一温度偏差输出控制命令，以控制所述电控调节阀的开度进行相应的减小或控制所述电控调节阀闭合；

当所述检测单元检测到所述发动机处于高速高负荷工况下时，

所述计算单元，用于根据所述第二实际EGR废气温度与所述第二目标EGR废气温度得到第二温度偏差；

所述控制子单元，用于利用所述前馈控制器和所述PD控制器根据所述第二温度偏差输出控制命令，以控制所述电控调节阀的开度增大。

优选的，所述控制单元还包括选择单元，用于当满足预设条件时，选择利用预先设置的开环控制量输出相应的控制命令，以控制所述电控调节阀的开度。

优选的，所述控制单元还用于当所述EGR冷却器的出气口的EGR废气温度达到所述第一目标EGR废气温度后，且所述EGR冷却器的进气口的废气温度大于所述第二目标EGR废气温度时，控制所述冷却EGR系统中的EGR阀的开度减小预设时间，以使EGR废气的流量减小。

优选的，还包括：设置于所述EGR冷却器的水腔顶端的排气孔，用于将水路中的气泡排出。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种调节EGR废气温度的方法和装置，该方法应用于在EGR冷却器的出水口设置有电控调节阀的冷却EGR系统中，通过检测发动机当前所处的工况，即确定是否需要热的废气引入进气管。当处于低速低负荷工况，证明需要热的废气引入气缸的进气管，则利用电控调节阀控制EGR冷却器出水关闭或者减少，从而使热的废气引入进气管，提升缸内温度达到提高排气温度的目的，将排气温度控制在所需范围，从而满足SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，同时也会适当降低NOx的排放；当处于高速高负荷工况时，排气温度较高，需要冷的EGR废气引入气缸，则打开电控调节阀以使EGR冷却器对EGR废气进行冷却，使冷的EGR废气进入气缸，从而将排气温度控制在所需范围，从而满足SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，也可以显著降低NOx的排放。本申请所提供的方案通过利用电控调节阀控制EGR冷却器对进入气缸的废气温度的调控，实现了将气缸排气温度控制在所需范围内，从而满足了SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，并且同时降低了NOx的排放。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种用于调节EGR废气温度的方法的流程图；

图2为本申请实施例二提供的一种用于调节EGR废气温度的方法的流程图；

图3为本申请实施例二提供的一种前馈控制器对电控调节阀的开度控制量确定的逻辑示意图；

图4为本申请实施例二提供的一种电控调节阀的控制逻辑示意图；

图5为本申请实施例三提供的一种冷却EGR系统的结构简图；

图6为本申请实施例三提供的一种用于调节EGR废气温度的装置的结构示意图；

图7为本申请实施例四提供的一种控制单元的结构示意图；

图8为本申请实施例四提供的另一种控制单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为克服现有技术中冷却EGR系统只能适用于高速高负荷工况而无法适用于低速低负荷工况下的问题，本申请提供了一种用于调节EGR废气温度的方法及装置，具体方案如下所述：

其中，针对于本申请相关的名词解释：

VGT：Variable Geometry Turbine，涡轮机端废气入口处有可改变叶片角度的喷嘴环，喷嘴环可以再完全开启和关闭之间的任意位置，该位置可以按ECU发送的信号达到指定位置，从而调节各发动机转速下的增压器流通能力，以保证增压器的工作效率和响应速度。

EGR：Exhaust Gas Recirculation，废气再循环，将发动机排出的废气重新引入进气管和新鲜气体混合后进入燃烧室进行燃烧，此举有效可降低发动机NOx排放；

DOC:Diesel Oxidation Catalyst，氧化催化转换器，一种柴油车排气后处理技术，主要是通过催化剂的氧化反应除去颗粒中的可挥发有机物，减少PM排放；

DPF:Diesel Particulate Filter，柴油颗粒过滤器，安装在柴油车排气系统中，通过过滤来降低排气中颗粒物(PM)的装置；

SCR:Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原，降低NOx排放的一种后处理装置。

实施例一

本申请实施例一提供了一种用于调节EGR废气温度的方法，该方法应用于在EGR冷却器的出水口设置有电控调节阀的冷却EGR系统中，通过在EGR冷却器的出水口设置电控调节阀来调节EGR冷却器的水路水流量，从而实现对进入气缸的EGR废气温度的调节，进一步实现对排气温度的调节。如图1所示，该方法包括：

S101：当检测到发动机处于低速低负荷工况下时，根据当前第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度控制电控调节阀减小开度，以减少EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到第一目标EGR废气温度；

S102：当检测到发动机处于高速高负荷工况下时，根据当前第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度控制电控调节阀增大开度，以增加EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到第二目标EGR废气温度。

在EGR冷却器出水管路上增加电控调节阀，该调节阀可以控制EGR冷却器出水的通断。当需要热EGR废气引入进气管时，即当发动机处于低速低负荷工况下时，例如为冷启车的状态和加热模式时，将该阀关闭，切断EGR冷却器的水路；当需要冷EGR废气进气进气管时，即当发动机处于高速高负荷工况下时，例如废气温度已经达到目标温度，将该调节阀打开将EGR废气冷却。

需要说明的是，本实施例中上述两个步骤没有先后关系，可以根据实际情况处理。

由以上技术方案可知，本申请实施例一提供的该调节EGR废气温度的方法，通过检测发动机当前所处的工况，即确定是否需要热的废气引入进气管。当处于低速低负荷工况，证明需要热的废气引入气缸的进气管，则利用电控调节阀控制EGR冷却器出水关闭或者减少，从而使热的废气引入进气管，提升缸内温度达到提高排气温度的目的，将排气温度控制在所需范围，从而满足SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，同时也会适当降低NOx的排放；当处于高速高负荷工况时，排气温度较高，需要冷的EGR废气引入气缸，则打开电控调节阀以使EGR冷却器对EGR废气进行冷却，使冷的EGR废气进入气缸，从而将排气温度控制在所需范围，从而满足SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，也可以显著降低NOx的排放。

实施例二

在实施例一的基础上，本申请实施例二提供了一种更具体的用于调节EGR废气温度的方法，如图2所示，该方法包括：

S101：当检测到发动机处于低速低负荷工况下时，根据当前第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度控制电控调节阀减小开度，以减少EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到第一目标EGR废气温度；

具体的，根据当前第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度控制电控调节阀减小开度包括：

根据第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度得到第一温度偏差；

利用前馈控制器和PD控制器根据第一温度偏差输出控制命令，以控制电控调节阀的开度进行相应的减小或控制电控调节阀闭合。

其中，还包括：当满足预设条件时，直接利用预先设置的开环控制量输出相应的控制命令，以控制电控调节阀的开度。

S102：当检测到发动机处于高速高负荷工况下时，根据当前第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度控制电控调节阀增大开度，以增加EGR冷却器的水路的水流量，同时，控制冷却EGR系统中的EGR阀的开度减小预设时间，以使EGR废气的流量减小。

具体的，根据当前第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度控制电控调节阀增大开度包括：

根据第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度得到第二温度偏差；

利用前馈控制器和PD控制器根据第二温度偏差输出控制命令，以控制电控调节阀的开度增大。

本申请中，以EGR冷却后温度为目标温度，通过前馈控制+PD控制调节冷却水电控调节阀，满足控制要求。

需要说明的是，前馈控制器对电控调节阀的开度控制量根据EGR废气的冷却效率和EGR废气的流量确定。具体的逻辑示意图如图3所示，T3温度即为EGR冷却器进气口处EGR废气的温度，目标EGR温度即为EGR冷却器出气口处EGR废气所要达到的温度，T_Wout即为EGR冷却器进水口处的进水温度。三者通过逻辑运算得到EGR废气冷却效率，然后再与EGR废气流量结合确定前馈控制量，即控制电控调节阀的开度大小。该前馈控制量用于控制目标EGR温度快速接近实际值，然后剩余的温度偏差通过PD控制器调节，使EGR冷后温度控制在要求范围内。

其中，前馈控制量与EGR废气冷却效率、EGR废气流量的关系是通过台架试验测量得到的，最终是一个基于效率和流量得到节流面积的映射关系，然后根据节流面积和阀门开度的对应关系得到阀门开度，效率和流量不同对应的阀门面积不同。

其中，对电控调节阀开度的控制还包括：当满足预设条件时，直接利用预先设置的开环控制量输出相应的控制命令，以控制电控调节阀的开度。

在本实施例中，还可以同时增加基于发动机水温、混合后进气温度的修正。由于发动机在不同运行模式时，对EGR温度的需求不同，在不同运行模式时，采用不同的控制策略控制EGR冷却水调节阀。如图4所示，图4为本申请实施例二提供的一种电控调节阀的控制逻辑示意图。条件EGRCoolerCtl_st是受某些特定条件触发的，当其中某一个条件触发后，该调节阀的控制直接通过标定值执行。这些条件包括EGR下游温度、水温、后处理温度、环境温度、进气温度、发动机状态等条件，同时，还包括故障信息触发条件。具体的触发满足的条件需要通过实际实验获取，例如，下游温度大于某一个阀值、水温大于某一阀值、环境温度大于某一阀值、进气温度大于某一阀值等。其中，当EGRCoolerCtl_st为0时1路导通，为1时2路导通。

在本实施例中，为防止EGR冷却器由于电控调节阀的频繁开闭，可能会导致冷却器出现冷热冲击，影响其可靠性，因此，我们在控制系统中增加相关限制值和过渡控制算法，当加热模式结束需要降低EGR废气温度时，需要将电控调节阀打开，此时将EGR阀适当关闭或者减小开度预设时间，从而减小废气的流量，并当水循环稳定后再将EGR阀打开，该过程可能只需要持续几秒钟即可。

由以上技术方案可知，本申请实施例二提供的该方法，通过在EGR冷却水回路上增加电控调节阀，根据需求控制水流量，实现EGR冷却温度可调，实现了将气缸排气温度控制在所需范围内，从而满足了SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，并且同时降低了NOx的排放；采用EGR冷却效率估算电控调节阀的开度，作为前馈控制量，同时采用PD控制，防止电控调节阀频繁动作导致的水路控制不稳定。

实施例三

在实施例一的基础上，本申请提供了一种与之相应的用于调节EGR废气温度的装置，该装置应用于如图5所示的冷却EGR系统中，该冷却系统相比于现有冷却系统，在EGR冷却器的出水口添加了一个电控调节阀及其控制系统，电控调节阀即图5所示的EGR冷却器出水口处的调节阀。如图6所示，该调节EGR废气温度的装置包括：检测单元201、控制单元202以及设置于冷却EGR系统中EGR冷却器的出水口的电控调节阀203，其中，

检测单元201用于检测发动机当前的工况类型；

当检测单元201检测到发动机处于低速低负荷工况下时，控制单元202根据当前第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度控制电控调节阀203减小开度，以减少EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到第一目标EGR废气温度；

当检测单元检201测到发动机处于高速高负荷工况下时，控制单元202根据当前第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度控制电控调节阀203增大开度，以增加EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到第二目标EGR废气温度。

通过在EGR冷却器出水管路上增加电控调节阀，该调节阀可以控制EGR冷却器出水的通断。当需要热EGR废气引入进气管时，即当发动机处于低速低负荷工况下时，例如为冷启车的状态和加热模式时，将该阀关闭，切断EGR冷却器的水路；当需要冷EGR废气进气进气管时，即当发动机处于高速高负荷工况下时，例如废气温度已经达到目标温度，将该调节阀打开将EGR废气冷却。

由以上技术方案可知，本申请实施例三提供的该调节EGR废气温度的装置，通过检测发动机当前所处的工况，即确定是否需要热的废气引入进气管。当处于低速低负荷工况，证明需要热的废气引入气缸的进气管，则利用电控调节阀控制EGR冷却器出水关闭或者减少，从而使热的废气引入进气管，提升缸内温度达到提高排气温度的目的，将排气温度控制在所需范围，从而满足SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，同时也会适当降低NOx的排放；当处于高速高负荷工况时，排气温度较高，需要冷的EGR废气引入气缸，则打开电控调节阀以使EGR冷却器对EGR废气进行冷却，使冷的EGR废气进入气缸，从而将排气温度控制在所需范围，从而满足SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，也可以显著降低NOx的排放。

实施例四

在实施例三的基础上，本申请实施例四提供了一种更具体的用于调节EGR废气温度的装置。

该调节EGR废气温度的装置包括：检测单元201、控制单元202以及设置于冷却EGR系统中EGR冷却器的出水口的电控调节阀203，其中，

检测单元201用于检测发动机当前的工况类型；

当检测单元201检测到发动机处于低速低负荷工况下时，控制单元202根据当前第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度控制电控调节阀203减小开度，以减少EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到第一目标EGR废气温度；

当检测单元检201测到发动机处于高速高负荷工况下时，控制单元202根据当前第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度控制电控调节阀203增大开度，以增加EGR冷却器的水路的水流量直至EGR废气达到第二目标EGR废气温度。

其中，如图7所示，控制单元包括：计算单元2021和控制子单元2022，其中，

当检测单元201检测到发动机处于低速低负荷工况下时，

计算单元2021，用于根据第一实际EGR废气温度与第一目标EGR废气温度得到第一温度偏差；

控制子单元2022，用于利用前馈控制器和PD控制器根据第一温度偏差输出控制命令，以控制电控调节阀的开度进行相应的减小或控制电控调节阀闭合；

当检测单元201检测到发动机处于高速高负荷工况下时，

计算单元2021，用于根据第二实际EGR废气温度与第二目标EGR废气温度得到第二温度偏差；

控制子单元2022，用于利用前馈控制器和PD控制器根据第二温度偏差输出控制命令，以控制电控调节阀的开度增大。其中，前馈控制器对电控调节阀的开度控制量根据EGR废气的冷却效率和EGR废气的流量确定。

如图8所示，该控制单元除包括图7所示的部分外，还包括：选择单元2023，用于当满足预设条件时，选择利用预先设置的开环控制量输出相应的控制命令，以控制电控调节阀的开度。

在本实施例中，控制单元201还用于当EGR冷却器的出气口的EGR废气温度达到第一目标EGR废气温度后，且EGR冷却器的进气口的废气温度大于第二目标EGR废气温度时，控制冷却EGR系统中的EGR阀的开度减小预设时间，以使EGR废气的流量减小。

在本实施例中，为防止冷却水控制阀打开时水局部沸腾导致的冷却器穴蚀，以及发动机冷却水温度过高的问题，需要增加带放气功能的排气孔，以将水路中的气泡排出，从而防止水循环出现问题，具体的，该放气孔应安装于EGR冷却器的水腔顶端，即水腔最高点。

其中，需要说明的是，实施例三和实施例四是基于实施例一和实施例二所提供的方法对应的装置，即装置描述中与方法描述部分相对应的部分可相互参考，在本申请中不在赘述。

由以上技术方案可知，本申请实施例四提供的该装置，通过在EGR冷却水回路上增加电控调节阀，根据需求控制水流量，实现EGR冷却温度可调，实现了将气缸排气温度控制在所需范围内，从而满足了SCR加热温度需求和DPF再生温度需求，并且同时降低了NOx的排放；采用EGR冷却效率估算电控调节阀的开度，作为前馈控制量，同时采用PD控制，防止电控调节阀频繁动作导致的水路控制不稳定，而且，通过安装放气孔防止水路沸腾导致的发动机冷却系统异常。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。