一种天然气发动机EGR流量闭环控制系统及控制方法与流程

本发明涉及发动机，尤其涉及一种天然气发动机egr流量闭环控制系统及控制方法。

背景技术：

1、天然气发动机与同排量的柴油机相比，动力性接近，环保优势明显，更容易满足越来越严格的排放法规，国内外主流的发动机厂家正是看到了这一形势，纷纷推出天然气发动机机型。天然气发动机电控系统主要包括气路控制、燃气控制、点火控制、扭矩控制等。

2、在天然气发动机中，适当egr流量的引入能够有效的干扰发动机内的燃烧环境，起到大幅降低尾排nox浓度、抑制爆震的产生等作用。因此，egr流量的精确控制是非常重要的，但目前egr流量多是基于进气压力传感器的速度密度法的开环控制方式，并且没有失效替代方案。

技术实现思路

1、本发明提供了一种天然气发动机egr流量闭环控制系统及控制方法，可以通过两种方式实现egr流量的精确控制。

2、根据本发明的一方面，提供了一种天然气发动机egr流量闭环控制系统，包括：

3、进气流量传感器、混合器、进气压力传感器、气缸、egr阀、egr阀开度传感器和控制器；

4、进气流量传感器设置在空气管路上，混合器的第一端与空气管路连接，混合器的第二端与燃气管路连接；混合器的第三端通过混合气体管路与进气压力传感器的第一端连接，进气压力传感器的第二端与气缸的第一端连接，气缸的第二端与废气管路连接；混合器的第三端还通过混合气体管路与egr阀的第一端连接，egr阀的第二端与egr阀开度传感器的第一端连接，egr阀开度传感器的第二端与废气管路连接；混合器用于混合空气和燃气；进气流量传感器用于检测新鲜空气流量；进气压力传感器用于检测空气和燃气混合气体的压力；egr阀开度传感器用于检测egr阀的实际开度；

5、控制器分别与进气流量传感器、进气压力传感器和egr阀电连接；

6、控制器用于根据发动机实际工况确定egr需求流量；

7、控制器用于获取进气压力传感器检测的空气和燃气混合气体的压力；或者，控制器用于根据egr需求流量、阈值流量、egr阀的最大开度、egr阀的实际开度、燃气流量和新鲜空气流量确定空气和燃气混合气体的压力；控制器用于根据获取的空气和燃气混合气体的压力、气缸内气体分压、压力与流量的转化斜率、燃气流量和新鲜空气流量，确定egr实际流量；

8、控制器用于根据获取的egr实际流量和egr需求流量，确定egr流量修正值；根据egr流量修正值调节egr阀的开度，以使egr实际流量达到egr需求流量，实现egr流量闭环控制。

9、可选的，egr实际流量为：

10、egr_ms＝(map-ofs_p_cly)*fac_p_ms-full_ms-air_ms

11、其中，egr_ms为egr实际流量，map为空气和燃气混合气体的压力，ofs_p_cly为气缸内气体分压，fac_p_ms为压力与流量的转化斜率，full_ms为燃气流量，air_ms为新鲜空气流量。

12、可选的，天然气发动机egr流量闭环控制系统还包括：

13、节气门，节气门设置在空气管路上，节气门的第一端与进气流量传感器连接；节气门的第二端通过空气管路与混合器的第一端连接；控制器与节气门电连接；

14、控制器用于根据驾驶员需求扭矩确定新鲜空气需求量；控制器用于获取新鲜空气流量后控制节气门的阀门开度，以使新鲜空气流量达到新鲜空气需求量；

15、控制器用于根据新鲜空气流量、当量空燃比和需求过量空气系数设定值计算燃气流量。

16、可选的，控制器用于在egr需求流量小于或等于阈值流量时，根据egr阀的实际开度确定egr预估流量，根据egr预估流量、燃气流量和新鲜空气流量确定空气和燃气混合气体的压力；

17、控制器用于在egr需求流量大于阈值流量时，根据egr阀的实际开度确定egr预估流量，根据egr预估流量、阈值流量和egr阀的最大开度，确定egr额外流量值；根据egr额外流量值、阈值流量、燃气流量和新鲜空气流量确定空气和燃气混合气体的压力。

18、可选的，控制器用于在egr需求流量小于或等于阈值流量时，对egr预估流量、燃气流量和新鲜空气流量求和后，通过进气歧管动态模型对求和后的总流量产生的压力效应进行积分累计，确定空气和燃气混合气体的压力。

19、可选的，控制器用于在egr需求流量大于阈值流量时，根据egr阀的实际开度确定egr预估流量，根据阈值流量确定阈值开度；根据egr阀的最大开度确定egr最大流量；根据阈值流量、阈值开度、egr阀的实际开度、egr阀的最大开度和egr最大流量确定egr额外流量值；对egr预估流量、egr额外流量值、燃气流量和新鲜空气流量求和后，通过进气歧管动态模型对求和后的总流量产生的压力效应进行积分累计，确定空气和燃气混合气体的压力。

20、可选的，控制器用于根据阈值流量、阈值开度、egr阀的实际开度、egr阀的最大开度和egr最大流量，通过插值计算确定egr额外流量值。

21、可选的，天然气发动机egr流量闭环控制系统还包括：

22、增压压力传感器和涡轮增压器，增压压力传感器位于进气流量传感器远离节气门一侧的空气管路上，涡轮增压器位于增压压力传感器远离进气流量传感器一侧的空气管路上，增压压力传感器与进气流量传感器连接；涡轮增压器与增压压力传感器连接；涡轮增压器用于提高新鲜空气的进气量；增压压力传感器用于检测增压压力。

23、根据本发明的另一方面，提供了一种天然气发动机egr流量闭环控制方法，天然气发动机egr流量闭环控制系统包括：

24、进气流量传感器、混合器、进气压力传感器、气缸、egr阀、egr阀开度传感器和控制器；

25、进气流量传感器设置在空气管路上，混合器的第一端与空气管路连接，混合器的第二端与燃气管路连接；混合器的第三端通过混合气体管路与进气压力传感器的第一端连接，进气压力传感器的第二端与气缸的第一端连接，气缸的第二端与废气管路连接；混合器的第三端还通过混合气体管路与egr阀的第一端连接，egr阀的第二端与egr阀开度传感器的第一端连接，egr阀开度传感器的第二端与废气管路连接；混合器用于混合空气和燃气；进气流量传感器用于检测新鲜空气流量；进气压力传感器用于检测空气和燃气混合气体的压力；egr阀开度传感器用于检测egr阀的实际开度；

26、控制器分别与进气流量传感器、进气压力传感器和egr阀电连接；

27、天然气发动机egr流量闭环控制方法包括：

28、控制器根据发动机实际工况确定egr需求流量；

29、控制器获取进气压力传感器检测的空气和燃气混合气体的压力；或者，控制器根据egr需求流量、阈值流量、egr阀的最大开度、egr阀的实际开度、燃气流量和新鲜空气流量确定空气和燃气混合气体的压力；

30、控制器根据获取的空气和燃气混合气体的压力、气缸内气体分压、压力与流量的转化斜率、燃气流量和新鲜空气流量，确定egr实际流量；

31、控制器根据获取的egr实际流量和egr需求流量，确定egr流量修正值；根据egr流量修正值调节egr阀的开度，以使egr实际流量达到egr需求流量，实现egr流量闭环控制。

32、本发明实施例技术方案提供的天然气发动机egr流量闭环控制系统包括：进气流量传感器、混合器、进气压力传感器、气缸、egr阀、egr阀开度传感器和控制器；混合器用于混合空气和燃气；进气流量传感器用于检测新鲜空气流量；进气压力传感器用于检测空气和燃气混合气体的压力；控制器分别与进气流量传感器、进气压力传感器和egr阀电连接；控制器用于根据发动机实际工况确定egr需求流量；控制器用于用于获取进气压力传感器检测的空气和燃气混合气体的压力；或者，控制器用于根据egr需求流量、阈值流量、egr阀的最大开度、egr阀的实际开度、燃气流量和新鲜空气流量确定空气和燃气混合气体的压力；控制器用于根据获取的空气和燃气混合气体的压力、气缸内气体分压、压力与流量的转化斜率、燃气流量和新鲜空气流量，确定egr实际流量；控制器用于根据获取的egr实际流量和egr需求流量，确定egr流量修正值；根据egr流量修正值调节egr阀的开度，以使egr实际流量达到egr需求流量，实现egr流量闭环控制。本发明实施例在进气压力传感器发生故障时，仍存在替代方案确定空气和燃气混合气体的压力，通过两种方式确定空气和燃气混合气体的压力实现egr流量的精确控制。

33、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。