排放的控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于內燃機排放控制技術，具體涉及一種通過引入EGR實現全工況降低柴油機放的控制系統，及基于該系統以空燃比為控制目標的控制方法。
【背景技術】
[0002]內燃機工作時，一定質量的燃料完全燃燒所需要的空氣質量與該燃料質量之比稱為理論空燃比。柴油機的理論空燃比為14.3，空燃比的選擇直接影響混合氣的濃度，并對柴油機動力性、經濟性和排放性等性能有很大的影響。由于柴油粘度大，蒸發性較差，柴油機總體空燃比要遠大于理論空燃比。為了提高柴油機進氣充量，促進燃燒，進氣渦輪增壓得到廣泛應用。進氣增壓使得在同樣氣缸工作容積的條件下，可以進入更多的新鮮空氣，因而可以增加循環供油量，獲得更大的功率輸出。但在某一工況下保證所需的功率輸出繼續增大進氣量，氧含量升高，富氧燃燒導致缸內溫度升高，柴油機熱負荷增加，還極易形成高溫富氧環境使NOx大量生成。
[0003]由于后處理器對排放降低有限，對燃油品質要求高，結構復雜，基礎設施不完善，后處理降低NOx成本較高，使廢氣再循環(Exhaust Gas Recycle簡稱EGR)系統作為降低NOx排放的方法得到廣泛的應用。EGR引入進氣管后，缸內燃燒發生了很大的變化，廢氣混入新鮮空氣中，氧含量降低，進氣中增加了 H2O、CO2等多原子分子，比熱容增加，缸內燃燒速度和最高燃燒溫度降低，從而使NOx排放降低。
[0004]對于目前廣泛采用渦輪增壓的發動機，防止廢氣對壓氣機葉片的磨損腐蝕，多采用高壓EGR，這樣在某些工況會因為壓差小或負壓差，無法實現大的EGR率或無法引入EGR，在進氣管加節流閥則會增加栗氣損失，減低進氣壓力，從而降低功率。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對柴油機空燃比過大導致NOx排放增多和采用高壓EGR無法實現大的EGR率的問題，提出一種全工況降低柴油機NOx排放的控制系統及控制方法，該控制系統采用雙EGR回路系統，可以根據柴油機的工況以空燃比為控制目標，實現大的EGR率以降低柴油機全工況范圍NOx排放的目的。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]一種全工況降低柴油機NOx排放的控制系統，包括發動機、空氣濾清器、與空氣濾清器相連的壓氣機、與壓氣機同軸相連的渦輪機、進氣中冷器、通過進氣支管連接在發動機上的進氣總管、通過排氣支管連接在發動機上的排氣總管，設置在渦輪機出口端的排氣管中蝶閥、B回路中的與渦輪機出口端的排氣管和空氣濾清器出口端進氣管相連的EGR閥1、A回路中的與排氣總管相連的EGR冷卻器、與進氣總管相連的EGR閥Π、設置在排氣總管上的λ傳感器、設置在發動機缸蓋水套上的冷卻液溫度傳感器、設置在發動機曲軸上的高響應扭矩傳感器和高響應轉速傳感器、設置在進氣總管上的進氣管壓力傳感器、設置在排氣總管上的排氣管壓力傳感器、與λ傳感器通訊的設有計算空燃比程序的單片機及電控單元ECU;所述的空氣濾清器依次通過壓氣機、進氣中冷器與發動機上的進氣總管管路連通，所述的渦輪機與發動機上的排氣總管管路連通；
[0008]所述的A回路是從渦輪機前排氣總管引出，經EGR冷卻器、EGR閥Π至進氣總管；所述的B回路是從渦輪機后引出，經EGR閥I至壓氣機前，與空氣一同經壓縮進入進氣總管；
[0009]所述的蝶閥設置在渦輪機出口端的排氣管中；
[0010]所述的λ傳感器與設有空燃比計算程序的單片機通訊連接，設有空燃比計算程序的單片機與電控單元ECU通訊連接；
[0011 ] 所述的蝶閥、EGR閥I及EGR閥Π與電控單元E⑶控制連接。
[0012]所述的高響應扭矩傳感器和高響應轉速傳感器分別與電控單元ECU通訊連接，用以提供電控單元ECU判斷發動機工況的信號；
[0013]所述的冷卻液溫度傳感器與電控單元E⑶通訊連接，用以提供電控單元ECU判斷冷卻液溫度的信號；
[0014]所述的進氣管壓力傳感器和排氣管壓力傳感器分別與電控單元ECU通訊連接，用以提供電控單元ECU判斷進排氣壓差的信號。
[0015]各工況目標空燃比可以根據NOx排放控制目標的實際需求以及試驗標定值進行設定，并存入電控單元ECU中。
[0016]本控制系統的工作機理是:
[0017]通過λ傳感器采集到的過量空氣系數信號傳入到設有空燃比計算程序的單片機中，單片機實時計算空燃比并將其傳入到電控單元ECU中。
[0018]電控單元ECU通過高響應扭矩傳感器和高響應轉速傳感器分別采集的轉速和扭矩信號來判斷發動機所處工況，通過冷卻液溫度傳感器獲得冷卻液溫度信號，同時判斷空燃比的目標值與瞬時值的差值和進排氣壓差，進而通過設定方案調整A回路中的EGR閥Π和B回路中的EGR閥I。
[0019]基于上述降低柴油機全工況NOx排放的控制系統，其控制方法通過下列步驟實現:
[0020]Α、首先根據NOx控制目標的實際需求以及試驗標定值，在電控單元ECU中設置目標空燃比；
[0021]Β、λ傳感器實時采集過量空氣系數信號傳入到設有空燃比計算程序的單片機中，單片機實時計算瞬時空燃比并將實際空燃比參數信號傳給電控單元ECU;同時，冷卻液溫度傳感器、高響應扭矩傳感器、高響應轉速傳感器和進氣管壓力傳感器實時采集冷卻液溫度、扭矩、轉速及進排氣壓差參數信號并傳給電控單元ECU;
[0022]C、電控單元ECU通過高響應扭矩傳感器和高響應轉速傳感器分別采集的轉速和扭矩信號來快速判斷發動機I所處工況；
[0023]D、當柴油機處于起動和熱機工況時，執行步驟H;
[0024]E、當柴油機處于怠速及負荷小于10%工況時，判斷是否冷卻液溫度T〈65°C，若冷卻液溫度未達到65°C，執行步驟H，若冷卻液溫度達到65°C，執行步驟I，使冷卻液溫度維持在65°C左右；
[0025]F、當柴油機處于10%-90%負荷工況時，判斷是否實際空燃比大于目標空燃比，若實際空燃比大于目標空燃比，執行步驟I，空燃比下降，直至實際空燃比與目標空燃比差值為零時，保持此時蝶閥、EGR閥I和EGR閥Π開度不變;若實際空燃比小于等于目標空燃比，執行步驟H;
[0026]G、當柴油機處于負荷超過90%工況時，執行步驟H;
[0027]H、不引入EGR，A、B回路中的EGR閥Π和EGR閥I均關閉；
[0028]1、判斷是否排氣管壓力大于進氣管壓力，若排氣管壓力大于排進氣管壓力時，從A回路引入EGR，蝶閥全開，B回路上的EGR閥I關閉，根據電控單元E⑶指令調整EGR閥Π開度；若排氣管壓力小于進氣管壓力時，從B回路引入EGR，A回路上的EGR閥Π關閉，根據電控單元E⑶指令調整蝶閥18轉動角度和EGR閥I開度。
[0029]本發明與現有技術相比具有以下優點和有益效果:通過引入EGR改變進氣成分從而改變進氣氧濃度實現空燃比的變化;EGR回路采用兩種引入方式，在排氣壓力大于進氣壓力的大部分工況，采用渦輪前取排氣送至壓氣機后(A回路)，在排氣壓力小于進氣壓力時，采用渦輪后取排氣送至壓氣機前(B回路)；不需要加裝節流閥，避免栗氣損失降低柴油機功率，同時能避免壓氣機長期處于EGR環境降低使用壽命;本發明控制精度高，能實現大的EGR率，能夠控制柴油機的全工況范圍內低的從^排放。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明全工況降低柴油機NOx排放的控制系統的結構示意圖；
[0031 ]圖2為本發明全工況降低柴油機NOx排放的控制方法的流程圖。
[0032]圖中，1.發動機2.空氣濾清器3.壓氣機4.渦輪機5.進氣中冷器6.進氣總管
7.排氣總管8.λ傳感器9.冷卻液溫度傳感器10.高響應扭矩傳感器11.高響應轉速傳感器12.進氣管壓力傳感器13.排氣管壓力傳感器14.設有計算空燃比程序的單片機15.電控單元ECU 16.進氣支管17.排氣支管18.蝶閥19.EGR閥I 20.EGR冷卻器21.EGR閥Π O
【具體實施方式】
[0033]如圖1所示，一種全工況降低柴油機NOx排放的控制系統，包括:發動機1、空氣濾清器2、與空氣濾清器相連的壓氣機3、與壓氣機3同軸相連的渦輪機4、進氣中冷器5、通過進氣支管16連接在發動機I上的進氣總管6、通過排氣支管17連接在發動機I上的排氣總管7，設置在渦輪機4出口端的排氣管中蝶閥18、Β回路中的與渦輪機4出口端的排氣管和空氣濾清器2出口端進氣管相連的EGR閥119、Α回路中的與排氣總管6相連的EGR冷卻器20、與進氣總管6相連的EGR閥Π 21、設置在排氣總管7上的λ傳感器8、設置在發動機I缸蓋水套上的冷卻液溫度傳感器9、設置在發動機I曲軸上的高響應扭矩傳感器1和高響應轉速傳感器11、設置在進氣總管6上的進氣管壓力傳感器12、設置在排氣總管7上的排氣管壓力傳感器13、與λ傳感器8通訊的設有計算空燃比程序的單片機14及電控單元ECU15;所述的空氣濾清器2依次通過壓