CN109339962A - 一种egr阀的控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种EGR阀的控制方法和装置，该控制方法在发动机的水温和发动机的排气温度都低于预定值时，废气中燃油燃烧产生的水蒸气容易形成冷凝水，控制EGR阀处于关闭状态，EGR冷却器中的废气静止，形成的冷凝水能对EGR冷却器侧壁上的积碳起到浸泡作用，积碳的主要成分属于亲水基，能被吸收至冷凝水中，一段时间后控制EGR阀处于开启状态，一定流速的废气经过冷却器能对吸收了积碳的冷凝水起到冲刷作用，使吸收了积碳的冷凝水从EGR冷却器中排出。多次执行控制EGR阀关闭，EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制EGR阀开启，EGR阀处于开启状态第二时长，也就是多次进行浸泡和冲刷，能够有效减少EGR冷却器的积碳。
Description
技术领域
本申请涉及发动机控制领域，尤其涉及一种EGR阀的控制方法和装置。
背景技术
废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)系统可降低发动机燃烧室内的最高燃烧温度及氧浓度，从而有效控制发动机工作过程中氮氧化物(NOX) 的排放。EGR系统中包括EGR冷却器和EGR阀，EGR冷却器用于冷却循环废气，降低EGR出气温度。EGR阀用于对进入EGR气道的废气量进行控制，使一定量的废气流入气道进行再循环。
在EGR冷却器的使用过程中，高温废气流经EGR冷却器时会产生热泳、扩散、粒子惯性力以及拦截等作用，废气流中的颗粒物成分很容易沉积到EGR 冷却器侧壁上，形成积碳。积碳会导致EGR冷却器堵塞，使EGR冷却器的冷却效率下降，还会影响废气的通过，进而影响到发动机的性能和排放水平。
为此，亟需一种能够解决EGR冷却器积碳问题的方法。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种EGR阀的控制方法和装置，以解决EGR冷却器积碳问题，提高EGR冷却器的冷却效率，实现EGR冷却器的再生。
为实现上述目的，一方面，本申请提供了一种EGR阀的控制方法，包括：
获取发动机的水温和所述发动机的排气温度；
在所述发动机的水温低于第一预设值，且所述发动机的排气温度低于第二预设值的情况下，执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR 阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
优选地，所述第一时长大于所述第二时长。
优选地，所述第一时长等于所述第二时长。
优选地，所述执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR 阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长，包括：
执行一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
优选地，所述获取发动机的水温包括：获取发动机水箱上安装的温度传感器采集的发动机水温值。
优选地，所述获取发动机的排气温度包括：获取所述发动机的转速，根据所述转速与所述排气温度的对应关系获取所述发动机的排气温度。
另一方面，本申请提供了一种EGR阀的控制装置，包括：
获取单元，用于获取发动机的水温和所述发动机的排气温度；
控制单元，用于在所述发动机的水温低于第一预设值，且所述发动机的排气温度低于第二预设值的情况下，执行至少一次以下控制：控制所述EGR 阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
优选地，所述第一时长等于所述第二时长。
优选地，所述获取单元包括第一获取子单元，用于获取发动机水箱上安装的温度传感器采集的发动机水温值。
优选地，所述获取单元还包括第二获取子单元，用于获取所述发动机的转速，根据所述转速与所述排气温度的对应关系获取所述发动机的排气温度。
可见，在本申请实施例中，在发动机的水温和发动机的排气温度都低于预定值时，EGR冷却器冷却废气至较低温度，废气中燃油燃烧产生的水蒸气容易形成冷凝水，控制EGR阀处于完全关闭状态，EGR冷却器中的废气静止，形成的冷凝水能对EGR冷却器侧壁上的积碳起到浸泡作用，积碳的主要成分属于亲水基，能被吸收至冷凝水中，一段时间后控制EGR阀处于完全开启状态，一定流速的废气经过冷却器能对吸收了积碳的冷凝水起到冲刷作用，使吸收了积碳的冷凝水从EGR冷却器中排出。多次执行控制EGR阀关闭，EGR 阀处于关闭状态第一时长后，控制EGR阀开启，EGR阀处于开启状态第二时长，也就是多次进行浸泡和冲刷，能够有效减少EGR冷却器侧壁上的积碳，提高EGR冷却器的冷却效率，从而实现EGR冷却器的再生。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的实施例，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示出了本申请实施例中适用于EGR阀的控制方法的发动机示意图；
图2示出了本申请实施例中EGR阀的控制方法的一种流程示意图；
图3A示出了本申请实施例中控制波形的一个示例；
图3B示出了本申请实施例中控制波形的一个示例；
图3C示出了本申请实施例中控制波形的一个示例；
图4示出了本申请实施例中EGR阀的控制装置的一种组成示意图。
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。
本申请实施例的EGR阀的控制方法和装置通过控制EGR阀解决EGR冷却器积碳问题，提高EGR冷却器的冷却效率，从而实现EGR冷却器再生。
发明人经过研究发现，EGR冷却器积碳成分包括碳烟soot、碳氢化合物 HC、有机可溶成分SOF等成分，其中的主要成分碳烟soot属于亲水基，可以溶于水中，通过在EGR冷却器中形成冷凝水，利用冷凝水浸泡EGR冷却器侧壁吸收碳烟，再将冷凝水排出EGR冷却器的方式清除积碳。
在本申请实施例中，在发动机的水温和发动机的排气温度都低于预定值时，EGR冷却器冷却废气至较低温度，废气中燃油燃烧产生的水蒸气容易形成冷凝水，控制EGR阀处于完全关闭状态，EGR冷却器中的废气静止，形成的冷凝水能对EGR冷却器侧壁上的积碳起到浸泡作用，积碳的主要成分属于亲水基，能被吸收至冷凝水中，一段时间后控制EGR阀处于完全开启状态，一定流速的废气经过冷却器能对吸收了积碳的冷凝水起到冲刷作用，使吸收了积碳的冷凝水从EGR冷却器中排出。多次执行控制EGR阀关闭，EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制EGR阀开启，EGR阀处于开启状态第二时长，也就是多次进行浸泡和冲刷，能够有效减少EGR冷却器侧壁上的积碳，提高 EGR冷却器的冷却效率，从而实现EGR冷却器的再生。
为了便于理解，先对本申请的方案所适用的发动机进行介绍。本申请的方案适用于带有EGR系统的柴油发动机。如，参见图1，其示出了本申请一种带有EGR系统的柴油发动机的示意图。
图1所示的柴油发动机100包括：电子控制单元(Electronic Control Unit， ECU)101、柴油发动机进气管102、燃烧室103、柴油发动机排气管104以及EGR 系统。
可以理解的是，柴油发动机100还包括油泵、供油管、汽缸、油箱、水箱、各种传感器等实现柴油发动机功能的必需结构，图1中未示出。
其中，ECU 101是柴油发动机的大脑，随时监控着发动机运行过程中的各种信息，如发动机水温、发动机排气温度、发动机转速等，并按照预先设计的程序处理各种信息，发出相应的控制指令给各相关的执行机构，执行各种预定的控制功能，如控制EGR阀实现本申请的EGR冷却器再生功能。
其中，EGR系统包括：EGR冷却器105、EGR阀106、EGR进气管和EGR 排气管，EGR进气管的进气端与柴油发动机排气管104相连，EGR进气管的出气端与EGR冷却器105的进气端相连，EGR冷却器105的出气端与EGR排气管的进气端相连，EGR排气管的出气端与柴油发动机进气管102相连。柴油发动机从柴油发动机排气管104排出的废气在EGR进气管、EGR冷却器和EGR排气管形成的气道内流动，最后循环到柴油发动机进气管102。
其中，EGR冷却器105的作用是冷却进入EGR气道的废气。
EGR冷却器105为水冷冷却器。EGR冷却器内的冷却水流向如图1所示，其方向与EGR冷却器105内的再循环废气流向一致，EGR冷却器105内的冷却水应以一定的流速流动，示例性地，可采用柴油发动机循环冷却水，一种可能的实现是，EGR冷却器105的进水口端与柴油发动机水箱相连，发动机水箱中的冷却水流入EGR冷却器105，EGR冷却器105的出水口端也与柴油发动机水箱相连，EGR冷却器105中的冷却水回到柴油发动机。
其中，EGR阀106用于对进入EGR气道的废气量进行控制，使一定量的废气流入气道进行再循环。
在通常情况下EGR阀106用于实现废气再循环功能，在实现废气再循环功能时EGR阀106的状态为一个开度，其中开度值可以是0～100％任一值，开度值为0代表EGR阀106处于完全关闭状态，开度值为100％代表EGR阀106处于完全开启状态。ECU101根据柴油发动机转速、负荷以及冷却液温度等传感器的信号确定该值。
在本申请实施例中EGR阀106用于实现EGR冷却器105的再生功能，在实现EGR冷却器105的再生功能时EGR阀106的状态处于完全开启状态或完全关闭状态。ECU101按照控制策略控制EGR阀106的状态。
EGR阀106可设置在EGR气道的任意位置，在一种可能的实现中，EGR阀 106设置在EGR进气管上，即EGR冷却器105之前。在另一种可能的实现中， EGR阀106设置在EGR出气管上，即EGR冷却器105之后。
下面结合流程图对本申请实施例中EGR阀的控制方法进行介绍。如，参见图2，其示出了本申请EGR阀的控制方法一个实施例的流程示意图，本实施例的方法可以应用于前面提到的柴油发动机100的ECU101，该方法可以包括：
S201，获取发动机的水温和发动机的排气温度。
其中，发动机的水温指的是发动机水箱中的冷却水的温度。由于EGR冷却器中的冷却水取自发动机，所以发动机的水温也就是EGR冷却器的冷却水的水温。
可以理解的是，获取发动机的水温的方式可以有多种。在一种可能的实现中，ECU通过发动机水箱上设置的温度传感器获取发动机的水温值。可以理解的是，发动机的水温是发动机控制过程中常用的一个参量，通过发动机水箱上设置的温度传感器获取发动机的水温是对已有功能的复用，并不会因此增加本申请实现EGR冷却器再生的成本。
在另一种可能的实现中，发动机的状态能够反映发动机水温，通常发动机处于冷态时，发动机的水温在60摄氏度以下；发动机处于热态时，发动机的水温在60摄氏度以上。ECU通过获取发动机的状态可以获取到发动机的水温。
在另一种可能的实现中，发动机的工况能够反映发动机水温，通常发动机处于冷启动时，发动机的水温在60摄氏度以下，发动机处于热启动时，发动机的水温在60摄氏度以上。ECU通过获取发动机的工况可以获取到发动机的水温。
其中，发动机的排气温度指的是发动机排出的废气的温度。
可以理解的是，获取发动机的排气温度的方式也可以有多种。在一种可能的实现中，ECU通过发动机排气管上设置的温度传感器获取发动机的排气温度。
在另一种可能的实现中，发动机的转速能够反映发动机的排气温度，通常发动机转速在0～1000转每分时，发动机的排气温度在500摄氏度以下；发动机转速超过1000转每分时，发动机的排气温度远远500摄氏度。ECU通过获取发动机的转速来获取发动机的排气温度。
在另一种可能的实现中，发动机的工况能够反映发动机的排气温度，通常发动机处于冷启动时，发动机排气温度在500摄氏度以下，发动机处于热启动时，发动机的排气温度远远超过500摄氏度。ECU通过获取发动机的工况可以获取到发动机的排气温度。
S202，在发动机的水温低于第一预设值，且发动机的排气温度低于第二预设值的情况下，执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR 阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
其中，第一预设值和第二预设值可以基于发动机的型号、排量、环境温度值、柴油质量等因素进行设定。优选地，第一预设值可以是50摄氏度。第二预设值可以是500摄氏度。
当发动机的水温低于第一预设值，且发动机的排气温度低于第二预设值时，废气中燃油燃烧产生的水蒸气容易形成冷凝水，此时ECU按照执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长的控制策略控制EGR阀，EGR阀的状态包括完全开启状态或完全关闭状态。当EGR阀处于完全关闭状态时，冷凝水可以对EGR冷却器侧壁上的积碳起到浸泡作用，当EGR阀处于完全打开状态时，一定流速的废气可以对废气起到冲刷作用，将浸泡后吸收了soot的水蒸气冲刷至EGR排气管中排出，从而减少冷却器侧壁上的积碳。
在本申请实施例中，在发动机的水温和发动机的排气温度都低于预定值时，EGR冷却器冷却废气至较低温度，废气中燃油燃烧产生的水蒸气容易形成冷凝水，控制EGR阀处于完全关闭状态，EGR冷却器中的废气静止，形成的冷凝水能对EGR冷却器侧壁上的积碳起到浸泡作用，积碳的主要成分属于亲水基，能被吸收至冷凝水中，一段时间后控制EGR阀处于完全开启状态，一定流速的废气经过冷却器能对吸收了积碳的冷凝水起到冲刷作用，使吸收了积碳的冷凝水从EGR冷却器中排出。多次执行控制EGR阀关闭，EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制EGR阀开启，EGR阀处于开启状态第二时长，也就是多次进行浸泡和冲刷，能够有效减少EGR冷却器侧壁上的积碳，提高 EGR冷却器的冷却效率，从而实现EGR冷却器的再生。
为了便于理解，下面对EGR阀的控制策略进行具体说明。本申请实施例中一种EGR阀的控制方法，包括：
S301，获取发动机的水温和发动机的排气温度。
步骤S301可以参见前面的相关介绍，此处不再赘述。
S302，在发动机的水温低于第一预设值，且发动机的排气温度低于第二预设值的情况下，执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR 阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
可以理解的是，步骤S302中的控制策略可以有多种具体实现。一种具体实现中：ECU按照如图3A所示的波形控制EGR阀，控制EGR阀关闭，EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制EGR阀开启，EGR阀处于开启状态第二时长。其中，1代表控制EGR阀开启，0代表控制EGR阀关闭；1维持的时间为第二时长，0维持的时间为第一时长。
其中，第一时长和第二时长可以根据EGR冷却器的使用时长，也就是积碳程度进行设定，本申请对此并不做限制。
上述实现中只执行一次浸泡冲刷过程，往往只能清除少量积碳。为了尽可能多的清除积碳，在另一种具体实现中：ECU按照如图3B或3C所示的波形控制EGR阀，控制EGR阀关闭，EGR处于关闭状态第一时长后，控制EGR阀开启，EGR阀处于开启状态第二时长后，控制EGR阀关闭，EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制EGR阀开启，按照该规律持续执行，直至不满足发动机的水温低于第一预设值，且发动机的排气温度低于第二预设值的条件，或者达到预设的执行次数时停止。也就是多次执行浸泡冲刷过程，使得大部分积碳能被清除，甚至被完全清除。
其中，图3B示出的波形为方形波，其中，0维持的时间与1维持的时间相同，也就是EGR阀处于关闭状态的时长等于EGR阀处于开启状态的时长。
图3C示出的波形为矩形波，其中，0维持的时间比1维持的时间长，也就是EGR阀处于关闭状态的时长长于EGR阀处于开启状态的时长。在EGR阀处于开启状态时废气的流速较快的情况下，吸收了积碳的冷凝水能迅速被排出，所以EGR阀处于开启状态的时长可以缩短。相较于按照图3B示出的波形进行控制的方式，同样的时间内能执行更多次浸泡冲刷过程，减少更多积碳。
可以理解的是，在按照如图3B或3C所示的波形控制EGR阀的具体实现中，可以先控制EGR阀关闭，由EGR阀的关闭状态开始控制，也可以先控制EGR 阀处于开启状态，由EGR阀的开启状态开始控制。由于第一时长和第二时长很短，所以无论由EGR阀的哪个状态开始控制都不会影响EGR冷却器再生功能的实现。
在实际应用中，ECU在发动机冷启动的情况下控制EGR阀关闭，1s后控制 EGR阀打开，1s后再控制EGR阀关闭，1s后再控制EGR打开，持续执行上述EGR 阀的打开和关闭控制，直至ECU完成发动机冷启动，结束控制。经历上述过程后，能够有效减少EGR冷却器侧壁上的积碳，提高EGR冷却器的冷却效率，从而实现EGR冷却器的再生。
对应本申请的EGR阀的控制方法，本申请还提供了EGR阀的控制装置。
如，参见图4，其示出了本申请一种EGR阀的控制装置一个实施例的组成结构示意图，该装置可以应用于前面提到的柴油发动机100的ECU101。该装置可以包括：
获取单元401，用于获取发动机的水温和所述发动机的排气温度；
控制单元402，用于在所述发动机的水温低于第一预设值，且所述发动机的排气温度低于第二预设值时，执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR 阀处于开启状态第二时长。
一种可能的实现中，所述第一时长长于所述第二时长。
又一种可能的实现中，所述第一时长等于所述第二时长。
又一种可能的实现中，所述控制单元401具体用于：执行一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR 阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
又一种可能的实现中，所述获取单元401包括第一获取子单元，用于获取发动机水箱上安装的温度传感器采集的发动机水温值。
又一种可能的实现中，所述获取单元401还包括第二获取子单元，用于获取所述发动机的转速，根据所述转速与所述排气温度的对应关系获取所述发动机的排气温度。
在本申请实施例中，在发动机的水温和发动机的排气温度都低于预定值时，EGR冷却器冷却废气至较低温度，废气中燃油燃烧产生的水蒸气容易形成冷凝水，控制EGR阀处于完全关闭状态，EGR冷却器中的废气静止，形成的冷凝水能对EGR冷却器侧壁上的积碳起到浸泡作用，积碳的主要成分属于亲水基，能被吸收至冷凝水中，一段时间后控制EGR阀处于完全开启状态，一定流速的废气经过冷却器能对吸收了积碳的冷凝水起到冲刷作用，使吸收了积碳的冷凝水从EGR冷却器中排出。多次执行控制EGR阀关闭，EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制EGR阀开启，EGR阀处于开启状态第二时长，也就是多次进行浸泡和冲刷，能够有效减少EGR冷却器侧壁上的积碳，提高 EGR冷却器的冷却效率，从而实现EGR冷却器的再生。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种EGR阀的控制方法，其特征在于，包括：
获取发动机的水温和所述发动机的排气温度；
在所述发动机的水温低于第一预设值，且所述发动机的排气温度低于第二预设值的情况下，执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一时长大于所述第二时长。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一时长等于所述第二时长。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长，包括：
执行一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取发动机的水温包括：获取发动机水箱上安装的温度传感器采集的发动机水温值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取发动机的排气温度包括：获取所述发动机的转速，根据所述转速与所述排气温度的对应关系获取所述发动机的排气温度。
7.一种EGR阀的控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取发动机的水温和所述发动机的排气温度；
控制单元，用于在所述发动机的水温低于第一预设值，且所述发动机的排气温度低于第二预设值的情况下，执行至少一次以下控制：控制所述EGR阀关闭，所述EGR阀处于关闭状态第一时长后，控制所述EGR阀开启，所述EGR阀处于开启状态第二时长。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一时长等于所述第二时长。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括第一获取子单元，用于获取发动机水箱上安装的温度传感器采集的发动机水温值。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取单元还包括第二获取子单元，用于获取所述发动机的转速，根据所述转速与所述排气温度的对应关系获取所述发动机的排气温度。
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