包括调节EGR阀的开度的控制部的发动机及发动机的EGR阀控
制方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种具备于将压缩
天然气用作
燃料的发动机的EGR阀的开度控制。
背景技术
[0002] 在发动机系统中，废气再循环(Exhaust Gas Recirculation；EGR)系统使从发动机排出的废气的一部分向发动机的
燃烧室再循环，来降低发动机的燃烧
温度，从而减少氮
氧化物(NOx)的产生。EGR系统包括从发动机的排气管线分歧而向发动机的吸气管线延伸的废气再循环管线，且在废气再循环管线具备有用于调节从排气管线流入吸气管线的废气的量的EGR阀。EGR阀调节废气再循环管线的开度率，来调节向吸气管线再循环的废气的量。
[0003] 然而，
柴油发动机与
压缩天然气(Compressed Natural Gas；CNG)发动机出于互相不同的目的使用EGR系统。在柴油发动机中，主要以降低缸体内的燃烧温度来减少NOx产生的目的使用EGR系统。在柴油发动机中，需准确控制在所有运转区域中再循环的废气的量，方可满足排气规定。相反，由于CNG发动机的NOx排出量远远少于柴油发动机，比起防止NOx生成的目的而言，更多的还是主要以降低废气温度的目的利用EGR。在CNG发动机中，若废气温度过高，要求排气管线相关的部件的耐久性要高，而产品成本也将随之上升。因此，在由具有较低的耐久性的排气管线部件组成的CNG发动机中，有必要通过EGR控制为使废气的温度能够维持在基准值以下。为此，在CNG发动机中，为进行EGR阀控制，通常使用在吸气管线进一步具备UEGO(Universal Exhaust Gas Oxygen，宽域废气氧)
传感器来进行闭环控制的方法，但存在追加高价UEGO传感器所导致的
费用增加的问题。此外，由于需要考虑UEGO传感器易受通过废气再循环管线供应的废气中包括的
水分的影响，还存在为确保EGR阀控制的耐久性使构成变复杂的问题。
发明内容
[0004] 技术课题
[0005] 本发明旨在解决前述
现有技术的问题，其目的在于提供一种能够利用简单的构成使CNG发动机中废气的温度维持在基准温度以下的EGR阀控制装置及控制方法。
[0006] 解决课题的方案
[0007] 为解决上述课题，本发明的示例性
实施例的发动机包括：燃烧室；吸气管线，其向所述燃烧室供应空气；排气管线，其排出从所述燃烧室排出的废气；再循环管线，其用于将通过所述排气管线排出的废气的一部分输送至所述吸气管线；废气温度测量装置，其测量从所述燃烧室排出的废气的温度；EGR阀，其调节通过所述再循环管线的废气的量；以及控制部，其根据发动机运转条件计算通过所述再循环管线的废气的量，调节所述EGR阀成为第一EGR阀开度。另外，所述控制部在由所述废气温度测量装置测量的废气的温度超过预先设定的基准温度的情况下，调节所述EGR阀成为从所述第一EGR阀开度增加预先设定的增加量的第二EGR阀开度。
[0008] 此时，所述发动机可以将压缩天然气用作燃料。
[0009] 此外，所述运转条件可以包括发动机负荷以及发动机旋转速度。
[0010] 此外，在由所述废气温度测量装置测量的废气的温度下降至所述基准温度以下的情况下，可以将所增加的所述EGR阀的开度从所述第二EGR阀开度减少至所述第一EGR阀开度。
[0011] 此外，可以按照根据所述发动机运转条件计算的所述EGR阀的开度值，将所述增加量不同地设定。
[0012] 此外，所述基准温度可以为700℃至850℃范围的值。
[0013] 所述控制部可以以在调节为所述第二EGR阀开度的状态下使EGR率成为已设定的基准EGR率以下的方式调节所述EGR阀开度。
[0014] 另外，所述基准EGR率可以为20％至30％范围的值。
[0015] 此外，本发明的示例性实施例的发动机的EGR阀控制方法可以包括：根据发动机运转条件计算由排气管线输送至吸气管线的废气的量的步骤；根据所述计算的废气的量调节EGR阀的开度的步骤；测量从所述燃烧室排出的废气的温度的步骤；以及在从所述燃烧室排出的废气的温度超过预先设定的基准温度的情况下，将所述EGR阀的开度增加预先设定的增加量的步骤。
[0016] 此外，所述运转条件可以包括发动机负荷以及发动机旋转速度。
[0017] 此时，将所述EGR阀的开度增加预先设定的增加量的步骤可以为，按照根据所述发动机运转条件计算的所述EGR阀的开度值，将所述增加量不同地设定。
[0018] 此外，所述基准温度可以为700℃至850℃范围的值。
[0019] 此外，所述发动机的EGR阀控制方法还可以包括：计算EGR率的步骤；判断所述EGR率是否超过基准EGR率的步骤；以及在所述EGR率超过所述基准EGR率的情况下，减少所述EGR阀的开度的步骤。
[0020] 此外，所述基准EGR率可以为20％至30％范围的值。
[0021] 发明效果
[0022] 根据本发明的一实施例，由于无需安装追加性的传感器即可调节EGR阀的开度，来适当地控制废气的温度，具有能够降低制造费用，且使发动机系统的结构简单化的效果。
附图说明
[0023] 图1是适用本发明的示例性实施例的EGR阀控制装置的发动机系统的构成图。
[0024] 图2是本发明的示例性实施例的EGR阀控制装置的构成图。
[0025] 图3是本发明的示例性实施例的EGR阀控制方法的顺序图。
具体实施方式
[0026] 下面参照附图对本发明的优选实施例进行仔细说明。首先，需要注意的是，在标记各图的构成要素的参照符号时，对于相同的构成要素，即使标示于不同的附图，也尽量使其具有相同的符号。此外，在说明本发明的过程中，当判断为对相关公知构成或功能的具体说明使本发明的主旨不清楚时，省略其详细说明。
[0027] 图1是适用示例性实施例的EGR阀控制装置的发动机系统的一实施例，图2是示例性实施例的EGR阀控制装置的构成图。
[0028] 参照图1，适用示例性实施例的EGR阀控制装置的发动机系统100可以包括：发动机200、发动机旋转速度传感器220、吸气管线310、排气管线320、再循环管线400、EGR阀450、废气温度测量装置600以及控制部700。此外，发动机系统100还可以包括
增压器350、
中间冷却器355、EGR流量传感器420、EGR冷却器480以及新鲜空气流量传感器660。
[0029] 发动机200为将压缩天然气(Compressed Natural Gas；CNG)用作燃料的发动机，其燃烧燃料来产生动
力。发动机旋转速度传感器220可以测量发动机200的旋转速度，并将测量值输出至控制部700。控制部700可以是
电子控制单元(Electronic Control Unit；ECU)。
[0030] 吸气管线310与发动机200的燃烧室连接，且用于燃烧的空气可以通过吸气管线310供应至发动机200的燃烧室。在发动机200包括多个缸体的情况下，吸气管线310可以通过吸气
歧管与发动机200连接。新鲜空气流量传感器660测量通过吸气管线310流入的新鲜空气的流量。
[0031]
增压器350压缩通过吸气管线310流入的新鲜空气。中间冷却器355配置于增压器350与吸气管线310之间来冷却由增压器350压缩的新鲜空气。
[0032] 排气管线320与发动机200的燃烧室连接，且废气通过排气管线320从发动机200排出。在发动机200包括多个缸体的情况下，排气管线320可以通过
排气歧管与发动机200连接。
[0033] 再循环管线400从排气管线320分歧并汇流于吸气管线310。从发动机200排出的废气的一部分通过再循环管线400重新向吸气管线310再循环。通过再循环管线400再循环的废气通过吸气管线310与从外部流入的新鲜空气混合，并供应至发动机200的燃烧室。
[0034] EGR阀450设置于再循环管线400来调节再循环的废气的流量。EGR冷却器480设置于再循环管线400来降低通过再循环管线400的废气的温度。EGR流量传感器420测量通过再循环管线400再循环的废气的流量。
[0035] 废气温度测量装置600设置于排气管线320来测量通过排气管线320排出的废气的温度。废气温度测量装置600可以是温度传感器。
[0036] 参照图2，示例性实施例的发动机系统可以包括运转条件输出部800和控制部700。
[0037] 运转条件输出部800测量或计算并输出告知发动机200的当前运转状态的运转条件。由运转条件输出部800输出的运转条件可以输入至控制部700。运转条件输出部800所必须测量的运转条件为废气的温度。此外，运转条件输出部800可以测量或计算并输出发动机负荷、发动机旋转速度，且可以测量或计算并输出告知发动机的当前运转状态的其他运转条件。运转条件输出部800可以直接测量并输出运转条件，也可以计算并输出由其他机构测量的值。运转条件输出部800可以包括废气温度测量装置600和发动机旋转速度传感器220。此外，运转条件输出部800可以包括车辆的ECU，其计算并输出从车辆的各种传感器输入的信息。
[0038] 控制部700可以接受从运转条件输出部800输出的运转条件，来计算EGR阀的开度。控制部700可以将对应于所计算的EGR阀的开度的控制
信号输出至EGR阀450，且可以利用该
控制信号调节EGR阀450的开度。当输入了发动机负荷、发动机旋转速度等运转条件时，控制部700可以基于这些计算EGR阀的开度，此时，决定EGR阀的开度可以利用多种方法。首先，可以预先通过试验以查找表的形态具备对多种运转条件的EGR阀450的开度。若备好对EGR阀
450的开度的查找表，则控制部700可以将所输入的运转条件信息代入查找表，来获得EGR阀
450的开度值。作为用于计算EGR阀的开度的另一种方法，可以利用发动机系统的数学模型。
一旦决定以运转条件为变数的发动机系统的数学模型，即可将运转条件代入该数学模型，来获得EGR阀的开度。
[0039] 此外，控制部700在将废气温度与基准温度进行比较后，可以根据废气温度是否超过基准温度来增加或维持EGR阀的开度。若废气温度不超过基准温度，则控制部700维持EGR阀450的当前开度。相反，若废气温度超过基准温度，则控制部700增加EGR阀450的开度。
[0040] 此时，控制部700可以将EGR阀450的开度增加预先设定的增加量。控制部700中可以存储增加量值。增加量可以是固定的常数值，也可以是随废气温度变更的值。此外，增加量可以基于EGR阀450的开度决定。例如，增加量可以与EGR阀的开度成正比或反比关系。
[0041] 在增加量为随温度变更的值的情况下，EGR阀的增加量可以利用多种方法决定。作为一种方法，在按不同区间设定废气温度并按各区间设定增加量后，根据当前所输入的废气温度属于哪一区间，来选择对应于该区间的增加量值。作为另一种方法，也可以与决定EGR阀的开度的方法类似地，利用查找表或利用数学模型。
[0042] EGR阀的开度越大，再循环的废气的量越多，发动机燃烧室的温度随之下降，因而在废气温度超过基准温度的情况下，可以根据发动机运转条件将计算的EGR阀450开度增加增加量，以使更多量的废气可以向燃烧室再循环，进而可以迅速降低废气温度。
[0043] 下面参照前述示例性实施例的发动机的构成要素，对控制EGR阀的方法的一实施例进行说明。
[0044] 图3是示例性实施例的EGR阀控制方法的顺序图。参照图3，示例性实施例的EGR阀控制方法可以包括：根据发动机运转条件计算由排气管线320输送至吸气管线310的废气的量的步骤(S10)；根据所计算的废气的量调节EGR阀450的开度的步骤(S20)；测量从燃烧室排出的废气的温度的步骤(S30)；判断从燃烧室排出的废气的温度是否超过预先设定的基准温度(S40)的步骤；以及在从燃烧室排出的废气的温度超过预先设定的基准温度的情况下，将EGR阀450的开度增加预先设定的增加量的步骤(S50)。
[0045] 在计算再循环的废气的量的步骤(S10)中，可以测量或计算由运转条件输出部800告知发动机200的当前运转状态的多种运转条件。运转条件可以是发动机负荷和发动机旋转速度，但运转条件的种类不限于此，可以是增加压力、新鲜空气流量等多种信息。运转条件信息可以输出至控制部700。控制部700可以基于从运转条件输出部800传达的运转条件，计算EGR阀450的开度。
[0046] 若计算出EGR阀450的开度，则控制部700可以向EGR阀450输出控制信号，来调节EGR阀450的开度(S20)。调节EGR阀450的开度后，可以由废气温度测量装置测量从燃烧室排出的废气的温度。所测量的废气温度传达至控制部700，且控制部700可以判断所测量的废气温度是否超过预先设定的基准温度(S40)。
[0047] 在废气温度不超过基准温度的情况下，可以返回至根据发动机运转条件计算由排气管线320输送至吸气管线310的废气的量的步骤(S10)，并重复实施上述过程。
[0048] 相反，在废气温度超过基准温度的情况下，可以将EGR阀450的开度增加预先设定的增加量。增加EGR阀450的开度后，可以返回至根据发动机运转条件计算由排气管线320输送至吸气管线310的废气的量的步骤(S10)，并重复实施上述过程。
[0049] 具体举例而言，控制部700根据发动机200的运转条件计算通过再循环管线400的废气的量，来调节EGR阀450成为第一EGR阀开度，之后，控制部700在由废气温度测量装置600测量的废气的温度超过预先设定的基准温度的情况下，可以调节EGR阀450成为从第一EGR阀开度增加预先设定的增加量的第二EGR阀开度。
[0050] 此时，在重复上述过程的过程中，即使发动机运转条件无变化，若废气温度下降至基准温度以下，则可以将所增加的EGR阀450的开度减少至根据发动机运转条件计算的EGR阀450的开度。
[0051] 此时，基准温度可以因构成排气管线320的部件的材质而异，对于通常品质的排气管线320部件的基准温度可以是700℃至850℃之间的值。通常的排气管线320部件从800℃起进行高温变态，且排气管线320部件将具有比废气温度低50℃左右的温度，因而废气基准温度最高可以为850℃。然而，若考虑排气管线320的耐久性，则废气基准温度优选为比该温度低100℃左右的750℃，若在
基础上考虑安全余量，则废气基准温度优选为720℃左右。
[0052] 一方面，示例性实施例的EGR阀控制方法在将EGR阀450的开度增加预先设定的增加量的步骤(S50)之后，还可以包括：计算EGR率的步骤(S60)；判断EGR率是否超过基准EGR率的步骤(S70)；以及在EGR率超过基准EGR率的情况下，减少EGR阀450的开度的步骤(S80)。EGR率(rate)越高，越有利于降低废气的温度，但有可能会对发动机的燃烧效率产生不良影响。利用将EGR阀450的开度增加预先设定的增加量的步骤(S50)之后的这些附加性步骤(S60、S70以及S80)，可以防止因过大的EGR率在发动机中发生不完全燃烧。
[0053] 若利用控制部700的控制信号控制EGR阀450(S60)，则可以决定再循环的废气的量和通过吸气管线310流入的新鲜空气的量，随之，可以计算利用该EGR阀450的开度的EGR率。EGR率可以利用以下公式计算。
[0054] EGR率＝再循环废气的量/流入燃烧室的空气的量
[0055] ＝再循环废气的量/(再循环废气的量+新鲜空气的量)
[0056] 其中，再循环废气的量可以由EGR流量传感器420测量，新鲜空气的量可以由新鲜空气流量传感器660测量。一方面，为计算EGR率，除了利用流量传感器直接测量再循环废气的量和新鲜空气的量的方法外，也可以利用废气及新鲜空气的温度和压力，通过计算间接地导出再循环废气的量和新鲜空气的量。
[0057] 若计算到EGR率，则将其与已设定的基准EGR率比较，来判断EGR率是否超过基准EGR率(S70)。在EGR率超过基准EGR率的情况下，在发动机中发生不完全燃烧的可能性较高，因而减少EGR阀450的开度(S80)。减少EGR阀450的开度后，重新计算EGR率(S60)，并将其与基准EGR率比较后(S70)，在EGR率大于基准EGR率的情况下，重新减少EGR阀450的开度(S80)。如此，重复上述过程，直至EGR率成为基准EGR率以下。此时，基准EGR率可以为20％至30％范围的值，例如，可以为25％。但是，基准EGR率可以根据发动机的特性具有不同于25％的多种值。
[0058] 一方面，在所计算的EGR率为基准EGR率以下的情况下，可以返回至根据发动机运转条件计算由排气管线输送至吸气管线的废气的量的步骤(S10)，并重复实施上述过程。
[0059] 如上所述，示例性实施例的EGR阀控制方法由开环控制系统形成，且构成为仅在废气温度超过基准温度时校正EGR阀450的开度。由于废气温度可以由废气温度传感器测量，无需具备另行追加的传感器，因而可以降低制造费用，且使发动机系统的结构简单化。
[0060] 对CNG发动机，尤其是理论
空燃比CNG发动机而言，在EGR控制中，比起准确控制EGR率，更重要的是通过EGR阻止废气的温度上升至基准值以上。因此，利用如示例性实施例的开环控制系统也可以获得既不极度损害理论空燃比CNG发动机的性能，又能够防止废气的温度上升至基准值以上的效果。
[0061] 以上说明只不过是示例性地说明本发明的技术思想，本发明所属的技术利用中的一般的技术人员可以在不脱离本发明的本质特性的范围内，实施多种修正、变更和置换。因此，本发明所公开的实施例用于说明，而不是限定，本发明的技术思想，且本发明的技术思想的范围不限于这些实施例。本发明的保护范围应由下面的
权利要求书解释，与其同等的范围内的所有技术思想应被解释为落入本发明的权利范围。
[0062] 工业上的利用可能性
[0063] 本发明的实施例的
包括调节EGR阀的开度的控制部的发动机及发动机的EGR阀控制方法可以用于无需追加安装传感器，利用通常基本安装于车辆的废气温度传感器调节EGR阀的开度来适当地控制废气的温度。
