专利名称：用于柴油空气处理系统的egr流补偿的制作方法
技术领域：
所述技术领域概括地涉及控制内燃机气流，更具体地，涉及在具有废气再循环的发动机中控制气流。
背景技术：
具有废气再循环(EGR)的内燃机基于当前运行状况流过指定数量的EGR。但是， EGR经常用多重耦合的手段控制，例如用可变几何涡轮增压器(VGT)和EGR阀。存在允许 EGR系统在设计运行点达到平衡的解耦算法。但是，所述手段可能具有各不相同的响应时间和饱和点，在诸如高海拔运行的某些运行状况里在过渡期间和甚至在一些稳定状态点引起偏离设计运行点。因此，需要在此技术领域内进一步改进。
发明内容
一个实施例是一种独特的EGR流控制技术。其它实施例包括独特的方法、系统以及设备以控制发动机空气处理系统。其他实施例、形式、对象、特性、优点、方面以及益处将会从下面的描述和附图中变得明显起来。
图1是用于EGR流补偿的系统的示意性方框图；图2是用于EGR流补偿的处理子系统的示意性方框图；图3是用于EGR流补偿技术的示意性流程图；图4是用于EGR流补偿程序的示意性流程图。
具体实施例方式为了增进对本发明原理的理解，现在将参考附图中例示的实施例并且使用具体的语言描述这些实施例。然而，应该理解的是这样做并不是意欲限制本发明的范围，本发明相关领域的技术人员对本发明说明性的实施例正常做出的这种替代和修改以及这种对在此说明的本发明原理的进一步正常应用，在此都考虑在内并且受到保护。在此描述的某些功能单元已经被称为模块以便于更特别地强调它们实现的独立性。这些模块可以实施为由处理器处理的可执行的指令或者逻辑，并且存储在计算机可读介质上。例如，模块可以实现为包括晶体管、逻辑芯片的硬件电路，或者其它构造成能执行所述模块操作的其他离散部件。在某些实施例中，模块可以实施为可编程硬件设备上的指令。一个具体的模块可以包括一个或者多个物理的或者逻辑的计算机指令块，这些指令块可以存在于一起或者存在于不同的位置，当将这些指令块逻辑上联接在一起时包括所述模块并且达到所述目的。图1是用于废气再循环(EGR)流补偿的系统100的示意性方框图。系统100包括内燃机102，内燃机102具有充气流104、废气流106以及将部分废气流106混合到充气流104中的EGR流路径108。内燃机102可以是兼容EGR流路径108的任何类型的内燃机，至少包括点燃式发动机、压缩发动机、柴油发动机、汽油发动机和/或转子式发动机。如图所示的EGR流路径108的路径安排到涡轮增压器116之前并且进入到进气歧管120中，但是EGR流路径108的任何路径安排都被考虑在本发明中，包括“气缸内” EGR流路径，其中，一些以前燃烧事件的气体被收集在气缸内以包括在随后的燃烧事件中。在某些实施例中，系统100包括布置在EGR流路径108上的EGR阀114。如前所述，EGR阀114可以是内燃机102的废气阀，收集燃烧室(未显示)中的燃烧气体。在某些实施例中，涡轮增压器116可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，所述可变几何涡轮增压器布置在废气流106中并且具有排出流112，排出流112经过后处理部件(未显示)可能传输到大气中。在某些实施例中，涡轮增压器116可以是受控制的废气门、旋转叶片VGT、滑动喷嘴VGT，或者是本领域理解的任何其它类型的可构造的几何形状的涡轮增压器。系统100还可以包括其它空气处理设备，例如进气节流阀和/或废气节流阀(未显示)。具有致动器的其它空气处理设备能够经历饱和(或者是物理饱和，处于物理饱和的设备不能在特定方向上进一步移动，或者是有效饱和，处于有效饱和的系统限制阻止设备进一步移动或者为了有效地控制气体流流动而阻止进一步运动)，并且在此描述的确定处于饱和的这些设备可以探测到其它空气处理设备的饱和并且控制其它致动器以便达到所述EGR流目标。充气流104包括所有进入内燃机102用来燃烧的气体，包括从上一次燃烧循环残留在内燃机102内的气体。充气流104可以由进气歧管120供给，新鲜空气流110与来自EGR流路径108的EGR流在进气歧管120结合以产生充气流104。在某些实施例中，当新鲜空气流110与残留在燃烧室中的废气流结合以产生充气流104时，充气流104在气缸内产生。系统100还包括处理子系统118，所述处理子系统构造成执行用于EGR流补偿的操作。处理子系统118可以用控制器、模块、传感器、致动器、通信链路以及本领域已知的用来执行在此描述的操作的其它设备构造。在某些实施例中，处理子系统118解释指示新鲜空气流速122、EGR流速124、充气流速126、各种发动机参数1 和废气流速130的信息。在某些实施例中，处理子系统118提供EGR阀命令214和/或VGT命令216。所有命令和信息可以以交替的方式提供，一些信息可以不出现在某些实施例中，另外的信息可以出现在某些实施例中。可以解释来自传感器输入、数据链通信、存储在计算机可读的存储介质上的参数的信息，或者通过本领域理解的其它信息收集设备。在某些实施例中，解释信息可以包括接收相关信息和计算从所述相关信息中解释的信息。在某些实施例中，处理子系统118构造成解释充气流、空燃比(AFR)、目标EGR分数和目标AFR。在某些进一步的实施例中，处理子系统118还构造成基于所述AFR、目标AFR、充气流和目标EGR分数确定调整的目标EGR质量流。在某些实施例中，处理子系统118还构造成将所述调整的目标EGR质量流提供给空气处理控制器。所述空气处理控制器可以是处理子系统118的一部分，并且在某些实施例中，所述空气处理控制器构造成控制响应所述调整的目标EGR质量流的EGR阀114和VGT 116。在某些实施例中，所述空气处理控制器用所述调整的目标EGR质量流替换所述额定目标EGR质量流。在某些实施例中，所述空气处理控制器构造成响应饱和的EGR阀114、饱和的VGT 116致动器，和/或响应经历过渡操作的内燃机102，用所述调整的目标EGR质量流替换所述额定目标EGR质量流。当用于EGR阀114的致动器在设计限制(例如，完全打开或者完全关闭)运行并且处理子系统118具有超过所述设计限制的EGR阀114的目标值时，EGR阀114是饱和的。 如果处理子系统118具有将会超过所述设计限制的目标值，如果处理子系统118不限制EGR 阀114的致动器命令，EGR阀114也是饱和的。如果一个系统限制阻止EGR阀114进一步打开或者关闭，即使EGR阀114具有运行空间以进一步打开或者关闭，例如进一步关闭(或者打开)可能由排放标准、凝结考虑因素、压力限制、诊断性容差或者其它考虑因素限制，EGR 阀114致动器也是饱和的。如果EGR阀114响应是饱和的，EGR阀114致动器也是饱和的， 例如当EGR阀114打开(例如，在提升阀中，在相对高的阀打开位置的一般状况)时，如果 EGR阀114只是部分地打开但是通过EGR阀114的流量没有增加(或者只是名义上增加)， 那么EGR阀114是饱和的。当所述致动器在设计限制(例如，完全打开或者完全关闭)运行并且处理子系统具有用于VGT 116致动器超过所述设计限制的目标值时，VGT 116致动器是饱和的。如果处理子系统118具有将要超过所述设计限制的目标值，如果处理子系统118不限制VGT 116 致动器命令，VGT 116致动器也是饱和的。即使VGT 116具有进一步打开或者关闭的运行空间，例如进一步关闭(或者打开)可能由排放标准、凝结考虑因素、压力限制、诊断性容差或者其它考虑因素限制，如果系统限制阻止VGT 116进一步打开或者关闭，VGT 116致动器也是饱和的。在实例中，VGT 116致动器是饱和的并且在某些实施例中，处理系统118用调整的目标EGR质量流替换额定目标EGR质量流。当内燃机102的特性曲线在内燃机102阈值的变化率之上变化时，内燃机102经历过渡运行。在某些实施例中，内燃机102的负荷和/或速度可以变化以表示发动机的过渡运行。在某些实施例中，处理子系统118可以探测表示过渡运行的其它参数，例如加速器踏板位置的迅速变化，它并没有反映在内燃机102的速度或者负荷变化。在某些实施例中， 数据值可以被解释以便确定内燃机102是否在过渡运行，例如α参数表示表明稳定状态VS 过渡运行，表示内燃机102正在经历一种新的运行模式的参数和/或表示后处理组件正在请求诸如再生模式的特殊运行模式的参数。本领域理解的对内燃机102的过渡运行的任何描述或者解释都在本申请的考虑范围之内。 图2是用于EGR流补偿的处理子系统118的示意性方框图。在某些实施例中，处理子系统118包括发动机控制模块(ECM) 202，用于执行处理子系统118的一些操作。ECM 202 包括空气处理控制器204和EGR调整控制器228。在某些实施例中，空气处理控制器204包括提供目标AFR 210和目标EGR分数212的额定控制模块206。目标AFR 210和目标EGR 分数212可以从本领域理解的内燃机102的当前性能和排放要求推导出来。在某些实施例中，空气处理控制器204还包括致动模块208，所述致动模块响应目标AFR 210和目标EGR 分数212，提供EGR阀命令214和VGT命令216以便操作EGR阀114和VGT 116。
在某些实施例中，EGR调整控制器2 包括解释充气流2M和AFR 226的输入模块218。EGR调整控制器2 还包括EGR校正模块222，EGR校正模块202基于AFR 226、目标AFR 210、充气流2M和目标EGR分数212确定调整的目标EGR质量流。EGR调整控制器228还包括将调整的目标EGR质量流230提供给空气处理控制器204的输出模块220。在某些实施例中，额定控制模块206确定额定目标EGR质量流232，例如基于目标EGR流212和充气流224。在某些进一步的实施例中，额定控制模块206用调整的目标EGR质量流230替换额定目标EGR质量流232。在某些进一步的实施例中，额定控制模块206响应饱和的VGT 116致动器和/或响应经历过渡运行的内燃机102，用调整的目标EGR质量流230替换额定目标EGR质量流232。在某些实施例中，额定控制模块206解释氧气分数目标236，例如，基于内燃机102的性能和/或排放目标。在某些进一步的实施例中，输入模块218根据如下等式确定例如
充气流224的氧气分数目标238
权利要求
1.一种设备，包括内燃机，所述内燃机包括进气歧管和与所述进气歧管流体连通的废气再循环(EGR)装置；处理子系统，所述处理子系统构造成解释充气流和空燃比；解释目标废气再循环(EGR)分数和目标空燃比；基于所述空燃比、目标空燃比、充气流和目标EGR分数确定调整的目标EGR质量流；以及将所述调整的目标EGR质量流提供给空气处理控制器。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述空气处理控制器构造成响应所述调整的目标EGR质量流，控制EGR阀和可变几何涡轮增压器(VGT)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述空气处理控制器构造成用所述调整的目标EGR质量流替换额定目标EGR质量流。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理子系统还构造成根据等式
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理子系统进一步构造成解释氧气分数目标和根据等式
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述处理子系统进一步构造成根据等式
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述空气处理子系统构造成响应EGR阀致动器和VGT致动器处于饱和中的一种，用所述调整的目标EGR质量流替换额定目标EGR质量流。
8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述空气处理控制器构造成响应所述内燃机经历过渡运行，用所述调整的目标ERG质量流替换额定目标EGR质量流。
9.一种方法，包括解释空燃比和目标空燃比； 解释充气流和目标EGR分数；基于所述空燃比、目标空燃比、充气流和目标EGR分数确定调整的目标EGR质量流；以及基于所述调整的目标EGR质量流控制至少一个致动器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个致动器包括EGR阀致动器和可变几何涡轮增压器(VGT)致动器，其中，响应所述VGT致动器处于饱和而确定所述调整的目标EGR质量流。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于， 根据等式
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述方法还包括将所述调整的目标EGR质量流提供给空气处理控制器。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用所述调整的目标EGR质量流替换额定目标EGR质量流。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括解释目标氧气分数，并且根据等式
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于， 根据等式
16.一种系统，包括内燃机，所述内燃机具有充气流、废气流、适于将部分所述废气流混合到所述充气流中的废气再循环(EGR)流路径；EGR阀，所述EGR阀布置在所述EGR流路径中；可变几何涡轮增压器(VGT)，其布置在所述废气流中；处理子系统，所述处理子系统包括空气处理控制器，所述空气处理控制器包括额定控制模块和致动模块，所述额定控制模块构造成提供目标空燃比(AFR)和目标EGR分数，所述致动模块构造成响应所述目标AFR和目标EGR分数而操作所述EGR阀和所述VGT ；以及EGR调整控制器，所述EGR调整控制器包括输入模块、EGR校正模块和输出模块，所述输入模块构造成解释充气流和空燃比，所述EGR校正模块构造成基于所述空燃比、目标AFR、充气流和目标EGR分数而确定调整的目标EGR质量流，所述输出模块构造成将所述调整的目标EGR质量流提供给所述空气处理控制器。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述空气处理控制器构造成用所述调整的目标EGR质量流替换额定目标EGR质量流。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述VGT包括VGT致动器，其中，所述空气处理控制进一步构造成响应所述VGT致动器处于饱和而用所述调整的目标EGR质量流替换额定目标EGR质量流。
19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述EGR校正模块进一步构造成根据等式
20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述额定控制模块进一步构造成解释氧气分数目标，并且所述输入模块进一步构造成根据等式
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述EGR校正模块进一步构造成根据等式
22.一种方法，所述方法包括操作内燃机，所述内燃机包括进气歧管和与所述进气歧管流体连通的废气再循环 (EGR)装置；将来自所述进气歧管的充气提供给所述内燃机，所述充气包括进入空气和来自所述 EGR装置的再循环废气；建立燃料和空气之间的当前比率、空气和燃料之间的目标比率、所述充气的再循环废气分数和充气流速；以及确定作为所述当前比率、目标比率、再循环废气分数和充气流速的函数的所述再循环废气的目标流速的变化；以及响应所述目标流速的变化，用所述EGR装置调整所述再循环废气流以便调节所述充气的氧气分数。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，根据等式
全文摘要
本发明公开了一种用于响应当前充气流和目标EGR分数而调整目标EGR质量流的方法。所述方法还包括解释充气流和目标EGR分数。所述方法还包括基于所述空燃比、目标空燃比、充气流和目标EGR分数确定调整的目标EGR质量流。所述方法还包括基于所述调整的目标EGR质量流控制致动器。
文档编号F02D45/00GK102575592SQ201080042510
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月27日 优先权日2009年9月25日
发明者A·W·奥斯本, E·L·派珀, M·盖韦吉, R·J·古斯塔夫森 申请人:康明斯有限公司