用于控制混合动力车辆中的egr系统的方法

用于控制混合动力车辆中的egr系统的方法
【专利摘要】一种用于控制混合动力车辆中的EGR系统的方法，所述方法利用插入式监视器，并包括：当发动机转速、节气门变化和凸轮轴正时位置变化低于相应的阈值时，基于通过歧管绝对压力（MAP）传感器测量的压力与通过进入到发动机的进气歧管中的空气质量流量（MAF）确定的推断压力之间的平均压差，调节通过EGR阀的EGR流量。当EGR阀处于关闭位置和开启位置时，确定所测量的压力和所推断的压力。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种用于监测混合动力车辆中的废气再循环系统的系统和方法。 用于控制混合动力车辆中的EGR系统的方法

【背景技术】
[0002] 废气再循环（EGR)系统应用在机动车辆中，以使发动机废气的受控部分再循环到 发动机进气歧管中，从而降低排放并提高燃料效率。这样的系统通常采用被设置在发动机 排气歧管和发动机进气歧管之间并可操作的EGR阀，当该EGR阀处于开启位置时，废气的一 部分从发动机的排放侧再循环回到发动机的进气侧。在一种布置中，流入进气歧管的EGR 流量根据一个或更多个状况(例如，发动机温度、进入到进气歧管的进气充量和发动机转 速）而变化。
[0003] 期望通过车载诊断程序来监测EGR系统的操作，以确定该系统是否如所期望的那 样在进行运转。在车辆中进行EGR监测的一种途径包括使用非插入式监测器。该非插入式 EGR监测器需要利用少量的EGR在低负荷和高负荷下进行运转。这些运转点是低效的，结 果，混合动力发动机的运转通常避免这些运转点，因而阻碍了非插入式监测器完成诊断测 试。相比之下，插入式监测器完成诊断测试仅需要高效的中间负荷点。然而，在混合动力车 辆中，测试结果会由于进气可变凸轮轴正时（VCT)操作而不可靠。
[0004] EGR车载诊断程序会由于快速的VCT调节而混乱。VCT的快速变化导致歧管进气 延迟，使得进入到进气歧管中的空气质量流量（MAF)和歧管绝对压力（MAP)彼此不匹配。在 非混合动力车辆中，不会激进地采用VCT，意味着不会经常使用高延迟气门正时，且气门正 时的变化速率通常是适度的。因此，在非混合动力车辆中不会发现大体上削弱EGR车载诊 断程序的精确性的延迟问题。然而，在混合动力车辆中，在高延迟正时和气门正时的快速变 化这两者中，都可适合使用更激进的VCT。这样，在混合动力车辆中，需要提供稳健的和系统 的方式来监测EGR。


【发明内容】

[0005] 公开了一种利用插入式监测器来监测混合动力车辆中的废气再循环（EGR)系统的 系统和方法。所述系统和方法可包括：利用所测量的歧管绝对压力（MAP)和所推断的MAP 来确定EGR系统的可操作性。实施例还包括调节通过EGR阀的EGR流量，以补偿堵塞和EGR 阀限制。本公开的实施例还用在期望在检测EGR系统的可操作性方面进行改善的各种EGR 控制应用中。
[0006] 在一个实施例中，一种混合动力车辆包括发动机、结合到发动机的进气歧管的MAP 传感器以及结合到发动机的进气歧管的入口的MAF传感器。所述混合动力车辆还包括结 合到发动机的进气歧管和发动机的排气歧管的EGR管道，其中，EGR管道具有被构造成使废 气从排气歧管进再循环到发动机的进气歧管中的EGR阀。混合动力车辆还包括与发动机、 MAP传感器、MAF传感器和EGR阀通信的控制器。所述控制器被配置成：当第一测量MAP和 第二测量MAP之间的第一差与第一推断MAP和第二推断MAP之间的第二差之和低于第一阈 值时，增大通过EGR阀的EGR流量。所述控制器还被配置成：当第一差与第二差之和超过第 二阈值时，减小通过EGR阀的EGR流量。
[0007] 第一测量MAP和第二测量MAP是基于由MAP传感器传送的压力信号的。
[0008] 第一推断MAP和第二推断MAP是基于由MAF传感器测量的进入到发动机的进气歧 管中的空气质量流量的。
[0009] 当EGR阀处于开启位置时，收集第一测量MAP和所第一测量MAP，当EGR阀处于关 闭位置时，收集第二测量MAP和第二推断MAP。
[0010] 在预定数量的循环范围，收集第一测量MAP、第二测量MAP、第一推断MAP和第二推 断MAP并且取平均值。
[0011] 当进入所述方法的条件被保持时，收集第一测量MAP、第二测量MAP、第一推断MAP 和第二推断MAP并且取平均值。
[0012] 所述进入所述方法的条件包括：1)发动机转速保持基本稳定；2)发动机扭矩保持 基本稳定；3)发动机转速变化低于相应的阈值；4)节气门变化低于相应的阈值；5)凸轮轴 正时位置变化低于相应的阈值。
[0013] 控制器还被配置成：当第一差与第二差之和低于第三阈值且大于第四阈值时，存 储诊断代码。
[0014] 控制器还被配置成：当第一差与第二差之和低于第三阈值且大于第四阈值时，启 动车辆内的指示器，其中，所述指示器是灯、声音和消息中的至少一种。
[0015] 在另一实施例中，一种用于监测混合动力车辆中的EGR系统的方法，包括：当第一 测量MAP和第二测量MAP之间的第一差与第一推断MAP和第二推断MAP之间的第二差之和 低于第一阈值时，增大通过EGR阀的EGR流量。所述方法还包括：当第一差与第二差之和超 过第二阈值时，减小通过EGR阀的EGR流量。第一测量MAP和第二测量MAP可以是基于由 被布置在发动机的进气歧管中的传感器产生的压力信号的。类似地，第一推断MAP和第二 推断MAP可基于通过被结合到进气歧管的入口的传感器而测量到的进入发动机的进气歧 管的空气质量流量。此外，当EGR阀处于开启位置时，收集第一测量MAP和第一推断MAP，当 EGR阀处于关闭位置时，收集第二测量MAP和第二推断MAP。
[0016] 在又一实施例中，一种用于监测EGR系统的方法，包括：当凸轮轴正时位置变化低 于相应的阈值时，收集第一测量MAP和第二测量MAP以及第一推断MAP和第二推断MAP。所 述方法还包括：当第一测量MAP和第二测量MAP之间的第一差与第一推断MAP和第二推断 MAP之间的第二差之和低于第一阈值且大于第二阈值时，存储诊断代码。所述方法还可包 括：当所述和低于第三阈值时，使适应性参数增大一预定数值，以增大EGR流量，并且当所 述和超过第四阈值时，使适应性参数减小所述预定数值，以减小EGR流量。所述方法还包 括：当第一差与第二差之和低于第一阈值并大于第二阈值时，启动车辆内的指示器。所述指 示器可以是灯、声音和/或消息。
[0017] 在另一实施例中，一种用于控制具有发动机和牵引电机的混合动力车辆的EGR系 统的方法，所述发动机具有与多个凸轮轴正时位置相关联的可变凸轮正时，所述方法包括： 当凸轮轴正时位置变化低于相应的阈值时，存储第一测量MAP值和第二测量MAP值以及第 一推断MAP值和第二推断MAP值；当第一测量MAP值和第二测量MAP值之间的第一差与第 一推断MAP值和第二推断MAP值之间的第二差之和低于第一阈值且大于第二阈值时，存储 诊断代码。
[0018] 当EGR阀处于开启位置时，存储第一测量MAP值和第一推断MAP值，当EGR阀处于 关闭位置时，存储第二测量MAP值和第二推断MAP值。
[0019] 所述方法还包括：当所述和低于第三阈值时，使适应性参数增大一预定数值，以增 大EGR流量；当所述和超过第四阈值时，使适应性参数减小所述预定数值，以减小EGR流量。
[0020] 所述方法还包括：当第一差与第二差之和低于第一阈值时，致动车辆内的指示器， 其中，所述指示器是灯、声音和消息中的至少一种。
[0021] 根据本公开的各个实施例可提供一个或更多个相关的优点。例如，根据本公开的 实施例的插入式EGR监测器不依赖于发动机在低效的低负荷运转点和高负荷运转点所进 行的运转，因此对于混合动力车辆应用而言是更有利的。根据本公开的实施例还通过使VCT 位置在接近测试结束时发生改变的测试无效而避免了对于VCT位置的补偿测量有关的复 杂性和潜在的错误。
[0022] 通过下面结合附图对优选实施例所进行的详细描述，以上优点以及其他优点和特 点将是显而易见的。

【专利附图】

【附图说明】
[0023] 图1是根据本公开的实施例的内燃发动机的单个汽缸示意性表示；
[0024] 图2是根据本公开的实施例的包括用于推进的电动机和内燃发动机这两者的混 合动力电动车辆（HEV)的示意性表示；
[0025] 图3A是根据本公开的实施例的在EGR开启和EGR关闭的情况下歧管绝对压力 (MAP)与负荷的曲线图；
[0026] 图3B是根据本公开的实施例的在EGR开启和EGR关闭的情况下通过发动机的进 气口的空气质量流量(MAF)与负荷的曲线图；
[0027] 图4A和图4B是示出了根据本公开的实施例的功能性EGR系统和非功能性EGR系 统之间的平均压差的曲线图；
[0028] 图5A、图5B和图5C示出了根据本公开的实施例的所测量的MAP和所推断的MAP 的变化(噪声）之间的关系；
[0029] 图6是示出了根据本公开的实施例的用于监测混合动力车辆中的EGR系统的控制 系统和/或方法的流程图。

【具体实施方式】
[0030] 根据需要，在此公开所要求保护的主题的具体实施例。然而，应理解，所公开的实 施例仅是示例，且这些实施例可以以各种和可选的形式实施。附图不一定按照比例绘制；可 夸大或最小化一些特征，以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节 不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员多样化地使用所要求保护的主 题的实施例的代表性基础。
[0031] 参照图1，示出了内燃发动机10,该内燃发动机10具有由控制器12控制的多个汽 缸，在图1中示出了其中一个汽缸。例如，控制器12可通过发动机控制单元（E⑶)和/或动 力传动系统控制模块（PCM)实现。图1中示出的控制器12是传统的微型计算机，包括：微 处理器单元（CPU) 60、输入/输出端口 62、只读存储器（ROM) 64、随机存取存储器（RAM) 66 以及传统的数据总线68。除了先前所讨论的那些信号之外，控制器12被示出为还从结合 到发动机10的传感器接收各种信号，这些信号包括：来自结合到进气歧管22并位于节气门 38之前的质量流量传感器70的质量流量（MAF);来自压力传感器72的歧管绝对压力（MAP) 的测量值；来自温度传感器74的进气歧管温度（MT)信号；来自结合到冷却套80的温度传 感器78的发动机冷却液温度（ECT);点火拾波器（profile ignition pickup (PIP))信号， 来自结合到曲轴20的霍尔效应传感器82,并用作曲轴每转动一圈产生预定数量的等间隔 脉冲的发动机转速信号。此外还包括用于测量大气压力BP的气压计76。
[0032] 发动机10包括燃烧室14和汽缸壁16,在汽缸壁16中布置有连接到曲轴20的活 塞18。燃烧室14被示出为通过相应的进气阀26和排气阀28而与进气歧管22和排气歧管 24连通。当作为凸轮轴(未示出）的一部分的凸轮29的顶部向下压到排气阀28时，凸轮29 便使排气阀28动作。类似地，凸轮27使进气阀26动作。进气阀26的正时可由于可变凸 轮轴正时（VCT)装置31而变化。
[0033] 进气歧管22可结合有用于向发动机汽缸输送燃料的喷油器30。燃料通过包括燃 料箱、燃料泵和燃料导轨的传统的燃料系统(未示出)而被输送到喷油器30。替代地，发动机 可被构造成使燃料直接注射到发动机的汽缸中，这作为直喷发动机是本领域技术人员所公 知的。进气歧管22经节气门板36与气节门主体34连通。节气门位置传感器38测量节气 门板36的角度位置并将指示节气门板36的角度位置的节气门位置信号传送至控制器12。
[0034] 点火系统50通过火花塞52向燃烧室14提供点火火花。双态废气氧传感器54、58 被示出为结合到排气歧管24并分别位于催化转化器56的上游和下游。传感器54、58分别 向控制器12提供EG01和EG02信号，控制器12可将这些信号转换成双态信号，一种状态指 示废气为富燃的参考空/燃比，另一种状态指示废气为稀燃的参考空/燃比。
[0035] 碳罐84经清洗阀90而结合到进气歧管22。在填充燃料期间从燃料箱（未示出） 排出的燃料蒸气通过入口 88进入碳罐84。燃料被吸附到碳罐84中的碳粒86上，并且空气 通过开口 92释放到大气中。当发动机10运转时，清洗阀90可开启。进气歧管22中的真空 度使大气通过开口 92经碳罐84被吸入。大气将燃料蒸气从碳粒86带入到进气歧管22中 并进入燃烧室14中以进行燃烧。于是，碳罐84被净化，使得在补给燃料事件期间当携带有 燃料蒸气的空气被引入到碳罐84中时，碳粒86可吸附燃料蒸气。在一个实施例中，清洗阀 90是电磁阀，可通过提供脉宽调制信号来命令该电磁阀处于全开位置和全闭位置之间的位 置。可基于至清洗阀90的命令以及进气歧管22和大气压力（BP)之间的压差来估计经碳 罐84被引入到发动机10中的空气量。
[0036] 发动机10还包括废气再循环（EGR)系统，该EGR系统用于使由发动机10产生的废 气的受控部分从排气歧管24经EGR管道44重新循环到进气歧管22中。从排气歧管重新 循环到进气歧管的废气量可由具有步进电机94的传统的DC步进电机驱动的EGR阀42控 制，该步进电机94从控制器12接收信号EGR_RATE_DES，以使EGR阀42按照递增的步数轴 向运动，从而控制EGR阀42相对于与进气歧管22连通的入口 48的位置。
[0037] MAF传感器70设置到至进气歧管22的入口 48的上游，且MAP传感器72设置在入 口 48的下游。MAF传感器70仅测量被供应到发动机10的新鲜空气，S卩，并不测量EGR流 动。然而，来自MAP传感器72的信号受EGR的影响。可基于来自MAF传感器70的信号、指 示发动机rpm的PIP信号以及发动机排量（已知)来计算推断的MAP。所测量的MAP (由MAP 传感器测量的压力）和推断的MAP可用于确定EGR系统是否正确地工作。在转让给本公开 的受让人并通过引用被包含于此的第5, 654, 501号和第5, 331，936号的美国专利还公开了 基于空气质量流量来推断进气歧管中的压力的方法。
[0038] 如图1所示的发动机10是用于如图2所示意性示出的混合动力电动车辆（HEV) 100的动力传动系统的一部分。前轮被结合到前桥102。差速器和主减速器总成104也结合 到前桥102。车辆动力传动系统通过变速器106结合到差速器和主减速器总成104。变速 器106通过离合器108结合到电动机110。电动机110通过离合器114结合到发动机10。 在图2所示的实施例中，链传动装置112设置在发动机10和电动机110之间，从而发动机 10绕第一轴线旋转，电动机110和变速器106绕大体上与第一轴线平行的第二轴线旋转。 电动机110能够作为向相关车桥提供扭矩的电动机运转或者作为从相关车桥吸收扭矩的 发电机运转（即，在与该车桥相关的车轮上提供制动力）。电动机110结合到作为储存电能 的源和接收器（source and sink)的高压电池116。控制器12被示出为结合到发动机10、 变速器106、电动机110、离合器114和高压电池116。图2中的构造示出了一种简单的HEV 构造。还存在并未脱离本公开的范围的许多可选的HEV构造。
[0039] 期望监测EGR系统的操作，以确定该系统是否如期望的那样操作。此外，有效的 EGR监测系统和方法有助于确定EGR阀何时开始变得受限制。堵塞变严重或EGR阀限制是 在较冷的温度下利用EGR运转发动机(利用EGR运转发动机通常用于在混合动力车辆中提 高燃料经济性）的结果。可调节流经EGR阀的EGR流量以延长EGR阀的寿命。可通过使用 下面描述的多个系统和方法来确定EGR系统的整体功能。
[0040] 参照图3A，随着百分比负荷（MAP/BP)增大（S卩，随着歧管绝对压力（MAP)接近大气 压力（BP))，在EGR关闭和EGR开启的情况下所测量的MAP之间的差接近于零。换句话说， 在高负荷下MAP传感器数据不能单独提供对系统可操作性的精确指示。一种解决方法是使 用所测量的MAP和所推断的MAP数据这两者来确定EGR系统的可操作性。如上所述，所测 量的MAP可通过由MAP传感器所传送的信号而确定，且所推断的MAP可通过来自MAF传感 器的信号、指示发动机rpm的PIP信号和发动机排量而计算得到。如图3B所示，随着百分 比负荷增大，在EGR开启的情况下测量的MAF基本上与在EGR关闭的情况下测量的MAF不 同。实质上，在低负荷下的EGR添加基本上改变了 MAP但却基本上没有改变MAF ;而在高负 荷下的EGR添加基本上没有改变MAP但却基本上改变了 MAF。
[0041] 参照图4A，示出了曲线图，该曲线图示出了当所测量的MAP是数据的唯一来源时 功能性(未被限制的曲线）EGR系统和非功能性(完全被限制的曲线）EGR系统之间的平均 压差。可见，功能性EGR系统和非功能性EGR系统两者均具有0.5和2.0英寸泵柱（IN of HG)之间的值。这会导致对EGR系统的操作状态的不正确指示，进而会导致至服务设施的不 必要行程以及消费者的不满。根据本公开的实施例，一种解决该问题的方案是将在EGR开 启和关闭的情况下确定的所测量的MAP之间的平均压差与在EGR开启和关闭的情况下计算 的所推断的MAP之间的平均压差加起来。通过将这两个平均压差加在一起，能够基本上减 少图4A中示出的重叠区域，如图4B的曲线图所示，进而提高了 EGR系统状态指示器的精确 度。
[0042] 在图5A至图5C中进一步示出了该控制策略，其中，示出了使用所测量的MAP和所 推断的MAP得到的平均压差数据中的变化和噪声。如图5A和图5B所示，当使用通过所测 量的MAP或所推断的MAP而得到的平均压差时，变化或噪声基本上覆盖了从未被限制的EGR 通道到完全被限制的EGR通道的范围。而当将通过所测量的MAP和所推断的MAP两者而得 到的平均压差加在一起时，变化或噪声大体上减小，如图5C所描述的。这种变化的减小使 得EGR系统的正常操作不大可能会导致不正确的诊断代码或者使得其他指示器由于EGR开 启和EGR关闭之间的压差(该压差位于由第一压力阈值和第二压力阈值建立的区间内)而触 发。
[0043] 此外，可调节EGR位置和相应的流量，以补偿EGR阀和/或EGR管道的任何堵塞或 限制。可通过EGR阀传递函数FN_EGRP0S(其中，该函数基于EGR阀上的压力比率与期望的 EGR质量流量)来确定期望的EGR阀位置。具体地，实现期望的EGR流量所需要的电机步数 可通过从与EGR阀传递函数对应的表查询电机输出步数值而确定。例如，见下面所呈现的 表。
[0044]

【权利要求】
1. 一种用于控制混合动力车辆中的EGR系统的方法，包括： 当第一测量MAP和第二测量MAP之间的第一差与第一推断MAP和第二推断MAP之间的 第二差值之和低于第一阈值时，增大通过EGR阀的EGR流量； 当第一差与第二差之和超过第二阈值时，减小通过EGR阀的EGR流量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，第一测量MAP和第二测量MAP是基于由被布置在 发动机的进气歧管中的传感器产生的压力信号的。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，第一推断MAP和第二推断MAP是基于被结合到进 气歧管的入口的传感器测量到的进入发动机的进气歧管的空气质量流量的。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，当EGR阀处于开启位置时，收集第一测量MAP和 第一推断MAP，当EGR阀处于关闭位置时，收集第二测量MAP和第二推断MAP。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，在预定数量的循环范围，收集第一测量MAP、第二 测量MAP、第一推断MAP和第二推断MAP并且取平均值。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，当进入所述方法的条件被保持时，收集第一测量 MAP、第二测量MAP、第一推断MAP和第二推断MAP并且取平均值。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述进入所述方法的条件包括： 1) 发动机转速保持基本稳定； 2) 发动机扭矩保持基本稳定； 3) 发动机转速变化低于相应的阈值； 4) 节气门变化低于相应的阈值； 5) 凸轮轴正时位置变化低于相应的阈值。
【文档编号】F02D21/08GK104047741SQ201410098833
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】道格拉斯·雷蒙德·马丁, 理查德·保罗·泰勒, 弗里曼·盖茨 申请人:福特全球技术公司