使用节流的低压EGR控制的制作方法

文档序号:14477984
使用节流的低压EGR控制的制作方法

本申请要求于2015年8月3日提交的美国申请号14/816,679的权益。

技术领域

本发明通常涉及的领域包括废气再循环(EGR)系统和使用具有可变旋流装置或节流阀的进气节流或者使用排气节流来控制低压EGR流率的方法。



背景技术:

EGR系统可具有控制装置。



技术实现要素:

若干变型可包括一种方法,该方法包括:提供计算机/控制器,该计算机/控制器被构造和布置成用于接收有关车辆的操作状态的一个或多个输入或者构造和布置成用于基于计算、查找表或模型中的至少一个来产生输入;利用计算机/控制器以及来自计算机/控制器外部的源的至少一个输入或来自计算机/控制器的输入来确定是否有足够的废气正在流过车辆系统的低压废气再循环导管;以及响应于该确定,计算机/控制器产生至少一个输出,该输出构造和布置成用于改变流过低压废气再循环导管的废气量。

若干变型可包括发动机换气系统,该发动机换气系统包括可变旋流装置,该可变旋流装置设置在位于低压EGR导管和进气导管的接合处的上游的进气导管中。

若干变型可包括一种方法,该方法包括:通过增加或减少流过可变旋流装置的进气来调节流过低压EGR导管的EGR气体,该可变旋流装置设置在位于低压EGR导管和进气导管的接合处的上游的进气导管中。

若干变型可包括一种方法,该方法包括:通过节流流过可变旋流装置的进气来增加流过低压EGR导管的EGR气体,以减小低压EGR导管和进气导管的接合处的进气压力,以及使得进气和低压EGR气体发生旋流,该可变旋流装置设置在位于低压EGR导管和进气导管的接合处的上游的进气导管中。

从此后提供的详细说明,本发明的范围之内的其它示意性变型将变得显而易见。应当理解的是,尽管公开了本发明的范围之内的变型,详细的说明和具体实例仅仅旨在示出的目的且并不意于限制本发明的范围。

附图说明

从详细说明和附图将更透彻地理解本发明的范围之内的选择的变型实例,其中:

图1是根据若干变型使用的车辆系统的示意图。

图2是根据若干变型的系统和方法的示意图。

图3是根据若干变型的方法的示意图。

图4是根据若干变型的方法的示意图。

图5是若干变型中使用的处于第一打开位置的可变进气旋流装置的透视图。

图6是若干变型中使用的处于第一打开位置的可变进气旋流装置的透视图。

图7是根据若干变型的系统和方法的示意图。

具体实施方式

以下变型的说明在本质上仅仅是示意性的,且绝不意于限制本发明的范围、它的应用或使用。

参考图1,若干变型可包括车辆系统10,该车辆系统可包括具有多个燃烧室14的发动机12。进气歧管16可连接至发动机12,以将空气和再循环的废气输送进多个燃烧室14。排气歧管18可连接至发动机12,以接收从多个室14排出的气体。废气导管19可连接至废气歧管18,且可包括操作性地与其连接的多个部件。在若干变型中,系统10可包括具有连接至排气导管19的涡轮机34的涡轮增压器32。涡轮增压器32可具有操作性地连接至进气导管30的压缩机36,该进气导管连接至进气歧管16。在若干变型中,涡轮增压器轴38可将涡轮机38和压缩机36连接。可使用不含轴的涡轮增压器。高压(HP)废气再循环(EGR)导管20可从排气导管19(涡轮机38的上游)延伸至进气导管30(压缩机36的下游)。可提供HP EGR阀22来控制流过HP EGR导管20的气体。在若干变型中,HP EGR阀22可定位在HP EGR冷却器24的下游处的EGR导管20中。HP EGR冷却器24可具有用于冷却流体流动的入口26和出口28。在若干变型中,HP EGR阀22可为三通阀,且可连接在排气导管19和HP EGR导管20的交叉处或者在HP EGR导管20和进气导管30的交叉处。在若干变型中,系统10可包括连接至涡轮机34下游的排气导管19以及连接至压缩机36上游的进气导管30的低压(LP)EGR导管40。可提供LP EGR阀42来控制在LP EGR导管40中的废气流动。在若干变型中,LP EGR阀42可定位在LPEGR导管40中的LP EGR冷却器44的下游。LP EGR冷却器40可包括用于冷却流体流动的入口46和出口48。在若干变型中,排气节流阀50可定位在LP EGR导管40下游的排气导管19中。在若干变型中,进气节流阀52可定位在LP EGR导管40上游的进气导管30中。在若干变型中,进气节流阀52可以为蝶形阀或瓣阀。在若干变型中,例如如在图5-6中所示,进气节流阀可以为可变旋流装置。图5示出了一种可变旋流装置52,该可变旋流装置可包括在其中形成的用于允许进气通过的通孔(或孔)502的壳体500。多个可移动的叶片504可枢转地附接至壳体500,并构造和布置成以使得相邻的叶片差不多彼此相互接触,以阻断基本上所有进气的通道或至少50%,60%,70%,80%,90%,95%,99%或者它们之间的任何百分数范围。在若干变型中,叶片可360度旋转以产生进气的正向(顺时针)或负向(逆时针)旋流。将可变旋流装置定位在进气导管和LP EGR导管的接合处允许使用进气旋流装置52(或进气旋流节流器)来实现进气的节流以及还将进气和LG EGR气体一起产生旋流,用于更好的混合,用于发动机的所有汽缸中的更均匀燃烧;提供高涡轮增压效率;以及提供与蝶形或盘形进气节流器相比更小的节流损失。图5示出了具有处于第一位置的叶片的可变旋流装置,其中,具有位于第一面积的相邻叶片之间的第一空间或开口508。图6示出了具有处于第二位置的叶片的可变旋流装置,其中,具有位于大于第一面积的第二面积的相邻叶片之间的第二空间或开口508’。致动机构506,例如杠杆臂,可连接至叶片504,以枢转地移动该叶片504。在若干变型中,致动机构506可由电机驱动,或气动或液压动力。叶片504可具有尖端,该尖端可被布置成用于提供中心开口510。

在若干变型中,在需要和适合的情况下,系统10可包括各种各样的其它部件,例如但不限于,连接至排气导管19的柴油颗粒过滤器56,连接至进气导管30的进气过滤器58,和/或定位在压缩机36下游的充气冷却器60。

仅仅依赖于柴油颗粒过滤器56与涡轮增压器压缩机36的自然压力差的LP EGR被被限制流量,且可导致产生大的阀移动或阀控制的不稳定性。

若干变型可被用于解决以下问题:当通过EGR阀的ΔP较小时,需要更大的LP EGR阀移动来实现相对较小的EGR流量变化。

假定初始状态为:排气节流器完全打开,EGR阀完全关闭。随着EGR阀逐渐地打开,更多的EGR流过阀。如果EGR阀完全打开,但仍未达到期望的EGR流量,必须减小排气节流阀开口来达到期望的EGR流量。关闭进气节流器或排气节流阀导致产生通过LP EGR阀增加的ΔP,则需要减小EGR阀的开口。该转换可能导致产生两个阀开口的振荡。当LP EGR阀能够单独达到期望的EGR流量,调整LP EGR阀和进气节流器(或排气节流器)动作,使得进气(或排气)节流器完全的打开,以减小节流损失。

在若干变型中,系统10可构造和布置成用于使用排气节流或入口节流来增加处于排气导管12的交叉处的LP EGR导管40中的压力与处于进气导管30接合处的LP EGR导管40中的压力的差异。若干变型包括用于或者排气节流(用于提升排气导管19中的上游压力)和/或进气节流(用于减小进气导管30的接合处的LP/EGR路径40中的下游压力)的控制策略,以便输送具有最小流动限制的所需EGR率,用于使得燃料经济型效益最大化。在若干变型中,进气节流器可以为位于LP EGR导管的上游的进气导管中的可变旋流装置,以提供进气的节流以及进气的旋流,用于与进入进气导管的LP ERG气体更好地混合。

现参考图2,在若干变型中,车辆系统10和方法可包括:提供电子控制单元(ECU)62,该电子控制单元可构造和布置成用于接收有关车辆的操作状态的一个或多个输入,或者可构造和布置成用于基于诸如计算、查找表、模型来产生输入,用于产生至少一个输出。在若干变型中,至少第一传感器64和第二传感器66可被提供,且可输送车辆的实际操作状态的输入或代表车辆的操作状态的输入或车辆操作状态的评估至计算机/控制器62。这种操作状态可包括但不限于:发动机速度、发动机负载、车辆的排气路径中的一种或多种环境成分、LP EGR路径中的质量流、LP EGR路径质量流设置点、LP EGR下游压力、LP EGR上游压力、LP EGR阀位置、排气节流阀位置、进气节流阀位置、或其它发动机操作状态。在若干变型中,可提供第一输入68至计算机/控制器62,其中,该第一输入并未来自传感器。在若干变型中,计算机/控制器62可使用来自计算机/控制器之外的源的至少一个输入64、66、68或者来自计算机/控制器62它自己的输入来确定是否有足够的废气正在流过车辆系统10的LP EGR导管40。响应于该确定,计算机/控制器62可执行计算,使用查找表或模型来产生至少一个输出,该至少一个输出被构造和布置成用于改变流过LP EGR导管40的废气量。在一个变型中,计算机/控制器62可产生导致LP EGR阀42的移动的输出。例如,如果计算机/控制器62确定没有足够的流过LP EGR导管40的废气以满足期望的发动机操作状态,例如排放污染物低于期望的级别,如果LP EGR阀42位完全打开,则计算机/控制器62可提供输出以引起LP EGR阀42被完全打开。在计算机/控制器62已经确定LP EGR阀42处于完全打开位置之后,或者在将LP EGR阀42移动至完全打开位置之后,计算机/控制器62可以确定是否已经满足期望的车辆操作状态。如果还未满足期望的操作状态,或者没有流过LP EGR导管40的废气量来满足期望的操作状态,则计算机/控制器62可产生输出,以将排气节流阀50或进气节流阀52中的至少一个移动至限定通过排气你节流阀50的排气流或者限制通过进气阀52的移动空气的位置。还在另一变型中,计算机/控制器62可产生输出,以引起增加通过LP EGR导管40从排气导管19到进气导管30的压力差。

然而,在若干变型中,可在移动LP ERG阀至完全打开位置之后,首先使用进气或排气节流器。

在若干变型中,ECU 62可包括祝计算机/控制器和/或控制子系统,其可包括与系统的部件相通信的一个或多个控制器(未分开地示出)和/或用于接收和处理传感器输入和发射输出信号的车辆的其它部件。控制器可包括一个或多个合适的处理器和存储装置(未分开地示出)。存储器可被配置成用于提供数据和指令的储存,指令提供发动机系统的至少一些功能且可由处理器执行。通过一个或多个计算机程序以及各种发动机系统数据或指令,在存储器中储存为查找表、公式、算法、映射、模型等等的车辆操作状态数据,可执行方法中的至少部分。控制子系统可通过从传感器接收输入信号,根据传感器输入信号执行指令或算法,以及将合适的输出信号传输至各种致动器和/或部件来控制系统的参数。如在此所使用,术语“模型”可包括用多个变量,如查找表、映射、公式、算法和/或类似数据来表示某种方式事务的任何解释。模型是对于任何给定的发动机系统或该系统的精确设计和性能规范而言是特定的和具体的应用。控制系统主控制器和/或控制子系统可包括与系统的部件相通信的一个或多个控制器(未分开地示出)和/或用于接收和处理传感器输入并传输输出信号的车辆的其它部件,且可操作性地连接至阀42、50、52、22、54,包括但不限于,以与在此所描述的示出变型相一致的方法。

现参考图3,在若干变型中,方法可被用于控制流过排气导管19与进气导管30之间的LP EGR导管40的废气量,且可包括若干操作。方法可包括操作84、操作88、操作92、操作90、操作114、操作118、操作82、操作96、操作100、操作98、操作102、操作106和操作108。操作84可使用有关LP质量流设置点的输入76,有关LP EGR下游压力的输入78。以及来自操作82的输入83。操作82可基于LP EGR阀状态来执行切换LP EGR下游压力的输入信号83的功能。使用有关来自操作102的期望的LP EGR上游压力的输入104,来自操作92的输入91和有关LP EGR上游压力的输入80。当将阀锁定在它的完全打开(输入信号91)状态时,来自操作104的目标LP EGR上游压力被用于操作84,只要LP EGR压力(即LP EGR质量流)未达到期望且因而并不与操作102相互作用,操作84保持计算完全打开的LP EGR阀,操作102现在控制LP EGR上游压力。操作88可接收有关来自操作84的期望的LP EGR阀面积的输入86以及还接收来自操作94的代表LP阀最大面积的输入96。LP EGR阀面积表示LPEGR阀开口的横截面面积。操作92可接收来自操作88的输入89以及来自操作100的输入103。操作90可以接收来自操作84的输入86,来自操作92的输入91和来自操作94的输入96。操作90可执行LP EGR阀是否应当完全打开的功能。操作114可接收来自操作90的输入112。操作114可执行将LP EGR阀面积转换成阀开口角度或命令占空比的功能。操作118可接收来自操作114的输入116。操作118执行限制最小值/最大值之内的阀开口角度的功能。操作118可提供有关用于移动LP EGR阀42(在图1中示出)的LP EGR阀命令的输出120。操作102可接收有关LP阀最大面积的输入96,有关LP EGR质量流设置点的输入76,和有关LP EGR下游压力的输入78。低压阀最大面积表示当阀完全打开时的横截面面积。操作102可执行根据最大阀面积和给定的下游压力计算期望的LP EGR上游压力以达到期望的EGR质量流率的功能。它被用作为前馈控制。操作106可接收来自操作102的输入104,以及有关LP EGR上游压力的输入80。操作106可执行计算测量的LP EGR上游压力与期望的LP EGR上游压力之间的误差的功能。操作108可接收来自操作106的输入107。操作108的功能为反馈控制器,以实现期望的LP EGR压力施加。操作108可产生可以为用于移动排气节流阀50的排气节流命令的输出110。通过相同的方法可进行对该进气节流命令的模拟,具有以下差异:当命令进气通过操作108利用反馈信号78来控制LP EGR下游压力时,在该情况下通过102来计算目标“下游压力104”。操作84接收对操作82进行模拟的下游压力的目标(104)和实际(78)值。操作100可接收来自操作98的输入99以及来自操作108的输入110。进气或排气节流器处于完全打开位置。操作100的功能是用于检查进气或排气节流器是否处于完全打开位置。来自操作100的输出103可提供为至操作92的输入。在图3中示出的方法可提供以下优点:将LP EGR阀前馈操作84从操作108解耦,并因而允许对阀和节流器的顺序操作。该LP EGR阀被使用为它能够提供期望的LP EGR流,且在该情况下,节流器(或者进气或者排气)被设置在完全打开位置,并防止产生涡轮机或真空压力预压缩机之后不必要的背压。一旦该LPEGR阀不能够提供期望的LP EGR流,它停留在其完全打开位置且因而使得横截面积最大化和实现导管40处较小的限制。或者进气或排气节流器响应于将LP EGR路径上的目标压降设置成在最小损失下引导目标LPEGR流所需,由于更小的限制损失和适当的压降。

在通过图3示出的LP EGR控制方法中,均使用前馈和反馈(典型的PI)控制。前馈阀位置基于通过EGR阀的期望流量和ΔP。LP EGR阀上游压力可以为测量值或期望值。使用期望的上游压力值可以减小阀位置振荡,例如,LP EGR阀的饱和度。

现参考图4,在若干变型中,控制LP EGR的方法可包括若干操作,该若干操作包括操作84、操作94、操作122、操作126、操作130、操作134、操作136、操作138、操作140、操作142和操作108。操作84可接收有关LP EGR质量流设置点的输入76,有关LP EGR下游压力的输入78,和有关LP EGR上游压力的输入80。操作84可执行计算期望的EGR阀开口面积的功能,以根据给定的上游和下游压力来获取LP EGR质量流设置点,这被使用为前馈控制。操作122可接收来自操作84的输入86和有关LP阀最大面积的来自操作94的输入96。操作122可执行以下功能:通过除以最大阀面积来使得阀开口面积归一化。操作126可接收来自操作122的输入124。操作126执行以下功能:将阀开口比值范围转换成控制器输出范围。EGR流控制器输出处于[0 100]之间的范围之内,其中,0表示没有EGR,且100表示最大EGR。将位于[0 1]的前馈值转换成控制器信号范围,其中,例如,LP EGR阀操作期望用于总EGR流的[0 50]的控制输出。这允许将LP EGR前馈值向前引导至总控制器输出命令,且另外被用于反馈控制。操作30可接收来自操作126的输入128以及来自操作108的输入110。操作108可执行反馈控制功能,以获取LP EGR质量流设置点。操作130可执行以下功能:将来自前馈和反馈控制器的输出总和起来。操作134可接收来自操作130的输入132。操作134和136可执行以下功能:将控制器输出分离成节流器命令和EGR阀命令。操作134可产生可以为用于移动进气阀52或排气节流阀50的进气阀节流或排气节流阀命令的输出121。操作136可接收输入132并产生LP EGR阀命令。操作138可接收来自操作136的输入137。操作138可执行将EGR阀命令限制成最小/最大值的功能。操作138可提供可以为用于移动LP EGR阀的LP EGR阀命令的输出120。操作140可接收来自操作138的输入120。操作140可执行以下功能:基于EGR阀开口和其它输入(例如,上游/下游EGR压力)来评估LP EGR流,在附图中未示出其它输入。操作142可接收来自操作140的输入141,以及有关LP EGR质量流设置点的输入76。通过图4示出的方法可提供以下优点:控制LP EGR流以及用于限制达到期望的EGR流和或者上游/下游压力阀开口的任何扰动的补偿。总EGR流控制器产生归一化输出和减少锁定逻辑。通过分离曲线/映射图,致动器单独的调节可被校准以反映致动器性能/行为。

在通过图4示出的LP EGR控制变型中,均使用前馈和反馈(典型的PI)控制。前馈阀位置基于通过EGR阀的期望流量和ΔP。ΔP可以为测量值,或者基于目标EGR流量和发动机操作状态来评估该ΔP。采用于图4的右上部示出的两条曲线来平滑从进气(或排气)节流器完全打开到部分地关闭的过渡。当LP EGR阀接近于完全打开时,进气(或排气)节流器开始接近于增加通过EGR阀的ΔP,以获取期望的EGR流量。在图4中示出的控制策略可用于实现低节流损失和阀致动的最小振荡。在图3-4中示出的两种控制策略也应用至具有代替进气节流器的排气节流器的LP EGR系统。

图7示出了控制LP EGR流率的方法的另一变型,其中,若干车辆操作参数中的任何参数,例如但不限于,发动机速度、燃料喷射质量、环境压力、湿度、冷却剂温度,可被ECU使用来用于因此确定设置点信息700和空气流设置点702。空气流设置点可用于总EGR控制704,其中,HP/LPEGR分离比确定操作706。ECU可确定HP EGR和LP EGR的分离708,且可使用用于LP EGR控制721的LP EGR质量流设置点710,而且ECU可使用用于HP EGR控制716的HP EGR质量流设置点714来产生/发送HP EGR阀命令以移动HP EGR阀。ECU可通过使用涉及以下项的输入来执行检测逻辑:但不限于,保护硬件722、高度储存增加724、低端转矩效率增加或若干所关心其它车辆操作参数中的任何一个。基于车辆操作参数,ECU可产生/发送命令(IST致动器命令)至可变进气旋流装置52,以移动用于节流进气的叶片504,且同时使得输送至涡轮增压器32的压缩机36的进气和LP EGR气体发生旋流。

以下变体的说明仅仅是视为落在本发明的范围之内的部件、元件、动作、产品和方法的示意性描述,且绝不以任何方式意于限制具体公开或未明确阐述的这种范围。如在此描述的部件、元件、动作、产品和方法可以以并非如在此明确描述的方式组合和再布置,且仍被视为落在本发明的范围之内。

变型1可包括一种方法,该方法包括:提供构造和布置成用于接收有关车辆的操作状态的一个或多个输入或者构造和布置成用于基于计算、查找表或模型中的至少一个来产生输入的计算机/控制器;利用计算机/控制器以及来自计算机/控制器外部的源的至少一个输入或来自计算机/控制器的输入来确定是否有足够的废气正在流过车辆系统的低压废气再循环导管;以及响应于该确定,计算机/控制器产生至少一个输出,该输出构造和布置成用于改变流过低压废气再循环导管的废气量。

变型2可包括如在变型1中所述的方法,其中,产生至少一个输出导致低压废气再循环阀的移动。

变型3可包括如在变型1中所述的方法,其中,如果计算机/控制器确定没有足够的流过低压废气再循环导管满足期望发动机操作状态的废气,则产生至少一个输出,导致将LP EGR阀被移动至完全打开位置。

变型4可包括如在变型1中所述的方法,还包括:使用计算机/控制器来确定低压废气再循环阀是否处于完全打开位置,而且如果低压废气再循环阀处于完全打开位置,则产生被构造和布置成用于改变流过低压废气再循环导管的废气量的至少一个输出包括:将至少一个排气节流阀移动至限制通过排气节流阀的排气流的位置,或者移动进气节流阀以限制移动通过进气阀的空气。

变型5可包括如在变型1中所述的方法,其中,如果计算机/控制器确定没有足够的流过低压废气再循环导管满足期望发动机操作状态的废气,则产生至少一个输出,导致通过低压废气再循环导管从排气导管到进气导管的压力差的增加。

变型6可包括发动机换气系统,该发动机换气系统包括可变旋流装置,该可变旋流装置设置在位于低压EGR导管和进气导管的接合处的上游的进气导管中。

变型7可包括一种方法,该方法包括:通过增加或减少流过可变旋流装置的进气来调节流过低压EGR导管的EGR气体,该可变旋流装置设置在位于低压EGR导管和进气导管的接合处的上游的进气导管中。

变型8可包括一种方法,该方法包括:通过节流流过可变旋流装置的进气来增加流过低压EGR导管的EGR气体,以减小低压EGR导管和进气导管的接合处的进气压力,以及使得进气和低压EGR气体发生旋流,该可变旋流装置设置在位于低压EGR导管和进气导管的接合处的上游的进气导管中。

以上落在本发明的范围之内的选择变型的描述在本质上仅仅是示意性的,且因而,其的变型或变体并未被视作为脱离本发明的精神和范围。

再多了解一些
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