用于排气再循环控制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本文中公开的主题的实施例涉及排气再循环系统。
【背景技术】
[0002]排气再循环(EGR)降低了燃烧温度峰值并由此降低了NOx的生成，并因此发动机系统可以构造成严密地控ffjUEGR以便将排放维持在指定限制之下。供应至发动机的EGR的量的精确控制依赖于对至发动机的总体和/或新鲜进气空气流的认识。尤其是在缺少进气空气流传感器的发动机系统中，在某些运行状态期间用于确定进气空气流速的机构可能是不精确的、缓慢的和/或有干扰的，因而妨碍了精确的EGR控制。
【发明内容】
[0003]在一个实施例中，系统包括具有进气歧管以接收新鲜进气空气的发动机和排气再循环(EGR)系统(160)以供应EGR至进气歧管，其中穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制。系统进一步包括控制器，其构造成基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀的位置，其中在第一组运行状态期间，新鲜进气空气流率基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比、以及至发动机的一个或更多个气缸的燃料流来估计。
[0004]本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括:发动机，其具有进气歧管以接收新鲜进气空气；排气再循环(EGR)系统以供应EGR至进气歧管，穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制；以及控制器，其构造成基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀的位置，其中控制器进一步构造成在第一组运行状态期间基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比、以及至发动机的一个或更多个气缸的燃料流来估计新鲜进气空气流率。
[0005]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成通过以下来估计新鲜进气空气流率:基于进入发动机的总气体流率、一个或更多个排气阀的当前位置、以及进气歧管压力来确定第一新鲜进气空气流率;基于空气-燃料比、以及燃料流确定第二新鲜进气空气流率；以及估计新鲜进气空气流率为通过第二新鲜进气空气流率修正的第一新鲜进气空气流率。
[0006]本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，第一组运行状态包括在空气-燃料比低于阈值的非冷启动发动机运行。
[0007]本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，控制器构造成在第二组运行状态期间基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置和进气歧管压力估计新鲜进气空气流率，第二组运行状态包括冷发动机启动运行和阈值之上的空气-燃料比。
[0008]本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成在第三组运行状态期间仅基于进入发动机的总气体流率估计新鲜进气空气流率，第三组运行状态包括当一个或更多个排气阀中的一个或更多个的当前位置不可得到时的运行。
[0009]本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度确定至发动机的总气体流率。
[0010]本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成当一个或更多个排气阀的当前位置的确定是不可得到的时基于随着越过涡轮增压器的压缩机的压力比变化的压缩机空气流的特性图估计给定的涡轮增压器转速下的新鲜进气空气流率。
[0011 ]本发明的第八技术方案提供了一种方法，包括:在第一运行模式期间，基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率；以及在第二运行模式期间，基于瞬态流估计和稳态流估计的组合来估计至发动机的第二新鲜进气空气流率，其中稳态流估计是从多个不同的稳态流估计中选择，并且多个不同的稳态流估计在用来计算各个相应的稳态流估计的至少一个或更多个输入中不同。
[0012]本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，第一运行模式包括不带有排气再循环(EGR)的发动机运行，并且其中第二运行模式包括带有EGR的发动机运行。
[0013]本发明的第十技术方案是在第八技术方案中，基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率包括基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率。
[0014]本发明的第^^一技术方案是在第八技术方案中，瞬态流估计基于调整用于EGR流率的容积效率估计来估计第三新鲜进气空气流率，其中EGR流率是基于当前EGR阀位置和进气歧管压力来估计的。
[0015]本发明的第十二技术方案是在第八技术方案中，多个不同稳态流估计包括:第一稳态流估计，其基于空气-燃料比和至发动机的燃料流来估计第四新鲜进气空气流率;第二稳态流估计，其基于随着涡轮增压器的压缩机的压力比变化的压缩机空气流的特性图估计给定的涡轮增压器速度下的第五新鲜进气空气流率；以及第三稳态流估计，其基于调整用于EGR流率的容积效率估计来估计第六新鲜进气空气流率，其中EGR流率是基于排气NOx浓度估计的。
[0016]本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，稳态流估计是从多个不同的稳态流估计中选择，其中如果空气-燃料比低于阈值则选择第一稳态流估计，如果空气-燃料比高于阈值则选择第二或第三稳态流估计。
[0017]本发明的第十四技术方案是在第十二技术方案中，稳态流估计是从多个不同稳态流估计中选择，其中使用多个稳态流估计中的每一个来估计相应的新鲜进气空气流率，并且选择输出最低的新鲜进气空气流率的稳态流估计。
[0018]本发明的第十五技术方案是在第八技术方案中，进一步包括基于第一新鲜进气空气流率或第二新鲜进气空气流率控制一个或更多个排气阀的位置。
【附图说明】
[0019]图1显示了根据本发明的实施例的车辆的示意图。
[0020]图2是示出用于基于估计的新鲜进气空气流来调整发动机运行的方法的流程图。[0021 ]图3是示出用于估计新鲜进气空气流的方法的流程图。
[0022]图4是示出用于估计新鲜进气空气流的控制过程的图表。
[0023]图5是示例的压缩机流特性图。
[0024]图6是示出用于估计新鲜进气空气流的另一个控制过程的图表。
【具体实施方式】
[0025]下面的描述涉及基于估计的新鲜进气空气流率来调整一个或更多个排气阀的位置。该一个或更多个排气阀可以是排气再循环(EGR)阀，其调节至发动机进气的EGR的流，和/或该一个或更多个排气阀可包括影响EGR的流的阀，诸如排气回压阀、涡轮流量阀等。根据取决于发动机运行状态，可根据一个或更多个估计方法来估计新鲜进气空气流率。例如，在第一组运行状态期间，可基于进入发动机的总空气流率并进一步基于一个或多更个排气阀的当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比和燃料流来估计新鲜进气空气流率。在另一个示例中，在第二组运行状态期间，可基于进入发动机的总空气流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置和进气歧管压力来估计新鲜进气空气流率，而不基于空气-燃料比和至发动机气缸的燃料流来估计。这样，在各种运行状态期间都可精确地确定进入进气的空气流率，因而维持输送至进气的EGR的量的精确控制。
[0026]图1示出了包括发动机和可根据图2-3中示出的方法由控制器控制的EGR系统的示例的车辆系统。具体地说，图2-3的方法提供基于当前的运行状态选择用于估计新鲜空气流率的一个或更多个模型，并基于所估计的新鲜空气流率来调节一个或更多个排气阀。图4和6示出了用于在多种运行状态下估计新鲜空气流率的控制图。图5示出了可在模型中的一个中用于估计新鲜空气流率的压缩机流特性图。
[0027]本文描述的方法可用于多种发动机类型，以及多种发动机驱动系统中。这些系统中的一些可以是固定的，而其他的可以在半移动或者移动平台上。半移动平台可以在运行周期之间重新定位，诸如安装在平板拖车上。移动平台包括自行交通工具。此类交通工具可包括道路运输车辆，以及矿山设备、船舶、轨道车辆以及其他的越野车辆(0HV)。为了说明的清楚性，提供机车作为支撑并入了本发明的实施例的系统的移动平台的示例。
[0028]在进一步地讨论用于确定进气空气流的方法之前，公开平台的示例，其中发动机系统可安装在例如轨道车辆的车辆中。例如，图1显示了车辆系统100(例如，机车系统)的实施例的框图，该系统在本文中描述为轨道车辆106，其构造成经由多个车轮110在轨道102上行驶。如所绘出的，该轨道车辆包括发动机104。在其它非限制实施例中，该发动机可以是例如在发电厂中的固定发动机，或者如上所述是在船舶或越野车辆推进系统中的发动机。
[0029]发动机从例如进气歧管115的进气口接收用于燃烧的进气空气。进气口可以是气流穿过其流动以进入发动机的任何合适的导管或多个导管。例如，进气口可包括进气歧管，进气通道114等。进气通道从空气过滤器(未示出)接收环境空气，空气过滤器过滤来自车辆外部(发动机可定位在其中)的空气。由发动机中的燃烧导致的排放气体被供应给排气口，诸如排气通道116。排气口可以是来自发动机的气流穿过其的任何合适的导管。例如，排气口可包括排气歧管117，排气通道等。排气流动穿过排气通道，并且流出轨道车辆的排气器。
[0030]在一个示例中，发动机是通过压缩点火燃烧空气和柴油燃料的柴油发动机。因而，发动机可包括多个燃料喷射器来将燃料喷向发动机的每个气缸。例如，每个气缸可包括从高压燃料轨道接收燃料的直喷器。在其他非限制性实施例中，发动机可通过压缩点火(和/或火花点火)燃烧包括汽油、煤油、生物柴油或具有类似密度的其他石油馏出物的燃料。在又其他的示例中，发动机可燃烧气态燃料，诸如天然气。气态燃料可经由所喷射的柴油燃料的压缩点火而点燃，本文称为多燃料操作，或者气态燃料可经由火花点火点燃。气态燃料可经由例如一个或更多个进气阀供应至气缸。在其他的示例中，燃料可经由端口喷射(portinject1n)供应至气缸。液态燃料(例如柴油)可存储在轨道车辆车载的燃料罐中。气态燃料可存储在轨道车辆车载的储罐中，或者可操作地联接至轨道车辆的不同车辆车载的储罐中。
[0031]在一个实施例中，轨道车辆是柴油电力车辆(或者柴油/气态燃料电力混动)。如图1中所绘，发动机联接至电力功率发生系统，其包括交流发电机/发电机140以及电力牵引马达112。例如，发动机产生传输给机械地联接到发动机上的交流发电机/发电机的扭矩输出。交流发电机/发电机产生可存储并应用于后续传播至多个下游电气构件的电功率。作为示例，交流发电机/发电机可电气地联接至多个牵引马达并且交流发电机/发电机可向多个牵引马达提供电功率。如所描绘的，多个牵引马达各自连接到多个车轮中的一个上，以提供牵引功率来推动轨道车辆。一个示例构造包括每个车轮一个牵引马达。如本文中所描绘的，六对牵引电机对应于轨道车辆的六对车轮的每一对。在另一个示例中，交流发电机/发电机可联接到一个或更多个电阻网格142上。电阻网格可配置成经由由网格产生的热而耗散来自由交流发电机/发电机产生电力的多余发动机扭矩。
[0032]在图1中描绘的实施例中，发动机是具有十二个气缸的V-12发动机。在其他示例中，发动机可为V-6，V-8，V-10，V-16，1-4，1-8，对置4缸或其他的发