专利名称：废气再循环回收系统和方法
技术领域：
本发明涉及废气再循环(EGR)回收领域。
背景技术：
对于装备有废气再循环(EGR)的发动机的运转存在多种竞争控制。一个试图保持制动氮氧化物比排放量(BSNOx)在排放标准，而另一个试图维持可驱动车辆。EGR可以被提供为进气增压器来衰减燃烧温度，从而减少产生的BSNOx量。然而，EGR代替了进气增压器中的部分空气，如果空燃比(air-to-fuel)降得过低，将促进烟的产生。当驾驶员(driver)想要快速加速车辆时，使用EGR会出现大量的烟。在这些情况下，EGR流被暂时地延缓，同时燃料被加入，并且涡轮增压器被用于加速车辆。然而当EGR流被延缓时，将产生更高的BSNOx排放水平。
该BSNOx排放标准基于20分钟行驶循环并包含很多快速加速。可以降低全面发动机校正，以此弥补快速加速中产生的更高的BSNOx水平。然而，持续地降低发动机校正来弥补更高BSNOx的短暂周期，会损害稳定状态的燃料经济。
发明内容
本发明的一个主要目的为通过提供一种EGR回收系统和方法来克服前面描述的相关技术的缺陷。本发明通过提供一种EGR回收系统和方法达到了这些以及其他目的。
在多个方面，本发明可以提供一种EGR回收系统和方法。特别地，根据本发明的第一方面，EGR回收方法可以包括以下步骤计算EGR的瞬时体积，其足够保持在所述发动机瞬时运转周期期间发动机排放的NOx低于预定水平；提供在所述瞬时运转周期期间EGR的实际体积；测量在所述瞬时运转周期期间的EGR的所述实际体积；计算所述瞬时运转周期期间的EGR的所述瞬时体积和EGR的所述实际体积之间的差；在所述瞬时运转周期中积分所述EGR差来计算EGR的不足体积；计算EGR的随后稳定状态体积，其足够保持在所述发动机的充分稳定状态运转随后周期期间所述发动机排放的NOx低于预定水平；以及提供在所述发动机的所述充分稳定状态运转随后周期期间EGR的所述随后稳定状态体积加上EGR的的所述不足体积。
根据本发明的第二方面，用于EGR回收的系统可以包括以下装置用于计算在所述发动机的瞬时运转周期期间足够保持发动机排放的NOx低于预定水平的EGR的瞬时体积的装置；用于提供在所述瞬时运转周期期间的EGR的实际体积的装置；用于测量在所述瞬时运转周期期间的EGR的实际水平的装置；用于计算在所述瞬时运转周期期间的EGR的所述瞬时体积和EGR的所述实际体积之间的差的装置；在所述瞬时运转周期中积分所述EGR差以计算EGR的不足体积的装置；计算足以在所述发动机的充分稳定状态运转随后周期中保持所述发动机排放的NOx低于所述预定水平的EGR的随后稳定状态体积的装置；以及提供在所述发动机的充分稳定状态运转随后周期期间的EGR的所述随后稳定状态体积加上EGR的所述不足体积的装置。
本发明的以上和其他特征以及优点，以及本发明的多个实施例的结构和实施，在下面参考附图进行详细说明。
在此引入并构成说明书部分的附图，描述了本发明的多个实施例，并与说明书一起进一步提供解释本发明的原理，并使得相关领域技术人员可以制造和使用该发明。在图中，相同附图标记表示同样的或功能相似的元件。本发明的更完备的正面评价和很多附带优点将会容易地得到，因为当联系附图考虑时参考以下详细说明将得到更好的理解。在附图中图1为与本发明的实施例一起使用的涡轮增压内燃发动机的示意图；以及图2为根据本发明的第一实施例的EGR时间表(schedule)。
具体实施例方式
图1中显示了与本发明的实施例一起使用的涡轮增压内燃发动机222的示意图。涡轮增压内燃发动机222可以包括多个汽缸224，每个具有由进气歧管230的流道(runner)228馈送的燃烧室226。压缩机204可以提供加压的进气202给进气歧管230。压缩机204可以具有接收低压空气202的入口240，低压空气可以具有环境压强；以及垂直于进气歧管230的出口242。废气再循环(EGR)阀234的出口232的也垂直于进气歧管230。EGR阀234的入口236可以从排气歧管238中提取废气，排气歧管也连接到燃烧室226。
因为持续地降低发动机的校正来弥补更高制动氮氧化物比排放量(BSNOx)的短暂周期可能损害稳定状态的燃料经济，如果可以提高发动机校正将是所希望的。如果当使用EGR时，可弥补无EGR的短暂延缓周期期间的EGR流量损失，而不是降低全部发动机校正以弥补在快速加速期间产生的BSNOx的高水平则更令人满意。
与诸如发动机制动或轻负载运行的车辆加速不相关的EGR阀234关闭的周期可以被忽略。另外，EGR阀234关闭的周期期间的EGR损失量可以通过在发动机222处于提供额外EGR流的状态时，在稳定状态运转期间流动额外EGR来回收。因此全部发动机校正可以保持在更高BSNOx水平而不损害燃料经济。燃料经济只有在EGR流被回收的时候才会变差。
特别地，从废气需求模块(EGDM)的出口的期望EGR气流和通过气流测量评测的实际EGR流之间的差别可以用来计算差。该差可以被转化为无单位参数，其可以在时间上进行累计(积分)。该积分可以经由位掩码针对废气开/关(EGOO)控制位的任何组合被冻结(停止)。该EGR开/关的特征可以以任何组合反应到废气再循环回收(EGRR)。
此外，EGRR可以具有用于冻结积分器的负载阈值。积分器的值可以用于计算加到常规计算的EGR流的期望量的EGR的流动速率。这些可以在可编程的周期时间内完成。可以使用较短时间周期的较高流动速率或较长时间周期的较低流动速率。较长时间周期可以导致长时间周期的较差燃料经济。短时间周期可以在回收周期期间导致更多的烟。
针对最佳燃料经济的回收时间周期可以相对于可接受的烟和微粒排放取得平衡。EGR回收率可以最终通过阻烟器(smoke limiter)来完成。如果EGR回收将空燃比设置为过于接近阻烟空燃比，EGR的回收率可以被降低来阻止烟，扩展回收时间。如果该发动机的速度范围具有不好的运转范围，可设置增效器来降低EGR的额外输入。目标为使用来自回收计算的EGR流的总量。工作条件例如高海拔也可能限制回收量。
特别地，如图2图示，在EGR的回收方法300的第一实施例中，可以包括以下步骤计算EGR的瞬时体积302，其足够在发动机222的瞬时运转周期310期间保持发动机222排放的NOx低于预定水平308；提供在瞬时运转周期310期间EGR的实际体积312；测量在瞬时运转周期310期间EGR的实际体积312；计算在瞬时运转周期310期间EGR的瞬时体积302和EGR的实际体积312之间的EGR差314；在瞬时运转周期310中对EGR差314积分，来计算EGR的不足体积316；计算EGR的随后稳定状态体积318，其足够在发动机222的充分稳定状态运转随后周期320期间中保持发动机222排放的NOx低于预定水平308；提供在发动机222的充分稳定状态运转随后周期320期间，EGR的随后稳定状态体积318加EGR的不足体积316。
在一个实施例中，EGR的回收方法也可以包括计算EGR的前导稳定状态体积322，其足够在发动机222的充分稳定状态运转的前导周期324期间中保持发动机排放的NOx低于预定水平308；提供在发动机222的充分稳定状态运转的前导周期324期间的EGR的前导稳定状态体积322。
在一个实施例中，EGR的回收方法300也可以包括在瞬时运转周期310期间降低EGR的实际体积312。在一个实施例中，EGR的回收方法300可以包括规一化EGR差314来产生一个无量纲的参数。在一个实施例中，EGR的回收方法300也可以包括在瞬时运转周期310期间经由位掩码冻结EGR差314的积分。在一个实施例中，EGR的回收方法300也可以包括在瞬时运转周期310期间在负载阈值处冻结EGR差314的积分。在一个实施例中，EGR的回收方法300也可以包括调整发动机222的充分稳定状态运转随后周期320的持续时间326。在一个实施例中，EGR的回收方法300也可以包括如果空燃比328达到了烟阻空燃比130时，降低在发动机222的充分稳定状态运转的随后周期320期间提供的EGR的不足体积316。在多个实施例中，瞬时运转周期310可以在加速，减速，制动，发动机制动或过载(lugging)中发生。
实例1附上本发明的实施例使用的EGR回收程序的实例。
前面描述了本发明的原则，实施例和运转模式。然而，本发明不能被解释为局限于前面描述的具体实施例，因为它们应当被认为是描述性的而非限制性的。需要认识到本领域技术人员可以在这些实施例中作出改变而不偏离本发明的范围。
虽然本发明在上面进行详细描述，本发明不应当局限于描述的具体实施例。明显本领域技术人员现在可以对这里描述的具体实施例作出多种使用和改变以及从这里描述的具体实施例作出偏差而不偏离发明概念。
虽然以上描述了本发明的多个实施例，其应当被理解为只是举例地提出而非限制。因此，本发明的宽度和范围不应当由上述实施例来限制。
明显地，按照上述的指导，本发明的很多改变和变化是可能的。因此需要理解本发明可以不同于这里具体描述进行实践。
例子1
6.8 EGR回收(EGRR)6.8.1 简述EGR回收是一个函数，其计算期望的EGR气流(从edgm输出)和由测量到的“或由气流模块评测(egfm)”到的EGR气流之间的差别。这个差别被称为差，被转化为时间egrr_dt_egrdef_l，其加到缓冲器(积分器)。积分器的指示显示了EGR气流随着时间的瞬时(静态)特性。从这些值可以建立egrr_dm_recover_w和相似(derp)百分比比例因数egrr_r_deficit_w.
6.8.2 EGR回收的总体条件本函数为了正确工作需要满足多个条件。
6.8.2.1 EGRR激活标记(egrr_s_enable_b)为了运行EGR回收函数，必须设定这个标记，其可以通过设置EGRR_S_ENABLE_B＝TRUE来激活，且发动机的运行条件(egrr_s_running_b)为真。在失活的egrr的情况下(egrr_s_enable_b＝FALSE)，该内部积分器egrr_dt_integrator_l将被设置为初始值EGRR_DT_INIT_CL。所有输出将遵循适当的数值。
注意如果初始值不为零，输出egrr_dm_recover_w将遵循egrr_dm_required_w，取决于数值I(如果没有有效的冻结条件)。
6.8.2.2 积分器冻结条件在egrr_s_illegal_b，egrr_s_boost_w或egrr_s_egoo_b中有至少一个有效标记的情况下，egrr_dt_integrator_l保持在上个有效数值，egrr_dm_required_w被设为零，并且egrr_dm_recover_w随之为零。
非法(illegal)标记(egrr_s_illegal_b)
这是用于阻止(应用决定的)除以零的安全函数。如果最大选择的输出变为零，此标记被设置(egrr_s_illegal_b＝TRUE)。
增压(Boost)标记(egrr_s_boost_b)如果增压ebps_p_w低于阈值此标记被设置，其通过egdm_p_boostthersh_w(具有补偿EGRR_P_THROFSET_CW)计算。为了阻止针对接近阈的数值的触发状态(toggling state)，增加滞后EGRR_P_HYST_CW。
Egoo标记(egrr_s_egoo_b)如果按位求反的egoo_s_case_uw(egrr_s_egoocase_uw)与掩码EGRR_S_EGOOMASK_CUW匹配，此标记被设置。此情况(condition)可以被选择为按位“与”(EGRR_S_ANDOR_EGOO_CB＝1)或单个(simple)“或”(EGRR_S_ANDOR_EGOO_CB＝0)。为了阻止触发状态，针对接通(egrr_s_egoo_b＝TRUE)延迟，结合计时器EGRR_DT_EGOO_CUC(egrr_dt_egoo_uc)。此计时器可以通过设为Oxff失效。
6.8.3 EGR回收计算该函数计算egfm_dm_egrout_w和egdm_dm_maxegrlim_w(受限于EGRR_DM_MIN_CW)之间的差别。由此差别如下建立分数(fraction)egrr_dm_required_w＝max(egdm_dm_des_w，EGDM_DM_MIN_CW)egrr_r_egrdef_w=egrr_dm_required_w-egfm_dm_egrout_wegrr_dm_required_w]]>此数值(egrr_r_egrdef_w)与采样时间egr_dt_sample_w(对于egrr_dt_egrdef_w)一起提供，并最终加到积分器缓冲器egrr_dt_integrator_l。积分器的指示egrr_dt_integrator_l被转化为egrr_dt_integrator_w(10毫秒/比特)。这是接下来所有计算的基础。egrr_dt_integrator_l被限制在EGRR_DT_MAXEGR_CL和EGRR_DT_MINEGR_CL之间。
6.8.4 EGR回收差(egrr_r_deficit_w)此数值可通过取决于egrr_dt_integrator_w的曲线EGRR_R_DEFICIT_CUR的方法进行计算。
6.8.5 EGR回收(egrr_dm_recover_w)egrr_dm_recover_w依靠egrr_dt_integrator_w，egrr_dm_required_w和EGRR_DT_RECOVERY_CW，通过公式计算。
egrr_dm_recover_w=egrr_dt_integrator_w*egrr_dm_required_wEGRR_DT_RECOVERY_CW]]>6.8.66.8.7 EGR回收(egrr_dm_recover_w)此数值为egrr_dm_recover_w和slim_dm_egrdescor_w(取决于发动机速度，通过EGRR_SF_EXTIN_CUR缩放)之间的最小值。
6.8.8 EGRR遥控装置可使用针对egrr_r_deficit_w的遥控装置，如果在rmtc_d_sw_sepo_ul中设置适合的标记，输出egrr_r_deficit_w将遵循rmtc_r_egrr_w上的数值。因为“反转”曲线EGRR_DT_INVERS_CUR的方法，数值egrr_dm_recover_w将遵循此适合的控制。
注意
数值egrr_dm_recover_w依然取决于egrr_dm_required_w和EGRR_DT_RECOVER_W。该“反转遥控装置”只为正的数值工作。该使用遥控装置的积分器不能被设置为负值(除非EGRR_R_DEFICIT_CUR的等级也发生改变)。如果此函数要被失效，请将EGRR_DT_INVERS_CUR中的所有数值设为零(该输出将随之)。
6.8.8.1 遥控状态下的标记egrr_s_enable_b被设置为TRUEegrr_s_boost_b被设置为FALSEegrr_s_running_b被设置为FALSEegrr_s_illegal_b被设置为FALSEegrr_s_egoo_b被设置为FALSE输入变量eess_n_avg_w发动机速度slim_dm_descor w计算来自slim的流fegr_dt_sample_w在非常高的分辨率下的egr系统采样时间egfm_dm_egrout_w计算(评测)的egr流egdm_dm_maxegrlim_w 在最大值限于EGDM_DM_MAXLIMIT_CW后的期望EGR质量流ebps_p_w增压egdm_p_boostthresh_w在egdm中计算的增加阈值strt_s_uc 发动机启动标记rmtc_r_egrr_w 遥控置换数值rmtc_d_sw_sepo_ul 遥控设置点位掩码egoo_s_case_uw_EGR 接通/断开控制器理由内部变量egrr_dt_egrdef_l采样时间比率egrr_dt_defunlim_l 采样率加积分器数值
egrr_dt_integrator_l 积分器中的储存率egrr_dm_required_w egdm或受限输入的副本egrr_dm_extemel_w 从外部输入(slim)的累计输入egrr_dm_deficit_w 期望流减去实际流后的差别egrr_dt_integrator_w 积分器存储率短化(to short)重标定(10毫秒/比特)egrr_r_egrdef_w无名数值，由除法产生egrr_sf_external_w 来自曲线计算的标度因子egrr_s_egoocase_uw 按位求反的egoo_s_case_uwegrr_dt_egoo_uc用于egrr_s_egoo_b激活的延迟计时器egrr_s_running_b 发动机运行标记egrr_s_boost_b 切断状态低于阈值的升压egrr_s_egoo_b 切断状态利用掩码的EGOO控制器egrr_s_illegal_b 除以零的情况下的设置(egrr_dm_required＝0)输出变量egrr_dm_recover_w 回收egr质量流egrr_r_deficit_w egr回收依赖比例因子egrr_dm_egrincr_w egrr_dm_recover_w或slim_dm_egrdescor_w(soaled)中的最小值egrr_s_enable_b用于egrr函数的有效标记数据EGRR_DT_MAXEGR_CL 积分器的上限EGRR_DT_MINEGR_CL 积分器的下限EGRR_DT_INIT_CL积分器的初始值EGRR_DT_EGOO_CUC 用于在EGOO状态开关的延迟计时器EGRR_DM_MIN_CW 用于输入egdm_dm的输入下限
EGRR_DT_RECOVERY_CW回收时间EGRR_P_THROFFSET_CW对增压(egdm_p_boost)的补偿EGRR_P_HYST_CW 反跳滞后EGRR_S_ENABLE_CB 有效EGR回收标记EGRR_S_EGOOMASK_CUW用于冻结积分器的EGOO位掩码EGRR_S_ANDOR_EGOD_CB 针对egoo积分器冻结状态的从“与”和“或”掩码状态中选择的开关EGRR_R_DEFICIT_CUR 将曲线从EGR回收(dm)转换到数值例如derp_r_wEGRR_DT_INVERS_CUR 用于遥控使用的反转曲线EGRR_SF_EXTIN_CUR 针对在(SLIM)中的外部dm的定标LOCAL #DEFINES；
权利要求
1.一种EGR回收方法，其包括计算EGR的瞬时体积，其足够在所述发动机的瞬时运行周期期间保持发动机排放的NOx低于预定水平；提供在所述瞬时运转周期期间的EGR实际体积；测量在所述瞬时运转周期期间的EGR所述实际水平；计算在所述瞬时运转周期期间EGR的所述瞬时体积和EGR的实际体积之间的EGR差；在所述瞬时运转周期上积分所述EGR差，来计算EGR的不足体积；计算EGR的随后稳定状态体积，其足够在所述发动机的充分稳定状态运转随后周期期间保持该发动机排放的NOx低于所述预定水平；以及提供在所述发动机的充分稳定状态随后运转周期期间，所述EGR的随后稳定状态体积加上EGR的所述不足体积；
2.如权利要求1的EGR回收方法，进一步包括计算EGR的前导稳定状态体积，其足够在所述发动机的充分稳定状态运转前导周期期间保持发动机排放的NOx低于所述预定水平；在所述发动机的充分稳定状态运转前导周期期间提供EGR的所述前导稳定运转体积。
3.如权利要求1的EGR回收方法，进一步包括所述瞬时运转周期期间减少EGR的所述实际体积。
4.如权利要求1的EGR回收方法，进一步包括规一化所述EGR差来产生无量纲参数。
5.如权利要求1的EGR回收方法，进一步包括经由位掩码冻结所述积分。
6.如权利要求1的EGR回收方法，进一步包括在负载阈值处冻结所述积分。
7.如权利要求1的EGR回收方法，进一步包括调节所述发动机的所述充分稳定状态运转随后周期的持续时间。
8.如权利要求1的EGR回收方法，进一步包括如果空燃比达到烟阻空燃比，降低所述发动机的所述充分稳定状态运转随后周期期间提供的EGR的所述不足体积。
9.如权利要求1的EGR回收方法，其中所述瞬时运转周期由以下组中选出，该组由以下要素组成加速，减速，刹车，发动机制动，和过载。
10.一种用于EGR回收的系统，包括用于计算EGR的瞬时体积的装置，该瞬时体积足够在所述发动机的瞬时运转周期期间保持发动机排放的NOx低于预定水平；用于提供在所述瞬时运转周期期间的EGR的实际体积的装置；用于测量在所述瞬时运转周期期间的EGR的实际水平的装置；用于计算在所述瞬时运转周期期间的EGR所述瞬时体积和EGR的所述实际体积之间的差的装置；用于在所述瞬时运转周期上积分所述EGR差以计算EGR的不足体积的装置；用于计算EGR的随后稳定状态体积的装置，该稳定状态体积足够在所述发动机的充分稳定状态运转随后周期期间保持所述发动机排放的NOx低于所述预定水平；以及用于提供所述EGR的随后稳定状态体积加上在所述发动机的所述充分稳定状态运转随后周期期间的EGR的所述不足体积的装置。
11.如权利要求10的EGR回收系统，进一步包括用于计算EGR的前导稳定状态体积的装置，该体积足够在所述发动机的充分稳定状态运转前导周期期间保持所述发动机排放的NOx低于所述预定水平；用于提供在所述发动机的所述充分稳定状态运转前导周期期间的EGR的所述前导稳定状态体积的装置。
12.如权利要求10的EGR回收系统，进一步包括用于减少在所述瞬时运转周期期间的EGR的所述实际体积的装置。
13.如权利要求10的EGR回收系统，进一步包括用于规一化所述EGR差以产生无量纲参数的装置。
14.如权利要求10的EGR回收系统，进一步包括用于经由位掩码冻结所述积分的装置。
15.如权利要求10的EGR回收系统，进一步包括用于在负载阈值处冻结所述积分的装置。
16.如权利要求10的EGR回收系统，进一步包括用于调节所述发动机的充分稳定状态运转随后周期的持续时间的装置。
17.如权利要求10的EGR回收系统，进一步包括如果空燃比达到烟阻空燃比，用于减少在所述发动机的所述充分稳定状态运转随后周期提供的EGR的所述不足体积的装置。
全文摘要
一种EGR回收系统和方法，其包括计算EGR的瞬时体积，其足够在所述发动机的瞬时运转周期期间保持发动机排放的NOx低于预定水平；提供在所述瞬时运转周期期间的EGR的实际体积；测量在所述瞬时运转周期期间期间的EGR的所述实际水平；计算在所述瞬时运转周期期间所述EGR的瞬时体积和所述的EGR的实际体积之间的差；沿着所述瞬时运转周期对所述EGR差积分以计算EGR的不足体积；计算EGR的随后稳定状态体积，其足够在所述发动机的充分稳定状态运转随后周期期间保持所述发动机排放的NOx低于所述预定水平；以及提供在所述发动机的充分稳定状态运转随后周期期间EGR的所述随后稳定状态体积加EGR的所述不足体积。
文档编号F02D41/18GK1878945SQ200480033335
公开日2006年12月13日 申请日期2004年11月12日 优先权日2003年11月12日
发明者史蒂芬·M·盖耶, 格雷戈里·J·比尔基 申请人:马克卡车公司