专利名称：排气再循环控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及用于控制内燃机的排气再循环阀的方法及系统。
背景技术：
这里对背景技术的描述用于总体描述本发明的背景情况。在此背景 技术部分中描述的目前署名发明人的工件成果以及在递交申请时否则 不足以构成现有技术的描述的各个方面均并非明确或暗示地承认作为 本发明的现有技术。
涡轮增压发动机通常包括排气驱动涡轮增压器，涡轮增压器通过增 加至汽缸的空气流来增加发动机输出。因此，涡轮增压发动机可提供高 于同等尺寸的自然进气发动机的马力。
一种涡轮增压器设计包括可变喷嘴涡轮增压器(VNT) 。 VNT包括 可变位置叶片，所述叶片调节通过VNT传输的空气量。叶片位置的范 围从完全打开位置至完全关闭位置。在完全关闭位置，VNT向发动机传 输最大的气流量。在完全打开位置，VNT向发动机传输最小的气流量。 叶片可定位在完全打开位置与完全关闭位置之间以向发动机提供中等 的气流量。叶片致动器基于控制信号来调节叶片位置，并且叶片位置传 感器为反馈控制产生表示实际叶片位置的信号。
在高温条件下及/或高背压条件下,会抑制叶片的运动。上述条件可 负面地影响涡轮增压器的性能及发动机系统的整体性能。
发明内容
因此， 一种排气再循环控制系统，包括压力状态评估模块及保护模 块。该压力状态评估^t块对涡轮增压器的叶片运动及发动机压力中的至 少 一者进行评估。该保护模块基于所述涡轮增压器的所述叶片运动以及所述发动机压力中的所述至少 一 者来选择性地控制排气再循环阀。
根据其他特征，所述压力状态评估模块对所述涡轮增压器的所述叶
片运动以及所述发动机压力中的所述至少一者进行评估以检测慢速叶 片运动及叶片卡死事件中的至少 一者。
根据其他特征，所述保护模块选择性地控制排气再循环阀以在涡轮
增压器过增压、发动机超速、以及气缸压力中的至少一者大于各自阈值 时保护所述涡轮增压器。
根据其他特征，该排气再循环控制系统还包括允许模块，所述允许 模块基于发动机速度、发动机负载、以及发动机温度中的至少一者来允 许所述压力状态评估模块对所述叶片运动及所述发动机压力中的所述
至少一者进^f亍"i平估。
根据其他特征，所述发动纟几温度取决于发动纟几冷却剂温度。 根据其他特征，所述压力状态评估模块基于涡轮增压器控制指令、
电流信号、以及涡轮增压器位置来对所述涡轮增压器的所述叶片运动进 行评估。
根据其他特征，所述压力状态评估模块基于增压压力来对所述发动 才几压力逸4t评估。
根据其他特征，所述压力状态评估模块基于来自背压传感器及涡轮 机入口压力传感器中至少一者的压力传感器信号来评估所述发动机压 力状态。
根据其他特征，所述保护模块基于对所述排气再循环阀的选择性控 制来选择性地控制颗粒过滤器的再生。
根据其他特征，所述保护模块基于对所述排气再循环阀的选择性控
制来选择性地控制排气制动增压器。
一种用于控制排气再循环控制系统的方法，包括对涡轮增压器的 叶片运动及发动机压力中的至少一者进行评估；并且基于所述涡轮增压 器的所述叶片运动以及所述发动机压力中的所述至少 一者来选择性地 控制排气再循环阀。
根据其他特征，所述评估还包括对所述涡轮增压器的所述叶片运动 以及所述发动机压力中的所述至少 一者进行评估以检测慢速叶片运动 及叶片卡死事件中的至少 一者。
根据其他特征，所述选择性控制所述排气再循环阀包括选择性控制
5所述排气再循环阀以在涡轮增压器过增压、发动机超速、以及气缸压力 中的至少一者大于各自阈值时保护所述涡轮增压器。
根据其他特征，该方法还包括基于发动机速度、发动机负载、以及 发动机温度中的至少一者来允许所述压力状态评估模块对所述叶片运 动及所述发动机压力中的所述至少一者进行评估。
根据其他特征，该方法还包括基于发动机冷却剂温度来确定所述发 动才几温度。
根据其他特征，基于涡轮增压器控制指令、电流信号、以及涡轮增 压器位置来对所述涡轮增压器的所述叶片运动进行所述评估。
根据其他特征，基于增压压力来对所述发动机压力进行所述评估。
根据其他特征，基于来自背压传感器及涡轮机入口压力传感器中的 至少 一者的压力传感器信号来评估所述发动机压力状态。
根据其他特征，该方法还包括基于选择性控制所述排气再循环阀来 选择性地控制颗粒过滤器的再生。
根据其他特征，该方法还包括基于选择性控制所述排气再循环阀来 选择性地控制排气制动增压器。
通过以下给出的详细说明将理解本发明的其他可应用领域。应当理 解，这里的详细说明及具体示例仅用于说明目的，而不意在限制本发明 的范围。
通过详细描述及附图，将更全面地理解本发明，其中 图1是根据本发明的各个方面包括排气再循环控制系统的发动机系 统的功能框图2是示出根据本发明的各个方面的排气再循环系统的数据流程 图；而
图3是流程图，示出了根据本发明的各个方面可由图2的排气再循 环控制系统执行的排气再循环控制方法。
具体实施例方式
以下描述仅用于说明而并不意在限制本发明、其应用或使用。为了 清楚起见，将在图中使用相同的参考标号来表示类似的元件。在这里，术语A, B及C中的至少一者应被解释为指使用非排他逻辑"或"的逻 辑(A或B或C)。应当理解，可以不同顺序来"^丸行方法中的步骤而不 改变本发明的原理。
在这里，术语模块指执行一种或多种软件或固件程序的专用集成电 路(ASIC)、电子电路、处理器(共用、专用或群组)，以及存储器， 组合逻辑电路，以及/或提供希望的功能的其他合适的部件。
现参考图1,示出了示例性发动^L控制系统10。发动;fe/L控制系统10 包括发动机12以及控制模块14。发动机12还包括进气歧管15、燃料 喷射系统16、排气系统17以及涡轮增压器18。示例性发动机12包括 以V形布局布置在相邻气缸列22， 24中的六个气缸20。尽管图1示出 了六个气缸(N=6),但可以理解发动机12可包括更多或更少的气缸 20。例如，可构思出具有2、 4、 5、 8、 10、 12及16个气缸的发动才几。 此外，发动机12也可具有直列气缸结构。
空气因在发动机进气冲程产生的入口真空而被吸入进气歧管15。空 气从进气歧管15被吸入各个气缸20并在其内被压缩。燃料由燃料喷射 系统16喷射并与空气混合。空气/燃料混合物被压缩，并且压缩热及/ 或电能引火空气/燃料混合物。排气通过排气导管26从气缸20排出。排 气驱动涡轮增压器18。涡轮增压器18将来自排气的额外空气(增压) 传输返回至进气歧管15。如以下详述，选择性地控制排气再循环(EGR) 阀28以使排气中的一部分再循环回到进气歧管15。
渴轮增压器18优选地是可变喷嘴涡轮增压器(VNT)。涡轮增压 器18包括多个可变位置叶片19,叶片19基于来自控制模块14的信号 来调节从车辆排气向发动机12输送的空气量。具体而言，叶片19在完 全打开位置与完全关闭位置之间可移动。当叶片19处于完全关闭位置 时，涡轮增压器18将最大空气量输送进入进气歧管15由此进入发动机 12。当叶片19处于完全打开位置时，涡轮增压器18将最小空气量输送 进入发动机12。通过选择性地将叶片19定位在完全打开位置与完全关 闭位置之间来调节输送的空气量。
涡轮增压器18包括电子控制叶片螺线管29,电子控制叶片螺线管 29控制液压流体向叶片致动器(未示出)的流动。叶片致动器控制叶片 19的位置。叶片位置传感器30基于叶片19的物理位置来生成叶片位置 信号。增压传感器31基于通过涡轮增压器18输送至进气歧管15的额外空气来生成增压信号。虽然这里使用的涡轮增压器被描述为VNT，但 也可采用使用电子控制方法的其他涡轮增压器。
控制模块14基于各种感应及/或模型参数(例如，发动机速度、冷 却剂温度、涡轮位置以及增压)来控制发动机控制系统10的工作。在 各个实施例中，发动机速度传感器32生成发动机速度信号。冷却剂温 度传感器34生成冷却剂温度信号。基于这些参数，控制^t块14通过调 节到叶片螺线管29的电流来调节涡轮增压器18的工作。控制^t块14 还选择性地控制EGR阀28的开闭以在过增压、超速及当叶片19慢速 运动或被卡死(停止)时过大的峰值气缸压力情况下保护涡轮增压器18。
具体而言，如图2所示，数据流图示出了可嵌入控制模块14中的 排气再循环控制系统的各个实施例。根据本发明的排气再循环控制系统 的各个实施例可包括嵌入控制模块14中的任何数量的子模块。可以理 解，可以组合及/或进一步划分子模块以类似地控制EGR阀28 (图1 ) 以保护涡轮增压器18 (图1)。如上所述，到系统的输入可从发动机控 制系统10 (图1 )感应到，从其他控制模块(未示出)接收，并/或由控 制模块14中的其他子模块(未示出)确定。在各个实施例中，图2的 控制模块包括允许条件评估模块40、压力评估模块42、以及保护模块 44。
允许条件评估才莫块40例如接收发动机冷却剂温度46、发动机速度 48、以及发动机负载50作为输入。基于输入46-50,允许条件评估模块 40评估允许条件以判定是否允许排气再循环控制策略。例如，允许条件 评估模块40监控发动机控制系统10 (图1 )以防热发动机状态、高发 动机速度状态、以及高负载状态。仅举例而言，当发动机冷却剂温度46 大于预定温度(例如，225.0° F)时，发生热发动机状态。例如当发动 机速度48大于预定速度(例如，2000RPM)时，发生高发动机速度状 态。例如当发动机负载50大于预定负载(例如，最大发动机负载的80% ) 时，发生高负载状态。
当热发动机状态存在、高发动机速度状态存在、以及高发动机负载 状态存在时，允许条件评估模块40设置允许状态52以表明允许排气再 循环控制策略(例如，是)。当并不存在热发动机状态，发动机速度48 并不高，或者发动机负载50并不高时，允许条件评估模块40设置允许 状态52,以表明不允许排气再循环控制策略(例如，否)。压力评估模块42例如接收VNT控制指令54、电流信号56、涡轮 增压器位置58、以及增压60作为输入。压力评估模块42判定是否存在 过压状态，并由此设置压力状态62。
在各个实施例中，压力评估模块42评估来自背压传感器(未示出) 或涡轮机入口压力传感器(未示出)的压力传感器信号，以判定是否存 在过压状态。在其他各个实施例中，如图1及图2所示，如果不存在背 压传感器及/或涡轮机入口压力传感器，则可由涡轮增压器18的控制状 态来推断过压状态。
例如，可由VNT控制指令54、电流信号56、实际涡轮增压器位置 58与目标位置之间的差异、以及/或增压60来推断过压状态。仅举例而 言，如果VNT控制指令54表明命令最小占空比，命令最大程度打开喷 嘴叶片，或命令最小增压性能，则可能存在过压状态。如果电流信号56 表明执行到致动器螺线管的最小电流或执行最大叶片打开力，则也可能 存在过压状态。此外中，如果在最大打开命令及执行最大打开力执行的 情况下，实际上涡轮增压器位置58并未跟随目标位置并且实际位置与 目标位置之间的差异较大(例如，大于预定最大值)，且为负值，超过 正常的VNT涡轮位置响应时间，则可能存在过压状态。如果增压大于 预定压力(例如，12.0psi),则也可能存在过压状态。当存在过压状态 时，压力状态62被设置为是。否则压力状态62保持设置为否。
保护模块44接收压力状态62作为输入。当压力状态62表明存在 过压状态时(例如，被设置为是)，则保护模块44确定用于控制EGR 阀28 (图1)的打开的量及时间。在一个示例中，确定该量作为过增压 水平的函数。在另一示例中，持续时间被设置为预定值或被确定直至叶 片停止或过增压消除。
在慢速叶片运动及过增压状态下打开EGR阀28 (图1 )会通过使 排气的一部分循环至进气歧管15 (图1 )并减小作用在叶片19 (图1 ) 上的气动力而减小通过涡轮增压器18 (图1 )的空气流。在涡轮机气流 减小时减小到涡轮增压器18的总排气能量会迅速地降低增压容量并改 进过增压状态。通过打开EGR阀28以向低压进气歧管释放排气歧管压 力，减小过多的背压或涡轮机入口压力，由此形成叶片自由运动的弯曲 力。
在各个实施例中，如果发动机系统包括柴油机颗粒过滤器(DPF)
9(未示出)以及/或排气制动增压系统(未示出)，则在控制EGR阀28 (图1 )的过程中，保护模块44通过设置DPF再生控制状态66来控制 柴油机颗粒过滤器再生并通过设置排气制动模式状态68来控制排气制 动模式。因为再生涉及的油稀释会改变后续缸内后喷射，故防止进行 DPF再生。类似的，因为制动增压涉及的制动马力减小会打开EGR阀， 故防止进行排气制动。
现参考图3,流程图示出了根据本发明的各个方法可由排气再循环 控制系统执行的排气再循环控制方法。可以理解，在不脱离该方法的精 神的前提下，可以改变执行排气再循环控制方法的步骤的顺序。该方法 可在控制模块14的操作过程中周期性地执行，或排定为基于特定事件 而执行。
在一个示例中，该方法始于100。在110评估上述允许条件。例如， 如果在110存在热发动机状态，存在高发动机速度状态，及存在高发动 机负载状态，则方法继续进行以在120评估压力状态。否则，如果在110 不存在热发动机状态，不存在高发动机速度状态，或不存在高发动机负 载状态，则方法在160结束。
在120评估压力状态。如果在120存在过压状态，例如，如上所述， 则在130确定EGR阀打开量及持续时间并在140基于该量及持续时间 来控制EGR阀打开。仅举例而言，打开量可以是预定量，而EGR阀28 可以保持在该位置达预定时间段。在150, DPF再生及排气制动模式被 控制停止以防止对特征性能的影响。随后，方法可在160结束。
根据以上描述，本领域的技术人员现可理解可以各种不同形式来应 用本发明的总的教导。因此，虽然本发明包含具体示例，但本发明的实 际范围不应受限于此，因为基于对附图、说明书及所附权利要求的理解， 本领域的技术人员可构思出其他各个变化。
权利要求
1.一种排气再循环控制系统，包括压力状态评估模块，所述压力状态评估模块对涡轮增压器的叶片运动及发动机压力中的至少一者进行评估；以及保护模块，所述保护模块基于所述涡轮增压器的所述叶片运动以及所述发动机压力中的所述至少一者来选择性地控制排气再循环阀。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力状态评估模块对所述涡轮增压器的所述叶片运动以及所 述发动机压力中的所述至少 一者进行评估以检测慢速叶片运动及叶片 卡死事件中的至少一者。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述保护模块选择性地控制 排气再循环阀，以在涡轮增压器过增压、发动机超速、以及气缸压力中 的至少一者大于各自阈值时保护所述涡轮增压器。
4. 根据权利要求1所述的系统，还包括允许模块，所述允许模块基 于发动机速度、发动机负载、以及发动机温度中的至少一者来允许所述 压力状态评估模块对所述叶片运动及所述发动机压力中的所述至少一 者进行评估。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中所述发动机温度基于发动机冷 却剂温度。
6. 根据权利要求1所述的系统，其中所述压力状态评估模块基于涡 轮增压器控制指令、电流信号、以及涡轮增压器位置来对所述涡轮增压 器的所述叶片运动进行评估。
7. 根据权利要求1所迷的系统，其中所述压力状态评估模块基于增 压压力来对所述发动机压力进行评估。
8. 根据权利要求1所迷的系统，其中所述压力状态评估模块基于来 自背压传感器及涡轮机入口压力传感器中的至少一者的压力传感器信 号来评估所述发动机压力状态。
9. 根据权利要求1所述的系统，其中所述保护模块基于对所述排气 再循环阀的选择性控制来选择性地控制颗粒过滤器的再生。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中所述保护模块基于对所述排 气再循环阀的选择性控制来选择性地控制排气制动增压器。
11. 一种用于控制排气再循环控制系统的方法，包括对涡轮增压器的叶片运动及发动机压力中的至少一者进行评估；并且基于所述涡轮增压器的所述叶片运动以及所述发动机压力中的所 述至少 一者来选择性地控制排气再循环阀。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中评估还包括对所述涡轮增压 器的所述叶片运动以及所述发动机压力中的所述至少 一者进行评估以 检测慢速叶片运动及叶片卡死事件中的至少 一者。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中选择性控制所述排气再循环 阀包括选择性控制所述排气再循环阀以在涡轮增压器过增压、发动机超 速、以及气缸压力中的至少一者大于各自阈值时保护所述涡轮增压器。
14. 根据权利要求11所述的方法，还包括基于发动机速度、发动机 负载、以及发动机温度中的至少一者来允许所述压力状态评估模块对所 述叶片运动及所述发动机压力中的所述至少一者进行评估。
15. 根据权利要求14所述的方法，还包括基于发动机冷却剂温度来 确定所述发动机温度。
16. 根据权利要求11所述的方法，其中基于涡轮增压器控制指令、 电流信号、以及涡轮增压器位置来进行对所述涡轮增压器的所述叶片运 动的评估。
17. 根据权利要求11所述的方法，其中基于增压压力来对所述发动 机压力进行评估。
18. 根据权利要求11所述的方法，其中基于来自背压传感器及涡轮 机入口压力传感器中的至少一者的压力传感器信号来评估所述发动机压力。
19. 根据权利要求11所述的方法，还包括基于对所述排气再循环阀 的选择性控制来选择性地控制颗粒过滤器的再生。
20. 根据权利要求11所述的方法，还包括基于对所述排气再循环阀 的选择性控制来选择性地控制排气制动增压器。
全文摘要
本发明涉及排气再循环控制系统及方法。一种排气再循环控制系统，包括压力状态评估模块及保护模块。该压力状态评估模块对涡轮增压器的叶片运动及发动机压力中的至少一者进行评估。该保护模块基于所述涡轮增压器的所述叶片运动以及所述发动机压力中的所述至少一者来选择性地控制排气再循环阀。
文档编号F02M25/07GK101586495SQ20091020389
公开日2009年11月25日 申请日期2009年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者K·萨库默托, Y·肖 申请人:通用汽车环球科技运作公司