专利名称：配有低压egr系统的内燃机进气歧管内氧水平控制方法
技术领域：
本发明涉及用于控制在内燃机进气歧管内的氧浓度的水平的方法，特别是配有低 压EGR系统的涡轮增压的柴油发动机系统。
背景技术：
涡轮增压的柴油发动机系统通常包括具有进气歧管和排气歧管的柴油发动机，用 于从环境中输送新鲜空气到进气歧管内的进气管路，用于从排气歧管输送废气到环境中的 排气管路，和涡轮增压器，该涡轮增压器包括位于进气管路中用于压缩在其中流动的气流 的压缩机，和位于排气管路中用于驱动所述压缩机的涡轮。涡轮增压的柴油发动机系统还包括中间冷却器，也称为增压空气冷却器，其位于 进气管路中压缩机的下游，用于冷却到达进气歧管前的气流，和柴油氧化催化剂(DOC)，其 位于排气管路中涡轮的下游，用于分解包含在废气中的残余的碳氢化合物和碳的氧化物。涡轮增压的柴油发动机系统也可配有柴油机微粒过滤器(DPF)，其位于排气管路 中DOC的下游，用于从废气中捕获和移去柴油机微粒物质(烟灰)。为了减少污染排放，大部分涡轮增压的柴油发动机系统实际上包括废气再循环 (EGR)系统，用于从排气歧管内选择性传送回废气到进气歧管。与新鲜引入的空气相混合的废气被吸入到发动机缸内，以便减少在燃烧过程中的 氮的氧化物的产生(NOx)。传统的EGR系统包括用于流动连接排气歧管与进气歧管的高压EGR路线，用于在 废气与引入的空气混合之前将废气冷却的EGR冷却器，用于调节废气通过EGR路线的流动 速率的阀装置，和以用于确定废气要求量和因此控制所述阀装置的基于微处理器的控制器 (ECU)。为了进一步减少NOx排放，改进的EGR系统还包括流动连接排气管路中DPF的下游 和进气管路中压缩机的上游的附加的低压EGR路线，位于附加EGR路线中的附加的EGR冷 却器，和用于调节废气通过附加EGR路线的流动速率的附加的阀装置。在这些改进的系统中，然而传统的EGR路线定义了用于废气再循环的短通道，附 加的EGR路线定义了用于废气再循环的长通道，其也包括排气管路的相关部分和进气管路 的相关部分。虽然低压EGR路线系统有一些优点，如上面所解释的，但是它们也增加了发动机 结构的复杂性和控制各种燃烧参数的负担。
发明内容
本发明的第一目的因此是在设置有低压EGR系统的柴油发动机中执行氮氧化物 (NOx)排放的最佳控制策略。本发明的另一目的是不用复杂的装置而利用车辆的电控单元(ECU)的计算能力 提供这个最佳策略。
本发明的另一目的是借助于简单、合理和便宜的解决方法去满足这些目标。这些目的是通过具有在本发明的主要方面中记载的特征的方法、发动机、计算机 程序和计算机程序产品、和电磁信号来实现。本发明提供用于控制在内燃机系统的进气歧管内的氧浓度水平的方法，所述发动 机具有进气歧管和排气歧管以及相应的进气和排气管路，进气管路具有用于混合新鲜空气 的引导点，第一和第二 EGR路线，位于进气管路中进气歧管上游和第二 EGR路线下游的中冷 器，具有位于进气管路中的压缩机和位于排气管路中的涡轮的涡轮增压器，具有柴油氧化 催化剂(DOC)和反颗粒过滤器(DPF)的排气管路，具有用于调节废气流动速率的调节装置 的系统，所述调节装置包括与所述第二 EGR路线相关的低压EGR阀，其特征在于，该方法至 少包括确定进气管路的包括在所述引导点直到所述进气歧管之间的部分中的任一点处的 氧浓度设定点的确定阶段，和在所述部分的任一点处维持期望的氧浓度设定点的阶段。本发明的其它方面描述了本发明的更优的和/或特殊的优点。根据本发明的方法可以以计算机程序的形式来实现，该计算机程序包含执行本发 明的方法的所有步骤的程序代码，和以包含用于执行计算机程序的装置的计算机程序产品 的形式来实现。根据本发明的更优实施例，该计算机程序产品包括，用于内燃机的控制装置，如发 动机的ECU，程序被储存在其中，以便控制装置以与本方法相同的方式定义本发明。在这种 情况下，当控制装置执行计算机程序时，根据本发明的方法的所有步骤被执行。根据本发明的方法也可以电磁信号的形式来实现，所述信号被调制以执行数据位 序列，其代表计算机程序去执行本发明的方法的所有步骤。本发明还提供特殊布置的内燃机用于执行本发明的方法。
本发明将借助于实例参考附图进行描述，其中图1示意地说明考虑根据本发明的方法的涡轮增压的柴油发动机系统。
具体实施例方式本发明的更优实施例也在提到的图的帮助下被描述。本发明参考涡轮增压的柴油发动机系统在下文中被公布。然而，本发明理论上将 应用到不同的柴油发动机系统，甚至是火花点火式发动机系统。涡轮增压的柴油发动机系统包括柴油发动机1，其具有进气歧管10和排气歧管 11，进气管路2，其用于从环境中传送新鲜空气到进气歧管10，排气管路3，其用于从排气歧 管11中传送废气到环境中，和涡轮增压器4，其包括位于进气管路2中用于压缩在其中流动 的气流的压缩机40，和位于排气管路3中用于驱动所述压缩机40的涡轮41。温度传感器 80被设置用于确定在进气歧管10内的温度。涡轮增压的柴油发动机系统还包括中间冷却器(或者增压空气冷却器)20，其位 于进气管路2中涡轮增压器4的压缩机40的下游，用于在气流到达进气歧管10之前冷却 气流，和阀21，其位于进气管路中在中间冷却器20和进气歧管10之间。涡轮增压的柴油发动机系统还包括柴油氧化催化剂(DOC) 30，其位于排气管路3中涡轮增压器4的涡轮41的下游，用于分解包含在废气中的残余的碳氢化合物和碳的氧化 物，和柴油机微粒过滤器(DPF) 31,其位于排气管路3中D0C30的下游，用于从废气中捕获和 移去柴油机微粒物质(烟灰)。为了减少污染排放，涡轮增压的柴油发动机系统包括废气再循环(EGR)系统，用 于从排气歧管中选择性传送回废气到进气歧管中。EGR系统包括用于直接流动连接排气歧管11和进气歧管10的第一 EGR路线50， 用于冷却废气的第一 EGR冷却器51，和用于确定废气通过第一 EGR路线51的流动速率的第 一电控阀52。第一 EGR路线51定义了用于废气再循环冷却器的短通道，所以由这个EGR路线51 传送回的废气是十分热的。EGR系统还包括第二 EGR路线60，其流动连接排气管路3的DPF31的下游的分支 点32和进气管路2的涡轮增压器4的压缩机40的上游的引导点22 ；和位于附加的EGR路 线60中的第二 EGR冷却器61。废气通过第二 EGR路线60的流动速率是由电控阀62确定的，其中阀62位于第二 EGR路线60内第二 EGR冷却器61的上游。阀63位于进气管路2中空气过滤器23的下游和引导点22的上游。第二 EGR路线60定义了用于废气再循环的长通道，其也包括在排气歧管11和分 支点32之间的排气管路3的部分，和包括在引导点22到进气歧管10之间的进气管路2的 部分。沿长通道流动，废气不得不通过涡轮增压器4的涡轮41、D0C30、DPF31、第二EGR冷 却器61、涡轮增压器4的压缩机40和中间冷却器20，所以与流动通过第一 EGR路线50的 废气相比其变得相当冷，因此以较低温度到达进气歧管。涡轮增压的柴油发动机系统由基于微处理器(ECU)的控制电路操作，其被设置用 于产生和应用控制信号给阀52、62和63，以由此调整废气通过第一 EGR路线50和第二 EGR 路线60的流动速率。对于本发明的特别重要的是阀62，这一点在随后的描述中将是很明显的。实际上，根据本发明，控制来自低压回路的EGR流动的方法被提供，该方法包括 估计在中间冷却器20出口处的氧浓度；以这个估计为基础，借助于所述低压EGR阀的调节， 在中间冷却器20的出口处维持期望的氧浓度设置值的阶段。特别地，本发明的方法可以被分解成两个部分第一部分将参考中间冷却器出口 的氧估计模型被描述。这个模型的目标是以来自于传感器和其它模型的信息为基础，估计 在包括混合点22和进气歧管入口 99的低压EGR回路部分内的氧浓度。所有这些信息被提 供给车辆的电控单元(ECU)，并由ECU提供代表模型的计算。本发明的方法的第二部分是低压EGR控制算法的构造和利用。控制算法的目的是 去调节低压EGR阀以便在低压EGR回路中获得期望的氧浓度。现在描述我们提到的低压EGR氧模型，其可在四个子系统中进行研究·排气管路延迟模型90 低压EGR流量模型91·低压EGR混合模型92
·进气管路延迟模型93排气管路延迟模型90的目标是对在排气歧管和低压EGR再循环的DPF出口之间 的废气质量空气分数的延迟进行建模。该模型可认为是具有时间常量t并从排气管路接收废气流和从DPF过滤器输出废 气流的低通过滤器。低通过滤器时间常量t可以按两种方式计算第一选择是通过以图为基础的方法给出的，其中时间常量是发动机操作点的函数。τ = f (发动机速度，喷射的燃油量) 第二选择是通过以模型为基础的方法给出的。在这种情况下，时间常量t是考虑排气管路(主要由DPF组成)的体积和通过那
个体积的废气质量流量来建模的.
权利要求
1.一种用于控制在内燃机系统的进气歧管内的氧浓度水平的方法，所述发动机具有进 气歧管(10)和排气歧管(11)以及相应的进气管路( 和排气管路(3)，所述进气管路(2) 具有用于混合新鲜空气的引导点(22)，第一和第二 EGR路线，位于所述进气管路O)中所 述进气歧管(10)上游和所述第二 EGR路线(60)下游的增压空气冷却器(21)，涡轮增压器 G)，其涡轮增压器具有位于所述进气管路O)中的压缩机GO)和位于所述排气管路中的 涡轮(41)，所述排气管路具有柴油氧化催化剂(DOC) (30)和防颗粒过滤器(DPF) (31)，所 述系统具有用于调节废气流动速率的调节装置(52、62、63)，所述调节装置包括与所述第二 EGR路线(60)相关联的低压EGR阀(62)，其特征在于，所述方法至少包括确定所述进气管 路(2)的包括在所述引导点0 直到所述进气歧管(10)之间的那部分内任一点处的氧浓 度设定点的确定阶段，和在所述部分的任一点维持期望的氧浓度设定点的阶段。
2.如权利要求1所述的用于控制在内燃机的进气歧管内的氧浓度水平的方法，其中， 确定所述进气管路( 的包括在所述引导点0 直到所述进气歧管(10)之间的那部分内 任一点处的氧浓度设定点的所述确定阶段要求确定在所述排气歧管和所述DPF出口之间 的通道内的废气质量空气分数的延迟的确定步骤，所述步骤要求计算代表该延迟的时间常 量t，其中所述时间常量t可以或者以发动机操作点为函数τ =f (发动机速度，喷射的燃 油量)来确定，或者考虑所述排气管路的体积和通过那个体积的废气质量流量来确定。
3.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述进气管路O)的包括在所述引导点02) 直到所述进气歧管(10)之间的那部分内任一点处的氧浓度设定点的所述确定阶段要求确 定从所述第二 EGR路线的低压回路排出的EGR流量的确定步骤。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中，确定所述进气管路O)的包括在所述引导点 (22)直到所述进气歧管(10)之间的那部分内任一点处的氧浓度设定点的所述确定阶段要 求确定全部压缩机流量的确定步骤，该全部压缩机流量作为新鲜空气和从第二 EGR路线的 低压回路再循环的EGR流量的总和，所述再循环的EGR流量考虑其声学或非声学条件来计 笪弁。
5.如权利要求4所述的方法，其中，确定所述进气管路O)的包括在所述引导点02) 直到所述进气歧管(10)之间的那部分内任一点处的氧浓度设定点的所述确定阶段要求确 定所述压缩机上游质量空气分数的延迟的确定步骤，和要求计算代表这个延迟的时间常量 t，其中所述时间常量t可以或者以发动机操作点为函数τ =f(发动机速度，喷射的燃油 量)来确定，或者考虑所述进气管路的体积和通过那个体积的质量流量来确定，该体积由 增压空气冷却器和进气管组成。
6.如权利要求5所述的方法，其中，确定所述进气管路O)的包括在所述引导点02) 直到所述进气歧管(10)之间的那部分内任一点处的氧浓度设定点的所述确定阶段要求确 定在压缩机入口和增压空气冷却器出口之间的压缩机流量的延迟的确定步骤，和要求计算 代表这个延迟的时间常量t，其中所述时间常量t可以或者以发动机操作点为函数τ = f (发动机速度，喷射的燃油量)来确定，或者考虑所述进气管路的所述体积和通过那个体 积的体积流量来确定。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在所述那部分的任一点维持期望的氧浓度设定点 的所述阶段包括调节低压EGR阀(6 的调节阶段，所述调节阶段包括使用从氧设定点开始 的前馈回路以计算相关的EGR质量流量设定点，和反向在所述低压EGR流量确定阶段使用的关系，进一步步骤是确定期望的低压EGR阀(62)位置以获得期望的氧设定点。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述低压EGR阀(62)的调节阶段要求从所述氧设 定点计算的所述期望的增压空气冷却器空气分数(fic;,srt-p。int)开始的计算，以便计算所述 相关的质量空气流量设定点。
9.如权利要求8所述方法，其中，基于确定的质量空气流量设定点，相关的DPF出口空 气分数(fair,DPF,set-P。J JSffiEGR比率(Rlpe)和相应的压缩机上游压力被确定。
10.如权利要求9所述方法，其中所述低压EGR阀的所述期望的位置，其以在所述增压 空气冷却器出口处的期望的空气分数为函数，根据下面的方程式来计算
11.一种内燃机，特别是柴油发动机，所述内燃机有相关的传感器用于燃烧参数的测 量，其特征在于，所述内燃机包括ECU，其被设置用于执行根据任一前面权利要求所述的方法。
12.—种计算机程序，其包括适于执行权利要求1所述方法的步骤的计算机代码。
13.一种计算机程序产品，其包括根据权利要求12所述的计算机程序。
14.如权利要求13所述的计算机程序产品，其包括所述计算机程序被储存在其中的控 制装置。
15.电磁信号，其被调制成载体用于代表如权利要求12所述计算机程序的数据位序列。
全文摘要
用于控制在内燃机系统的所述进气歧管内的所述氧浓度水平的方法，所述发动机具有进气歧管、排气歧管和相应的进气和排气管路，所述进气管路具有用于混合新鲜空气的引导点，第一和第二EGR路线，位于所述进气管路中所述进气歧管上游和所述第二EGR路线下游的中间冷却器，涡轮增压器具有位于所述进气管路中的压缩机和位于所述排气管路中的涡轮，所述排气管路具有柴油氧化催化剂和反颗粒过滤器，所述系统具有用于调节所述废气流动速率的调节装置，所述调节装置包括与所述第二EGR路线相关的低压EGR阀，所述方法包括至少包括在所述引导点直到所述进气歧管之间的所述进气管路的所述部分的任一点的所述氧浓度设定点的确定阶段，和在所述部分的任一点维持所述期望的氧浓度设定点的阶段。
文档编号F02B29/04GK102062000SQ20101054667
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者保罗·帕瑟罗, 弗朗西斯科·卡斯托里纳 申请人:通用汽车环球科技运作公司