专利名称：在涡轮增压的发动机系统中控制排气再循环的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及的领域包括在涡轮增压的发动机系统中控制排气再循环。
背景技术：
涡轮增压发动机系统包括具有燃烧室用于将空气和燃料燃烧以转化为机械能的发动机、用于将进气输送到这些燃烧室的进气子系统、以及发动机排气子系统。这些排气子系统通常将排气从这些发动机燃烧室中运走，抑制发动机排气噪音，并且减少排气微粒和随着发动机燃烧室的温度升高而增加的氮氧化物(NOx)。排气通常被再循环到该排气子系统之外而进入该进气子系统与新鲜的空气混合，并且回到发动机中。排气再循环增加了惰性气体量并同时减少进气中的氧气，从而降低发动机燃烧温度并且因此减少了 NOx的形成。
发明内容
一种控制排气再循环(EGR)的方法的示例性实施方案包括确定符合排气排放标准的目标总EGR分数(fraction)，和在所确定的目标总EGR分数的约束下确定目标高压/ 低压EGR比率以便降低进气温度。根据一方面，此方法还可包括确定高压/低压EGR比率以控制发动机爆震(knock)。在另一示范性实施方案中，前述方法步骤作为计算机可用指令体现于计算机程序产品中。根据另一示范性实施方案，产品包括用于控制排气再循环(EGR)的控制器。该控制器被配置成接收包括符合排气排放标准的目标总EGR分数的输入信号和至少一个其它发动机系统输入信号，且在该目标总EGR分数的约束下确定目标高压/低压EGR比率来降低进气温度。该控制器还被配置成响应于该高压/低压EGR比率来传输输出信号。根据一个方面，该控制器还被配置成确定目标高压/低压EGR比率以控制发动机爆震。再一示范性实施方案包括控制涡轮增压的发动机系统中的排气再循环(EGR)的方法，该发动机系统包括发动机、在上游与该发动机连通的进气子系统、在下游与该发动机连通的排气子系统、涡轮增压涡轮机上游和涡轮增压压缩机下游的该排气子系统与进气子系统之间的至少一个EGR通道。该方法包括确定符合排气排放标准的目标总EGR分数，当该方法用于具有高压EGR通道和低压EGR通道的发动机系统时，在所确定的该目标总EGR分数的约束下确定目标高压/低压EGR比率，该目标高压/低压EGR比率可调节以优化其他发动机系统标准，且当该方法用于包括仅一个EGR通道的发动机系统中时，将该高压EGR/低压EGR比率设置为100%高压EGR/0%低压EGR。在其它实施方案中，方法步骤作为计算机可用指令体现于计算机程序产品中，和包括被配置成执行方法步骤的控制器的产品。本发明的其他示例性实施方案将在以下详细说明中变得明确。应该理解，该详细说明以及一些具体实例在说明本发明的示例性实施方案的同时仅仅是为了说明性目的，而并非旨在限制本发明的范围。
本发明的多个示例性实施方案将通过详细说明与附图而得到完全理解，在附图中图1是包括示例性控制子系统发动机系统的示例性实施方案的示意图；图2是图1的发动机系统的示例性控制子系统的框图；图3是可以与图1的发动机系统一起使用的示例性EGR控制方法的流程图；图4是说明图3的方法的优选控制流程部分并且包括总EGR估算框以及多个高压和低压EGR开环控制框的框图；图5A-5C示出图4的估算框的多个示例性实施方案；图6A-6B示出图4的高压和低压EGR开环控制框的多个示例性实施方案；图7是表示阀门位置与目标总EGR分数之间的关系的示例性图标示曲线图；图8是展示图3的方法的第二控制流程的框图；图9是展示图3的方法的第三控制流程部分的框图；和图10是展示图3的方法的第四控制流程部分的框图。
具体实施例方式以下说明的实施方案本质上仅仅是示例性的而根本无意限制本发明、其应用或者用途。根据一种方法的示例性实施方案，在具有高压(HP)和低压(LP)EGR通道的涡轮增压的压缩点火发动机系统中对排气再循环(EGR)进行控制。优选地，响应于作为一个或多个发动机系统模型的输入的代理参数对总EGR分数进行估算，而不是通过多个HP或LP EGR 流量传感器或者总EGR流量传感器来直接测定。确定符合排气排放标准的目标总EGR分数。 然后，在所确定的目标总EGR分数的约束下确定目标HP/LP EGR比率以便优化其他标准，如燃料经济目标、发动机系统性能目标、或者发动机系统保护或维护规范中的至少一个。同样优选地，该目标总EGR分数可以通过多次闭环调节来闭环地控制到这些HP和/或LP EGR 分数。以下阐明说明了用于执行该方法的示例性系统，还说明了示例性方法和多个示例性控制流程。示例性系统图1示出可以用于实现在此公开的一种EGR控制方法的示例性运行环境。该方法可以使用任何适当的系统来执行并且，优选地，是结合例如系统10的发动机系统来执行。 以下的系统说明简单地提供了示例性发动机系统的简要概述，但在此未示出的其他一些系统与部件也可以支持在此公开的方法。总之，该系统10可以包括从燃料与进气的混合物的内部燃烧来形成机械能的内燃机发动机12、用于总体上为发动机12提供进气的进气子系统14和用于将燃烧气体总体地从发动机12运走的排气子系统16。在此使用时，“进气”这个短语可以包括新鲜空气和再循环的排气。该系统10 —般还可以包括与该排气和进气子系统14、16跨接连通的涡轮增压器18，用于压缩输入的空气以改善燃烧并由此提高发动机输出。该系统10总体上进一步可以包括与该排气和进气子系统14、16跨接的排气再循环子系统20，用于将排气再循环以便与新鲜空气混合来改良该发动机系统10的排放性能。该系统10总体上进一步可以包括控制子系统22来控制该发动机系统10的运行。本技术领域的普通技术人员会认识到， 燃料子系统(未示出)被用来向该发动机12提供任何适当的液体和/或气体燃料，以便与这些进气在发动机中燃烧。内燃机发动机12可以是任何适合的发动机类型，如类似于柴油机发动机的自动点火或者压缩点火的发动机。当然，本领域技术人员应认识到发动机12可替代地为火花点燃发动机。该发动机12可以包括其中具有多个汽缸和活塞(未单独示出)的气缸体M，它与汽缸盖(也没有单独示出)一起限定用于燃料与进气的混合物的内部燃烧的多个燃烧室 (未示出)。除适当的管道与接头之外，该进气子系统14可以包括进气端沈，它可以具有用于过滤进入空气的空气过滤器(未示出)，和位于该进气口末端沈的下游用于压缩输入空气的涡轮增压压缩机28。进气子系统系统14还可以包括该涡轮增压压缩机观的下游的增压空气冷却器30，用于冷却压缩的空气；以及在增压空气冷却器30下游的进气节流阀32，用于到该发动机12的冷却空气流进行节流。该进气子系统14还可以包括位于节流阀32下游和发动机12的上游的进气歧管34，用于接收节流的空气并将其分配到这些发动机燃烧室。除适当的管道与接头之外，排气子系统16可以包括排气歧管36，用于从发动机12 的这些燃烧室收集排气并将它们往下游输送到该排气子系统16的其余部分。该排气子系统16还可包括在下游与该排气歧管36连通的涡轮增压涡轮机38。涡轮增压器18可以是可变涡轮几何形状(VTG)类型的涡轮增压器、二级涡轮增压器、或带有废气门或旁路装置的涡轮增压机、或者类似的装置。在任何情况下，该涡轮增压器18和/或任何涡轮增压器辅助装置可以被调节以便影响以下参数中的一个或多个涡轮增压器增加的压力、空气流量、 和/或EGR流量。该排气子系统16还可以包括任何适当的排放装置40，如催化转化器，像是紧密连接的柴油氧化催化剂(DOC)装置、氮氧化物(NOx)吸收装置、微粒过滤器、或者类似装置。该排气子系统16还可以包括设置在排气出口 44的上游的排气节流阀42。该EGR子系统20优选地是混合或双通道的EGR子系统，用于将部分排气从该排气子系统16再循环到该进气子系统14用于在该发动机12中燃烧。相应地，该EGR子系统20 可以包括两个通道高压(HP)EGR通道46和低压(LP)EGR通道48。优选地，该高压(HP) EGR通道46在该涡轮增压涡轮38的上游连接到该排气子系统16而在该涡轮增压压缩机 28的下游连接到该进气子系统14。同样优选地，该LP EGR通道48在该涡轮增压涡轮38 的下游连接到该排气子系统16而在该涡轮增压压缩机观的上游连接到该进气子系统14。 也考虑在排气与进气子系统14、16之间任何其他适合的连接，包括HP EGR的一些其他形式如使用内部发动机的可变阀门正时与升程来引入内部HP EGR0除适当的管道与接头之外，该HP EGR通道46可以包括HP EGR阀门50，它用于控制从该排气子系统16到该进气子系统14的排气再循环。该HP EGR阀门50可以是具有自己的致动器的独立装置或者可以与该进气节流阀32 —体化到具有共用致动器的组合装置中。该HP EGR通道46还可以包括在该HP EGR阀门50的上游的(或者任选在下游的)用于冷却HPEGR气体的HP EGR冷却器52。该HP EGR通道46优选地连接在该涡轮增压涡轮机38的上游并在该节流阀32的下游，用于将HP EGR气体与被节流的空气以及其他吸入气体(该空气可以具有LP EGR)进行混合。除适当的管道与接头之外，该LP EGR通道48可以包括LP EGR阀门54，它控制排气从该排气子系统16到该进气子系统14的再循环。该LP EGR阀门M可以是具有自己的致动器的独立装置或者可以与该排气节流阀42 —体化到具有共用致动器的组合装置中。 该LP EGR通道48还可以包括在该LP EGR阀门的讨的下游的(或者任选在上游的)用于冷却LP EGR气体的LP EGR冷却器56。该LP EGR通道48优选地连接在该涡轮增压涡轮机 38的下游并在该涡轮增压压缩机28的上游，用于将LP EGR气体与经过滤的输入空气进行混合ο现在参见图2，该控制子系统22可以包括任何适当的硬件、软件、和/或固件以执行在此公开的这些方法中的至少某些部分。例如，该控制子系统22可以包括以上讨论的这些发动机系统致动器58以及不同的发动机传感器60中的某些或者全部。这些发动机系统传感器60并未在附图中单独示出，但是可以包括在任何适当的装置中来监测发动机系统的参数。例如，发动机速度传感器测量发动机曲轴(未示出)的转速，与这些发动机燃烧室连通的多个压力传感器测量发动机汽缸压力，多个进气与排气歧管压力传感器测量流入与流出这些发动机汽缸的气体的压力，进气质量流量传感器测量进气子系统14中的输入气流，以及歧管质量流量传感器测量到达该发动机12的进气流量。在另一实例中，该发动机系统10可以包括用于测量流入这些发动机汽缸的进气的温度的温度传感器，和在该空气过滤器的下游与该涡轮增压压缩机观上游的温度传感器。在另一个实例中，该发动机系统 10可以包括适当地连接到该涡轮增压压缩机观的速度传感器，用于测量其转速。节流器位置传感器，如一体化的角度位置传感器，测量该节流阀32的位置。位置传感器设置在该涡轮增压器18的附近用于测量该可变几何形状涡轮机38的位置。尾管温度传感器可以安置为正好在尾管出口的上游，用于测量该排气子系统16排出的排气的温度。还有，在该一个或多个排放装置40的上游和下游放置多个温度传感器，用于测量其入口和出口的排气温度。同样地，一个或多个压力传感器跨越该一个或多个排放装置40进行安置，用于测量跨越它们的压降。氧气(O2)传感器被置于该排气和/或进气子系统14、16之中，用于测量排气和/进气中的氧气含量。最后，多个位置传感器测量该HP和LP EGR阀门50、54与排气节流阀42的位置。除了在此讨论的这些传感器60之外，在此公开的系统和方法可以包括任何其他适当的传感器及其有关参数。例如，这些传感器60还可以包括多个加速度传感器、车速传感器、传动系速度传感器、过滤传感器、其他流量传感器、震动传感器、爆震传感器、进气与排气压力传感器、和/或类似的传感器。换言之，可使用任何传感器都来检测任何适当的物理参数，包括电气的、机械的、以及化学的参数。在此使用时，术语“传感器”包括用于检测任何发动机系统参数和/或这些参数的不同组合的任何适当的硬件和/或软件。
该控制子系统22可以进一步包括一个或多个与这些致动器58和传感器60连通的控制器(未示出)，用于接收和处理传感器输入信号并发送致动器输出信号。该一个或多个控制器可以包括一个或多个适当的处理器和存储器装置(未示出)。该存储器可以配置为用于提供数据和指令的存储，它们提供了发动机系统10的至少部分功能以及由该一个或多个处理器执行的指令。该方法的至少某些部分可以由一个或多个计算机程序与在存储器中存储为一些查询表、映射图、模型、或类似数据的不同的发动机系统数据或指令来启动。在任何情况下，该控制子系统22通过从这些传感器60接收输入信号、根据器输入信号执行一些指令和算法、以及发送一些适当的输出信号给各个致动器58来控制多个发动机系统参数。该控制子系统22在该一个或多个控制器中可以包括多个模块。例如，顶级发动机控制模块62接收并处理任何适当的发动机系统输入信号并将输出信号传达给进气控制模块64、燃料控制模块66、以及任意其他的一些控制模块68。正如以下将更详细地说明，该顶级发动机控制模块62接收并处理来自一个或多个发动机系统参数传感器60的输入信号以任何适当的方式来估算总EGR分数。估算EGR分数的不同方法对于本领域的普通技术人员而言是已知的。在此使用时，术语“总EGR分数”包括其多个成员参数的一个或多个，并且可以由以下等式来表示
权利要求
1.一种控制排气再循环(EGR)的方法，包括 确定符合排气排放标准的目标总EGR分数；在所确定的该目标总EGR分数的约束下确定目标高压/低压EGR比率来降低进气温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中确定该高压/低压EGR比率以控制发动机爆震。
3.如权利要求2所述的方法，其中调节所述高压/MSSEGR比率以增加低压EGR对减少发动机爆震的贡献。
4.一种包括计算机可用媒体的计算机程序产品，该计算机可用媒体包括可由受计算机控制的发动机系统执行的指令，其中所述指令使该发动机系统实施包括下列的步骤确定符合排气排放标准的目标总EGR分数；以及在所确定的该目标总EGR分数的约束下确定目标高压/低压EGR比率来降低进气温度。
5.如权利要求4所述的产品，其中确定该目标高压/低压EGR比率以控制发动机爆震。
6.如权利要求5所述的产品，其中调节该高压/MSSEGR比率以增加低压EGR对减少发动机爆震的贡献。
7.一种产品，包括控制器，用于控制排气再循环(EGR)且被配置成接收包括符合排气排放标准的目标总EGR分数的输入信号和至少一个其它发动机系统输入信号，在该目标总EGR分数的约束下确定目标高压/低压EGR比率来降低进气温度，并且响应于该高压/低压EGR比率来传输输出信号。
8.如权利要求7所述的产品，其中确定该目标高压/低压EGR比率来控制发动机爆震。
9.如权利要求8所述的产品，其中调节该高压/低压EGR比率以增加低压EGR对减少发动机爆震的贡献。
10.在涡轮增压的发动机系统中控制排气再循环(EGR)的方法，该发动机系统包括发动机、在上游与该发动机连通的进气子系统、在下游与该发动机连通的排气子系统、以及涡轮增压涡轮机上游和涡轮增压压缩机下游的排气子系统与进气子系统之间的高压EGR通道，该方法包括确定符合排气排放标准的目标总EGR分数；当该方法用于具有高压和低压EGR通道的发动机系统时，在所确定的目标总EGR分数的约束下提供目标高压/MSSEGR比率，该目标高压/MSSEGR比率可调节以优化其他发动机系统标准；并且当该方法用于包括仅高压EGR通道的发动机系统中时，将该高压EGR/低压EGR比率设置为100%高压EGR/0%低压EGR。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述步骤还包括协调控制涡轮增压器增压控制和至少一个EGR阀门，以避免欠调或过调EGR情况中的至少一种，从而实现发动机效率的提高。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述步骤还包括协调控制涡轮增压器增压控制与至少一个EGR阀门，以避免增压压力或排气压力欠调或过调中的至少一种。
13.如权利要求10所述的方法，还包括根据所确定的目标高压/低压EGR比率生成高压EGR和低压EGR的设置点；确定对应于该高压EGR和低压EGR设置点的目标高压和低压EGR阀门以及排气节流阀打开百分比，包括使用以发动机负载、发动机速度和涡轮增压器增压作为输入的开环模型。
14.一种包括计算机可用媒体的计算机程序产品，该计算机可用媒体包括可由受计算机控制的发动机系统执行的指令，该发动机系统包括发动机、在上游与该发动机连通的进气子系统、在下游与该发动机连通的排气子系统、以及该涡轮增压涡轮机上游和该涡轮增压压缩机下游的排气子系统与进气子系统之间的至少一个EGR通道，其中该指令使该发动机系统实施包括下列的步骤确定符合排气排放标准的目标总EGR分数；当该计算机程序产品用于具有高压EGR通道和低压EGR通道的发动机系统时，在所确定的目标总EGR分数的约束下提供目标高压EGR/低压EGR比率，该目标高压/低压EGR比率可调节以优化其他发动机系统标准；并且当该计算机程序产品用于具有仅一个EGR通道的发动机系统中时，将该高压EGR/低压 EGR比率设置为100%高压EGR/0%低压EGR。
15.如权利要求14所述的产品，其中所述步骤还包括协调控制涡轮增压器增压控制与至少一个EGR阀，以避免欠调或过调EGR条件中的至少一种情况，从而实现发动机效率的提尚ο
16.如权利要求14所述的产品，其中步骤还包括协调控制涡轮增压器增压控制和至少一个EGR阀门，以避免在增压压力或排气压力中欠调或过调中的至少一种。
17.如权利要求14所述的产品，其中步骤还包括根据所确定的目标高压/低压EGR比率生成高压EGR和低压EGR设置点；确定对应于该高压EGR和低压EGR设置点的目标高压和低压EGR阀门以及排气节流阀打开百分比，包括使用以发动机负载、发动机速度和涡轮增压器增压作为输入的开环模型。
18.一种产品，包括控制器，其用于控制排气再循环(EGR)且被配置成确定符合排气排放标准的目标总EGR分数；当该产品用于具有高压EGR通道和低压EGR通道的发动机系统时，在所确定的目标总 EGR分数的约束下提供目标高压EGR/低压EGR比率，该目标高压EGR/低压EGR比率可调节以优化其他发动机系统标准；并且当该产品用于包括仅一个EGR通道的发动机系统中时，将该高压EGR/低压EGR比率设置为100%高压EGR/0%低压EGR。
19.如权利要求18所述的产品，其中所述步骤还包括协调控制涡轮增压器增压控制的至少一个EGR阀，以避免欠调或过调EGR情况中的至少一种，从而实现发动机效率的提高。
20.如权利要求18所述的产品，其中所述步骤还包括协调控制涡轮增压器增压控制和至少一个EGR阀门，以避免在增压压力或排气压力中欠调或过调中的至少一种。
21.如权利要求18所述的产品，其中所述步骤还包括根据所确定的目标高压/低压EGR比率生成高压EGR和低压EGR设置点；确定对应于该高压EGR和低压EGR设置点的目标高压和低压EGR阀门以及排气节流阀打开百分比，包括使用以发动机负载、发动机速度和涡轮增压器增压作为输入的开环模型。
全文摘要
本发明涉及在涡轮增压的发动机系统中控制排气再循环，提供一种用于控制排气再循环的方法和产品，该方法包括确定符合排气排放标准的目标总EGR分数；在所确定的该目标总EGR分数的约束下确定目标高压/低压EGR比率来降低进气温度。本发明还提供一种包括计算机可用媒体的计算机程序产品，该计算机可用媒体包括可由受计算机控制的发动机系统执行的指令，其中所述指令使该发动机系统实施上述方法。
文档编号F02M25/07GK102312735SQ20101061495
公开日2012年1月11日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年7月6日
发明者D.B.罗思, J.舒蒂, V.米勒, V.约尔格尔 申请人:博格华纳公司