专利名称：用于排气再循环控制的方法和系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及用于控制发动机系统中的排气再循环的方法和系统。
背景技术：
为了努力满足联邦政府严格的排放标准，发动机系统可以配置有排气再循环 (EGR)系统，其中至少一部分排气被再循环至发动机进气部。这种EGR系统使得排气排放能够降低同时还能够提高燃料经济性。各种传感器可以包含在发动机系统中以估计EGR流并且控制被输送到发动机进气部的EGR的量。Tonetti等在US 7，267, 117中示出了这种EGR系统的一个实施例。这里，在发动机进气口中包括有氧传感器，基于氧传感器的输出，控制器被构造调节EGR阀的位置以由此提供期望的EGR量。
发明内容
然而，本申请的发明人已经认识到这种系统的潜在问题。由于EGR阀和节气门在发动机系统(例如Tonetti的发动机系统)中的分布位置，响应氧传感器的输出进行的EGR 阀调节可能较缓慢，从而导致提供期望的EGR流的延迟。EGR阀调节还可能导致需要补偿的瞬时扭矩变化。延迟和EGR流的不足可能导致发动机性能和发动机排放下降。因而，在一个实施例中，通过一种操作包括EGR通道和氧传感器的发动机的方法可以至少部分地解决上述问题中的一些问题。在一个实施方式中，所述方法可以包括响应所述氧传感器的输出来调节EGR阀和第一进气节气门以提供期望的EGR量。所述方法可以进一步包括响应所述氧传感器的所述输出来调节第二进气节气门以维持期望扭矩。在一个实施例中，车辆发动机可以是包括联接在发动机进气部和发动机排气部之间的涡轮增压器的增压发动机。另外，所述增压发动机可以包括EGR通道以使得能够进行排气再循环(EGR)。在一个实施例中，所述EGR通道可以是低压(LP-EGR)通道，所述低压通道被构造成将一部分排气从涡轮增压器涡轮下游的发动机排气部转移到涡轮增压器压缩机上游的发动机进气部。EGR阀可以在所述压缩机的上游包括在所述EGR通道中，用于调节通过所述EGR通道转移到所述发动机进气部的EGR流。在所述压缩机上游位于所述发动机进气部的进气通道中的第一进气口节气门可以与EGR阀相呼应地进行调节以调节稀释来自EGR通道的排气所用的新鲜空气的量。通过调节所述EGR阀和所述第一进气口节气门，新鲜空气可以在压缩机上游的进气通道中的混合点处与来自EGR通道的排气混合以提供期望的EGR稀释和期望的EGR流。可以从在所述EGR阀和所述第一进气节气门的混合点的下游和第二主进气节气门的上游位于发动机进气气流中的氧传感器的输出推断出位于所述混合点处或超过所述混合点的位置的EGR流的稀释百分比。发动机控制器可以被构造利用模型基于来自所述氧传感器的反馈来估计稀释百分比，该模型说明了 EGR流从混合点到发动机进气点的稀释传播的延迟。例如，该模型可以补偿EGR阀(和第一节气门)致动与所观察到的氧传感器的稀释浓度的变化之间的较长延迟。因而，基于所述氧传感器的输出电压，可以确定可用的EGR的量(流速、数量、稀释等)。基于发动机操作条件，还可以确定期望的EGR量。所述发动机控制器然后可以响应所述氧传感器的输出例如基于从所述氧传感器推断出的关于可用的EGR量的反馈信息以及关于所述EGR阀和所述第一进气节气门的位置的前馈信息来调节EGR阀和第一进气口节气门，以提供期望的EGR量。在一个实施例中，所述调节可以包括响应表示EGR稀释高于阈值的所述氧传感器的输出关闭所述EGR阀以在EGR中提供较少的燃烧排气，同时打开所述第一进气口节气门以增加EGR的新鲜空气稀释量。所述EGR阀的调节可以与所述第一进气口节气门的调节协调地例如同步或顺序地进行。在一个实施例中，当EGR阀打开时，所述第一进气口节气门可以同时成比例地关闭。在另一个实施例中，所述第一进气口节气门可以仅仅在所述EGR已经穿过阈值位置时才开始关闭。在又一个实施例中，所述调节可以基于在所述EGR阀和所述第一进气节气门的位置限制而修改。例如，当EGR阀受到限制或处于非线性操作区域中时，期望的EGR流可以主要由所述第一进气节气门来控制，而当所述第一进气节气门受到限制或处于非线性操作区域中时，期望的EGR流可以主要由EGR阀来控制。这样，通过响应所述氧传感器的输出来调节所述EGR阀和所述第一进气节气门，可以获得更快且更精确的EGR流控制。另外，所述EGR阀和所述第一进气口节气门的调节可以与位于所述第一进气口节气门下游的第二主进气节气门的调节协调地进行以降低来自所述EGR阀和所述第一进气节气门调节的瞬时扭矩干扰。具体地说，所述第二主进气节气门可以响应所述氧传感器的输出来调节以维持期望的发动机扭矩。在一个实施例中，所述第二主进气节气门的调节可以在一延迟时间之后接着所述EGR阀和所述第一进气节气门的调节来进行以补偿传播延迟。这样，EGR阀和第一进气口节气门调节可以协调进行以快速且准确地提供期望的 EGR量，同时主进气节气门调节可以用来提供期望的扭矩，即使在EGR阀和第一进气口节气门调节期间。另外，可以改善分布阀和节气门的控制和协调性。通过对EGR阀和第一进气节气门进行调节来提供期望的EGR流，即使在其中一个致动器受到限制或位于非线性操作区域中时也可以进行EGR流调节。另外，通过利用单个氧传感器的输出来执行所有调节，减少了确定EGR稀释时多个传感器(诸如气流传感器、排气燃料比传感器、压力传感器)的使用，由此提供了部件和成本降低的好处，而不会影响系统精确性。应该理解的是，提供上述发明内容是为了以简化形式引入在具体实施方式
中进一步描述的概念的选择。其并不意味着识别所要求保护的主题内容的关键或重要特征，其范围单独地由所附的权利要求来限定。而且，所要求保护的主题内容并不限于解决上述任何缺点或在本公开的任何部分中的实施方案。
图1示出了发动机和相关的排气再循环系统的示意图。图2示出了根据本公开的从上到下流程图，图示了可以实现以响应进气氧传感器的输出执行EGR阀和第一进气节气门调节的程序。图3至4示出了用于EGR稀释输送控制的示例方案。
图5示出了从上到下流程图，图示了用于选择EGR阀和第一进气节气门调节以提供期望水平的EGR控制权限。
具体实施例方式如下描述涉及用于基于进气氧传感器的输出控制用于排气再循环的排气的稀释的系统和方法。如图1所示，增压发动机可以构造有低压排气再循环(EGR)系统，该系统可以包括用于调节被再循环至发动机进气部的排气量的EGR阀。该发动机可以进一步包括联接至发动机进气部的包括至少第一和第二进气节气门的多个进气节气门，所述节气门被构造成调节被引导到发动机进气部的新鲜空气的量。具体地说，第一上游进气口节气门可以调节利用EGR流中的排气稀释的新鲜空气的量，而位于第一进气口节气门下游的第二主进气节气门可以调节进入发动机进气部的进气流的流动。连接至发动机进气部的氧传感器可以被构造成估计进气流的氧含量，并推断EGR流的量。如图2所示，发动机控制器可以利用模型基于氧传感器的输出推断EGR流的稀释百分比，所述模型考虑从EGR阀和第一进气节气门的下游的混合点开始的EGR的稀释传播。控制器然后可以执行EGR阀和第一进气口节气门调节以提供期望的EGR流。如图3和图4所示，发动机可以利用各种方案提供期望的 EGR稀释。如图5所示，发动机可以基于期望水平的EGR控制权限从可能的选项中选择方案。发动机控制器还可以基于氧传感器的输出调节第二主进气节气门以补偿由EGR阀和第一进气口节气门调节引起的扭矩干扰。这样，EGR阀和节气门调节能够更好地协调以迅速且精确地提供期望的EGR的量，同时维持期望的扭矩。另外，通过使用单个氧传感器的输出来推断EGR稀释并执行调节，可以在不影响系统精度的情况下获得减少部件的益处。图1示出了车辆系统6的示意图。车辆系统6包括发动机系统8，发动机系统8包括联接至排放控制系统22的发动机10。发动机10包括多个气缸30。发动机10还包括进气部23和排气部25。进气部23可以通过进气通道42从大气接收新鲜空气。进气通道42 可以包括第一进气口节气门82，该节气门82被构造成调节通过进气通道42接收的新鲜空气的量。进气部23还可以包括通过进气通道42流体联接至发动机进气歧管44的第二主进气节气门62。第二进气节气门62可以位于第一进气节气门82的下游，并且可以被构造调节进入发动机进气歧管44的进气流的流动。排气部25包括排气歧管48，排气歧管48通向排气通道45，排气通道45通过尾管35将排气输送到大气。发动机10可以是包括诸如涡轮增压器50之类的增压装置的增压发动机。涡轮增压器50可以包括沿着进气通道42布置的压缩机52和沿着排气通道45布置的涡轮M。压缩机52可以至少部分地通过轴56由涡轮M驱动。由涡轮增压器提供的增压的量可以通过发动机控制器来改变。可选的充气后冷却器84可以在压缩机52的下游包含在进气通道中以降低由涡轮增压器压缩的进气的温度。具体地说，后冷却器84可以包含在第一进气节气门82的下游第二进气节气门62的上游或集成在进气歧管44中。联接至排气通道45的排放控制系统22可以包括安装在排气部中的紧密联接位置中的一个或多个排放控制装置70。一个或多个排放控制装置可以包括颗粒过滤器、SCR催化器、三元催化器、贫NOx捕集器、氧化催化器等。排放控制装置可以在排气通道45中位于涡轮M的上游和/或下游。发动机10还可以包括一个或多个排气再循环(EGR)通道，用于使至少一部分排气从排气通道45再循环至进气通道42。例如，发动机可以包括具有LP-EGR通道73的低压 EGR(LP-EGR)系统72，LP-EGR通道73将涡轮M的下游的发动机排气部联接至压缩机52上游的发动机进气部。LP-EGR系统72可以在例如存在涡轮增压器增压和/或当排气温度高于阈值温度时的条件下操作。另外，通过调节第一进气节气门82，LP-EGR系统72可以在诸如没有涡轮增压器增压或存在低增压水平的条件下操作。在压缩机上游位于LP-EGR通道 73中的EGR阀39可以被构造成调节通过EGR通道转移的排气的量和/或速率。LP-EGR通道73可以进一步包括位于EGR阀39上游或下游的LP EGR冷却器74 (在这里，示出为位于 EGR阀39的下游)，以降低被再循环到发动机进气部中的排气的温度。在该构造中，EGR通道可以被构造成提供低压EGR，并且EGR阀39可以是LP-EGR阀。在另选实施方式中，也可以包括高压EGR(HP-EGR)系统(未示出)，其中HP-EGR通道可以被构造成将至少一些排气从涡轮上游的发动机排气部转移到压缩机下游的发动机进气部。 在一些实施方式中，一个或多个传感器可以位于LP-EGR通道73中，以提供通过 LP-EGR通道再循环的排气的压力、温度和空气燃料比中的一个或多个的指示。通过LP-EGR 通道73转移的排气可以利用新鲜进气在混合点90处稀释，混合点90位于LP-EGR通道73 和进气通道42的结合处。具体地说，通过与第一进气口节气门82(在压缩机上游位于发动机进气部的进气通道中)协调地调节EGR阀39，可以对EGR流的稀释进行调节。EGR流在混合点90或超过混合点90的位置的稀释百分比可以从在混合点下游位于发动机进气流中的氧传感器92的输出推断出。具体地说，氧传感器92可以位于第一进气节气门82的下游、EGR阀39的下游和第二主进气节气门62的上游，使得可以精确地确定主进气节气门处或附近的EGR的稀释。氧传感器92可以例如是UEGO传感器。如图2详细所示，发动机控制器可以利用模型基于氧传感器92的反馈估计EGR流的稀释百分比，所述模型考虑到了从混合点90到进气歧管44 EGR稀释传播的延迟。例如，该模型可以补偿 EGR致动与在氧传感器92观察到的稀释浓度变化之间的较长的延迟。控制器然后可以调节EGR阀39和第一进气口节气门82，以提供期望的EGR稀释，如这里参照图3和图4所详细描述的那样。通过利用延迟补偿模型，可以显著地增加系统对氧传感器的输出的响应性。 在一个实施例中，延迟补偿可以使得系统的响应增加2到5个因素。发动机10可以至少部分由包括控制器12的控制系统14和经由输入装置(未示出)来自车辆操作员的输入来控制。控制系统14被构造成从多个传感器16(这里描述的各种传感器的实施例)接收信息；且将控制信号发送到多个致动器81。举例来说，传感器 16可以包括联接至排气歧管48的排气氧传感器126、在排放控制装置70下游位于尾管35 中的排气温度传感器1 和排气压力传感器129、联接至主进气节气门62上游的氧传感器 92以及LP-EGR通道73中的各种传感器(未示出)。各种排气传感器也可以在排放控制装置70的下游包含在排气通道45中，例如颗粒物质(PM)传感器、NOx传感器、氧传感器、氨传感器、碳氢化合物传感器等。诸如附加的压力、温度、空气/燃料比和成分传感器之类的其他传感器可以联接至车辆系统6中的各种位置。再举例来说，致动器81可以包括燃料喷射器66、EGR阀39、第一进气口节气门82和主进气节气门62。其他致动器，诸如各种附加的阀和节气门可以联接至车辆系统6中的各种位置。控制器12可以从各种传感器接收输入数据，处理输入的数据并响应所处理的输入数据基于与一个或多个程序对应的编程的指令或代码触发致动器。下面参照图2描述一个示例控制程序。
现在转到图2，示出了示例程序200，其用于对EGR阀、第一进气口节气门和主进气节气门进行调节以提供期望的EGR稀释和流，同时维持期望扭矩。在步骤202，可以估计和/或测量发动机操作条件。这些条件例如可能包括发送机转速、驾驶员需求扭矩、发动机冷却剂温度、催化剂温度、VCT、MAP、BP、MAT等。在步骤204， 基于估计的操作条件和期望的扭矩，可以确定期望的EGR的量(EGR_ref)。这可能包括基于转速、负载、发动机温度以及其他发动机操作条件来确定期望的EGR稀释百分比。在步骤206，可以接收到进气氧传感器的输出。在步骤208，基于氧传感器输出，可以确定可用的 EGR稀释(EGR_%)。在一个实施例中，传感器输出可作为传感器电压来接收。传感器电压可以是进气流的氧浓度的测量。因而，基于氧浓度，可以确定进气流中的EGR的稀释百分比，即新鲜空气与再循环排气的比率。在步骤210，可以基于实际或期望的气流、EGR_ref、以及发动机操作条件(诸如空气温度、BP、估计的EGR温度、后EGR冷却器压力等)来确定第一进气口节气门和EGR阀的前馈位置。在步骤212，可以计算使得可用EGR稀释(EGR_%)与期望EGR(EGR_ref)匹配所需的反馈调节。如图3和图4详细所示，反馈调节可以利用比例积分(PI)控制和延迟补偿基于氧传感器的输出来确定，由此使得发动机控制器能够更快地响应氧传感器输出，而不管EGR输送和传播的较长延迟。延迟补偿模型可以基于在混合点和氧传感器之间沿着进气通道的EGR流的氧浓度响应EGR阀和/或第一进气口节气门致动而发生的瞬时状态。在一个实施例中，延迟补偿模型可以是史密斯预估器的改进版本。这样，史密斯预估器可以用于线性单个传感器/单个致动器通道。这里，结合在史密斯预估器中以便确定EGR稀释和输送的变型可以允许与两个非线性致动器(在这种情况下是EGR阀和第一进气口节气门) 操作，并且可以防止通过反馈和前馈通道响应EGR稀释所需的调节的双重计算。在步骤214，EGR阀调节和第一进气口节气门调节可以基于PI控制器的输出来确定。具体地说，基于PI控制器的输出(y)以及期望的控制动作类型(例如调节是顺序的还是同时的，或交替控制动作)，可以确定第一进气口节气门调节(ul)和EGR阀调节(u2)。图3示出了用于EGR稀释控制和输送的示例方案300。通过与对稀释传播建模的延迟补偿一起利用来自氧传感器的反馈控制可以确定进气流的稀释百分比，并且基于该稀释百分比和EGR的期望的前馈量之间的差，可以执行EGR阀和第一进气口节气门调节以提供期望的EGR流。如前所详细描述的，可以基于发动机操作条件和驾驶员需求来确定期望的EGR稀释即EGR_ref 32，并通过过滤器对其进行处理。EGR阀的前馈位置即EGR_valve_feedfVd 312和第一进气口节气门的前馈位置AIT_feedfVd 310也可以基于(实际或期望的)气流、 EGR_ref,以及发动机操作条件(例如空气温度、大气压力、估计的EGR温度、后EGR冷却器压力等)来确定。可用的EGR稀释(EGR_% )304可以基于进气氧传感器的输出通过说明稀释传播的延迟补偿306来确定。在一个实施例中，可以使用描述混合动态的基于传输(时间)延迟和第一级低通过滤器的较简单的模型。这样，过滤器的延迟和时间常量可以取决于发动机操作条件。在一个实施例中，当发动机转速是2500rpm并且发动机负载是7巴BMEP时，该延迟可以为0. 34秒，该时间常数可以为0. 25秒。然后可以基于EGR_ref 302和EGR_% 304之间的比较在PI控制308处通过PI控制器计算反馈调节y。具体地说，可以计算反馈调节y以确保主进气节气门处的EGR稀释与期望的EGR稀释匹配。在比较之后，反馈调节y可以转换成命令ul和u2，ul和u2分别代表两个致动器即EGR阀和第一进气口节气门的动作。例如，响应表示EGR稀释高于阈值的氧传感器输出，所述致动器的调节可以包括关闭EGR阀而打开第一进气口节气门。在一个实施例中，由PI控制器使用的延迟补偿模型可以是在史密斯预估器中结合有变型的史密斯预估器的改进版本，以便使得确定EGR稀释和输送可以允许利用两个非线性致动器(这里是EGR阀和第一进气口节气门)进行操作，并且防止通过反馈和前馈通道响应EGR稀释变化所需要的调节的双重计算。因而，延迟补偿模式可以说明EGR稀释和传播从在新鲜空气和再循环排气的混合点(图1的混合点90)处的量到在发动机进气部接收到的量(如根据进气氧传感器估计的一样)的变化。返回来参照图2，在步骤214，利用使用各种方案将PI控制器的输出(y)转换成两个致动器即EGR阀和第一进气口节气门的动作。在一个实施例中，EGR阀和第一进气口节气门调节可以同时进行。这里，所述调节可以包括在EGR阀关闭时成比例地打开第一进气口节气门。在一个实施例中，第一进气口节气门命令ul和EGR阀命令u2可以确定为ul = fl (desired_air, desired_egr, BP) ~KAITyu2 = f2 (desired_air, desired_egr, BP) ~KEGEy其中BP代表大气压力。这里，y项可以具有不同符号以确保EGR阀在第一进气口节气门的相反上运动。也就是说，当一个打开时另一个关闭，反之亦然。增益Kait和Kkk可以利用期望的EGR预先确定，不过也可以使用表示操作条件的其他参数，例如气流和发动机转速。这样，可以修剪或过滤两个反馈命令以保留在期望范围内。例如，用于致动器的反馈命令可以限制在第一下阈值和第二上阈值之间。在另一个实施例中，可以加权EGR阀和第一进气节气门的调节。例如，EGR阀的调节可以具有第一较高权重，而第一进气口节气门的调节可以具有第二较低权重。在一个实施例中，为了给予EGR阀在输送期望稀释或氧浓度中以主要作用(更多权重)，在计算第一进气口节气门命令ul时可以使用PI控制输出y的低通过滤。这样，这也可以帮助减少基于第一进气口节气门的对主进气节气门控制的干扰。这里，第一进气节气门命令ul可以确定为
K TA rTul =fi {desired air, desired egr, BP) - ~ y
^^T 5 + 1在另一实施例中，调节可以顺序地进行，其中当EGR阀已经到达预定位置时，用完控制权限时或者已经进入其行程末端附近的非线性区域时第一进气口节气门才致动。也就是说，第一节进气节气门的调节可以在EGR阀的调节之后，并且还可以基于EGR阀调节之后的EGR阀的位置。例如，打开第一进气口节气门可以包括在EGR阀已经穿过阈值位置之后打开第一进气口节气门。使能策略可以确定为如果u2 > α 或 u2 < β，则ul = fl (desired_air, desired_egr, BP) ~KAITy否则ul = fl (desired_air, desired_egr, BP)其中α位于打开位置或打开位置附近，β位于关闭位置或关闭位置附近。
因而，在一个实施例中，调节第一进气节气门可以包括当EGR阀在阈值位置之前时或在线性操作区域内时，前馈调节第一进气节气门，并且当EGR阀超过阈值位置或在线性操作区域之外(即当EGR阀位于非线性操作区域内)时反馈调节第一进气节气门。另外， 第一进气节气门的反馈调节可以限于补充EGR阀的权限的方向。这样，在阈值位置之前和 /或在线性操作区域内时，EGR阀可以对EGR流具有较高控制权限。比较来说，在阈值位置之后和/或当位于线性操作区域之外(即位于非线性操作区域内)时，EGR阀对EGR流可以具有较低控制权限。在这种条件下，第一进气节气门可以被调节以对EGR流提供较高控制权限。—旦第一进气口节气门的反馈被使能，当EGR命令(比α和β )更远离其端点以避免在反馈通道中和反馈通道外循环并且将EGR阀操作推向其操作范围的中间时，可以禁止第一进气口节气门反馈。禁止策略可以确定为如果u2 < ( α -a)，并且 u2 > ( β +b)，则ul = fl (desired_air, desired_egr, BP)因而，在一个实施例中，调节可以包括在EGR阀位于阈值位置之前(或位于第一线性操作区域内)时使能第一进气节气门，并且当EGR阀位于阈值位置处或阈值位置之后 (或位于第二非线性操作区域内)时禁止第一进气节气门。在又一个实施例中，如图4详细所示，对第一进气口节气门和EGR阀的调节可以被调节以输送期望压力值。该压力值例如可以包括期望的压缩机入口压力或第一进气节气门、低压空气引入系统、低压EGR通道或EGR阀的两端的减压即压差。这样，该低压空气引入系统是指空气引入系统的位于压缩机上游的部分，包括第一进气口节气门和任何进气清洁器。因而，在一个实施例中，调节第一进气节气门可以包括调节第一进气节气门以维持EGR 阀或低压EGR通道两端的阈值压差。在另一个实施例中，调节第一进气节气门可以包括调节第一进气节气门以维持涡轮增压器压缩机两端的阈值压力值。这种用于第一进气口节气门调节的分散控制策略可以用于确保EGR阀两端始终存在充足压差(例如大于阈值)，由此给予EGR阀输送期望EGR的权限。转到图4，示出了用于基于期望压力值的EGR稀释控制和输送的示例方案400。这里，可以基于期望气流(airfl0W_ref)和期望的EGR稀释EGR_ref来确定期望的压缩机入口压力或压差pressure_ref 402。PI控制器可以通过比较期望压力值pressure_ref 402 和测量或估计的压力pressurejiieas 404来执行PI控制406以确定第一进气口节气门命令ul。也可以使用前馈第一进气口节气门位置和EGR阀位置数据来确定第一进气口节气门命令ul和EGR阀命令u2。应意识到，尽管上述实施例示出了基于反馈PI控制的命令，但在另选实施方式中，代替PI控制或PI控制之外可以使用其他控制方法以执行反馈命令。返回图2，在又一个实施例中，在步骤214处确定的调节可以包括仅利用前馈命令调节第一进气口节气门，且进行修改以说明空气引入或排气系统中的压力缓慢变化，诸如缓慢变化的压降。在一个实施例中，这种压力变化可以由于空气引入系统中的堵塞或变脏的空气滤清器而发生。对前馈命令的修改可以例如基于期望的或模型建立的EGR阀命令和在稳定下的实际EGR阀命令之间的差异。另选的是，该修改可以基于当采用EGR时期望和实际EGR阀命令的长期平均值。这种方案允许EGR阀在车辆的寿命期间保持在线性操作范围内，同时使得第一进气口节气门对主进气节气门控制和扭矩输送的干扰最小。在一个实施例中，这种利用第一进气口节气门的前馈调节可以与第一进气口节气门和EGR阀的顺序调节一起进行，其中第一进气口节气门的反馈调节只有在EGR阀已经用完控制权限或已经进入非线性区域时才使能。这种组合方案可以允许系统补偿较快速的条件变化，诸如由于雪堆。在又一个实施例中，EGR阀可以仅利用前馈命令调节或设置在固定位置，而第一进气口节气门基于PI控制器的输出(y)利用反馈命令来控制，以便输送期望的EGR量。也就是说，调节可以包括前馈调节EGR阀而反馈调节第一进气节气门以提供期望的EGR量。在又一个实施例中，如果主致动器受到限制则修改调节。在一个实施例中，EGR阀可以是主致动器，并且可能由于饱和而不能够输送期望的EGR流。这里，EGR控制和期望的 EGR流可以通过利用其它致动器(这里是第一进气口节气门)来实现。致动器命令可以确定为如果u2 > α，贝Ijul = fl (desired_air, desired_egr, BP) ~KAITyu2 = min ( α，f2 (desired_air, desired_egr, BP) +KEGEy)否则ul = fl (desired_air, desired_egr, BP)u2 = f2 (desired_air, desired_egr, BP) +KEEGy其中α位于打开位置或打开位置附近。在一个实施例中，调节可以包括在第一条件期间当EGR阀受到限制时，将EGR维持在第一位置，同时响应氧传感器的输出调节第一进气节气门，以提供期望的EGR量。该调节还可以包括在第二条件期间当第一进气节气门受到限制时将第一进气节气门维持在第二位置，同时响应氧传感器的输出调节EGR阀以提供期望的EGR量。在又一个实施例中，如图3所示，可以基于发送到致动器的命令(ul和和/或与其他变量一起测量的位置估计在新鲜空气和再循环排气的混合点(图1的混合点90)处输送的EGR稀释百分比，并且可以将输出包含在延迟补偿模型中以能够对致动器命令进行
进一步调节。如参照图5所详细描述的，控制器可以基于EGR控制权限的期望水平从上述各种选择方案中选择方案。例如，在期望更高水平的EGR控制权限时的条件下，例如当排气温度低于阈值时，可选择允许EGR控制(可选的EGR值)权限较高的方案。在另一实施例中，在期望较低水平的EGR控制权限时的条件下，诸如当排气温度高于阈值时，可以选择至少临时地允许EGR控制(可选的EGR值)权限较低的方案。通过基于期望的EGR控制权限选择 EGR值和第一进气口节气门调节方案，可以更好地提供期望的EGR控制。在步骤216，第二主进气节气门的调节可以基于氧传感器的输出来确定，以在EGR 阀和第一进气口节气门调节过程中维持期望扭矩。在一个实施例中，响应表示EGR稀释高于阈值的氧传感器输出，EGR阀可以关闭，而第一进气口节气门打开以提供期望的EGR流。 这里，第二主进气节气门还可以响应EGR稀释的指示基于氧传感器输出而调节，以减少在 EGR阀和第一进气口节气门调节过程中出现的扭矩瞬变。例如，当EGR稀释较高时第二主进气节气门可以沿着打开方向运动，而当EGR稀释较低时第二主进气节气门可以沿着关闭方向运动。在步骤218，EGR阀、第一进气口节气门和第二主进气节气门可以根据确定的调节来进行调节。在一个实施例中，第二进气节气门调节可以在EGR阀和第一进气节气门一延迟时间之后进行，该延迟时间说明从第一进气口节气门和EGR阀调节的时间和位置到通过氧传感器发送的流动时间和位置，EGR流的变化以及EGR流传播的延迟。例如，该延迟时间可以被过滤以近似由于轴向扩散引起的EGR浓度混合效果和第一等级滞后效果。在另一个实施例中，该延迟时间可以基于节气门之间的距离、EGR流速、发动机操作条件等。类似地， 第二进气节气门调节还可以被过滤以近似由于扩散引起的EGR浓度混合效果和第一等级滞后效果。这样，基于发动机操作条件，通过致动EGR阀和第一进气口节气门或通过仅致动 EGR阀可以提供期望的EGR流。因而，在第一条件期间，诸如当第一进气节气位于线性操作区域内(即第一进气节气门并不接近完全打开或完全关闭)时，EGR阀和第一进气节气门可以响应氧传感器来调节以提供期望的EGR流。相比而言，在第二条件期间，诸如当第一进气节气门位于非线性操作区域(例如第一进气节气门接近关闭位置)时，第一进气节气门可以响应氧传感器的输出而被调节以沿着提高直线度的方向移动，以提供期望的EGR量。例如，第一进气节气门可以朝向较少关闭即较多打开的位置移动。可选地，EGR阀可以响应氧传感器的输出来调节以提供期望的EGR流。在一个实施例中，第一条件可以包括EGR阀两端的更小压差，而第二条件可以包括EGR阀两端的更大压差。这里，当EGR两端的压差较小时，第一进气节气门调节可以有利地与EGR调节一起使用以提供期望的EGR流。相比而言， 当EGR阀两端的压差较高时，可以对EGR阀进行宽范围的调节，因而第一进气节气门的附加调节可能并不需要。这样，在第一或第二条件期间，第二下游进气节气门可以响应氧传感器的输出来调节以维持期望扭矩。现在转到图5，示出了示例性程序500，其用于选择基于期望的EGR控制权限协调 EGR阀调节和第一进气口节气门调节的方案。在步骤502，可以估计和/或测量发动机操作条件。例如，这些条件可以包括发动机转速、负载、发动机温度、催化器温度。在步骤504，可以确定EGR控制权限是否是期望的。在一个实施例中，当排气温度较低时，例如低于阈值时，可能期望较高水平的EGR控制权限。在这种条件下，EGR控制可以有利地用于通过降低发动机爆震倾向来改进燃料经济性或性能。在另一个实施例中，当排气温度升高时，例如高于阈值时，可能期望较低水平的 EGR控制权限。这里，发动机控制器可以给调节以更高控制权限，该调节使得能够对扭矩瞬变和干扰进行更好地控制，并且EGR控制可以被至少临时地给予更低权限。如果需要较高的EGR控制权限，则在步骤506，控制器可以从给予较高EGR控制权限的各种可用选择方案中选择方案。在一个实施例中，如这里所示，给予EGR阀较高控制权限(相比于第一进气口节气门)的方案还可以给予较高的EGR控制权限。因而，控制器可以选择允许EGR阀在EGR调节上具有较高控制权限的调节。作为一个实施例中，在步骤510， 控制器可以选择一种方案，其中第一进气口节气门和EGR阀在相反方向上同时调节。如前详细所述，这可以包括在EGR阀打开时成比例地关闭第一进气口节气门。在一个实施例中， 这种同时调节方案可以在期望宽范围的EGR控制时使用。另选的是，在步骤511，控制器可以选择一种方案，其中第一进气口节气门和EGR阀顺序地调节。如前详细所述，这可以包括首先致动EGR阀，然后只在EGR阀已经到达预定位置(或穿过阈值位置)时才致动或使能第一进气口节气门。在一个实施例中，首先，EGR阀可以在线性操作区域内致动。然后，当EGR阀接近线性区域的末端或之外时，第一进气口节气门可以被致动。例如当期望窄范围 EGR控制时可以使用这种顺序调节方案。另选的是，在步骤512，控制器可以选择一种方案，其中调节第一进气口节气门以维持期望压力或EGR阀两端的期望压差以维持EGR阀的控制权限。由于EGR阀相对于涡轮增压器的定位，在一个实施例中，EGR阀两端的期望压差可以通过调节第一进气口节气门来提供，以维持期望的压缩机入口压力或压缩机两端期望的压差或低压空气引入系统两端的期望压差。在一个实施例中，这种基于压力的方案可以在增压发动机操作过程中选择。另选的是，在步骤513，控制器可以选择一种方案，其中第一进气口节气门仅利用前馈调节来调节，而EGR阀利用前馈和反馈调节来调节。如前详细所述，这可能包括当EGR 阀处于线性操作区域中时前馈致动第一进气口节气门，并且当EGR阀处于线性操作区域之外时反馈致动第一进气口节气门。如果不期望较高EGR控制权限，则在步骤508，控制器可以从给予较低EGR控制权限的各种可用选择中选择一种方案。在一个实施例中，如这里所示，给予EGR阀较低控制权限(相比于第一进气口节气门)的方案还可以给出较低EGR控制权限。在另一个实施例中， 将控制权限转移给第一进气口节气门的方案还可以给予较低EGR控制权限。因而，控制器可以选择允许EGR阀通过EGR调节而具有较低控制权限的调节。这样，较低EGR控制权限可能是期望的以对瞬时扭矩干扰进行更好控制。作为一个实施例，在步骤514，控制器可以选择一种方案，其中EGR阀仅利用前馈调节来调节，而第一进气口节气门利用前馈和反馈调节来调节。在一个实施例中，前馈致动EGR阀可以包括将EGR设置在预定位置，该位置基于发动机操作条件。另选的是，在步骤515，控制器可以选择方案，其中期望的EGR流主要由第一进气口节气门提供。这样，可以对EGR阀和第一进气节气门进行调节以在排气温度低于阈值时提供更高EGR控制权限，而在排气温度高于阈值时提供较低EGR控制权限。通过调节顺序，基于期望EGR控制权限的调节、EGR控制可以得到提高。通过响应氧传感器的输出以协调方式调节EGR阀和第一进气口节气门，可以更好地获得分布阀和节气门的控制，由此改善EGR流控制。通过利用EGR阀和第一进气口节气门来提供EGR流，即使在其中一个致动器受到限制或在非线性操作区域内时也能够实现EGR控制。另外，通过利用氧传感器的输出来调节EGR 流，可以减少对估计EGR的多个传感器的需要。通过与EGR阀和第一进气口节气门协调地调节主进气节气门，可以在调节EGR流的同时提供期望扭矩。通过改进发动机EGR操作，可以提高发动机性能。注意，包含在这里的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。这里描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或更多，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序执行、并行执行、或在一些情况下可以省略。同样，为了实现这里描述的示例实施方式的特征和优点并不必然需要所述处理顺序，这只是为了便于图示和描述而提供的。根据所使用的具体策略可以反复地执行所示的动作或功能中的一个或更多个。另外，所描述的动作可以以图表方式代表在发动机控制系统中的计算机可读存储介质内编程的代码。
权利要求
1.一种操作包括EGR通道和氧传感器的发动机的方法，所述方法包括响应所述氧传感器的输出来调节EGR阀和第一进气节气门以提供期望的EGR量；以及响应所述氧传感器的所述输出来调节第二进气节气门以维持期望扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二进气节气门位于所述第一进气节气门的下游和所述EGR阀的下游。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述氧传感器位于所述第一进气节气门的下游、 所述EGR阀的下游以及所述第二进气节气门的上游。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述发动机包括涡轮增压器，并且所述EGR通道将涡轮下游的发动机排气部联接至压缩机上游的发动机进气部。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述EGR阀在所述压缩机的上游位于所述EGR通道中，并且其中所述第一进气节气门在所述压缩机的上游位于所述发动机进气部的进气通道中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述发动机还包括位于所述EGR阀的上游或下游的EGR冷却器。
7.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述EGR阀和所述第一进气口节气门包括响应表示EGR稀释高于阈值的所述氧传感器输出而关闭所述EGR阀和打开所述第一进气口节气门。
8.根据权利要求7所述的方法，其中打开所述第一进气口节气门包括在所述EGR阀关闭时成比例地打开所述第一进气口节气门。
9.根据权利要求7所述的方法，其中打开所述第一进气口节气门包括在所述EGR阀已经穿过阈值位置之后打开所述第一进气口节气门。
10.根据权利要求7所述的方法，其中调节所述第二进气节气门包括响应表示EGR稀释高于阈值的所述氧传感器输出而打开所述第二进气节气门。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二进气节气门调节被过滤以近似EGR浓度混合效果。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一EGR阀和所述第一进气节气门响应模型而操作，所述模型代表在发动机的进气口中在混合点和所述氧传感器之间发生的输送延迟和混合效果。
13.根据权利要求7所述的方法，其中所述调节还包括调节所述EGR阀和所述第一进气节气门以在排气温度低于阈值时提供较高EGR控制权限，并且在所述排气温度高于所述阈值时提供较低EGR控制权限。
14.一种操作包括氧传感器和EGR通道的发动机的方法，所述EGR通道联接在发动机进气部和发动机排气部之间，所述方法包括在第一条件期间，响应所述氧传感器的输出来调节EGR阀和第一进气节气门以提供期望的EGR量；在第二条件期间，响应所述氧传感器的所述输出仅调节所述EGR阀以提供所述期望的 EGR量；以及在所述第一或所述第二条件期间，响应所述氧传感器的所述输出来调节位于所述第一进气节气门下游的第二进气节气门以维持期望扭矩。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一条件包括所述第一进气节气门位于线性操作区域内，并且所述第二条件包括所述第一进气节气门位于非线性操作区域内。
16.根据权利要求14所述的方法，其中在所述第一条件期间，所述第二进气节气门调节在所述第一进气节气门和EGR阀调节一延迟时间之后进行，所述延迟时间和所述第二进气节气门调节被过滤以近似EGR浓度混合效果。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述第一条件期间，调节所述第一进气节气门包括调节所述第一进气节气门以维持所述EGR阀两端的阈值压差。
18.根据权利要求16所述的方法，其中在所述第一条件期间，调节所述第一进气节气门包括当所述EGR阀位于线性操作区域内时前馈调节所述第一进气节气门，以及当所述 EGR阀位于所述线性操作区域之外时反馈调节所述第一进气节气门。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一进气节气门的反馈调节在所述EGR阀位于阈值位置时被禁用。
20.一种发动机系统，所述发动机系统包括发动机进气部；发动机排气部；涡轮增压器，所述涡轮增压器包括压缩机和涡轮，并联接在所述发动机进气部和所述发动机排气部之间；低压EGR通道，所述低压EGR通道被构造成将至少一些排气从所述涡轮下游的所述发动机排气部转移至所述压缩机上游的所述发动机进气部；第一 EGR阀，所述第一 EGR阀在所述压缩机的上游位于所述EGR通道中，并且被构造成调节通过所述EGR通道转移的排气的量；第一和第二进气节气门，所述第一和第二进气节气门联接至所述发动机进气部，并且被构造成调节被引导到所述发动机进气部的新鲜空气的量，所述第二进气节气门位于所述第一进气节气门和所述第一 EGR阀的下游；氧传感器，所述氧传感器在所述第二进气节气门的上游和所述第一进气节气门和所述第一 EGR阀的下游联接至所述发动机进气部；具有计算机可读指令的控制系统，所述控制系统用于响应所述氧传感器的输出来调节所述第一 EGR阀和所述第一进气节气门以向所述发动机进气部提供一定量的EGR ；并且响应所述氧传感器的所述输出来调节所述第二进气节气门以维持期望的发动机扭矩， 所述第二进气节气门调节在所述第一进气节气门和第一 EGR阀调节一延迟时间之后进行。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一进气节气门被进一步调节以维持所述压缩机两端的阈值压力。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一进气节气门被进一步调节以维持所述低压EGR通道两端的阈值压力。
23.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一进气节气门被进一步调节以维持所述压缩机的上游的阈值压力。
全文摘要
用于排气再循环控制的方法和系统。提供了一种响应进气氧传感器的输出来调节EGR阀和一个或多个进气节气门以在维持发动机扭矩的同时提供期望量的EGR流的方法和系统。调节协调进行以改善EGR阀和进气节气门的分布控制，并且即使在一个致动器受到限制时也能够使能EGR流。
文档编号F02D21/08GK102374045SQ20111021197
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月27日 优先权日2010年8月10日
发明者A·Y·卡尼可, D·J·斯黛奥兹, J·H·布克兰德, M·J·杰克维斯 申请人:福特环球技术公司