操作低压排气再循环路线中的低压排气再循环阀的方法与流程

本发明涉及在内燃发动机的低压排气再循环(EGR)路线中操作低压EGR阀的方法。

背景技术：

已知内燃发动机且特别是柴油发动机配备有排气后处理系统。后处理系统处理离开燃烧室且被引导进入到排气管的排气，所述排气管具有一个或多个排气后处理装置，其配置为过滤和/或改变排气的成分。例如，排气后处理装置可以包括氧化催化器(DOC)、柴油颗粒过滤器(DPF)、贫NO_x捕获器(LNT)、选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction：SCR)系统、SCRF(过滤器上的SCR)或其组合。

排气再循环(EGR)也是已知的NO_x排放控制技术，其适用于各种柴油发动机。EGR系统的构造取决于当前的法律要求，其以所要求的EGR率对发动机运行区域和EGR系统成本以及封装限制条件表示。先进的系统包括高压EGR管道和低压EGR管道，所述高压EGR管道将排气歧管与进气歧管流体连接，所述低压EGR管道将DPF下游的排气管线流体连接到进气歧管上游的进气管线。

高压EGR管道限定用于排气再循环的短的路线，而低压EGR管道限定长的路线，所述长的路线还包括排气管线的相关部分和进气管线的相关部分。以此方式，长路线EGR(LRE)对于返回到进气歧管排气(其具有比通过短路线EGR(SRE)返回的排气更低的温度)来说是有效的。在过滤器下游的排气温度高时使用低压EGR目前会受到限制，例如在DPF/SCRF再生和脱硫过程期间或之后不久。

如本领域已知的，LNT脱硫过程(也称为DeSO_x再生事件)通过在高温度执行的几个富燃烧阶段执行，其中LNT中的气体温度可以为约650℃。每一个富燃烧阶段跟着一个贫燃烧阶段，由此这种贫-富-贫-富的方法也称为摆动式方法。在这些情况下，排气温度可能到达大于400℃的值，且这些排气流的再循环会对EGR阀造成严重的问题。因为其结构限制是180℃为最大温度，且这取决于技术选择。

技术实现要素：

本发明对再生模式中低压EGR路线的使用提供了更多灵活性，同时能在再生模式下还原NO_x排放物。本发明还允许对温度的更好控制，以便保证低压EGR阀的安全。

本发明的实施例提供一种操作内燃发动机的低压EGR路线中的低压EGR阀的方法，内燃发动机配备有后处理系统，后处理系统包括在过滤器上的选择性催化还原器(Selective Catalytic Reduction on Filter:SCRF)上游的尿素喷射器。执行SCRF的再生过程。SCRF再生过程期间，监测用于打开低压EGR路线的低压EGR阀的启用条件。在表明尿素喷射未被执行的启用条件被满足时，打开低压EGR阀。

该实施例的效果是允许在再生模式下使用低压EGR路线，同时在再生模式下还原NO_x排放物，且改善温度控制，以便保证低压EGR阀的安全。该实施例允许减小校准工作，以满足排放需求。与连续使用低压EGR路线相比，该实施例还允许在DPF被损坏或HC/NH₃从SCRF滑脱的情况下让EGR路线有更高的安全性。

根据本发明的另一实施例，基于发动机速度和发动机负载监测启用条件，且如果发动机速度和发动机负载大于其相应临界值则满足启用条件。该实施例的效果是，因为在低发动机速度和低发动机负载下，低压EGR阀使用的总体优点降低，以能识别操作EGR阀的适当情况。

根据本发明的另一实施例，如果启用条件满足，则低压EGR阀间断地打开和关闭。该实施例的效果是避免与低压EGR阀的连续使用有关的风险。

根据本发明的进一步实施例，低压EGR阀的操作包括打开阀并经过恒定时间段。该实施例的效果是提供了间断地操作低压EGR阀的简单且有效的技术，还允许提供阀温度的改善控制。

根据本发明的另一实施例，低压EGR阀的操作包括以恒定的开口百分比打开阀。该实施例的效果是提供了间断操作低压EGR阀的简单且有效的技术。

根据本发明的另一实施例，操作低压EGR阀包括打开阀并经过根据SCRF入口温度而变化的时间段。该实施例的效果是提供了间断地操作低压EGR阀的灵活且有效的技术，还允许提供阀温度的改善控制。

根据本发明的另一实施例，通过SCRF入口温度和低压EGR阀的预定最大温度之间比例的预定函数来确定低压EGR阀的开口的可变时间段。该实施例的效果是提供了在其结构限制下操作阀的方法。

根据本发明的另一实施例，如果SCRF入口温度和低压EGR阀的预定最大温度之间的比例与预定函数的差异小于预定量，则低压EGR阀的可变开口时间段终止。该实施例的效果是提供了不超过最大阀温度的保证。

本发明的另一方面提供一种设备，用于操作内燃发动机的低压EGR路线中的低压EGR阀，发动机配备有后处理系统，后处理系统包括在过滤器上的选择性催化还原器(SCRF)上游的尿素喷射器，设备包括电子控制单元，所述电子控制单元配置为监测在SCRF的再生过程期间打开低压EGR路线的低压EGR阀的启用条件，且如果启用条件满足则打开低压EGR阀，在尿素喷射未被执行时可以满足启用条件。该方面的效果是允许在再生模式下使用低压EGR路线，同时在再生模式下还原NO_x排放物，且改善温度控制，以便保证低压EGR阀的安全。而且，该方面允许减少校准工作，以满足排放需求，且与连续使用低压EGR路线相比，该方面允许在DPF被损坏或HC/NH₃从SCRF滑脱的情况下让EGR路线有更高的安全性。

根据本发明的另一方面，设备包括低压EGR阀温度传感器。该方面的效果是提供实时地测量低压EGR阀的温度的方式。

根据本发明的另一方面，电子控制单元配置为监测作为发动机速度和发动机负载的函数的任务情况。在发动机速度和发动机负载大于其相应临界值时满足启用条件。该方面的效果是，因为在低发动机速度和低发动机负载下低压EGR阀使用的总体优点降低，以能识别操作EGR阀的适当情况。

根据本发明的另一方面，设备配置为，如果满足启用条件则间断打开和关闭低压阀。该方面的效果是避免与连续使用低压EGR阀有关的风险。

根据本发明的进一步方面，设备配置为打开阀并经过恒定时间段。该方面的效果是提供了间断操作低压EGR阀的简单且有效的技术。

根据本发明的另一方面，设备配置为以恒定开口百分比打开阀。该方面的效果是提供了间断操作低压EGR阀的简单且有效的技术。

根据本发明的另一方面，设备配置为打开阀并经过根据SCRF入口温度变化的时间段。该方面的效果是提供了间断地操作低压EGR阀的灵活且有效的技术，还允许提供阀温度的改善控制。

根据本发明的另一方面，设备配置为通过SCRF入口温度和低压EGR阀的预定最大温度之间比例的预定函数来确定低压EGR阀的开口的可变时间段。该方面的效果是提供了在其结构限制下操作阀的方法。

根据本发明的另一方面，设备配置为，如果SCRF入口温度和低压EGR阀的预定最大温度之间的比例与预定函数的差异小于预定量，则低压EGR阀的可变开口时间段终止。该方面的效果是提供了不超过最大阀温度的保证。

根据以上方面中的一个方面的方法可在计算机程序的帮助下执行，计算机程序包括用于执行如上所述方法的程序代码，且是包括计算机程序的计算机程序产品的形式。计算机程序产品可实施为用于内燃发动机的控制设备，包括电子控制单元(ECU)，与ECU相关的数据载体，和存储在数据载体中的计算机程序，使得控制设备限定以与本方法相同的方式描述的实施例。在这种情况下，在控制设备执行计算机程序时，如上所述的所有方法步骤被执行。

附图说明

参考之后的附图在下文描述本发明，其中相同附图标记表示相同元件。

图1显示了汽车系统；

图2是属于图1的汽车系统的内燃发动机的横截面；

图3显示了图1的汽车系统的一些细节；

图4是操作低压EGR路线的低压EGR阀的方法的第一实施例的图；

图5是操作低压EGR路线的低压EGR阀的方法的第二实施例的图；且

图6是代表本发明的实施例的流程图。

具体实施方式

以下详细描述仅是示例性的且目的不是限制本发明或本发明的应用和使用。进而，目的是不受如前所述的本发明背景或之后的详细描述中给出的任何理论的限制。

一些实施例可以包括汽车系统100，如图1和2所示，其包括内燃发动机(ICE)110，所述内燃发动机具有发动机缸体120，所述缸体限定至少一个汽缸125，所述至少一个汽缸具有联接为让曲轴145旋转的活塞140。汽缸盖130与活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)设置在燃烧室150中且被点燃，形成的热膨胀排气造成活塞140的往复运动。通过至少一个燃料喷射器160提供燃料，且通过至少一个进入端口210提供空气。从与高压燃料泵180流体连通的燃料分配管170以高压向燃料喷射器160提供燃料，所述高压燃料泵增加从燃料源190接收的燃料的压力。汽缸125每一个具有至少两个阀215，所述阀通过凸轮轴135促动，所述凸轮轴与曲轴145适时地(in time)旋转。阀215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150且交替地允许排气通过端口220离开。在一些例子中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。

空气可以通过进气歧管200分配到空气进气口(一个或多个)210。空气进气管道205可以从周围环境将空气提供到进气歧管200。在其他实施例中，可以提供节流阀本体330，以调节进气歧管200中的空气流。在其他实施例中，可以提供例如涡轮增压器230(具有压缩机240，其旋转地联接到涡轮机250)这样的强制空气系统。压缩机240的旋转增加管道205和歧管200中空气的压力和温度。设置在管道205中的内部冷却器260可以降低空气的温度。通过从排气歧管225接收排气，涡轮机250旋转，所述排气歧管从排气口220引导排气且在通过涡轮机250膨胀之前经过一系列叶片。排气离开涡轮机250且被引导到后处理系统270中。该例子显示了可变几何涡轮机(VGT)，其具有VGT促动器290，VGT促动器290布置为让叶片运动，以改变经过涡轮机250的排气的流动。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何结构的和/或包括废气门。

后处理系统270可以包括排气管275，所述排气管具有一个或多个排气后处理装置280。排气后处理装置可以是配置为改变排气成分的任何装置。排气后处理装置280的一些例子包括但不限于催化转换器(两向和三向(two and three way))、氧化催化器、贫NOx捕获器、碳氢化合物吸收器、选择性催化还原(SCR)系统和颗粒过滤器，例如过滤器上的选择性催化还原器(SCRF)500。SCRF 500可以与SCRF 500上游的温度传感器和SCRF 560下游的温度传感器相关。

其他实施例可以包括联接在排气歧管225和进气歧管200之间的高压排气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可以包括EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气流动。其他实施例还可以包括低压排气再循环(EGR)系统600，在下文参考图3详细描述。

汽车系统100可以进一步包括电子控制单元(ECU)450，其与相关于ICE110的一个或多个传感器450和/或装置通信。ECU 450可以从各种传感器接收输入信号，所述传感器配置为产生与相关于ICE 110的各种物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和油温液位传感器380、燃料分配管压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲柄位置传感器420、排气压力传感器430、EGR温度传感器440和加速踏板位置传感器445。进而，ECU 450可以产生到各种控制装置的输出信号，所述控制装置布置为控制ICE 110的运行，包括但不限于燃料喷射器160、节流阀本体330、EGR阀320、VGT促动器290、和凸轮相位器155。应注意，虚线用于表示ECU 450和各种传感器和装置之间的通信，但是为了清楚，其中的一些被省略。

现在转到ECU 450，该设备可以包括与存储系统，或数据载体460,和接口总线通信的数字中心处理单元(CPU)。CPU配置为执行在存储系统中存储为程序的指令，且向/从接口总线发送和接收信号。存储系统可以包括各种存储类型，包括光学存储、磁性存储、固态存储和其他非易失存储器。接口总线可以配置为向/从各种传感器和控制装置发送、接收和调整模拟和/或数字信号。程序可以实施为本文公开的方法，允许CPU执行这种方法的步骤且控制ICE 110。

存储在存储系统中的程序经由线缆或以无线方式从外部传递。在汽车系统100以外，其通常是计算机程序产品，其在本领域也被称为计算机可读介质或机器可读介质，且应理解为位于载体上的计算机程序代码，所述载体是瞬时或非瞬时的，结果是计算机程序产品也可被认为是瞬时或非瞬时的。

瞬时计算机程序产品的例子是信号，例如电磁信号，例如光学信号，其是用于计算机程序代码的瞬时载体。对这种计算机程序代码的携带可通过用常规调制技术调制信号来实现，例如用于数字数据的QPSK，使得代表所述计算机程序代码的二进制数据加载到瞬时电磁信号上。这种信号例如在经由Wi-Fi以无线方式将计算机程序代码传递到笔记本电脑时使用。

在非瞬时计算机程序产品的情况下，计算机程序代码实施在实体存储介质中。存储介质是上述的非瞬时载体，使得计算机程序代码以可获取的方式永久地或非永久地存储在存储介质中。存储介质可具有计算机技术领域已知的常规类型，例如闪速存储器，Asic，CD等。

代替ECU 450，汽车系统100可以具有不同类型的处理器，以提供电子逻辑，例如嵌入式控制器、车载计算机、或可布置在车辆上的任何处理模块。

图3代表图1-2的汽车系统100的一部分，其中在排气管275中设置过滤器上的选择性催化还原器(SCRF)500，所述SCRF 500置于贫NOx捕获器(LNT)285下游。还设置SCRF 550上游的温度传感器和SCRF 560下游的温度传感器。SCRF 500与尿素喷射器510相关，所述尿素喷射器位于排气管275中且在SCRF 500上游，用于在排气流中喷射柴油机排放流体(DEF)，在该情况下是尿素(CH₄N₂O)。由于在排气管275中发生热分解反应，所以尿素被转换成为气体还原剂,通常是氨(NH₃)，其在SCRF 500的SCR部分中被吸收，以便促进NOx还原反应。尿素被包含在尿素箱中且通过尿素管达到尿素喷射器510(出于简单的目的，尿素箱和管未被示出)。根据发动机运行条件或其他参数通过ECU 450命令尿素的喷射。

在图3中，还示出了排气再循环(EGR)系统。EGR系统包括用于将排气歧管225与进气歧管200直接流体连接的高压EGR管道305、用于冷却排气的高压EGR冷却器310、和用于确定通过高压EGR管道305的排气流量的高压电控制阀320。高压EGR管道305限定用于排气再循环冷却器的短的路线，使得通过高压EGR管道305返回的排气十分热。EGR系统进一步包括低压EGR管道605和低压EGR冷却器，所述低压EGR管道将在SCRF 500下游的排气管线275的分支点640与涡轮增压器230的压缩机240上游的进气管线205的引导点650流体连接，且低压EGR冷却器位于低压EGR管道605中，低压EGR冷却器包括用于排气的部分620和用于冷却剂的部分630。

通过电控制低压EGR阀610确定通过低压EGR管道605的排气流量，其中阀610位于低压EGR冷却器的下游的低压EGR管道605中。低压EGR阀温度传感器660可以设置为靠近低压EGR阀610，以测量其温度。低压EGR管道605限定用于排气再循环的长的路线，其还包括位于排气歧管225和分支点640之间的排气管线275的部分和在引导点650到进气歧管200之间的进气管线205的部分。

沿长的路线流动时，排气被迫经过涡轮增压器230的涡轮机250、LNT285、SCRF 500、低压EGR冷却器、涡轮增压器230的压缩机240，使得其变得比流过高压EGR管道305的排气冷得多，以由此以更低的温度达到进气歧管。如上所述，通过操作低压EGR阀610而控制通过低压EGR管道605的排气流。

根据本发明的实施例，该方法在SCRF再生期间启动。在SCRF再生期间，获得SCRF入口T_SCRFin和SCRF出口T_SCRFout的温度值，例如通过相应传感器的测量，即使用在SCRF 550上游的温度传感器和在SCRF 560下游的温度传感器。在SCRF再生期间还监测用于操作低压EGR路线600的低压EGR阀610的启用条件，且如果这种启用条件满足，则打开低压EGR阀610。操作低压EGR阀610的优选方式是间断地对其操作。

在SCRF再生期间监测打开低压阀601的启用条件可以包括监测SCRF500上游尿素的喷射，或以发动机速度的E_speed和发动机负载E_load项表达的任务情况(mission profile)、或以上标准的组合。根据本发明的实施例，如果不执行尿素喷射，则启用条件满足。根据本发明的实施例，监测启用条件的步骤包括监测发动机速度E_speed和发动机负载E_load，如果发动机速度E_speed和发动机负载E_load大于其相应临界值E_speedTH、E_loadTH，则满足启用条件。根据如下所述的几个替换策略，一旦满足操作低压EGR阀610的启用条件，则阀610间断地打开。

参考图4描述第一策略，图4是代表操作低压EGR阀610的方法的第一实施例的图。在这种情况下，低压EGR阀610的操作包括打开阀610并经过恒定时间段。而且，操作低压EGR阀610包括以恒定的开口百分比(percentage of aperture)打开阀610。低压EGR阀610的两个连续开口之间的时间间隔也可以是恒定的且通过实验活动而校准。作为例子，一些汽车系统可以要求20s的恒定时间的开口和阀610的30％的恒定开口百分比。其他汽车系统可以要求其不同的值。选择阀开口的最佳百分比值的标准是监测阀610的温度，且同时监测随阀开口百分比而增加的发动机排放。

参考图5描述第二策略。该第二策略包括打开阀610并经过一时间段，所述时间段可根据SCRF入口温度T_SCRFin变化。为了实施该第二策略，以SCRF入口温度T_SCRFin和低压EGR阀610的预定最大温度T_ValveMax之间的比例来限定临界函数(通过图5的曲线B表示)。随后SCRF入口温度和低压EGR阀610的预定最大温度之间的实际比例被监测(图5的曲线A)且与临界函数(图5的曲线B)比较，且阀610保持打开。如果SCRF入口温度T_SCRFin和低压EGR阀610的预定最大温度T_ValveMax之间的比例与预定函数相差小于预定量ΔT，则低压EGR阀610的可变开口时间段终止。预定量ΔT还可设定为零。也是在该情况下，低压EGR阀610的操作可以包括以恒定开口百分比来打开阀610。

在所有的所述实施例中，阀610的开口百分比的值可通过实验活动来校准。

图6是代表本发明的实施例的流程图。

方法可以检查以验证SCRF的再生是否被启动(图块700)。在替换例中，方法可执行为检查LNT 285的DeSO_x再生是否启动。如果对检查的回答为否(图块710)，则方法循环且随后执行检查(图块700)。

如果对检查的回答为是(图块710)，则监测启用条件(图块720)，这在图4和5中是被称为得知阶段的步骤。如果启用条件未被验证(图块730)，则再生以标准方式继续(图块740)。相反，如果启用条件被验证(图块730)，则操作低压EGR阀610(图块750)。可根据参照图4描述的恒定开口时间策略来操作低压EGR阀610(图块760)或，替换地，根据基于参照图5所述的策略的温度来操作低压EGR阀610(图块770)。

尽管至少一个示例性实施例已经在前述发明内容和具体实施方式中进行了描述，但是应理解存在许多变化例。还应理解，一个或多个示例性实施例仅是例子，且目的不是以任何方式限制范围、适用性或构造。相反，前面的详细描述和详细描述为本领域技术人员提供了实施至少一个示例性实施例的便捷方式，应理解，以对示例性实施例中所述的元件的功能和布置做出各种改变，而不脱离权利要求及其等效方式限定的范围。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月23日提交英国专利申请No.1511034.9的优先权，其全部内容过引用合并于此。