专利名称：用于虚拟露点传感器的系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种用于虚拟露点传感器系统的系统，尤其涉及一种用于虚拟露点传感器的方法和装置。
背景技术：
涡轮增压式和/或增压式(supercharged)发动机系统通常在发动机的一个或多个燃烧室的上游包括压缩机和空气冷却器。通常，燃烧空气包括环境空气和再循环废气的混合物，以试图减少在燃烧期间产生的不希望的排放物。再循环废气常常包含很大量的水蒸气，并且在较冷的环境中，燃烧空气的温度可能降低到燃烧空气的露点以下，导致在发动机系统的一个或多个位置例如在部件和/或管道内发生冷凝。冷凝(液)可与再循环废气内的酸性物质例如含硫或含氮物质结合形成水溶酸，该水溶酸对发动机部件尤其是金属表面的腐蚀性通常大于气态酸。另外，冷凝可形成悬浮在燃烧空气内的水滴，这些水滴可能冲击发动机部件的一个或多个表面。因而，发动机系统内存在冷凝会减小发动机系统部件的循环寿命，导致发动机系统部件过早发生故障，和/或不受欢迎地影响发动机系统的性能。
授予Ramamurthy等人的美国专利No.6725848(“’848专利”)公开了一种基于湿度控制废气再循环系统的方法。该’848专利的方法包括感测进口歧管内的燃烧空气的湿度、在燃烧空气混合器下游以及进口歧管上游的燃烧空气的湿度，或环境空气的湿度。使感测到的在进口歧管上游的燃烧空气的湿度或环境空气的湿度与发动机转速、发动机载荷、环境温度、进口歧管压力、空气/燃料比率、以及再循环废气的流量相关联，以确定歧管内的燃烧空气的露点。’848专利的方法包括如果感测到的进口歧管内的湿度接近100％或者如果感测到的进口歧管内的燃烧空气的温度低于燃烧空气的露点，则停止再循环废气。
尽管’848专利的方法可根据感测到的湿度确定进口歧管内是否可能发生冷凝，并可据此控制再循环废气，但是它要求感测与废气再循环系统相关联的湿度。另外，与’848专利的方法相关联的装置需要暴露在燃烧空气中的湿度传感器，这可能会降低进口歧管或废气再循环系统的其它部件的整体性。此外，’848专利的方法仅确定在进口歧管内发生冷凝的可能性，这不足以监控其它发动机系统部件的冷凝。
本公开旨在克服上述的一个或多个缺陷。
发明内容
在一个方面中，本公开涉及一种用于操作关于发动机系统的虚拟露点传感器的方法。该方法包括根据与环境空气相关联的至少一个相对湿度来确定表征与环境空气相关联的湿度的第一湿度比。该方法还包括根据至少一个发动机参数确定表征与废气相关联的湿度的第二湿度比。该方法还包括根据第一和第二湿度比确定表征被引向发动机的进口歧管的燃烧空气的第三湿度比。该方法还包括根据该第三湿度比和表征燃烧空气的压力确定表征该燃烧空气的至少一个露点。
在另一方面中，本公开涉及一种用于具有废气再循环的发动机系统的虚拟露点传感器。该虚拟露点传感器包括分别设置成用于生成表征被引向混合器的废气的温度、压力和质量流量的信号的第一、第二和第三传感器。该虚拟露点传感器还包括分别设置成用于生成表征被引向混合器的环境空气的温度和压力的信号的第四和第五传感器。该虚拟露点传感器还包括设置成用于生成表征至少一个发动机参数的至少一个信号的至少一个第六传感器。该虚拟露点传感器还包括分别设置成用于生成表征被引向进口歧管的燃烧空气的温度和压力的信号的第七和第八传感器，以及控制器。该控制器设置成用于接收分别表征该第一、第二、第三、第四、第五、至少一个第六、第七和第八传感器信号的第一、第二、第三、第四、第五、至少一个第六、第七和第八输入。该控制器还设置成用于根据该第一、第二、第三、第四、第五、至少一个第六和第七信号确定表征燃烧空气的湿度比的第一湿度比，并根据该第一湿度比和该第四或第八信号中的至少一个确定该燃烧空气的至少一个露点。
在又一方面中，本公开涉及一种用于控制与发动机有关的废气再循环的方法。该方法包括确定表征被引向进口歧管的进气的温度的第一温度是否小于或等于第一露点。该第一温度表征与进口歧管有关的第一位置处的温度。该方法还包括确定表征被引向进口歧管的进气的温度的第二温度是否小于或等于第二露点。该第二温度表征与进口歧管有关的第二位置处的温度，并且该第二位置与该第一位置不同。该方法还包括在该第一或第二温度分别小于或等于该第一和第二露点时减少从发动机的下游朝混合器再循环的废气的量。
图1是包括根据本公开的虚拟露点传感器的示例性发动机系统的示意图；图2是设定成由图1的控制器执行的示例性控制算法的示意图；图3是包括根据本公开的虚拟露点传感器的另一个示例性发动机系统的示意图；以及图4是设定成由图3的控制器执行的另一个示例性控制算法的示意图。
具体实施例方式
图1示出示例性的第一发动机系统10。第一发动机系统10可包括具有燃烧室14和进口歧管16的发动机12。发动机12可设置成用于经由燃烧过程-例如两冲程或四冲程循环的活塞-气缸燃烧设置-将潜在的化学能例如燃料转化成机械能例如力矩。废气可从燃烧室14被引导到环境20以便释放到环境中。废气的一部分可经由阀18被选择性地引导到混合器24。阀18可包括设置成用于将在燃烧室14内产生的废气的一部分引向混合器24的螺线管致动的可变输出阀。第一发动机系统10还可包括设置成用于过滤从环境22接收到的空气并将经过滤的空气引向混合器24的空气过滤器26。环境20和22可以是相同或不同的环境，并且可例如包括在任何环境条件下的环境空气。经由阀18引导的再循环废气以及引自过滤器26的经过滤的空气可在混合器24内结合，以形成被引向燃烧室14的燃烧空气。燃烧空气可经由压缩机28压缩，被引导通过空气冷却器30以降低温度，被引导到进口歧管16并随后被传送到燃烧室14。燃烧空气可包括用以被引向燃烧室14的任何类型的流体，例如具有过滤的环境空气、未过滤的环境空气或浓缩空气的任何数量或比例的废气，并且可相对于混合器24和燃烧室14之间的任何位置均匀或不均匀地组合。
可以设想，上述第一发动机系统10的每个部件可体现为和/或包括本领域中已知的任何传统类型的部件，例如内燃机如汽油机或柴油机，包括纤维织物微粒过滤器的空气过滤器，气体混合装置例如管接头，热交换器例如空气或液体冷却的热交换器，和/或涡轮增压式或增压式压缩机系统。因此，没有更详细地说明这些部件。还可以设想，第一发动机系统10可包括本领域中已知的任何数量的附加部件，例如一个或多个风扇(未示出)、废气冷却器(未示出)、废气微粒过滤器(未示出)、消声器(未示出)和/或催化转化器(未示出)。
第一发动机系统10还可包括控制器32，该控制器设置成用于虚拟地感测第一发动机系统10内的露点，并且还设置成用于控制阀18以便选择性地影响朝混合室24转移的废气的量。控制器32可包括一个或多个微处理器、存储器、数据存储装置、通信集线器和/或本领域内已知的其它部件。可以设想，控制器32可集成在总控制系统内，总控制系统能够控制第一发动机系统10的附加功能例如发动机12的选择性控制，和/或与第一发动机系统10操作性地相关联的附加系统例如传动系统的选择性控制。控制器32可设置成用于从多个传感器34、36、38、40、42、44、46、48、50接收输入信号，执行一个或多个算法以确定合适的输出信号，并且可将输出信号发送给阀18。可以设想，控制器32可如本领域内已知的那样经由一个或多个通信线路(未被标号)接收和发送信号。
传感器34、36、38、40、42、44、46、48、50可包括设置成用于生成表征物理参数的信号的任何常规的传感器。具体地说，传感器34可包括温度传感器，传感器36可包括压力传感器，传感器38可包括质量流量传感器，它们分别设置成用于产生表征由阀18朝混合器24转移的废气的温度、压力和质量流量的信号。传感器40可包括温度传感器，传感器42可包括压力传感器，它们分别设置成用于产生被引导通过空气过滤器26的环境空气的温度和压力的信号。传感器44可包括温度传感器，传感器46可包括压力传感器，它们分别设置成用于产生表征被引向进口歧管16的燃烧空气的温度和压力的信号。传感器48可包括一个或多个传感器，该传感器设置成用于产生表征各种发动机参数例如发动机转速、燃料消耗率、冷却剂温度和/或本领域内已知的任何其它参数的一个或多个信号。传感器50可包括设置成用于产生表征第一发动机系统10的各种参数的一个或多个信号的一个或多个传感器，该参数例如为被引向空气冷却器30的燃烧空气的质量流量，温度例如压缩机出口温度或环境空气温度，压力例如环境空气压力，和/或根据需要的第一发动机系统10的任何其它参数。可以设想，如果第一发动机系统10包括废气冷却器，则传感器34、36可设置在其下游。
图2示出示例性的第一控制算法100。第一控制算法100可由控制器32执行以便虚拟地感测第一和第二露点，从而感测第一发动机系统10内发生冷凝的可能性。第一控制算法100可根据虚拟地感测的第一和第二露点确定第一和第二输出148、154，以便影响阀18的控制和/或操作，并从而影响朝进口歧管16再循环的废气的量。第一控制算法100可包括接收多个输入例如由一个或多个传感器生成的信号，并执行多个函数关系例如算法、方程、子程序、查阅表(look-up map)、表格和/或比较以影响阀18的操作。可以设想，第一控制算法100可设置成用于根据设置在一废气冷却器下游的传感器34、36确定第一和第二输出148、154。
具体地说，第一控制算法100可设置成用于根据环境空气的相对湿度和废气的相对湿度来确定从混合器24朝进口歧管16被引导的燃烧空气的湿度比。第一控制算法100可包括用函数使一个或多个所感测的参数例如温度、压力和/或一个或多个发动机参数相关联，以确定被朝向混合器24引导的环境空气的相对湿度和废气的相对湿度。
参照图2，输入102、104可包括设置成用于分别表征在空气过滤器26下游的环境空气的温度和压力的信号，例如来自传感器40、42的信号。输入106可包括设置成用于表征环境22内的环境空气的相对湿度的信号。可以设想，输入106可包括被预先确定和/或被估测以表征环境空气的实际相对湿度的值。例如，输入106可确立为常量值，例如100％、90％或80％，而不是经由传感器生成，以便提供保守的和/或不变的环境空气湿度，以用于随后在第一控制算法100的一个或多个函数关系中进行处理。输入108可包括表征被朝向混合器24引导的废气的质量流量的信号，例如传感器36。输入110可包括表征一个或多个发动机参数和/或发动机系统参数的一个或多个信号，例如来自传感器38和/或40的信号。
函数关系112可设置成用于根据过滤空气的温度例如输入102来确定环境22内的环境空气-例如被朝向空气过滤器26引导并通过该空气过滤器的环境空气-的温度。具体地说，函数关系112可用函数描述空气过滤器26对环境空气的影响例如加热。例如，函数关系112可使输入102乘以一预定系数，该预定系数表征空气过滤器26对被引导通过其中的环境空气的温度的影响。类似地，函数关系114可设置成用于根据过滤空气的压力例如输入104来确定环境22内的环境空气的压力。具体地说，函数关系114可用函数描述空气过滤器26对环境空气的影响例如压降。例如，函数关系114可使输入104乘以一预定系数，该预定系数表征空气过滤器26对被引导通过其中的环境空气的压力的影响。
函数关系116可设置成用于确定从环境22通过空气过滤器26朝向混合器24被引导的环境空气的湿度比。函数关系116可经由一个或多个关系查阅表或多维映射用函数使在函数关系112、114内确定的和来自输入106的环境空气的温度、压力和相对湿度与预定湿度比相关联。例如，函数关系116可包括使空气的温度、压力和湿度关联的化学计量映射(stoichiometric map)。
函数关系118、120、122可设置成用于分别确定被传送到燃烧室14的燃料的质量流量、在燃烧室14内产生的废气的水与燃料的比，以及被朝向空气过滤器26引导的环境空气的质量流量。具体地说，函数关系118、120、122可在一个或多个函数关系例如查阅表和/或多维映射内用函数使一个或多个发动机12或第一发动机系统10的参数例如输入108相互关联和/或与预定的变量或常量相关联。例如，函数关系118可用函数使阀定时、节流和/或其它参数相关联，函数关系120可用函数使燃料类型、燃烧过程数据和/或其它参数相关联，函数关系122可用函数使发动机转速、排量、环境空气温度和压力、燃烧空气温度、和/或其它参数相关联。
函数关系124可设置成用于确定从燃烧室14朝向混合器24被引导的废气的湿度比。例如，函数关系124可在一个或多个函数关系例如方程内用函数使燃料的质量流量、水与燃料的比率、环境空气的质量流量以及环境空气的湿度比相关联。可以设想，函数关系124可包括数学关系例如Hexh＝Hamb+(Rwtf×Mfuel×k1)/Mamb；其中Hexh代表废气的湿度比，Hamb代表环境空气的湿度比，Rwtf代表水与燃料的比率，Mfuel代表燃料的质量流量，k1代表常数，Mamb代表环境空气的质量流量。可以设想，函数关系124可包括任何数学关系例如线性或指数关系，并且常数k1可以是任何合适的常数例如通过经验确定的参数。
函数关系126可设置成用于根据朝向混合器24被引导的废气的质量流量例如输入108以及一个或多个发动机12和/或第一发动机系统10的参数例如输入110来确定燃烧空气-例如从混合器24朝向燃烧室14被引导的燃烧空气-的质量流量。具体地说，函数关系126可用函数使环境空气的质量流量、废气的质量流量以及混合器24对各流量的一种或多种影响相结合，以确定在混合器下游被引导的燃烧空气的质量流量。可以设想，函数关系126可包括一个或多个函数关系式例如查阅表和/或多维映射。
函数关系128可设置成用于确定从混合器24朝进口歧管16被引导的燃烧空气的湿度比。具体地说，函数关系128可在一个或多个函数关系式例如方程内用函数使环境空气的湿度比、废气的湿度比、环境空气的质量流量、以及废气的质量流量相关联。可以设想，函数关系128可包括数学关系式例如Hcom＝(Hexh×Mexh+Hamb×Mamb)/Mcom；其中Hcom代表燃烧空气的湿度比，Hexh代表废气的湿度比，Mexh代表废气的质量流量，Hamb代表环境空气的湿度比，Mamb代表环境空气的质量流量，Mcom代表燃烧空气的质量流量。还可以设想，函数关系126可包括任何数学关系例如线性或指数关系，并且可包括一个或多个常数。
第一控制算法100还可设置成用于根据所确定的燃烧空气的湿度比以及一个或多个压力来确定燃烧空气的第一和第二露点。第一控制算法100还可设置成用于通过函数使第一和第二露点与一个或多个温度相关联，并判定第一和第二露点是否小于或等于该温度。
还参照图2，输入130可设置成用于表征朝混合器24被引导的废气的压力，例如来自传感器38的信号。函数关系132可设置成用于根据废气压力确定从混合器24被引导的燃烧空气的压力。具体地说，函数关系132可用函数描述可能影响废气压力的作用，例如混合器24的压降和/或与环境空气的压力平衡，以确定燃烧空气的压力。例如，函数关系132可确定在混合器下游和压缩机上游的燃烧空气的压力。函数关系134可设置成用于确定相对于从函数关系132确定的燃烧空气压力的燃烧空气的第一露点。具体地说，函数关系134可根据燃烧空气的湿度比、燃烧空气的压力、以及一个或多个查阅表和/或多维映射-例如使燃烧空气的温度、压力和湿度相关联的化学计量映射-来确定第一露点，例如在混合器24下游和压缩机28上游的燃烧空气的露点。
输入136可设置成用于表征朝燃烧室14被引导的燃烧空气的压力，例如来自传感器46的信号。与函数关系134类似，函数关系138可设置成用于确定相对于由输入136确立的燃烧空气压力的燃烧空气的第二露点。例如，函数关系138可根据燃烧空气湿度比、燃烧空气压力、以及一个或多个查阅表和/或多维映射-例如使燃烧空气的温度、压力和湿度相关联的化学计量映射-来确定第二露点，例如在燃烧室14上游的燃烧空气露点。可以设想，函数关系138可根据表征燃烧室14内的燃烧空气压力的输入136来确定表征燃烧室14内的燃烧空气露点的第二露点，和/或控制算法100可包括附加的函数关系(未示出)，该函数关系设置成用于根据朝进口歧管16被引导的燃烧空气的压力来确定燃烧室14内的燃烧空气的压力。
输入140、142可设置成用于分别表征朝混合器24被引导的废气和环境空气的温度，例如分别来自传感器34、40的信号。函数关系144可设置成用于通过函数使废气温度和环境空气温度相关联，以确定表征在混合器24下游的燃烧空气的第一温度，例如对应于在函数关系132内确定的燃烧空气压力的燃烧空气的温度。类似地，输入150可设置成用于表征第二温度，该第二温度表征在空气冷却器30下游和歧管16上游的燃烧空气的温度，例如对应于从输入136确定的燃烧空气压力的燃烧空气的温度。可以设想，可选择地，表征在混合器24下游的燃烧空气的温度可类似于输入150通过适当设置的温度传感器(未示出)确定。
函数关系146、152可以均设置成用于比较第一和第二露点中相应的一个以据此生成第一和第二输出148、154。具体地说，函数关系146可将在函数关系134内确定的第一露点与在函数关系144内确定的第一燃烧空气温度相比较，以判定第一露点是否大于该第一燃烧空气温度。类似地，函数关系152可将在函数关系138内确定的第二露点与从输入150确定的第二燃烧空气温度相比较，以确定第二露点是否大于该第二燃烧空气温度。例如，如果第一进口歧管温度低于或等于第一露点，则输出148可设置成用于经由控制器32通过例如使阀18关闭来限制或中断废气再循环。此外，如果第一进口歧管温度高于第一露点，则第一输出148可设置成不经由控制器132限制或中断废气再循环。第二输出154可类似于第一输出148被确定。可以设想，第一和第二输出148、154可设置成作为旗标标准，因而可设置成用于仅在燃烧空气温度小于或等于确定的露点时限制或中断废气再循环。还可设想，函数关系146、152可包括或不包括误差因素的容限，例如百分比或固定值的增加以解决数学舍入误差和/或本领域内已知的其它的计算不准确情况。因而，控制器32，传感器34、36、38、40、42、44、46、48、50以及尤其是第一控制逻辑100可虚拟地感测关于第一发动机系统10和/或其部件的露点，并影响第一发动机系统10的控制以便在该系统中可能发生冷凝时限制或中断废气的再循环。还可以设想，如果函数关系138设置成用于确定燃烧室14内的燃烧空气的露点，则输入150可表征燃烧室14内的燃烧空气的温度，并且函数关系152可设置成用于比较第二燃烧空气温度和该第二露点，以判定该第二露点是否大于该第二燃烧空气温度。因而，可选择地，控制算法100可设置成用于根据一露点和燃烧室14内的燃烧空气的对应温度来确定第二输出154。
图3示出示例性的第二发动机系统10’。第二发动机系统10’基本与第一发动机系统10相同，因而下文仅说明它们的区别。
第二发动机系统10’可包括传感器34’、36’、50’，每个传感器均设置成用于生成表征物理参数的信号。具体地说，传感器34’可包括温度传感器，传感器36’可包括压力传感器，它们分别设置成用于产生表征通过阀18朝混合器24转移的废气的温度和压力的信号。传感器50’可包括一个或多个传感器，每个传感器设置成用于产生表征第二发动机系统10’的各种参数的一个或多个信号，该参数例如为传感器50感测的关于第一发动机系统10的参数中的任何一个、入口冷却剂的温度例如水冷式废气冷却器的入口水温度、发动机转速例如每分钟转数、发动机载荷、和/或根据需要的任何其它参数。可以设想，如果第二发动机系统10’包括废气冷却器，则传感器34’、36’可设置在其上游。还可设想，如果第二发动机系统10’包括废气冷却器，则传感器38可设置在或不设置在其下游。
图4示出示例性的第二控制算法200。第二控制算法200可由控制器32执行以便虚拟地感测第一和第二露点，从而感测第二发动机系统10’内发生冷凝的可能性。第二控制算法200可与第一控制算法100基本相同，因而下面仅说明两者的区别。第二控制算法200可根据虚拟感测的第一和第二露点确定第一和第二输出148’、154，以便影响阀18的控制和/或操作，从而影响朝进口歧管16再循环的废气的量。第二控制算法200可包括接收多个输入例如由一个或多个传感器生成的信号，执行多个函数关系例如算法、方程、子程序、查阅表、表格和/或比较，并且生成一个或多个输出以影响阀18的操作。可以设想，第二控制算法200可设置成用于根据设置在废气冷却器上游的传感器34’、36’确定第一和第二输出148’、154。
参照图4，输入202、204、206可设置成用于分别表征朝混合器24被引导的废气的温度例如来自传感器34’的信号，发动机转速例如发动机传动轴的每分钟转数，以及用于废气冷却器的冷却剂的温度例如水冷式废气冷却器的入口水温度。类似于第一控制算法100，函数关系144’可设置成用于通过函数使废气温度、发动机转速、冷却剂温度、以及环境空气温度相关联，以确定表征在混合器24下游的燃烧空气的第一温度，例如对应于在函数关系132内确定的燃烧空气压力的燃烧空气温度。可以设想，函数关系144’可设置成用于通过函数确定废气冷却器对废气温度的影响，并且这种影响可根据发动机参数而改变，例如冷却剂的温度可根据增加的发动机载荷而增加。还可以设想，冷却剂温度可以是来自其中一个传感器50’的信号，和/或可包括一种函数关系，该函数关系根据例如与发动机12相关联的冷却水的温度确定冷却剂温度。
函数关系146’可设置成用于比较第一露点以据此生成第一输出148’。与函数关系146类似，函数关系146’可将在函数关系134内确定的第一露点与在函数关系144’内确定的第一燃烧空气温度比较，以确定第一露点是否大于该第一燃烧空气温度。例如，如果第一燃烧空气温度低于或等于第一露点，则输出148’可设置成用于经由控制器32通过例如使阀18关闭来限制或中断废气再循环。另外，如果第一燃烧空气温度高于第一露点，则第一输出148’可设置成不经由控制器132限制或中断废气再循环。可以设想，第一输出148’可设置成作为旗标标准，因而可设置成用于仅在燃烧空气温度小于或等于确定的露点时限制或中断废气再循环。还可设想，函数关系146’可包括或不包括误差因素容限，例如百分比或固定值的增加以解决数学舍入误差和/或本领域内已知的其它的计算不准确情况。从而，控制器32，传感器34’、36’、38、40、42、44、46、48、50’以及尤其是第二控制逻辑200可虚拟地感测关于第二发动机系统10’和/或其部件的露点，并影响第二发动机系统10’的控制，以便在该系统中可能发生冷凝时限制或中断废气的再循环。
可以设想，第一和第二控制算法100、200的任何输入可体现为任何信号例如脉冲、电压电平、磁场、声波或光波和/或本领域内已知的其它信号格式。还可设想，第一和第二控制算法100、200的任何函数关系可包括任何查阅表、多维映射、方程、公式、子程序、算法、本领域中已知的任何其它函数关系、和/或上述的组合。
工业实用性所公开的虚拟露点传感器可用于预测与包括废气再循环的任何发动机系统有关的冷凝的形成。所公开的虚拟露点传感器可预测何时可能在压缩机的上游和燃烧空气冷却器的下游形成冷凝，并可以据此使控制器限制或中断再循环进入燃烧空气内的废气的量。下文将说明第一和第二发动机系统10、10’、尤其是第一和第二控制算法100、200的操作。
第一和第二发动机系统10、10’均可与汽车、船舶和/或发电机相关联并设置成用于向其提供动力。因此，第一和第二发动机系统10、10’可在变化的和不同的环境包括例如较冷气候-例如具有较低的环境空气温度的气候-中操作。应指出，如本领域内已知的，冷气候中的环境空气通常由于露点的影响而包括少量水蒸气，但是，作为燃烧过程的副产品产生的废气可包括大量水蒸气。还应指出，如果其中包括悬浮水蒸气的气体的温度降低到与该气体相关联的露点以下，则会发生冷凝。冷凝会形成悬浮在气体内的水滴，并且如果气体包含酸性物质-例如可能包含气态的硫酸和硝酸的废气-则酸性物质会与冷凝(液)结合以形成水溶酸性物质。
参照图1和3，朝向歧管16被引导的燃烧空气可包括大量水蒸气，并且根据例如被空气冷却器30影响的燃烧空气的温度、环境空气的温度和/或废气的温度，可形成冷凝。例如，希望减少燃烧空气内的水滴的形成以便减少水滴，这些水滴冲击并可能损坏一个或多个发动机部件，例如压缩机28的一个或多个叶片。因而，希望确定在压缩机28上游是否可能发生冷凝，如果是，则控制废气的再循环以减少冷凝的可能性。希望减少在燃烧空气内的水溶酸的形成，以便减少腐蚀性物质对一个或多个发动机部件例如进口歧管16和/或与燃烧室14相关联的一个或多个进气阀的腐蚀以及可能的损坏。
因此，控制器32可从一个或多个传感器例如传感器34、34’、36、36’、38、40、42、44、46、48、50、和/或50’接收多个输入，执行一个或多个算法例如第一控制算法100、第二控制算法200和/或附加算法，并向阀18输出控制信号。可以设想，附加算法可设置成用于根据发动机12、第一和第二发动机系统10、10’的一个或多个参数和/或预定的或需要的关系式来确定操作输出信号以控制阀18，例如影响阀18的打开和/或关闭的程度和/或定时。因而，第一和/或第二控制算法100、200可例如作为输入或子程序集成在一个或多个附加算法内，独立于该附加算法执行，和/或设置成用于通过操纵例如使阀18的操作控制信号无效来限制废气再循环。还可以设想，第一和第二控制算法100、200可通过禁止阀18打开-例如禁止控制器32向阀18传递输出信号以使阀18从关闭位置朝打开位置移动-来禁止废气再循环，并且可通过朝关闭位置移动阀18-例如影响控制器32以便向阀18传递输出信号以使阀18从打开位置朝关闭位置移动-来中断气体再循环。可以设想，设置成用于影响阀18的运动的附加算法可根据任何所需参数例如发动机12、第一和第二发动机系统10、10’的参数和/或预定关系式确定输出信号。
参照图2和4，第一和第二控制算法100、200可根据所确定的环境空气的湿度比和所确定的废气的湿度比确定朝进口歧管16(图1和3)被引导的燃烧空气的湿度比。可根据燃烧空气湿度比以及一个或多个压力-该压力表征关于第一和第二发动机系统10、10’内的特定位置例如压缩机28上游或空气冷却器30下游的燃烧空气的压力-确定燃烧空气的第一和第二露点。第一和第二露点可通过函数与燃烧空气温度相关联，该燃烧空气温度对应于与一个或多个压力相关联的第一和第二发动机系统10、10’内的特定位置。第一和第二控制算法100、200可根据相应的燃烧空气温度与第一和第二露点之间的比较确定合适的输出148、148’、154，以控制再循环废气的量，这可减少第一和第二发动机系统10、10’内的冷凝的形成。
可以设想，第一和第二控制算法100、200的函数关系可以任何顺序执行，并且仅为了举例目的而在文中用特定顺序说明。还可设想，第一和第二控制算法100、200可连续地、周期性地、以统一的频率或不以统一的频率、和/或特别地(singularly)执行。还可以设想，第一和第二控制算法100、200可分别包括判定步骤(未示出)，该步骤设置成用于确定是否应执行第一和第二控制算法100、200，例如确定环境温度是否低于所估测的表征一阈值的预定温度，高于该阈值不会发生冷凝。例如，由于环境空气温度远高于露点，例如发动机系统10不在较冷的气候中操作，则这种判定步骤可判定不需要执行第一和第二控制算法100、200。
由于第一和第二控制算法100、200虚拟地确定关于与发动机系统相关联的预定位置的露点，所以可保持一个或多个发动机系统部件的整体性。另外，通过根据虚拟确定的露点控制废气的再循环，第一和第二控制算法100、200可减少水滴和/或水溶酸的形成，从而可减少在第一和第二发动机系统10、10’内和/或其一个或多个部件内的冲击侵蚀和/或腐蚀的不利影响。
对于本领域技术人员来说，显然可对所公开的用于虚拟露点传感器的系统进行各种修改和变型。通过考虑所公开的方法和装置的说明和实践，其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。说明书和示例仅应被认为是示例性的，真正的范围由所附权利要求及其等同物表征。
权利要求
1.一种用于操作关于发动机系统的虚拟露点传感器的方法，包括根据与环境空气相关联的至少一相对湿度来确定表征与环境空气相关联的湿度的第一湿度比；根据至少一个发动机参数来确定表征与废气相关联的湿度的第二湿度比；根据第一和第二湿度比来确定表征被引向发动机的进口歧管的进气的第三湿度比；以及根据该第三湿度比和表征该进气的压力来确定表征该进气的至少一个露点。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，表征该进气的压力是表征在进气冷却器下游和进气歧管上游的进气的压力。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，表征该进气的压力是表征在混合器下游和进气压缩机上游的进气的压力。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，确定第二湿度比包括通过函数与被引向发动机的燃烧室的燃料的质量流量、被引向混合器的环境空气的质量流量、被引向混合器的废气的质量流量中的至少一个，或者表征废气的水与燃料比的预定参数相关联。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，确定第三湿度比还包括通过函数与被引向进口歧管的进气的质量流量或被引向进口歧管的环境空气的质量流量中的至少一个相关联。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，与环境空气相关联的相对湿度是表征所估测的环境空气的相对湿度的一预定值。
7.一种用于具有废气再循环的发动机系统的虚拟露点传感器，包括分别设置成用于生成表征被引向混合器的废气的温度、压力和质量流量的信号的第一、第二和第三传感器；分别设置成用于生成表征被引向混合器的环境空气的温度和压力的信号的第四和第五传感器；设置成用于生成表征至少一个发动机参数的至少一个信号的至少一个第六传感器；分别设置成用于生成表征被引向进口歧管的进气的温度和压力的信号的第七和第八传感器；以及控制器，该控制器设置成用于接收第一、第二、第三、第四、第五、至少一个第六、第七和第八输入，这些输入分别表征该第一、第二、第三、第四、第五、至少一个第六、第七和第八传感器信号；根据该第一、第二、第三、第四、至少一个第六和第七信号确定表征进气的湿度比的第一湿度比；和根据该第一湿度比和第四或第八信号中的至少一个确定进气的至少一个露点。
8.根据权利要求7的虚拟露点传感器，其特征在于，该至少一个露点包括第一和第二露点，该第一露点表征在压缩机上游的进气的露点，该第二露点表征在燃烧室上游的进气的露点；以及该控制器还设置成用于使该第一露点和表征压缩机上游的进气的温度相比较，和使该第二露点和表征燃烧室上游的进气的温度相比较。
9.根据权利要求7的虚拟露点传感器，其特征在于，该至少一个第六传感器包括多个第六传感器；该多个第六传感器中的每一个设置成用于产生表征发动机参数的信号；以及该多个第六传感器设置成用于产生表征发动机转速、空气/燃料比率以及阀定时中的至少一个的信号。
10.一种用于控制关于发动机的废气再循环的方法，包括操作根据权利要求1-6中任何一项的虚拟露点传感器；以及当表征进气温度的第一温度小于或等于该至少一个露点时，减少从发动机下游朝混合器再循环的废气的量。
全文摘要
本发明公开了一种用于虚拟露点传感器的系统，并包括用于操作该虚拟露点传感器的方法。该方法包括根据与环境空气相关联的至少一相对湿度来确定表征与环境空气相关联的湿度的第一湿度比。该方法还包括根据至少一个发动机参数来确定表征与废气相关联的湿度的第二湿度比。该方法还包括根据第一和第二湿度比来确定表征被引向发动机的进口歧管的进气的第三湿度比。该方法还包括根据第三湿度比和表征进气的压力确定表征该进气的至少一个露点。
文档编号G01M99/00GK101046179SQ20071009136
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月30日 优先权日2006年3月31日
发明者J·C·杜兰德 申请人:卡特彼勒公司