專利名稱：用于監(jiān)控內(nèi)燃機中的再循環(huán)廢氣的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機技術領域。
背景技術：
內(nèi)燃機將廢氣再循環(huán)至發(fā)動機進氣系統(tǒng)以降低峰值燃燒溫度，從而管控發(fā)動機的 排放。已知的系統(tǒng)使用位于燃燒室內(nèi)的廢氣流動控制系統(tǒng)以及被稱為廢氣再循環(huán)(“EGR”) 系統(tǒng)的外部再循環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)此種再循環(huán)。EGR氣體流率、發(fā)動機進氣特性以及發(fā)動機進氣 中的壓力和溫度動態(tài)性能影響氣缸充量和進氣中的EGR氣體和新鮮空氣的質量比，從而影 響燃燒溫度、發(fā)動機動力和發(fā)動機排放。對EGR氣體和新鮮空氣的影響在高EGR稀釋程度 (諸如能夠在火花點火直噴發(fā)動機的稀薄怠速工作期間出現(xiàn))下增大。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于在持續(xù)工作期間控制內(nèi)燃機中的EGR氣流的方法包括確定發(fā)動機工作 點；以及基于所述發(fā)動機工作點確定用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)?；谒鲇糜跉飧壮?量的優(yōu)選EGR分數(shù)確定用于控制流向發(fā)動機進氣歧管的外部EGR氣體流率的前向饋送命 令。確定所述進氣歧管中的EGR比率。并且基于估計出的進氣歧管中的EGR比率以及用于 控制所述外部EGR氣體流率的前向饋送命令而控制外部EGR氣體流率。


現(xiàn)在將結合附圖以示例的方式描述一個或多個實施例，在所述附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的示意圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的算法流程的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參見所述附圖，在所述附圖中示出的內(nèi)容僅僅是為了說明某些示例實施例的 目的，而不是為了限制所述實施例，圖1示意性示出內(nèi)燃機10以及根據(jù)本發(fā)明的一個實施 例構造的附帶的控制模塊5。用于說明本發(fā)明的示例發(fā)動機10包括多缸火花點火、直噴、四 沖程內(nèi)燃機——其能夠在包括進氣、壓縮、做功和排氣沖程的重復燃燒循環(huán)中工作。本發(fā)明 能夠應用于各種不同的內(nèi)燃機系統(tǒng)和燃燒循環(huán)。發(fā)動機10包括多個氣缸，所述氣缸具有能夠在其內(nèi)可滑動地運動的往復式活塞 14，并且限定可變?nèi)莘e燃燒室16。每個活塞14連接至旋轉曲軸12，旋轉曲軸12將線性往 復運動轉化成旋轉運動。曲軸傳感器42監(jiān)測曲軸旋轉位置和速度。一個或多個進氣門20 控制從進氣通道29至每個燃燒室16內(nèi)的空氣流量。一個或多個排氣門18控制從每個燃 燒室16通過排氣通道39至排氣歧管的廢氣流量。進氣和排氣門20和18的打開和關閉優(yōu) 選地由雙凸輪軸(如圖所示)控制，所述雙凸輪軸的旋轉與曲軸12的旋轉相關聯(lián)并且相對 應。廢氣傳感器50監(jiān)測廢氣(包括例如與發(fā)動機排氣的空/燃比或廢氣的組成相關的參數(shù)狀態(tài))。進氣系統(tǒng)包括用于控制和監(jiān)測通向進氣通道29的氣流的氣流管路和設備。在此 實施例中，進氣系統(tǒng)將進氣流導通至進氣歧管30，進氣歧管30將進氣引導和分配至通過進 氣門20通向燃燒室16的進氣通道29。用于控制和監(jiān)測進氣歧管30內(nèi)的空氣流的設備優(yōu) 選地包括空氣質量流量傳感器32、節(jié)氣門34、壓力傳感器36和溫度傳感器33?？諝赓|量流 量傳感器32監(jiān)測空氣質量流量和進氣溫度。節(jié)氣門34優(yōu)選地包括電控設備——其響應于 來自控制模塊5的控制信號(“ETC”)來控制通向發(fā)動機10的空氣流。壓力傳感器36監(jiān) 測進氣歧管絕對壓力以及大氣壓力。溫度傳感器33適于監(jiān)測進氣歧管空氣溫度。外部流動通道40將廢氣從排氣通道39再循環(huán)至進氣系統(tǒng)的進氣歧管30——其具 有包括廢氣再循環(huán)(“EGR”)閥38的空氣流動控制閥。第二溫度傳感器35適于監(jiān)測再循 環(huán)氣體的溫度，優(yōu)選的是EGR閥38處或附近的溫度。EGR閥38優(yōu)選地包括可控的可變流量 閥，該可控的可變流量閥由操作性地連接至控制模塊5的脈寬調制螺線管控制?？刂颇K 5產(chǎn)生脈寬控制信號(“EGR_PW”)以通過EGR閥38控制再循環(huán)廢氣或外部EGR氣體的流 動。EGR閥38優(yōu)選地產(chǎn)生由控制模塊5監(jiān)測的與工作關聯(lián)的輸出信號。通過EGR閥38通 向進氣歧管30的外部EGR氣體流率能夠基于EGR閥38處的壓降、外部EGR氣體的溫度以 及EGR閥38的有效打開面積來確定?？刂颇K5包括由用于控制EGR閥38的脈寬控制信 號組成的預先確定的校準值和EGR閥38的有效打開面積的相應測量值。在工作中，控制模 塊5通過控制發(fā)送給EGR閥38的脈寬控制信號而控制有效打開面積。這樣，控制模塊5通 過控制發(fā)送給EGR閥38的脈寬控制信號而控制外部EGR氣體流率。例如，0%的脈寬控制 信號導致EGR閥38關閉，即沒有流量；100%的脈寬控制信號導致EGR閥38大開，對于EGR 閥38處的壓降導致最大的外部EGR氣體流率。結合圖2來描述系統(tǒng)操作，通過所述系統(tǒng)操 作控制模塊5確定脈寬控制信號以控制外部EGR氣體流率。燃料噴射系統(tǒng)包括多個燃料噴射器28，每個燃料噴射器適于響應于來自控制模塊 5的控制信號(“INJ_PW”)將一定質量的燃料直接噴射至一個燃燒室16內(nèi)。燃料噴射器 28被供以來自燃料分配系統(tǒng)(未示出)的加壓燃料。替代地，每個燃料噴射器28能夠被定 位成將燃料噴射至燃燒室16上游的進氣通道29內(nèi)，在進氣門20打開時，燃料和空氣流入 燃燒室16。在每個氣缸事件期間在每個燃燒室16內(nèi)形成的氣缸充量由噴射的一定量燃料、 進氣、EGR氣體和殘留在燃燒室16內(nèi)的任何殘留氣體組成。包括點火模塊(未示出)和火 花塞24的火花點火系統(tǒng)在燃燒室16內(nèi)產(chǎn)生火花能量，用于響應于從控制模塊5輸出的點 火信號(“IGN”)對每個氣缸充量進行點火或輔助點火?？刂颇K5通過加速器踏板傳感器52基于操作者對加速器踏板的輸入(“APP”) 來確定發(fā)動機動力輸出(包括發(fā)動機扭矩和速度)的操作者扭矩請求。控制模塊5包括通用數(shù)字計算機——其包括微處理器或中央處理單元、存儲介質 (包括包含只讀存儲器(ROM)和電可編程只讀存儲器(EPR0M)的非易失存儲器、隨機存取 存儲器(RAM))、高速時鐘、模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)轉換電路、以及輸入/輸出電路和設備 (I/O)以及適當?shù)男盘栒{制和緩沖電路?？刂颇K5具有一套控制算法，該套控制算法包括 存儲在非易失性存儲器內(nèi)并且被執(zhí)行以提供用于控制發(fā)動機10的相應功能的常駐程序指 令和校準值。這些算法通常在預先設定的循環(huán)期間被執(zhí)行，使得每個算法在每個循環(huán)中至 少被執(zhí)行一次。算法由中央處理單元執(zhí)行，并且能夠用于監(jiān)測來自前述傳感設備的輸入以
5及使用預先設定的校準值來執(zhí)行控制和診斷程序，以控制致動器的工作。在持續(xù)的發(fā)動機 和車輛工作期間，循環(huán)通常以規(guī)則的間隔(例如每3. 125,6. 25、12. 5、25和100毫秒)被執(zhí) 行。替代地，算法可以響應于事件的發(fā)生而執(zhí)行。在工作中，控制模塊5監(jiān)測來自各傳感器的輸入，以確定發(fā)動機參數(shù)的狀態(tài)。控制 模塊5執(zhí)行存儲在其內(nèi)的算法代碼，以控制前述致動器來形成氣缸充量，包括控制節(jié)氣門 位置、火花點火正時、燃料噴射質量和正時、EGR閥位置，從而控制那樣配置的發(fā)動機的再循 環(huán)廢氣的流量、進氣門和/或排氣門的正時和相位。圖2示意性示出在圖1所示的示例發(fā)動機10上執(zhí)行以控制外部EGR氣體流率的系 統(tǒng)操作。控制模塊5基于操作者扭矩請求和其它扭矩請求(例如當發(fā)動機10是混合動力系 的一部分時來自混合控制模塊的發(fā)動機附件控制和動力需求)來確定發(fā)動機工作點(由工 作速度和扭矩輸出組成)。操作者扭矩請求基于對加速器踏板52的操作者輸入(“APP”) 而確定。發(fā)動機控制器確定用于各種發(fā)動機致動器的命令，以控制發(fā)動機工作從而獲得發(fā) 動機工作點[205]。這包括通過控制信號INJ_PW控制來自燃料噴射器28的燃料質量，通過 控制信號ETC控制用于節(jié)氣門34的節(jié)氣門位置，以及通過控制信號IGN控制火花塞24的 火花點火正時。用于氣缸充量的所要求的EGR分數(shù)基于所述發(fā)動機工作(包括發(fā)動機工作 點)確定。優(yōu)選地，所要求的EGR分數(shù)設定為發(fā)動機10在不產(chǎn)生過大的燃燒不穩(wěn)定性的情 況下能夠承受的最大EGR分數(shù)。用于氣缸充量的所要求的EGR分數(shù)采用已知公式被轉化成 進氣歧管30內(nèi)的所要求的EGR比率[210]?？刂颇K5執(zhí)行計算以計算出EGR閥38的有 效打開面積，以便控制EGR氣體流率從而獲得進氣歧管30內(nèi)的所要求的EGR比率[220]。 EGR閥38的有效打開面積基于EGR氣體溫度(“Tegr”)、廢氣壓力(“廢氣壓力”)、進氣歧 管壓力(“Pm”)、和所要求的EGR比率(“所要求的Regk”)確定[220]。基于EGR閥38的 預先確定的校準值，這被轉化成控制EGR閥38的前向饋送EGR命令(“EGRJ’) [230]?？?制EGR閥38的前向饋送命令基于進氣歧管30中的所要求的EGR比率的確定，并且不用于 代替為EGR閥38提供位置或其它反饋的反饋傳感器?？刂颇K5執(zhí)行算法代碼以便在持續(xù)發(fā)動機工作期間基于進氣歧管空氣溫度 (“T/)、空氣質量流率(“ifa,h” )、進氣溫度(“Ta”)和進氣歧管壓力(“pm”)的輸入 來估計進氣歧管30中的EGR比率[240]。這些輸入通過監(jiān)測來自本文所述的發(fā)動機傳感器 的信號輸出而獲得。進氣歧管30中的EGR比率通過執(zhí)行由下文所述的等式所組成的算法 代碼而確定。EGR比率用于控制EGR閥38的工作，從而控制流入進氣歧管30和每個燃燒室 16以形成每個氣缸充量的外部EGR氣體流率。進氣歧管30中的EGR比率能夠如等式1中所示地計算 其中m。,EeK是再循環(huán)廢氣的質量；m。,也是新鮮空氣的質量。進入每個燃燒室16的總充量質量包括再循環(huán)廢氣的質量和新鮮空氣的質量的 和——它們一起構成氣缸充量的氣體部分?；诶硐霘怏w定律來模型化進氣歧管30中的 壓力動態(tài)，以便如等式2中所示地對EGR比率進行建模pffl = Ra*Tffl*mffl/Vffl[2]
其中pm表示進氣歧管壓力，艮表示空氣的氣體常數(shù)，Tm表示進氣歧管溫度，mffl表示進氣歧管30中的氣體質量，以及Vm表示進氣歧管容積。將偏微分分析應用于等式2以得到更完整的理解，包括確定進氣歧管30內(nèi)的空氣 分壓的時間變化率(time-rate change)，即j m,a。在動態(tài)發(fā)動機工作期間進氣歧管內(nèi)的空氣 分壓的時間變化率如等式3所示地確定 其中Tm是溫度傳感器33處的進氣歧管空氣溫度；pffl是在壓力傳感器36處的進氣歧管壓力，Vm是進氣歧管30的容積，11^是空氣質量流量傳感器32處的空氣質量流率，Ta是空氣質量流量傳感器32處的進氣溫度，是流入燃燒室16的空氣部分質量流率，K是等熵指數(shù)，n是容積有效系數(shù)，(0是發(fā)動機角速度——由曲軸傳感器42測量，Vd是發(fā)動機容積排量，R是通用氣體常數(shù)，以及Pm,a是進氣歧管30內(nèi)的空氣分壓。在動態(tài)發(fā)動機工作期間進氣空氣溫度的時間變化率能夠如等式4所示地確定 其中Ra是空氣的氣體常數(shù)；Tegr是傳感器35處的EGR氣體的溫度，以及ihc是流入燃燒室16內(nèi)的質量流率。進氣歧管壓力能夠基于動態(tài)發(fā)動機工作期間空氣分壓的時間變化率而確定。進氣 歧管溫度能夠基于動態(tài)發(fā)動機工作期間進氣歧管溫度的時間變化率而確定。進氣歧管30 中的估計出的EGR比率(估計出的REeK)基于空氣分壓和進氣歧管空氣溫度確定，如等式5 所示 在發(fā)動機10的持續(xù)工作期間的一個循環(huán)期間，所述等式被還原成用于在控制模 塊5中執(zhí)行的機器代碼。這樣，在持續(xù)發(fā)動機工作期間，測量進氣歧管壓力、進氣溫度、進氣歧管空氣溫度、EGR氣體溫度和進氣溫度的狀態(tài)。進氣歧管空氣溫度和進氣歧管中的空氣 分壓的時間變化率通過執(zhí)行等式3和4以步進的方式確定。通過執(zhí)行等式5，并基于進氣歧 管中的空氣分壓和進氣歧管空氣溫度進行確定，進氣歧管30中的估計出的EGR比率能夠被 轉化成每個氣缸充量的EGR分數(shù)。估計出的EGR比率和所要求的EGR比率被積分并過濾，以確定EGR校正值 ("EGRcoee") [250]，EGR校正值被添加至前向饋送EGR命令-EGR<J260]。將前向饋送EGR命 令和EGR校正值[260]相加以確定控制EGR閥38的最終命令(“EGR_PW”)，從而控制EGR 氣體流率以便針對每個氣缸充量獲得所要求的EGR分數(shù)。結合圖2描述的系統(tǒng)操作在持續(xù)的發(fā)動機工作期間規(guī)則地且周期性地被執(zhí)行，從 而實現(xiàn)對每個氣缸充量的EGR比率的確定，以便控制每個氣缸充量的EGR分數(shù)。用于估計 EGR比率的算法優(yōu)選地在EGR閥38根據(jù)命令打開時被持續(xù)執(zhí)行，以便為前向饋送EGR控制 方案提供主動補償。本發(fā)明已經(jīng)描述了一些優(yōu)選實施例及其改型。在閱讀并理解說明書的基礎上，其 他人可以想到進一步的改型及替代。因此，本發(fā)明并非意在限于作為實施本發(fā)明的最佳模 式而公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
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權利要求
一種用于在持續(xù)工作期間控制內(nèi)燃機中的EGR氣流的方法，包括確定發(fā)動機工作點；基于所述發(fā)動機工作點確定用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)；基于所述用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)確定用于控制流向發(fā)動機進氣歧管的外部EGR氣體流率的前向饋送命令；估計進氣歧管中的EGR比率；以及基于估計出的進氣歧管中的EGR比率以及用于控制外部EGR氣體流率的前向饋送命令而控制外部EGR氣體流率。
2.如權利要求1所述的方法，其中估計進氣歧管中的EGR比率是基于進氣歧管壓力、進 氣空氣溫度、進氣歧管空氣溫度以及進氣歧管中的空氣分壓進行的。
3.如權利要求2所述的方法，進一步包括基于對進氣歧管空氣溫度的變化的估計而確 定進氣歧管空氣溫度。
4.如權利要求3所述的方法，進一步包括基于空氣質量流率、EGR氣體溫度以及進氣空 氣溫度而估計進氣歧管空氣溫度的變化。
5.如權利要求4所述的方法，包括監(jiān)測來自傳感器的信號輸入以提供進氣歧管空氣溫 度、空氣質量流率、進氣空氣溫度、進氣歧管壓力、以及EGR氣體溫度。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述發(fā)動機工作點包括發(fā)動機怠速狀態(tài)下的發(fā)動機 速度和負載工作點。
7.如權利要求1所述的方法，進一步包括基于估計出的進氣歧管中的EGR比率而調節(jié) 用于控制外部EGR氣體流率的前向饋送命令。
8.如權利要求7所述的方法，進一步包括基于估計出的進氣歧管中的EGR比率而調節(jié) 用于控制外部EGR氣體流率的前向饋送命令，以便獲得用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)。
9.一種用于控制火花點火直噴內(nèi)燃機的方法，包括 確定發(fā)動機工作點；監(jiān)測進氣歧管中的空氣溫度、EGR氣體溫度、進氣空氣的質量流率、進氣歧管壓力、以及 進氣空氣溫度；針對所述發(fā)動機工作點確定用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)；估計進氣歧管中的EGR比率；以及基于估計出的進氣歧管中的EGR比率而控制EGR閥的操作。
10.如權利要求9所述的方法，其中估計進氣歧管中的EGR比率包括估計進氣歧管中的 空氣分壓以及進氣歧管中的空氣溫度。
11.如權利要求10所述的方法，其中估計進氣歧管中的空氣溫度包括基于進氣空氣的 質量流率、EGR氣體溫度、進氣空氣溫度以及進氣歧管壓力而估計進氣歧管中的空氣溫度的 變化。
12.如權利要求11所述的方法，其中估計進氣歧管中的空氣溫度的變化進一步包括 將用于計算進氣歧管中的空氣溫度的時間變化率的數(shù)學等式還原成可執(zhí)行的機器代碼；監(jiān)測來自傳感器的輸入，所述傳感器適于監(jiān)測進氣歧管中的空氣溫度、EGR氣體溫度、 進氣空氣的質量流率、進氣歧管壓力和進氣空氣溫度；以及周期性地執(zhí)行所述機器代碼。
13.如權利要求10所述的方法，其中估計進氣歧管中的空氣分壓是基于進氣空氣的質 量流率和溫度、進氣歧管中的空氣溫度以及進氣歧管壓力進行的。
14.如權利要求9所述的方法，其中基于估計出的進氣歧管中的EGR比率而控制EGR閥 的操作包括基于估計出的進氣歧管中的EGR比率來控制外部EGR氣體流率。
15.如權利要求14所述的方法，進一步包括基于估計出的進氣歧管中的EGR比率而調 節(jié)用于控制外部EGR氣體流率的前向饋送命令，以便獲得用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)。
16.一種用于在持續(xù)工作期間控制流向內(nèi)燃機的進氣歧管的外部EGR氣體流率的方 法，包括測量進氣歧管中的空氣溫度、進氣空氣溫度、進氣歧管壓力、和空氣質量流率； 估計持續(xù)工作期間進氣歧管中的空氣分壓以及進氣歧管中的空氣溫度； 基于進氣歧管中的空氣溫度、進氣空氣溫度、進氣歧管壓力以及進氣歧管中的空氣分 壓來估計進氣歧管中的EGR比率；以及基于估計出的進氣歧管中的EGR比率來控制EGR閥的操作。
17.如權利要求16所述的方法，進一步包括 確定發(fā)動機工作點；基于所述發(fā)動機工作點確定用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)；基于用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)來確定用于控制EGR閥的操作的前向饋送命令，所 述EGR閥用于控制外部EGR氣體流率；以及基于估計出的進氣歧管中的EGR比率而調節(jié)用于控制所述EGR閥的操作的前向饋送命令。
18.如權利要求17所述的方法，其中基于氣缸質量流率、EGR氣體溫度、進氣空氣的質 量流率以及進氣空氣溫度來估計進氣歧管中的空氣溫度。
19.如權利要求18所述的方法，包括控制所述EGR閥的操作以獲得用于氣缸充量的優(yōu) 選EGR分數(shù)。
全文摘要
一種用于在持續(xù)工作期間控制內(nèi)燃機中的EGR氣流的方法包括確定發(fā)動機工作點；以及基于所述發(fā)動機工作點確定用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)。基于所述用于氣缸充量的優(yōu)選EGR分數(shù)確定用于控制流向發(fā)動機進氣歧管的外部EGR氣體流率的前向饋送命令。確定進氣歧管中的EGR比率。并且基于估計出的進氣歧管中的EGR比率以及用于控制外部EGR氣體流率的前向饋送命令而控制外部EGR氣體流率。
文檔編號F02M25/07GK101903636SQ200880121749
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權日2007年12月20日
發(fā)明者Q·馬, 張曼鋒 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司