CN100485179C - 以补偿的质量流量差为基础的快速egr流量限制测试 - Google Patents

Abstract

一种监测通过发动机的废气再循环(EGR)系统的流量限制的发动机控制系统，该系统包括一个第一模块，该第一模块根据当EGR系统处于EGR OFF模式时的第一平均EGR质量流动速率和当EGR系统处于EGR ON模式时的第二平均EGR质量流动速率而计算该测试EGR质量流动速率。一个第二模块根据该测试EGR质量流动速率而选择地产生一个失效信号。

Description

以补偿的质量流量差为基础的快速EGR流量限制测试

技术领域

本发明涉及内燃机的废气再循环(EGR)系统，尤其涉及一种用于EGR系统的流量限制测试方法。

背景技术

内燃机在气缸内燃烧空气和燃料混合物，以便在气缸内往复地驱动活塞。这些活塞可以转动地驱动一根曲轴，以便向一动力系提供驱动转矩。由该燃烧过程产生的废气经一排气歧管从发动机排出、在一排气系统中加以处理并向大气泄放。

发动机系统常常包括一个废气再循环(EGR)系统，以减少发动机排放。EGR包括返回到气缸中的再循环废气，这限制了可用于燃烧的氧气量并降低气缸温度。EGR能使点火定时保持在一个最佳点，这改善燃料经济性和/或性能。但是，EGR系统内的碎屑积累限制了通过其间的废气流，并使EGR系统的效率降至最低。

通过EGR系统监测流量限制的传统方法是当EGR处于ON(接通)和当EGR处于OFF(断开)时测定歧管绝对压力各(MAP)值之间的峰值MAP差。该方法存在明显的缺点，就是在不同的发动机运转条件下该MAP差可能有大的变化，并且难以校正各种发动机运转条件的补偿因素。其次，该MAP差可以归因于与该EGR系统无关的其它因素。

发明内容

因此，本发明提供一种通过发动机的废气再循环(EGR)系统而监测流量限制的发动机控制系统。该发动机控制系统包括一个第一模块，根据当该EGR系统处于EGR OFF模式时的第一平均EGR质量流动速率和当该EGR系统处于EGR ON模式时的第二平均EGR质量流动速率而计算该测试EGR质量流动速率。一个第二模块根据该测试EGR质量流动速率而选择地产生一个失效信号。

在另一特点中，当该测试EGR质量流动速率低于一个阈值EGR质量流动速率时，该第二模块产生一个失效信号。

在其它特点中，在发动机EGR OFF模式运转期间，该第一模块监测歧管绝对压力、发动机转速、歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量，并根据它们而计算第一平均EGR质量流动速率。在发动机以EGR OFF模式运转的整个期间，该第一模块根据歧管绝对压力、发动机转速、歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量的平均值而计算该第一平均EGR质量流动速率。

在又一特点中，在发动机以EGR ON模式运转期间，该第一模块监测歧管绝对压力、发动机转速、歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量，并根据它们而计算第二平均EGR质量流动速率。在发动机以EGR ON模式运转的整个期间，该第一模块根据歧管绝对压力、发动机转速、歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量而计算第二平均EGR质量流动速率。

在又一特点中，该发动机控制系统还包括一个选择地产生起动信号的起动模块。该第一模块根据该起动信号而计算该第一和第二平均EGR质量流动速率。

本发明还提出了一种通过内燃机的废气再循环EGR系统监测流量限制的方法，包括：根据当所述EGR系统处于EGR OFF模式时的第一平均EGR质量流动速率和当所述EGR系统处于EGR ON模式时的第二平均EGR质量流动速率计算测试EGR质量流动速率；以及根据所述测试EGR质量流动速率产生一个失效信号。

从此后提供的详细描述可以清楚本发明的其它应用领域。应当理解，这些特定例子的详细描述虽然指出了本发明的优选实施例，但只是为了例示的目的而并不限制本发明的范围。

附图说明

从附图和详细描述可以更充分地理解本发明。

图1是一种包括EGR系统的示范的发动机系统的示意图；

图2是例示对EGR ON和EGR OFF条件的示范的歧管绝对压力(MAP)的曲线图；

图3是例示由按照本发明的EGR流程限制控制执行的示范步骤的流程图；

图4是例示执行本发明的EGR流量限制控制的示范模块的信号流动图。

具体实施方式

下列优选实施例的描述在性质上仅是示范而绝不限制本发明、其用途或使用。为清楚起见，附图中用同一标号表示相似的部件。如此处使用的，术语“模块”指用途特定的集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用的、专用的或成组的)和执行一个或多个软件或硬件程序、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适的部件。

现在参照图1的示范的发动机系统10。发动机系统10包括发动机12、进气歧管14和排气歧管16。发动机12燃烧气缸(未示出)内的空气和燃料混合物以驱动活塞(未示出)，该活塞可转动地驱动一曲轴18。空气通过节流阀20而抽入进气歧管14，后者将空气分配到各气缸。从燃烧过程来的排气从气缸排放排气歧管16。该排气在一排气系统(未示出)中处理，并泄放到大气中。

发动机系统10还包括一个有一EGR阀24的废气再循环(EGR)系统22。该EGR阀24被选择地驱动而将一部分废气再引回到进气歧管14中。EGR系统22在一EGR ON(接通)模式和一EGR OFF(断开)模式之一中运转。在该EGR OFF模式中，该EGR阀24被关闭而没有废气被循环而返回到进气歧管14中。在该EGR ON模式中，该EGR阀24被打开而一部分废气被循环而返回到进气歧管14中。

控制模块30调节发动机运转和执行本发明的EGR流通限制控制。发动机转速传感器32响应发动机转速(RPM)并根据它产生一个RPM信号。歧管绝对压力(P_m)传感器34响应进气歧管内的压力并根据它产生一个P_m信号。同样地，进气歧管温度传感器36响应进气歧管内的温度(T)并根据它产生一个T_m信号。空气质量流量传感器38进入进气歧管14的空气质量流量并根据它产生一个

信号。如下面更详细地讨论的，控制模块30接受RPM信号、P_m信号、T_m信号和

信号，并根据它们执行EGR流量限制控制。本发明的EGR流量限制控制根据平均EGR ON质量流动速率

和平均EGR OFF质量流动速率

之间的差异而确定一个平均或测试EGR质量流动速率更明确地说，从下列气体状态方程式确定一个进气歧管空气质量流量

${\stackrel{.}{M}}_m=\frac{P_m{\stackrel{.}{V}}_m}{{\mathrm{RT}}_m}=K\frac{P_m\·\mathrm{RPM}}{T_m}---\left(1\right)$

式中：

是进气歧管容积流动速率；

K_m是一常数；而

R是气体常数。

根据质量平衡定理，当EGR为ON时，进气歧管的连续方程为：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{P_m{V}_m}{{\mathrm{RT}}_m}\right)={\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{MAF}}+{\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{EGR}}-{\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{CylAir}}---\left(2\right)$

或

${\stackrel{.}{M}}_m-{\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{REF}}={\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{MAF}}+{\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{EGR}}-{\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{CylAir}}---\left(3\right)$

式中：

是处于稳定态的参考流量；而

是进入所有气缸的总空气质量流量。

同样地，当EGR为OFF时，提供一个用于进气歧管的连续方程：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{P_m{V}_m}{{\mathrm{RT}}_m}\right)={\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{MAF}}-{\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{CylAir}}---\left(4\right)$

或

${\stackrel{.}{M}}_m-{\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{REF}}={\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{MAF}}-{\stackrel{.}{M}}_{\mathrm{CylAir}}---\left(5\right)$

在稳定态发动机运转期间，

等于

也可以预期，可以根据

P_m、T_m、节流阀位置和气缸数目而计算出来，如1993年12月14日颁布的题为“带有预测/估算的空气流测定的发动机”的共同转让的美国专利No.5,270,935中公开的，其公开内容特意参考合并于此。

假定对规定的监测条件该

相同，那么对一监测时期(即EGRON或EGR OFF)的

为：

${\stackrel{\‾}{\stackrel{.}{M}}}_{\mathrm{EGR}}={[K\frac{{\stackrel{\‾}{P}}_m\·\stackrel{\‾}{\mathrm{RPM}}}{{\stackrel{\‾}{T}}_m}-{\stackrel{\‾}{\stackrel{.}{M}}}_{\mathrm{MAF}}+{\stackrel{\‾}{\stackrel{.}{M}}}_{\mathrm{CylAir}}]}_{\mathrm{EGR}\_\mathrm{ON}}$            (6)

$-{[K\frac{{\stackrel{\‾}{P}}_m\·\stackrel{\‾}{\mathrm{RPM}}}{{\stackrel{\‾}{T}}_m}-{\stackrel{\‾}{\stackrel{.}{M}}}_{\mathrm{MAF}}+{\stackrel{\‾}{\stackrel{.}{M}}}_{\mathrm{CylAir}}]}_{\mathrm{EGR}\_\mathrm{OFF}}$

式中：

是在该监测周期内的平均

P_m是在该监测周期内的平均P_m；

RPM是在该监测周期内的平均RPM；

T_m是在该监测周期内的平均T_m；

是在及该监测周期内的平均

而

是在该监测周期内的平均

图2是例示对EGR ON和EGR OFF监测时期的示范P_m值的曲线图。虚线分别例示对EGR OFF和EGR ON监测时期的P_m。

本发明的EGR流量限制控制是一种当已经遇到能起动的条件时进行的诊断测试。示范的能起动的条件包括(但不限于)减速、节流阀关闭和在一预定范围内的发动机RPM。如果遇到能起动的条件，该EGR流量限制控制转向EGR ON(即EGR阀打开)一个第一时间(如500ms)。该EGR流量限制控制在整个第一时间内监测P_m、RPM、T_m和

并确定其相应的平均值P_m、RPM、T_m和

然后该EGR流量限制控制转向EGR OFF(即EGR阀关闭)一个第二时间(如500ms)。该EGR流量限制测试控制在整个第二时间内监测P_m、RPM、T_m和并确定其相应在的平均值P_m、RPM、T_m和

该EGR流量限制测试控制根据这些平均值和上述方程式而确定

被滤波(例如使用一个指数加权的活动平均值(EWMA)或一个第一序滞后滤波器)，以减小噪音的冲击而提供

如果小于一阈值

就发出失效信号。以这种模式，单独一次

大于

的事件可能不会触发一次失效。如果

不小于

就发出通过信号。

现在参照图3，将详细描述由EGR流量限制测试控制执行的示范步骤。在步骤300中，控制确定是否遇到起动的条件。如果没有遇到起动的条件，控制沿环路往回。如果遇到起动的条件，控制在步骤302中设置一个等于零的计时器(t)。在步骤304中，控制将EGR模式设置为OFF。在步骤306中，控制监测P_m、RPM、T_m、

和

在步骤308中，控制增量t。在步骤310中，控制确定t是否等于或大于一个可校准的阈值(t_THR)(如500ms)。如t不等于或大于t_THR，那么控制沿回路到步骤306。如果t等于或大于t_THR，控制在步骤312中继续。

在步骤312中控制重新设定t等于零。在步骤314中，控制将EGR模式设定到ON。在步骤316中，控制监测P_m、RPM、T_m、

和

在步骤318中，控制增量t。在步骤320中，控制确定t是否等于或大于t_THR(如500ms)。如果t不等于或大于t_THR，控制沿环路回到步骤316。如果t等于或大于t_THR，控制在步骤322中继续。在步骤322中，控制对EGR OFF监测时间确定P_m、RPM、T_m、和

在步骤324中，控制对EGR ON监测时间确定P_m、RPM、T_m、

和

在步骤326中，控制对EGR ON和EGR OFF监测时间分别计算

和在步骤328中，控制根据

和

而确定

在步骤330中控制适时修正在步骤332中，控制确定

是否小于

如果小小于

那么控制在步骤334中发出失效的信号而控制结束。如果

不小于那么控制在步骤336中发出通过的信号而控制结束。

现在参照图4，图中例示执行本发明的EGR流量限制控制的示范模块。该模块包括一个起动的模块400、一个EGR模块402、一个平均化模块404、一个计算模块406和一个比较器模块408。该起动的模块400接收一个节流阀位置(TP)信号、一个车辆加速(a_VEH)信号和RPM信号，并根据它来产生一个起动的信号以选择地起动该EGR流量限制测试控制。当EGR流量限制控制起动时，EGR模块402在ON和OFF模式之间切换EGR系统。

平均化模块404接收P_m、RPM、T_m、和

信号，并对EGROFF和EGR ON监测时间两者确定其各自的平均值(即P_m、RPM、T_m、

和

)。计算模块406根据对EGR ON和EGR OFF监测时间内两者的信号平均值而计算然后计算

比较器模块408根据

和而产生一种失效或通过状态。

该技术的专业人员现在可以从以上描述中理解，本发明的广泛说明可以以各种形式实施。因此，虽然已联系其特定例子来描述了本发明，但本发明的真实范围应不限于此，因为在研究了附图、说明书和下列权利要求书之后，该技术的专业人员将清楚其它的修改。

Claims (20)

1.一种通过发动机的废气再循环(EGR)系统监测流量限制的发动机控制系统，包括：

一个第一模块，根据当所述EGR系统处于EGR OFF模式时的第一平均EGR质量流动速率和当所述EGR系统处于EGR ON模式时的第二平均EGR质量流动速率计算一个测试EGR质量流动速率；以及

一个第二模块，根据所述测试EGR质量流动速率有选择地产生一个失效信号。

2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述测试EGR质量流动速率小于一阈值EGR质量流动速率时，所述第二模块产生所述失效信号。

3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述发动机在以所述EGR OFF模式运转时，所述第一模块监测进气歧管绝对压力、发动机转速、进气歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量，并藉以计算所述第一平均EGR质量流动速率。

4.如权利要求3所述的发动机控制系统，其特征在于，所述发动机在以所述EGR OFF模式运转的整个期间，所述第一模块根据所述进气歧管绝对压力、所述发动机转速、所述进气歧管温度、进入所述进气歧管的所述空气质量流量和进入所述气缸的所述空气质量流量的平均值计算所述第一平均EGR质量流动速率。

5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述发动机在以所述EGR ON模式运转期间，所述第一模块监测进气歧管绝对压力、发动机转速、进气歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量，并借此计算所述第二平均EGR质量流动速率。

6.如权利要求5所述的发动机控制系统，其特征在于，所述发动机在以所述EGR ON模式运转的整个期间，所述第一模块根据所述进气歧管绝对压力、所述发动机转速、所述进气歧管温度、进入所述进气歧管的所述空气质量流量和进入所述气缸的所述空气质量流量的平均值计算所述第二平均EGR质量流动速率。

7.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于还包括一个有选择地产生起动信号的起动模块，其中所述第一模块根据所述起动信号计算所述第一和第二平均EGR质量流动速率。

8.一种通过内燃机的废气再循环(EGR)系统监测流量限制的方法，包括：

根据当所述EGR系统处于EGR OFF模式时的第一平均EGR质量流动速率和当所述EGR系统处于EGR ON模式时的第二平均EGR质量流动速率计算测试EGR质量流动速率；以及

根据所述测试EGR质量流动速率产生一个失效信号。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述测试EGR质量流动速率小于一阈值EGR质量流动速率时产生所述失效信号。

10.如权利要求8的所述方法，其特征在于还包括：

所述发动机在以所述EGR OFF模式运转期间，监测进气歧管绝对压力、发动机转速、进气歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量；并

借此计算所述第一平均EGR质量流动速率。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，根据所述发动机在以所述EGR OFF模式运转的整个期间所述进气歧管绝对压力、所述发动机转速、所述进气歧管温度、进入所述进气歧管的所述空气质量流量和进入所述气缸的所述空气质量流量的平均值计算所述第一平均EGR质量流动速率。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于还包括：

所述发动机在以所述EGR ON模式运转期间监测进气歧管绝对压力、发动机转速、进气歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量；并

借此计算所述第二平均EGR质量流动速率。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，根据所述发动机在以所述EGR ON模式运转的整个期间所述进气歧管绝对压力、所述发动机转速、所述进气歧管温度、进入所述进气歧管的所述空气质量流量和进入所述气缸的所述空气质量流量的平均值计算所述第二平均EGR质量流动速率。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于还包括产生一个起动信号，其中所述第一和第二平均EGR质量流动速率是根据所述起动信号计算的。

15.一种监测将废气再循环到内燃机的进气歧管中的废气再循环(EGR)系统的性能的方法，包括：

产生一个起动信号；

根据所述起动信号，由当所述EGR系统处于EGR OFF模式时的第一平均EGR质量流动速率和当所述EGR系统处于EGR ON模式时的第二平均EGR质量流动速率计算测试EGR质量流动速率；以及

当所述测试EGR质量流动速率小于一阈值EGR质量流动速率时产生一个失效信号。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于还包括：

在所述发动机以所述EGR OFF模式运转期间监测进气歧管绝对压力、发动机转速、进气歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量，以及

借此计算所述第一平均EGR质量流动速率。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，根据在所述发动机以所述EGR OFF模式运转的整个期间所述进气歧管绝对压力、所述发动机转速、所述进气歧管温度、进入所述进气歧管的所述空气质量流量和进入所述气缸的所述空气质量流量计算所述第一平均EGR质量流动速率。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于还包括：

在所述发动机以所述EGR ON模式运转期间监测进气歧管绝对压力、发动机转速、进气歧管温度、进入进气歧管的空气质量流量和进入气缸的空气质量流量；以及

借此计算所述第二平均EGR质量流动速率。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，根据在所述发动机以所述EGR ON模式运转的整个期间所述进气歧管绝对压力、所述发动机转速、所述进气歧管温度、进入所述进气歧管的所述空气质量流量和进入所述气缸的所述空气质量流量计算所述第二平均EGR质量流动速率。

20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述起动信号是以发动机转速、节流阀位置和车辆加速度中的至少一个为基础的。

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