CN101139953B - 用于控制贫燃NOx捕集器再生的系统 - Google Patents

用于控制贫燃NOx捕集器再生的系统 Download PDF

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Abstract

用于控制发动机扭矩输出的控制系统和方法，包括一个空气控制模块，其接收实际空气流量和期望空气流量并基于该实际空气流量和期望空气流量输出一个调节后实际空气流量。一个燃料控制模块，其接收调节后实际空气流量并基于该调节后实际空气流量，工作空气燃料混合比与理想空气燃料混合比的比率(λ)，以及工作曲线(λtraj)输出控制燃料输出。

Description

用于控制贫燃NOx捕集器再生的系统
相关申请的交叉参考
本申请要求于2006年9月5日递交的美国临时申请No60/842,511的优先权利。上述申请的公开内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及到一种内燃机，尤其涉及到一种用于控制贫燃NOx捕集器再生的系统。
背景技术
本部分的描述主要提供与本发明公开内容相关的背景信息，并且其可以不构成现有技术。
发动机控制空气燃料混合比以获得理想的空气-燃料混合比(化学当量比)。在最优化学当量比下，所有的燃料与空气中所有的氧发生燃烧。对于内燃机，化学当量比大约为14.7∶1。换句话说，对于每磅汽油，需要燃烧14.7磅空气。在行驶过程中，空气燃料混合比会相对最优化学当量比变化。有时空气燃料混合比较稀薄(空气燃料混合比高于14.7)，而其他时候空气燃料混合比较浓(空气燃料混合比低于14.7)。
车辆发动机排出作为车辆排放物的氮氧化物(NOx)。尤其，贫燃汽油和柴油机较传统的化学当量汽油发动机，其排放NOx的水平更高。
在致力于减少车辆NOx的排放水平的努力中，制造商采用了带有发动机传感器和NOx存储催化剂的排放控制系统，有时也被称作贫燃NOx捕集器(LNTs)。NOx存储催化剂采用例如一氧化碳(CO)或烃(HC)的燃气吸收并分解NOx。当减少NOx水平时，这些系统会增加车辆排放物中的烃。
LNTs要求有定期的间隔的富燃的废气以再生存储NOx并将其转化为无害的副产品。这种对柴油机中空气燃料比进行的控制能够在富燃操作过程中造成扭矩紊乱。
发明内容
用于控制发动机的扭矩输出的控制系统和方法包括一个空气控制模块，该模块接收实际的空气流量和期望空气流量并且基于实际的空气流量和期望空气流量输出一个调节后实际空气流量。一个燃料控制模块接收该调节后实际空气流量并基于该调节后实际空气流量，工作空气燃料混合比与理想空气燃料混合比的比率(λ)，以及工作曲线(λtraj)来控制燃料输出量。
在其他方面，一个参考模块基于λ和期望λ(λdes)产生λtraj。该参考模块通过λ衰减到λdes和λ渐增到λdes的过程之一产生λtraj。期望空气流量和λdes基于发动机贫燃运行和发动机富燃运行之一得出。贫燃运行对应的理想空气燃料比大于14.7，富燃运行对应的理想空气燃料比小于14.7。
在其他方面，空气控制模块包括一个空气供给前馈模块。该空气供给前馈模块基于期望质量空气流控制增压。该空气控制模块包括一个空气反馈模块。该空气反馈模块基于期望空气流量和实际空气流量来调节废气再循环(EGR)和节气门。燃料控制模块包括一个燃料供给前馈模块，该前馈模块基于调节后实际空气流，λtraj和空气燃料比模型，来控制对发动机补给的供给前馈燃料量。燃料控制模块包括一个延迟模块和一个燃料反馈模块。延迟模块在初始阶段保持λtraj值。燃料反馈模块基于λ和所述λtraj确定一个燃料增量。初始阶段对在将燃料前馈补给入发动机和与λ感应器交换数据之间的时间损失进行补偿。
在其他方面，控制系统和方法接收一个模式输入，其对应于发动机贫燃运行和发动机富燃运行之一。贫燃运行对应的理想空气燃料比大于14.7，富燃运行对应的理想空气燃料比小于14.7。
从本文说明书会进一步地更清楚的了解其应用领域。应该了解到，说明书和实施例仅是为了说明而不对公开范围作出限制。
附图说明
此处附图仅是为了说明而不对公开范围在任何方面作出限制。
图1是发动机控制系统的框图，其包括一个根据本发明的拉姆达传感器；
图2是根据本发明的控制器的功能框图；以及
图3是根据本发明的控制NOx捕集器的再生方法的流程图。
具体实施方式
下面对于优选实施例的说明仅仅是示例性的说明而绝非对本发明，它的应用或使用进行限制。为了清晰起见，图中同样的图标记标识类似部件。如同本文所使用的，词语“模块”指专用集成电路(ASIC)，电路，用来控制一或多个软件或硬件程序的处理器(共用，专用，或成组)和存储器，组合逻辑电路和/或其他合适的能提供上述功能的部件。
现在参考图1，示出了发动机14的发动机控制系统10。控制器30与发动机控制系统10的各种部件作数据交换，所述各部件包括而不仅限于节气门位置传感器32(TPS)，燃料系统34，喷射系统36，和发动机转速传感器34。发动机转速传感器34确定一个发动机每分钟的转速(RPM)。控制器30从MAF传感器40接收质量空气流量(MAF)并使用该信息来确定输入到发动机14的空气流量。然后利用空气流量数据来计算从燃料系统34传递入发动机14的燃料传输量。控制器30进一步与点燃装置(未示出)或者喷射系统36进行数据交换以确定点火或喷射时间。控制器30可以从发动机控制系统10的其他部件接收附加输入，所述其他部件包括一个加速器踏板42。
在废气再循环(EGR)系统中，一个导管44将废气集管46连接于入口集管48。一个EGR阀12沿着导管44布置并根据控制器30的输入计量EGR。在优选的实施例中，拉姆达(λ)传感器50或者废氧传感器确定一个运行空气燃料混合比对化学当量运行状态的比值(λ)。λ传感器50将λ值传递给控制器30。控制器30可以响应于λ传感器50的数据而与EGR阀12或增压机构(未示出)进行交流。控制器30调节EGR阀12和/或增压机构从而修正运行。
现在参考图2，控制器10包括一个空气设置点(ASP)模块106，该模块接受来自MAF传感器40的MAF信号以及模式信号。模式信号表示发动机14是否需要从当前的空气燃料(A/F)运行进行转换。例如，模式信号可以包括一个需要从贫燃A/F运行到富燃A/F运行的所需变化。相反的，所需变化也可以是从富燃A/F运行到贫燃A/F运行。ASP模块106确定一个当前的质量空气流量(mcurr)和一个期望质量空气流量(mdes)。mcurr表示在模式变化之前的发动机14的当前A/F运行状况下的空气流量，而mdes表示对应于期望A/F的空气流量。mcurr基于MAF。
再生控制系统100包括一个空气控制模块102，该模块控制传输到发动机14的空气流量，和燃料控制模块104，所述燃料控制模块控制输入到发动机14的燃料量。空气控制模块102包括一个根据mdes输出一个增压信号的空气补给前馈(空气FF)模块110。增压信号，EGR阀信号和节气门信号控制用于产生装置空气流(mfinal)的空气控制装置(Pair)114。Pair装置114是空气驱动器与，不仅限于，EGR阀12，节气门阀19和增压机构(未示出)的联合。在不同的实施例中，增压机构可以包括而不仅限于不同外形的涡轮和/或固定形状的涡轮。
空气控制模块104包括一个空气反馈循环，其提供对再生控制系统100的空气闭环控制。空气反馈(空气FB)模块112接收误差信号113并输出EGR信号和节气门信号以分别对EGR阀12和节气门阀19进行调节，从而补偿在mfinal和mdes之间的差异。在发动机14的运行期间，第一比较器108比较mfinal和mdes然后输出差值，误差信号113到空气FB模块112。在示例性的实施例中，空气FB模块112可以是而不仅限于，比例积分微分控制器(PID)。
拉姆达模块116计算和输出当前拉姆达值(λcurr)和期望拉姆达值(λdes)给参考模块118。λ值表示了上述运行A/F混合物对化学当量运行工况的比率。λcurr值基于mcurr和发动机14所消耗的当前燃料量(Qcurr)得出。λdes可以是一个基于运行在富燃或贫燃A/F工况下的预定值或者基于λcurr确定。
参考模块基于λcurr和λdes产生拉姆达轨迹曲线(λtraj)。参考模块118通过在发动机14从贫燃工况过渡到富燃工况期间将λcurr衰减到λdes或者在从富燃工况过渡到贫燃工况期间将λcurr增加到λdes来形成λdes。在示例性的实施例中，此过渡过程可指数式地完成以限制扭矩扰动量。λtraj作为燃料供给前馈(燃料FF)模块120和延迟模块130的输入。燃料FF模块120基于λtraj，mfinal信号和A/F率(AFR)模型输出供给前馈燃料量(Qff)命令。
Qff和燃料量偏差(ΔQ)在第一求和点124相加。在不同实施例中，Qff可以与ΔQ相加或者相减。燃料装置(Pfuel)126同步接收模式的输入。Pfuel装置126图表化地表示用于添加燃料的机构，包括但不仅限于，发动机14的燃料喷射器(未示出)。在不同的实施例中，一个补偿燃料量(Qcomp)能够直接与喷射器的主喷射脉冲和/或通过例如后喷射的附加脉冲喷射相加。
模式输入显示了Pfuel装置126的需要，来将运行模式由Qcurr工况改变到期望燃料量(Qdef)工况。在不同的实施例中，Pfuel装置126在贫燃工况中不被激活。因此，在贫燃工况中，预定贫燃燃料量由控制器30给出。
Pfuel装置126基于第一求和点124输出的Qcomp喷射一个最终燃料量(Qfinal)。一个燃烧装置(Pcomb)128输出一个由λ传感器50测得的测量拉姆达值(λmeas)。该λmeas电子地输送到第二比较器132。
该控制过程还采用了一个燃料反馈循环，该循环通过调节Qff校正任何误差来提供对再生控制系统100的燃料闭环控制。延迟模块130在将λtraj输出到第二比较器132之前的初始阶段保持λtraj值。与延迟模块130相关联的时间延迟给在将Qff喷射入Pcomb装置128的气缸(未示出)内和从λ传感器50接收到信号之间的时间损失进行补偿，上述信号标明废气16已被排出到λ传感器50。
第二比较器132将λmeas与λtraj相比较。表示λtra与λmeas之间差值的燃料误差信号133作为燃料反馈(燃料FB)模块134的输入。在接收燃料误差信号133之前，通过模式输入给燃料FB模块134指令，从而改变运行的模式。在一个示例性实施例中，燃料FB模块134可以，但不仅限于，PID控制器。燃料FB模块134基于燃料误差信号133确定ΔQ。
参见图3，控制NOx捕集器的再生的方法300在此更详细地进行说明。ASP模块106在302开始方法300。在304，ASP模块106确定发动机14是否需要改变A/F工况。如果发动机14不需要改变A/F工况，ASP模块106返回至304。如果发动机14需要改变A/F工况，ASP模块106就进入到308。ASP模块106确定与A/F工况改变相对应的发动机14需要的mdes。
在310，空气FF模块110确定增压信号，该增压信号给发动机14的增压机构传递指令。空气控制模块102基于增压信号，EGR信号和312中的节气门信号，给Pair装置114传递指令。在314，第一比较器108基于mfinal和mdes确定空气误差信号。在316，空气FB模块112基于空气校正信号确定EGR信号和节气门信号。
在318，λ模块116基于λcurr和λdes确定λtraj。在320，燃料FF模块120基于λtraj确定Qff。322中第一求和点124基于Qff和ΔQ的和来确定Qcomp。在324，燃料装置(Pfuel)126基于Qcomp输送Qfinal。第二比较器132基于λtraj和λ传感器50输出的λmeas在326中确定燃料误差信号。在328，燃料FB模块134基于燃料误差信号来确定ΔQ。
本领域普通技术人员从上述说明中可以预见到，根据本发明宽范围的教导可以作出多种形式的应用。并且，虽然本发明是以特定的实施例相关联进行描述，本发明真正的范围不应受此限制，因为对于本领域技术人员来说，可以根据附图，说明书以及后附的权利要求作出其他修改是显而易见的。

Claims (20)

1. 一种控制发动机扭矩输出的控制装置，其包括：
空气控制模块，其接收实际空气流量和期望空气流量，并基于所述实际空气流量和所述期望空气流量输出调节后实际空气流量；
燃料控制模块，其接收所述调节后实际空气流量，并根据调节后实际空气流量，工作空气燃料混合比与理想空气燃料混合比的比率(λ)，和工作曲线(λtraj)控制燃料输出。
2. 如权利要求1所述的控制系统，进一步还包括：参考模块，其基于所述λ和期望λ(λdes)产生所述λtraj。
3. 如权利要求2所述的控制系统，其中所述参考模块通过λ衰减到λdes和λ渐增到λdes的过程之一产生λtraj。
4. 如权利要求1所述的控制系统，其中所述空气控制模块包括一个空气供给前馈模块；其中该空气供给前馈模块基于期望质量空气流控制增压。
5. 如权利要求4所述的控制系统，其中所述空气控制模块包括一个空气反馈模块；并且
其中所述空气反馈模块基于期望空气流量和实际空气流量来调节废气再循环(EGR)和节气门。
6. 如权利要求5所述的控制系统，其中所述燃料控制模块包括一个燃料供给前馈模块，该前馈模块基于调节后实际空气流，所述λtraj和空气燃料比模型来控制对发动机补给的供给前馈燃料量。
7. 如权利要求6所述的控制系统，其中所述燃料控制模块包括一个延迟模块和一个燃料反馈模块；
其中所述延迟模块在初始阶段保持λtraj值；
所述燃料反馈模块基于λ和所述λtraj确定一个燃料增量。
8. 如权利要求7所述的控制系统，其中初始阶段对在将燃料前馈补给入发动机和与λ感应器通讯之间的时间损失进行补偿。
9. 如权利要求2所述的控制系统，其中所述期望空气流量和λdes基于所述发动机贫燃运行和发动机富燃运行之一得出；
其中贫燃运行对应的理想空气燃料比大于14.7，富燃运行对应的理想空气燃料比小于14.7。
10. 如权利要求1所述的控制系统，其中控制系统接收一个模式输入，该模式输入对应于发动机贫燃运行和发动机富燃运行之一；
其中贫燃运行对应的理想空气燃料比大于14.7，富燃运行对应的理想空气燃料比小于14.7。
11. 一种控制发动机扭矩输出的方法，包括：
基于期望空气流量和实际空气流量控制所述发动机的调节后空气流量；
基于所述调节后空气流量，工作空气燃料混合比与理想空气燃料混合比的比率(λ)，以及工作曲线(λtraj)，控制第二最终燃料量。
12. 如权利要求11所述的方法，进一步包括：基于λ和期望λ(λdes)产生λtraj。
13. 如权利要求12所述的方法，其中通过λ衰减到λdes和λ渐增到λdes的过程之一产生λtraj。
14. 如权利要求11所述的方法，进一步包括：基于所述期望质量空气流量控制增压。
15. 如权利要求14所述的方法，进一步包括：基于期望空气流量和实际空气流量来调节废气再循环(EGR)和节气门。
16. 如权利要求15所述的方法，进一步包括：基于调节后实际空气流，所述λtraj和空气燃料比模型来控制发动机补给的供给前馈燃料量。
17. 如权利要求16所述的方法，其进一步包括：在初始阶段保持λtraj值；基于λ和所述λtraj确定一个燃料增量。
18. 如权利要求17所述的方法，其中初始阶段对在将燃料前馈补给入发动机和与λ感应器通讯之间的时间损失进行补偿。
19. 如权利要求12所述的方法，其中所述期望空气流量和λdes基于所述发动机贫燃运行和发动机富燃运行之一得出；
其中贫燃运行对应的理想空气燃料比大于14.7，富燃运行对应的理想空气燃料比小于14.7。
20. 如权利要求11所述的方法，其中所述方法接收一个模式输入，该模式输入对应于发动机贫燃运行和发动机富燃运行之一；
其中贫燃运行对应的理想空气燃料比大于14.7，富燃运行对应的理想空气燃料比小于14.7。
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