CN101240747B - 节气门和egr阀的协同控制 - Google Patents

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Abstract

一种发动机控制系统，其包括节气门和废气再循环(EGR)阀以调节流入发动机的空气质量流量(MAF)，该控制系统包括第一模块，其基于MAF误差确定MAF控制命令。第二模块基于MAF控制命令和最大EGR阀范围及进气门解析度确定EGR阀位置。当所需MAF小于最大EGR阀范围时，该节气门完全打开并且EGR阀该基于EGR位置调节。

Description

节气门和EGR阀的协同控制
技术领域
本发明涉及一种内燃机，更特别涉及一种协同节气门和废气再循环(EGR)阀运行的空气质量流量控制。
背景技术
内燃机燃烧空气和燃料的混合物以产生驱动扭矩。更具体的，空气吸入发动机中并且与燃料相混合。该空气和燃料混合物在气缸内燃烧以驱动曲轴，产生驱动扭矩。流入发动机的空气质量流量和喷射的燃料量确定了产生的驱动扭矩量。
一些发动机包括废气再循环(EGR)系统以改善发动机运行和减少发动机排放。该EGR系统包括调节循环返回到进气歧管以与空气和燃料混合的排气量的EGR阀。该额外的排气影响通过节气门的发动机进气的量。
一种控制发动机进气的传统的方法包括闭环EGR阀控制和开环节气门控制。所需的节气门位置基于开环查询表进行排定。EGR阀被控制以调节进入发动机中的空气质量流量。为了在不同条件下确保实现设定点，节气门必须比所需要的更多地关闭，这会因为过多的节流导致降低的燃料经济性。
另一种传统的方法采用EGR阀和节气门两者的闭环控制。EGR阀和节气门被顺序地控制。在控制权限的低端(其中EGR阀自身足以实现进气设定点)，仅仅EGR阀被激活，其调节气流到目标值同时节气门完全打开。在控制权限的高端(其中EGR阀自身不足以实现所需的空气质量流量)，EGR阀完全打开并且节气门被致动。该策略解决了不必要的节流问题，然而，其需要高精度的进气节气门和位置传感器以精确地控制空气质量流量。
发明内容
因此，本发明提供一种发动机控制系统，其包括节气门和废气再循环(EGR)阀以调节流入发动机的空气质量流量(MAF)。该发动机控制系统包括第一模块，其基于MAF误差确定MAF控制命令。第二模块基于MAF控制命令和最大EGR阀范围确定所需EGR阀位置。当MAF控制命令小于最大EGR阀范围时，该节气门完全打开并且EGR阀被调节以实现所需EGR位置。
在其它的特征中，当MAF控制命令大于最大EGR阀范围时，第二模块基于MAF控制命令确定节气门位置。第二模块基于节气门位置和MAF控制命令确定EGR位置。
在另外的特征中，第三模块基于目标MAF和实际的MAF确定MAF误差。该目标MAF是基于发动机RPM和进入发动机的燃料喷射量进行确定。
本发明进一步的应用领域将从下面提供的详细描述中变得显然。应该理解的是详细的描述和具体的例子虽然表示本发明的最佳实施例，但意图仅仅为了示例的目的而不意图去限制本发明的范围。
附图说明
本发明从详细的描述和附图中得到充分理解，其中：
图1是示例的发动机系统的功能方框图，该系统基于本发明的协同的EGR阀和节气门控制进行调节；
图2示出采用本发明协同的EGR阀和节气门控制的示例EGR阀和节气门轨迹；
图3通过比较本发明协同的EGR阀和节气门控制与传统的空气质量流量(MAF)控制，示出了示例的EGR阀和节气门轨迹；
图4是示出本发明的空气质量流量控制执行的示例步骤的流程图；和
图5是执行本发明的MAF控制的示例模块的功能方框图。
具体实施方式
优选实施例的下面描述实际上仅仅是示例，决不意图限制本发明，其应用或者使用。为了描述清楚，在附图中使用的相同的附图标记表示相同的元件。在此使用时，术语模块是指专用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享，专用或者成组)和内存，组合逻辑电路和/或其它提供所述功能性的合适的部件。
现在参见图1，根据本发明示意地示出了示例的发动机系统10。该发动机系统10包括发动机12，进气歧管14，燃料喷射系统16和排气系统18。该示例的发动机12包括6个气缸，这些气缸以V形布置的相邻气缸组22，24进行构造。虽然图1示出了6个气缸(N＝6)，应该理解的是发动机12可包括更多或者更少的气缸20。例如，可以设想发动机具有2，4，5，8，10，12和16个气缸。还应该理解的是发动机12实际上是示例的，并且还可设想为直列式气缸构造。
空气通过节气门25和过滤器27吸入进气歧管14中。空气从进气歧管14吸入发动机12中并且在此被压缩。喷射系统16喷射燃料并且空气/燃料混合物在气缸20内燃烧。排气从气缸20中排出并且进入排气系统18中。在一些情况下，发动机系统10包括涡轮增压器26，其泵送额外的空气进入气缸20中以与燃料和从进气歧管14吸入的空气进行燃烧。
排气系统18包括排气歧管30，排气导管31，EGR阀34，EGR导管35和EGR冷却器36。排气歧管30从气缸组22，24引导排气进入排气导管31中。EGR阀可选择地通过EGR导管35再循环部分排气，如在下面详细描述的。剩余的排气引导入涡轮增压器26中以驱动涡轮增压器26。从涡轮增压器26中流出的排气流进入排气后处理系统(未示出)中。
控制模块42基于本发明的协同EGR阀和节气门控制调节发动机系统10的运行。更具体的，控制模块42控制节气门25和EGR阀34两者的运行以调节进入发动机12的空气质量流量(MAF)。控制模块42与进气岐管绝对压力(MAP)传感器44和发动机速度传感器46通信。MAP传感器44产生指示进气岐管14内空气压力的信号，并且发动机速度传感器46产生表示发动机速度(RPM)的信号。控制模块42基于RPM和供油速率确定发动机负荷。控制模块42还与产生MAF信号的空气质量流量(MAF)传感器47连通。
本发明的协同EGR阀和节气门控制调节EGR阀34以控制进入发动机12中的MAF的精度，同时节气门25被使用来扩展控制范围。因为与节气门25相比较EGR阀34更高的精度可提供精确的控制性能，即使使用较低精度的节气门25。当保持EGR阀34的控制权限时，EGR阀位置保持非常接近全开位置以避免过多的节流并且改善燃料经济性。
示例的EGR阀包括大约0.03kg/s(即，100％开度)到大约0.067kg/s(即，0％开度)的示例的MAF范围。示例的EGR阀可以大约0.1％增量进行调节，其中每增量(即，在EGR位置中每0.1％变化)会存在大约0.00003kg/s的示例MAF变化。然而，应该理解的是EGR阀解析度不总是与最小和最大的EGR位置之间的MAF变化成线性关系。示例的节气门包括大约0kg/s(即，0％闭合节气门)到大约0.03kg/s(即，在0％闭合节气门)的示例的MAF范围。示例的节气门可以大约2％增量进行调节，其中每增量(即，在节气门位置中每2％变化)会存在大约0.0006kg/s的示例MAF变化。然而，应该理解的是节气门解析度不总是与最小和最大的节气门位置之间的MAF变化成线性关系。
MAF对应于通过节气门25流入发动机12的新鲜空气量。虽然仅仅排气通过EGR阀34，EGR阀34间接地控制MAF。更具体的，当EGR阀34打开时，流入发动机12中的EGR流量增大。因此，因为流入发动机12中的总流体流量(即新鲜空气和排气的结合)接近常量，MAF被限制/减少。当EGR阀34完全打开(例如，100％)时，通过节气门25的MAF处于最低点。如果需要进一步降低MAF，节气门25朝向关闭位置移动。在大多数情况下，节气门25全开。
通常，协同的EGR阀和节气门控制基于MAF误差调节节气门位置(POSTHR)和EGR阀位置(POSEGR)，其基于目标MAF(MAF_TRG)和实际的MAF(MAFACT)确定。MAFTRG基于发动机RPM和喷射燃料量从预先储存的查询表中确定，并且MAFACT基于MAF传感器信号确定。控制输出不再是所需的MAF，而是到节气门25和EGR阀34中的命令信号，其解释为以％为单位的所需位置。
协同的EGR阀和节气门控制首先基于MAFERR产生控制信号或者MAF控制命令(MAFCTL)。例如，MAFCTL可从0变化到200％。如果MAFCTL小于最大可实现EGR阀范围(POSEGRMAX)(例如，100％)，仅仅EGR阀34被控制并且节气门25完全打开。例如，如果MAFCTL为75％，其小于100％的POSEGRMAX，POSEGR设置等于75％并且POSTHR设置等于0％关闭，其对应于全开的节气门。
如果MAFCTL大于100％的POSEGRMAX，在MAFCTL和POSEGRMAX之间的差(ΔX)被计算。POSTHR和POSEGR基于ΔX和节气门25的解析度进行确定。位置命令如此确定使得POSTHR被确定为节气门25的解析度的倍数(即，任何比该解析度更细微的POSTHR值被忽略)，并且EGR阀34的控制基于该残差值。在此方式下，POSEGR小于POSEGRMAX以保持EGR阀34的控制权限，但是尽可能接近POSEGRMAX以最小化节流。
例如，如果MAFCTL是124.5％，其大于100％，节气门25需要被激活。对于示例的2％的节气门解析度而言(即，节气门以2％增量调整)，POSTHR设置等于26％，并且POSEGR设置等于98.5％。在此方式下，POSTHR和POSEGR的和等于MAFCTL。对于示例的1％的节气门解析度而言(即，节气门以1％增量调整)，POSTHR设置等于25％，并且POSEGR设置等于99.5％。
现在参见图2，示例的EGR阀位置和节气门位置轨迹被示出并且是基于本发明的协同的EGR阀和节气门控制。首先，节气门25完全打开，因为EGR阀34未充分利用，并且EGR阀34单独调节空气质量流量。当EGR阀34充分利用时(例如，在POSEGRMAX)，节气门25开始关闭以扩展EGR阀34的运行范围。当节气门25被激活时，EGR阀34用来精确控制MAF。因为节气门25仅仅在离散位置被控制，一个较低成本、较低精确性的节气门就足够了并且不会影响控制性能。
现在参见图3，示出了采用传统控制的EGR阀位置和节气门位置轨迹并且叠加于图2的EGR阀位置和节气门轨迹上用于比较目的。如所示的，在EGR阀位置中的差较小(例如，小于大约3％)。类似的，在节气门位置中的差也较小(例如，小于较低精度节气门的解析度)。因此，协同的EGR阀和节气门控制使得可使用较低成本，低精确度节气门并且导致较低节流作用。
现在参见图4，由协同的EGR阀和节气门控制实施的示例步骤被示出。在步骤400中，控制基于MAFTRG和MAFACT计算MAFERR。在步骤402中，控制基于发动机转速和燃料喷射量确定MAFCTL。
在步骤406处，控制确定MAFCTL是否大于POSEGRMAX。如果MAFCTL不大于POSEGRMAX，控制在步骤408处设置POSEGR等于MAFCTL，并且控制结束。在此方式下，节气门25保持全开并且EGR阀34调节以实现POSEGR。如果MAFCTL大于POSEGRMAX，在步骤410处，控制基于在MAFCTL和POSEGRMAX之间的差确定POSTHR。在步骤412处，控制基于MAFCTL和POSTHR之间的差确定POSEGR并且控制结束。在此方式下，节气门25调节以实现POSTHR并且EGR阀34调节以实现POSEGR。
现在参见图5，执行协同的EGR阀和节气门控制的示例模块将进行详细描述。该示例的模块包括加法器500，PID控制模块502和控制信号协同模块504。该加法器500作为MAFTRG和MAFACT之间差的MAFERR。该PID控制模块502基于MAFERR确定MAFCTL。控制信号协同模块504基于MAFCTL确定POSERG和POSTHR。控制EGR阀34和节气门25以分别实现POSEGR和POSTHR。
本领域技术人员将从上述描述中理解到本发明宽的教导可以不同形式实施。因此，虽然本发明已经就具体的例子进行描述，本发明的真实范围应该不受限制，因为其他的修改将对本领域技术人员在研究附图，说明书和下面权利要求后变得明显。

Claims (6)

1.一种发动机控制系统，包括节气门和废气再循环(EGR)阀以调节进入发动机的空气质量流量(MAF)，其中所述节气门能够打开至包括最大节气门开度的预定数量的节气门开度，该发动机控制系统包括：
第一模块，其基于MAF误差确定MAF控制命令；和
第二模块，其当所述MAF控制命令小于最大EGR阀开度时，基于所述MAF控制命令使所述节气门打开至所述最大节气门开度并且调节所述EGR阀；以及，当所述MAF控制命令大于所述最大EGR阀开度时：
基于所述MAF控制命令和所述最大EGR阀开度之间的差和节气门的解析度来确定节气门位置，使得节气门位置被确定为节气门的解析度的倍数；以及
基于所述MAF控制命令和所述节气门位置之间的差来确定EGR阀位置。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括第三模块，其基于目标MAF和实际的MAF确定所述MAF误差。
3.如权利要求2所述的发动机控制系统，其中基于发动机转速和喷入所述发动机的燃料喷射量确定所述目标MAF。
4.一种调节进入包括节气门和废气再循环(EGR)阀的发动机的空气质量流量的方法，包括：
基于MAF误差确定MAF控制命令；
当所述MAF控制命令小于最大EGR阀开度时，基于所述MAF控制命令使节气门打开至最大节气门开度并且调节EGR阀；以及
当所述MAF控制命令大于所述最大EGR阀开度时：
基于所述MAF控制命令和所述最大EGR阀开度之间的差和节气门的解析度来确定节气门位置，使得节气门位置被确定为节气门的解析度的倍数；以及
基于所述MAF控制命令和所述节气门位置之间的差来确定EGR阀位置。
5.如权利要求4所述的方法，还包括基于目标MAF和实际的MAF确定所述MAF误差。
6.如权利要求5所述的方法，还包括基于发动机转速和吸入所述发动机的燃料喷射量确定所述目标MAF。
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