CN101289965A - 废气再循环估算系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于发动机废气再循环(EGR)系统的控制系统和方法，包括第一传感器，用于检测新鲜质量空气流量；第二传感器，用于检测充气空气流量，其中，充气空气流量基于新鲜质量空气流量和EGR废气流；和计算模块，用于确定新鲜质量空气流量与充气空气流量之间的差值并且根据该差值产生EGR阀控制信号。

Description

废气再循环估算系统
技术领域
本发明涉及柴油机，尤其涉及保持柴油机的稳定排放。
背景技术
柴油机运行包括产生废气的燃烧。在燃烧过程中，空气经由进气门输入气缸，且燃油喷入气缸中，形成空气/燃油混合物。空气/燃油混合物在其中进行燃烧。输入气缸的空气流量能用质量空气流的流量(MAF)传感器进行测量。MAF传感器测量经过进气系统的新鲜空气流的总进气量。燃烧之后，活塞迫使气缸中的废气进入排气系统。排气可包含各种废气成分，包括柴油微粒或碳烟。
发动机系统通常包括废气再循环(EGR)系统以降低发动机排放和燃烧噪声以及改善燃油经济性。EGR包括再循环废气流回气缸，这些废气减少燃烧可用的氧的含量并且降低气缸温度。因为废气流回进气歧管，排气压力一定比进气歧管压力大(即，增压状况)。EGR系统能够使点火正时保持在一个优化点，这就改善了燃油经济性和/或性能。
用于减低排放先进的燃烧方法，例如预混合充气压燃点火(PCCI)，需要大水平的EGR。目前，从在EGR阀启动时发生的气流变化来估算EGR率。这种EGR率估算方法在稳态工况下是准确的。估算的准确度在瞬态工况下倾向于变差。
在瞬态操作过程中，不同负载转速状况和不同EGR水平之间的转变会导致高排放、噪声水平和燃油消耗量。另外，估算EGR水平的当前方法取决于当空气和EGR通道清洁时实施的校准。当EGR系统被堵塞时(例如，EGR冷却器结垢)，这些估算值是不准确的。
发明内容
通过下文的详细描述更加明白本发明应用的更多方面。应当理解，详细描述和特定例子，尽管显示了本发明的优选实施例，但只作为示例的目的而不意图限制本发明的范围。
一种用于发动机废气再循环(EGR)系统的控制系统和方法，包括第一传感器，用于检测新鲜质量空气流量；第二传感器，用于检测充气空气流量，其中充气空气流量基于新鲜质量空气流量和EGR废气流；和计算模块，用于确定新鲜质量空气流量与充气空气流量之间的差值并且根据该差值产生EGR阀控制信号。
在其它特征中，系统还包括控制器，其基于EGR阀控制信号和发动机工作点中的至少一个控制EGR阀。发动机工作点基于发动机速度和发动机供油率中的至少一个。
在其它特征中，该系统还包括旁通模块，用于根据代表发动机冷却剂温度的发动机冷却剂温度(Tcool)信号与代表EGR废气温度的EGR废气温度(Texhaust)信号中的至少一者控制旁通阀，其中，旁通阀选择性地引导部分EGR废气通过旁通管。该系统还包括用于产生Tcool信号的Tcool传感器和用于产生Texhaust信号的Texhaust传感器。Texhaust传感器在EGR废气流过废气处理装置之前产生Texhaust信号。
在其它特征中，旁通模块根据由旁通模块存储的启动图谱确定旁通阀开启的程度。旁通阀开启的程度基于Tcool和Texhaust中的至少一者。
用于发动机废气再循环(EGR)系统的控制系统，包括发动机冷却剂温度传感器，用于检测发动机冷却剂的温度(Tcool)；EGR温度传感器，用于检测EGR废气的温度(Texhaust)；和旁通模块，用于根据Tcool与Texhaust中的至少一者控制选择性地引导部分EGR废气通过旁通管的旁通阀。
在其它特征中，控制系统还包括计算模块，用于确定质量空气流量与充气空气流量之间的差值并且根据该差值产生EGR阀控制信号。控制系统还包括控制器，用于根据EGR阀控制信号与发动机工作点中的至少一者控制EGR阀。控制系统还包括第一传感器，用于产生代表质量空气流量的质量空气流量信号；和第二传感器，用于产生代表充气空气流量的充气空气流量信号。
附图说明
从详细描述和附图中可以更好地理解本发明，其中：
图1是本发明的一种典型柴油机系统的原理框图；
图2是原理框图，描述本发明的计算模块；
图3是原理框图，描述本发明的旁通模块；
图4是流程图，示出本发明的EGR估算系统执行的典型步骤；和
图5是流程图，示出本发明的旁通模块执行的典型步骤。
具体实施方式
下列优选实施例的描述实际上只是示例性的并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中用相同的附图标记表示类似元件。本文所用的术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它的提供所述功能的适当部件。
现在参照图1，示意性地示出了本发明的一种典型柴油机系统10。应当明白，柴油机系统10实际上只是示例性的，并且本文所描述的废气再循环(EGR)估算系统可在各种柴油机系统中实施。
柴油机系统10包括柴油发动机12、进气歧管14和EGR系统16。发动机12在气缸中燃烧空气/燃油混合物以驱动活塞，活塞可旋转地驱动曲轴。来自燃烧过程的废气从气缸中排出并且进入排气歧管18。
空气经由节气门20吸入进气歧管14中，该进气歧管将空气分配到气缸中。燃油喷入气缸中(例如，通过共轨喷油系统)并且压缩空气的热量点燃空气/燃油混合物。废气从气缸排入EGR系统16。
EGR系统16包括废气再循环(EGR)阀34、EGR管35、EGR冷却器36、充气质量空气流量(CMAF)传感器38、EGR旁通阀40和EGR旁通管42。排气歧管18将来自气缸的部分废气引入EGR系统16。EGR阀34使部分废气(EGR废气)再循环通过EGR管35，这将在下文更详细描述。EGR旁通阀40选择性地引导部分EGR废气(旁通废气)远离冷却器36而通过旁通管42。旁通废气在再循环到进气歧管14之前不受到EGR冷却器36的冷却。剩余废气引入排气管(未示出)。相反地，引导通过EGR管35的废气受到冷却。
控制器44根据本发明的EGR估算系统调整柴油机系统10的运行。更具体地，控制器44与进气歧管绝对压力(MAP)传感器46、发动机转速传感器48、质量空气流量(MAF)传感器50、发动机冷却剂温度(Tcool)传感器52、废气温度(Texhaust)传感器54和CMAF传感器38通信。MAP传感器46产生代表增压的信号，发动机转速传感器48产生代表发动机转速(RPM)的信号。Tcool传感器52产生代表发动机冷却剂温度的信号，并且废气温度传感器54产生代表EGR废气温度的信号。优选地，Texhaust传感器54在EGR废气流过EGR冷却器36和/或其它处理装置(未示出)之前确定Texhaust。
MAF传感器50产生代表进入进气歧管14的新鲜质量空气流量的MAF信号。CMAF传感器38产生代表进入进气歧管14的CMAF的CMAF信号。CMAF包括新鲜质量空气流与EGR流的混合物。在不同的实施例中，MAF传感器48和CMAF传感器38可分别包括MAF温度传感器(未示出)和CMAF温度传感器(未示出)。MAF温度传感器和CMAF传感器分别产生代表进入进气歧管14的新鲜MAF的温度和CMAF的温度的信号。控制器44部分地根据发动机12的RPM和供油率确定发动机负载或发动机工作点。通常用每次燃烧事件的燃油体积测量供油率。通过供油率控制发动机的输出。
控制器44根据发动机负载确定EGR率。例如，在发动机重载期间，就降低EGR率以增加在气缸中燃烧的氧。在发动机轻载期间，就增加EGR率以减少进入气缸的氧，这就降低气缸温度和排放。进气歧管14中的EGR率可在0％到大于50％的范围内变化。更具体地，EGR率反映了再循环废气量。例如，20％的EGR率再循环所产生的废气总量的20％。控制器44控制EGR阀34以达到所需的EGR率。
现在参照图2，控制器44包括计算模块100，该计算模块100用于接收分别由MAF传感器50和CMAF传感器38检测到的MAF信号和CMAF信号。MAF信号代表通过进气系统的新鲜空气流的总进气量。CMAF信号代表新鲜空气流与EGR废气流的混合物。计算模块100估算柴油机系统10的EGR流率。计算模块100根据MAF信号确定质量空气流量的数值并且根据CMAF信号确定总的充气空气流量的值。计算模块100计算质量空气流量与充气空气流量之间的差值。在柴油机系统10的稳态和瞬态发动机工况期间，质量空气流量与充气空气流量之间的差值提供EGR流率的准确估算。
参照图3，控制器44包括旁通模块150，旁通模块150用于接收分别由Tcool传感器52和Texhaust传感器54检测到的Tcool信号和Texhaust信号。旁通模块150根据Tcool和Texhaust控制旁通阀40。在不同的实施方式中，旁通模块150可根据存储在旁通模块150的存储器(未示出)中的启动图(未示出)确定旁通阀40的开启程度。启动图可由Tcool和Texhaust对发动机12的发动机工作点进行索引。
现在参照图4，将更详细地论述控制EGR流率的方法400。控制器44在步骤402处开始方法400。在步骤404处，控制器44确定发动机12是否开动。如果发动机12关闭，方法400就回到步骤404。如果发动机12开动，控制器44就进到步骤406。
在步骤406处，计算模块100确定进入发动机12的新鲜质量空气流量。在步骤408处，计算模块100确定进入发动机12的充气质量空气流量。在步骤410处，计算模块100通过确定质量空气流量与充气空气流量之间的差值来估算EGR流率。在步骤412处，控制器44产生用于EGR阀34的控制信号(EGR阀控制信号)。在步骤414处，计算模块100根据EGR阀控制信号调整EGR阀34的定位。方法400在步骤416处结束。
现在参照图5，将更详细地论述启动旁通模块150的方法500。控制器44在步骤502处开始方法500。在步骤504处，控制器44确定发动机12是否开动。如果发动机12关闭，方法500就回到步骤404。如果发动机12开动，控制器44就进到步骤506。
在步骤506处，旁通模块150确定发动机12在工作点的Tcool。在步骤508处，旁通模块150确定发动机12在该工作点的Texhaust。在步骤510处，旁通模块150根据Tcool和Texhaust产生用于旁通阀40的控制信号(旁通阀控制信号)。在步骤512处，控制器44根据旁通阀控制信号调整旁通阀40。方法500在步骤514处结束。

Claims (20)

1.一种用于发动机废气再循环(EGR)系统的控制系统，包括：
第一传感器，用于检测新鲜质量空气流量；
第二传感器，用于检测充气空气流量，其中，所述充气空气流量基于所述新鲜质量空气流量和EGR废气流；和
计算模块，用于确定所述新鲜质量空气流量与所述充气空气流量之间的差值并且根据所述差值产生EGR阀控制信号。
2.如权利要求1所述的系统，还包括控制器，该控制器用于根据所述EGR阀控制信号与发动机工作点中的至少一者控制EGR阀。
3.如权利要求1所述的系统，还包括旁通模块，该旁通模块用于根据代表发动机冷却剂温度的发动机冷却剂温度(Tcool)信号与代表EGR废气温度的EGR废气温度(Texhaust)信号中的至少一者控制旁通阀，其中旁通阀选择性地引导部分所述EGR废气通过旁通管。
4.如权利要求3所述的系统，还包括用于产生所述Tcool信号的Tcool传感器和用于产生所述Texhaust信号的Texhaust传感器。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述Texhaust传感器在所述EGR废气流过废气处理装置之前产生所述Texhaust信号。
6.如权利要求3所述的系统，其中，所述旁通模块根据由所述旁通模块存储的启动图确定所述旁通阀开启的程度。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述旁通阀的所述开启程度基于所述Tcool和所述Texhaust中的至少一者。
8.如权利要求2所述的系统，其中，所述发动机工作点基于发动机转速与发动机供油率中的至少一者。
9.一种用于发动机废气再循环(EGR)系统的控制方法，包括：
检测进入发动机的新鲜质量空气流量；
检测进入发动机的充气空气流量；和
确定所述新鲜质量空气流量与所述充气空气流量之间的差值并且根据所述差值产生EGR阀控制信号，其中所述充气空气流量基于所述新鲜空气流和EGR废气流。
10.如权利要求9所述的方法，还包括根据所述EGR阀控制信号与发动机工作点中的至少一者控制EGR阀。
11.如权利要求9所述的方法，还包括根据代表发动机冷却剂温度的发动机冷却剂温度(Tcool)信号与代表EGR废气温度的EGR废气温度(Texhaust)信号中的至少一者控制旁通阀。
12.如权利要求11所述的方法，还包括产生所述Tcool信号和所述Texhaust信号。
13.如权利要求12所述的方法，还包括在所述EGR废气流过废气处理装置之前产生所述Texhaust信号。
14.如权利要求11所述的方法，还包括根据由所述旁通模块存储的启动图确定所述旁通阀开启的程度。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述旁通阀的所述开启程度基于所述Tcool和所述Texhaust中的至少一者。
16.如权利要求10所述的方法，其中，所述发动机工作点基于发动机转速与发动机供油率中的至少一者。
17.一种用于发动机废气再循环(EGR)系统的控制系统，包括：
发动机冷却剂温度传感器，用于检测发动机冷却剂的温度(Tcool)；
EGR温度传感器，用于检测EGR废气的温度(Texhaust)；和
旁通模块，用于根据所述Tcool与所述Texhaust中的至少一者控制选择性地引导部分所述EGR废气通过旁通管的旁通阀。
18.如权利要求17所述的控制系统，还包括计算模块，该计算模块用于确定质量空气流量与充气空气流量之间的差值并且根据所述差值产生EGR阀控制信号。
19.如权利要求18所述的控制系统，还包括控制器，该控制器用于根据所述EGR阀控制信号与发动机工作点中的至少一者控制EGR阀。
20.如权利要求18所述的控制系统，还包括第一传感器，用于产生代表所述质量空气流量的质量空气流量信号；和第二传感器，用于产生代表充气空气流量的充气空气流量信号。
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