CN101956611B - 排气制动 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排气制动。具体地，一种排气制动控制系统包括制动扭矩估计模块，其基于发动机速度来估计期望制动扭矩。体积流率确定模块基于所述期望制动扭矩来确定排气的期望体积流率。调节模块基于所述期望制动扭矩和排气温度的变化来调节实际体积流率以控制实际制动扭矩。

Description

排气制动
技术领域
本公开涉及内燃发动机，更具体地涉及用于内燃发动机的排气制动。
背景技术
本文所提供的背景技术描述目的在于从总体上呈现本公开的背景。当前署名的发明人的工作，在本背景技术部分所描述的范围内以及在申请日时可能不作为现有技术的那些描述的方面，都既不明示也不暗示地确认为是相对本公开而言的现有技术。
排气制动可用于柴油发动机中的车辆制动。当排气制动被激活时，发动机下游的排气路径被关闭或减少以使得排气在排气歧管中被压缩，从而产生背压。在排气歧管中背压升高的情况下，发动机上的负载升高，由此使车辆减慢。排气歧管中的背压以及因此施加到发动机的制动作用通常与发动机速度成比例。
可变几何涡轮增压器(VGT)可调节穿过VGT的排气流以控制排气歧管中的背压。VGT的叶片通常被设置在固定位置以适应发动机工作在最大速度的情况。在最大发动机速度时，需要最大制动力来有效进行发动机制动，并且穿过VGT的排气流也处于其最大值。VGT所限定的固定流通道比低发动机速度时产生期望背压所必需的要大。结果，排气制动在低发动机速度时效果较差。
发明内容
相应地，一种排气制动控制系统包括制动扭矩估计模块，其基于发动机速度来估计期望制动扭矩。体积流率确定模块基于所述期望制动扭矩来确定排气的期望体积流率。调节模块基于所述期望制动扭矩和排气温度的变化来调节实际体积流率以控制实际制动扭矩。
通过本文提供的描述将明了进一步的应用领域。应当理解的是，这些描述和特定示例仅仅用于说明的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
本发明还提供了以下方案：
1.一种排气制动控制系统，包括：
制动扭矩估计模块，其基于发动机速度来估计期望制动扭矩；
体积流率确定模块，其基于所述期望制动扭矩来确定排气的期望体积流率；和
调节模块，其基于所述期望制动扭矩和排气温度的变化来调节实际体积流率以控制实际制动扭矩。
2.如方案1所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述调节模块进一步基于DPF再生模式和接近零燃料供应条件中的至少一个来调节实际体积流率。
3.如方案1所述的排气制动控制系统，其特征在于，进一步包括控制模块，所述控制模块在第一排气温度时基于所述期望体积流率并且在第二排气温度时基于经调节的体积流率对流限制装置进行调节。
4.如方案3所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述经调节的体积流率是基于所述期望体积流率、所述第一排气温度和所述第二排气温度而得到确定的。
5.如方案3所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述体积流率确定模块基于所述期望制动扭矩和所述第一排气温度来确定所述期望体积流率。
6.如方案5所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述调节模块在所述排气处于所述第二排气温度时确定所述经调节的体积流率。
7.如方案1所述的排气制动控制系统，其特征在于，进一步包括温度传感器，所述温度传感器按照第一预定间隔向所述调节模块输出信号。
8.如方案7所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述温度传感器设置在柴油微粒滤清器(DPF)、柴油氧化催化剂(DOC)、涡轮增压器的涡轮和流限制装置的入口中的至少一个处。
9.一种操作排气制动的方法，包括：
基于发动机速度估计期望制动扭矩；
基于所述期望制动扭矩来确定排气的期望体积流率；并且
基于所述期望制动扭矩和排气温度的变化来调节实际体积流率以控制实际制动扭矩。
10.如方案9所述的方法，其特征在于，进一步包括：进一步基于DPF再生和接近零燃料供应条件中的至少一个来调节实际体积流率。
11.如方案9所述的方法，其特征在于，进一步包括：基于所述期望体积流率、第一排气温度和第二排气温度来调节所述期望体积流率。
12.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：基于所述制动扭矩和所述第一排气温度来确定所述期望体积流率。
13.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：在所述第一排气温度时基于所述期望体积流率来操作流限制装置并且在所述第二排气温度时基于经调节的体积流率来操作所述流限制装置。
14.如方案9所述的方法，其特征在于，进一步包括：提供温度传感器，所述温度传感器按照第一预定间隔输出信号。
15.如方案14所述的方法，其特征在于，所述温度传感器设置在柴油微粒滤清器(DPF)、柴油氧化催化剂(DOC)、涡轮增压器的涡轮和流限制装置的入口中的至少一个处。
附图说明
本文所介绍的附图仅仅用于说明的目的，而并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开教导的发动机系统的方框图；
图2是根据本公开教导的发动机控制模块的方框图；以及
图3是根据本公开教导的操作排气制动的方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不试图限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，遍及全部附图，对应的附图标记表示相似或对应的部件或特征。
如本文所使用的，术语“模块”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(共用处理器、专用处理器或组处理器)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适合部件。
根据本公开教导的排气制动控制系统在基于期望制动扭矩决定了期望体积流率后确定经调节的体积流率。该系统响应于变化的操作条件而对期望体积流率进行调节，变化的操作条件导致排气温度升高/降低。该系统通过调节期望体积流率来确保实际制动扭矩与在升高的/降低的排气温度时的期望制动扭矩匹配。
参见图1，发动机系统10包括柴油发动机12、进气歧管14、排气歧管16以及与排气歧管16连通的排气系统18。空气通过节气门20被吸入进气歧管14，而进气歧管14将空气分配到汽缸(未示出)。共轨喷射系统(common rail injection system，未示出)将燃料喷入汽缸，经压缩空气的热量点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧产生燃烧力以驱动活塞(未示出)，而活塞可旋转地驱动曲轴(未示出)。排气从汽缸排出，穿过排气歧管16并且进入排气系统18。
排气系统18包括排气管22、柴油氧化催化剂(DOC)24和柴油微粒滤清器(DPF)26。DOC 24通过氧化来去除微粒物质、烃基可溶有机馏分和一氧化碳。DPF 26设置在DOC 24下游以从排气中去除微粒物质或碳黑。
流限制装置设置在排气系统18内并且可被操作以限制排气管22内的排气流。当排气流被限制时，排气歧管16内建立起背压，以向发动机施加负制动扭矩。仅作为示例，流限制装置可包括排气管22下游的可变几何涡轮增压器(VGT)28。VGT 28包括可变入口导引叶片。VGT 28的几何形状可通过改变叶片的位置而变化，由此改变穿过VGT 28的排气的流径和体积流率。
控制模块30与多个传感器通信，该多个传感器监测发动机的工作并且相应地控制发动机的工作。多个传感器包括但不限于进气歧管绝对压力(MAP)传感器32、质量空气流(MAF)传感器34、发动机速度传感器36和温度传感器38。MAP传感器32产生指示增压(进气歧管压力)的信号。MAF传感器34产生指示MAF进入进气歧管14的信号。发动机速度传感器36产生指示发动机速度(RPM)的信号。温度传感器38设置在DPF 26处以测量排气的温度。
现在参见图2，控制模块30包括排气制动控制模块42。排气制动控制模块42对待施加到发动机12的期望制动扭矩进行估计并且相应地控制VGT 28以实现期望制动扭矩。
排气制动控制模块42包括制动扭矩估计模块44、体积流率确定模块45、调节模块46和VGT控制模块48。排气制动控制模块42可与制动踏板50通信。例如，当基于制动踏板50的下陷而接收到制动请求52时，排气制动控制模块42可被激活。替代性地，排气制动控制模块42可基于车辆条件而非制动踏板50的下陷而被激活。例如，排气制动控制模块42可在下面情况时被激活：未接收到燃料供应请求，变速器扭矩转换器被锁定、未探测到车轮滑移和/或防抱死制动系统(ABS)未激活。
制动扭矩估计模块44与发动机速度传感器36通信并且基于发动机速度和/或发动机负载来估计期望制动扭矩。“期望”或“估计”制动扭矩指的是在特定发动机速度和/或负载时可实现有效的发动机制动的扭矩。期望(或估计)制动扭矩随发动机速度变化。
体积流率确定模块45与制动扭矩估计模块44、MAF传感器34和温度传感器38通信并且确定对应于期望制动扭矩的期望体积流率。当排气流处于期望体积流率时，排气管内可累积期望背压，以产生期望制动扭矩。体积流率可与排气管内累积的背压成比例地相关。
体积流率确定模块45可包括算法或查找表以确定期望体积流率。体积流率可基于MAF传感器34测得到质量空气流以及温度传感器38测得的排气温度而计算得到。当确定了期望体积流率时，信号被送至VGT控制模块48。VGT控制模块48确定对应于期望体积流率的VGT叶片位置并且相应地控制VGT 28的位置。当VGT 28被设置在位置(即第一位置)时，背压可在排气管22内建立以向发动机12施加期望制动扭矩。
在发动机制动期间，排气温度可由于工作条件变化而变化。仅作为示例，排气温度可由于柴油微粒滤清器(DPF)再生而显著升高。排气温度可由于接近零燃料供应而降低。进一步，排气温度可由于受限的排气流而变化。升高的/降低的排气温度影响施加到发动机的实际制动扭矩。因此，需要调节VGT的位置以维持期望制动扭矩。
仅作为示例，当对于特定发动机速度的期望制动扭矩为200Nm时，对应于期望制动扭矩的期望体积流率为1500mm3/冲程。VGT可被操作到第一位置(仅作为示例，98％VNT位置)以提供期望体积流率，以在排气歧管内建立期望背压。在施加了制动扭矩后，由于变化的工作条件而造成的升高的/降低的排气温度使得实际压力变化，并因而使得施加到发动机的实际制动扭矩变化。背压可与体积流率成比例地相关。为了确保实际制动扭矩与特定发动机速度时的期望制动扭矩匹配，仅作为示例，体积流率需要变化到2000mm3/冲程以使得在升高的/降低的排气温度时背压变化。
调节模块46与温度传感器38通信并且针对升高的/降低的排气温度确定经调节的体积流率。调节模块46可包括提供排气温度和排气的预期体积流率之间相互关系的表。因此，经调节的体积流率是基于期望体积流率、第一排气温度和第二排气温度而被确定的。第一排气温度是期望体积流率被确定时的温度。第二排气温度是调节模块46确定经调节的体积流率时的温度。在调节模块46确定排气温度的升高/降低超过了阈值并且必须调节时，调节模块46可进行调节。
在调节模块46确定了经调节的体积流率后，调节模块46向VGT控制模块48发送信号以调节VGT 28的位置。VGT控制模块48可被校准以确定叶片位置设置点。然后，VGT控制模块48将VGT 28控制到第二位置以允许排气以经调节的体积流率流过VGT 28。因此，不论由于变化的工作条件而造成排气温度升高/降低，实际制动扭矩可与期望制动扭矩匹配。
虽然图1中所示的温度传感器38设置在DPF 26处，应当理解的是，温度传感器38也可设置在排气系统18内的其他位置，包括但不限于DOC 24和VGT 28处。
在施加了期望制动扭矩后，发动机速度得到降低。制动扭矩估计模块44继续从发动机速度传感器36接收信号，以按照第一时间间隔针对降低的发动机速度确定期望制动扭矩。VGT控制模块48响应于期望制动扭矩的变化而改变VGT 28的位置。同时，调节模块46响应于排气温度的变化而对期望体积流率进行调节，以确保实际制动扭矩与降低的发动机速度时的期望制动扭矩匹配。温度传感器38可按照第二间隔(仅作为示例，每20毫秒)向调节模块提供温度反馈。
参见图3，操作排气制动的方法开始于步骤82。当控制模块30接收了制动请求52(例如，当制动踏板50被踏下)，排气制动控制模块42在步骤84中被激活。在步骤86中，制动扭矩估计模块44基于发动机速度来估计期望制动扭矩。在步骤88中，体积流率确定模块45基于估计的制动扭矩来确定期望体积流率。在步骤90中，VGT控制模块48基于期望体积流率将VGT 28操作到第一位置。在步骤92中，调节模块46基于排气温度确定经调节的体积流率。在步骤94中，VGT控制模块48将VGT 28操作到第二位置以提供经调节的体积流率。在制动后，在步骤96中，如果制动请求52依然有效，则重复步骤86到步骤96。如果制动请求52不再有效，则方法80终止于步骤98。
本领域技术人员现在能够从前面的描述中意识到本公开的广泛教导可按照多种形式来实施。因此，尽管连同本公开的具体示例对本公开进行了描述，本公开的真实范围却不应当限于这些具体示例，因为本领域技术人员在研究了附图、说明书和所附权利要求后将会明白其他的修改。

Claims (13)

1.一种排气制动控制系统，包括：
制动扭矩估计模块，其基于发动机速度来估计期望制动扭矩；
体积流率确定模块，其基于所述期望制动扭矩来确定排气的期望体积流率；
调节模块，其基于所述期望制动扭矩和排气温度的变化来调节实际体积流率以控制实际制动扭矩；和
控制模块，所述控制模块在第一排气温度时基于所述期望体积流率并且在第二排气温度时基于经调节的体积流率对流限制装置进行调节。
2.如权利要求1所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述调节模块进一步基于DPF再生模式和接近零燃料供应条件中的至少一个来调节实际体积流率。
3.如权利要求1所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述经调节的体积流率是基于所述期望体积流率、所述第一排气温度和所述第二排气温度而得到确定的。
4.如权利要求1所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述体积流率确定模块基于所述期望制动扭矩和所述第一排气温度来确定所述期望体积流率。
5.如权利要求4所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述调节模块在所述排气处于所述第二排气温度时确定所述经调节的体积流率。
6.如权利要求1所述的排气制动控制系统，其特征在于，进一步包括温度传感器，所述温度传感器按照第一预定间隔向所述调节模块输出信号。
7.如权利要求6所述的排气制动控制系统，其特征在于，所述温度传感器设置在柴油微粒滤清器(DPF)、柴油氧化催化剂(DOC)、涡轮增压器的涡轮和流限制装置的入口中的至少一个处。
8.一种操作排气制动的方法，包括：
基于发动机速度估计期望制动扭矩；
基于所述期望制动扭矩来确定排气的期望体积流率；
基于所述期望制动扭矩和排气温度的变化来调节实际体积流率以控制实际制动扭矩；并且
基于所述期望体积流率、第一排气温度和第二排气温度来调节所述期望体积流率。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：进一步基于DPF再生和接近零燃料供应条件中的至少一个来调节实际体积流率。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：基于所述制动扭矩和所述第一排气温度来确定所述期望体积流率。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：在所述第一排气温度时基于所述期望体积流率来操作流限制装置并且在所述第二排气温度时基于经调节的体积流率来操作所述流限制装置。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：提供温度传感器，所述温度传感器按照第一预定间隔输出信号。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述温度传感器设置在柴油微粒滤清器(DPF)、柴油氧化催化剂(DOC)、涡轮增压器的涡轮和流限制装置的入口中的至少一个处。
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