CN102269063B

CN102269063B - 用于控制废气再循环系统的系统和方法

Info

Publication number: CN102269063B
Application number: CN201110145970.7A
Authority: CN
Inventors: V.拉马潘; J-M.康; H.允; C-F.常
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: US20110290224A1; CN102269063A; US8463531B2; DE102011102556B4; DE102011102556A1

Abstract

本发明涉及用于控制废气再循环系统的系统和方法。一种用于发动机的控制系统包括反馈确定模块、前馈确定模块和阀控制模块。所述反馈确定模块基于发动机速度以及期望的燃烧定相和测量的燃烧定相之间的差来产生废气再循环（EGR）反馈值。所述前馈确定模块基于期望的质量空气流量（MAF）率和测量的MAF率之间的差来产生EGR前馈值。所述阀控制模块基于所述EGR反馈值和所述EGR前馈值、进气歧管绝对压力（MAP）、发动机速度和排气背压（EBP）来控制EGR阀。

Description

用于控制废气再循环系统的系统和方法

技术领域

本发明涉及内燃发动机，并且更具体地，涉及一种用于控制废气再循环（EGR）系统的系统和方法。

背景技术

这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景的目的。当前所署名发明人的在本背景技术部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申请时可能不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。

内燃发动机通过可由节气门调节的进气系统将空气吸入到进气歧管中。空气可被分配到多个气缸，并与来自多个燃料喷射器的燃料组合，从而产生空气/燃料（A/F）混合物。A/F混合物可以在气缸内燃烧，从而驱动可旋转地转动曲轴的活塞，以产生驱动扭矩。

由A/F混合物的燃烧产生的废气可以经由废气再循环（EGR）系统被引入到进气歧管中。均质充气压燃式（HCCI）发动机系统可以执行EGR系统，以提供对A/F混合物的比和/或燃烧定相的额外控制（例如，经由A/F混合物的温度）。

发明内容

一种用于发动机的控制系统包括：反馈确定模块、前馈确定模块和阀控制模块。所述反馈确定模块基于发动机速度以及在期望的燃烧定相和测量的燃烧定相之间的差来产生废气再循环（EGR）反馈值。所述前馈确定模块基于期望的质量空气流量（MAF）率和测量的MAF率之间的差来产生EGR前馈值。所述阀控制模块基于所述EGR反馈值和所述EGR前馈值、进气歧管绝对压力（MAP）、发动机速度和排气背压（EBP）来控制EGR阀。

一种用于控制发动机的方法包括：基于发动机速度以及在期望的燃烧定相和测量的燃烧定相之间的差来产生废气再循环（EGR）反馈值；基于期望的质量空气流量（MAF）率和测量的MAF率之间的差来产生EGR前馈值；并且基于所述EGR反馈值和所述EGR前馈值、进气歧管绝对压力（MAP）、发动机速度和排气背压（EBP）来控制EGR阀。

在其它特征中，上面描述的系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序来实现。所述计算机程序可以驻存在有形的计算机可读介质上，例如但不限于存储器、非易失性数据存储器和/或其它适当的有形存储介质。

本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。

本发明还提供如下方案：

1、一种用于发动机的控制系统，其包括：

反馈确定模块，所述反馈确定模块基于发动机速度以及在期望的燃烧定相和测量的燃烧定相之间的差来产生废气再循环（EGR）反馈值；

前馈确定模块，所述前馈确定模块基于期望的质量空气流量（MAF）率和测量的MAF率之间的差来产生EGR前馈值；以及

阀控制模块，所述阀控制模块基于所述EGR反馈值和所述EGR前馈值、进气歧管绝对压力（MAP）、发动机速度和排气背压（EBP）来控制EGR阀。

2、根据方案1所述的控制系统，其特征在于，所述EGR反馈值和所述EGR前馈值均指示EGR流量率。

3、根据方案2所述的控制系统，其特征在于，所述阀控制模块指令所述EGR阀到期望的位置，其中，所述期望的位置基于所述MAP、所述发动机速度、所述EBP以及所述EGR反馈值与所述EGR前馈值的和。

4、根据方案3所述的控制系统，其特征在于，当发动机速度增加、MAP增加和EBP减小中的至少一者发生时，所述期望的位置增大。

5、根据方案3所述的控制系统，其特征在于，当发动机速度减小、MAP减小和EBP增大中的至少一者发生时，所述期望的位置减小。

6、根据方案1所述的控制系统，其特征在于，所述期望的燃烧定相基于所述测量的MAF率、驾驶员输入和发动机速度中的至少一者。

7、根据方案1所述的控制系统，其特征在于，所述测量的燃烧定相基于气缸内燃烧压力测量值和与被释放的预定量的燃烧热对应的曲轴角中的至少一者。

8、根据方案2所述的控制系统，其特征在于，所述前馈确定模块基于发动机负载、发动机速度、MAP、EBP和EGR阀位置使用包括多个预定的EGR前馈值的查询表来产生所述EGR前馈值。

9、根据方案1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机包括均质充气压燃式（HCCI）发动机，并且其中，所述期望的MAF率基于所述HCCI发动机的燃烧模式和驾驶员输入中的至少一者。

10、根据方案9所述的控制系统，其特征在于，在所述HCCI发动机的HCCI燃烧模式期间产生所述EGR反馈值和所述EGR前馈值并控制所述EGR阀。

11、一种用于控制发动机的方法，其包括：

基于发动机速度以及在期望的燃烧定相和测量的燃烧定相之间的差来产生废气再循环（EGR）反馈值；

基于期望的质量空气流量（MAF）率和测量的MAF率之间的差来产生EGR前馈值；以及

基于所述EGR反馈值和所述EGR前馈值、进气歧管绝对压力（MAP）、发动机速度和排气背压（EBP）来控制EGR阀。

12、根据方案11所述的方法，其特征在于，所述EGR反馈值和所述EGR前馈值均指示EGR流量率。

13、根据方案12所述的方法，其特征在于，控制所述EGR阀包括指令所述EGR阀到期望的位置，其中，所述期望的位置基于所述MAP、所述发动机速度、所述EBP以及所述EGR反馈值与所述EGR前馈值的和。

14、根据方案13所述的方法，其特征在于，当发动机速度增加、MAP增加和EBP减小中的至少一者发生时，所述期望的位置增大。

15、根据方案13所述的方法，其特征在于，当发动机速度减小、MAP减小和EBP增大中的至少一者发生时，所述期望的位置减小。

16、根据方案11所述的方法，其特征在于，所述期望的燃烧定相基于所述测量的MAF率、驾驶员输入和发动机速度中的至少一者。

17、根据方案11所述的方法，其特征在于，所述测量的燃烧定相基于气缸内燃烧压力测量值和与被释放的预定量的燃烧热对应的曲轴角中的至少一者。

18、根据方案12所述的方法，其特征在于，产生所述EGR前馈值包括基于发动机负载、发动机速度、MAP、EBP和EGR阀位置使用包括多个预定的EGR前馈值的查询表。

19、根据方案11所述的方法，其特征在于，所述发动机包括均质充气压燃式（HCCI）发动机，并且其中，所述期望的MAF率基于所述HCCI发动机的燃烧模式和驾驶员输入中的至少一者。

20、根据方案19所述的方法，其特征在于，产生所述EGR反馈值和所述EGR前馈值并控制所述EGR阀在所述HCCI发动机的HCCI燃烧模式期间发生。

附图说明

通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，附图中：

图1是示出了在发动机在均质充气压燃式（HCCI）燃烧模式下运行时废气再循环（EGR）的基于发动机事件的控制（即，基于燃烧事件的控制）的曲线图；

图2是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图；

图3是根据本发明的示例性控制模块的功能框图；

图4是根据本发明的用于控制EGR系统的示例性方法的流程图；以及

图5是示出了根据本发明的控制EGR系统的示例性结果的曲线图。

具体实施方式

下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为是指使用非排他逻辑或的逻辑（A或B或C）。应当理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。

如这里所使用的，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程序或固件程序的处理器（共用的、专用的、或成组的）和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其它适合组件。

均质充气压燃式（HCCI）发动机可以在多种模式下运行。混合HCCI燃烧包括在气缸内压缩空气/燃料（A/F）混合物，直到A/F混合物达到临界压力和/或温度并自动燃烧为止。然而，在混合HCCI燃烧期间A/F混合物的燃烧还可以通过火花塞由火花“帮助”。另一方面，火花点火式（SI）燃烧包括在气缸内压缩A/F混合物并通过来自火花塞的火花点燃压缩的A/F混合物。

废气再循环（EGR）系统可以被实施为进一步控制A/F混合物的比和/或燃烧定相。更具体地，燃烧定相可以指A/F混合物在气缸内燃烧时的相对正时（例如，用曲柄角度或CAD表示）。因此，EGR系统会需要燃烧定相的反馈测量。用于EGR系统（例如，EGR阀）的反馈控制在发动机事件基础上操作（即，每个燃烧循环一次）。因此，基于事件的反馈控制系统可能过慢地调节EGR阀的位置，从而由于不正确的EGR的量而导致燃烧问题（例如，失火）。例如，诸如发动机速度的快速变化之类的瞬时操作会导致失火。

图1示出了在HCCI燃烧期间由发动机速度的快速变化导致的燃烧问题（例如，失火）。具体地，六个曲线图相对于时间（秒或s）被示出并且从上至下分别表示：发动机速度（每分钟转或RPM）、期望的MAF率（每秒克或g/s）、EGR阀位置（开度%）、负气门重叠（NVO，用CAD表示）、指示平均有效压力（IMEP，用大气压或巴表示）和延迟曲轴角，其中，已经释放出在燃烧期间产生的预定量的热（例如50%，称作“CA50”，用上止点之后的度数或°ATDC表示）。更具体地，发动机速度从大约2000RPM快速地减小至大约1000 RPM。因此，MAF率和EGR阀位置都减小。然而，与发动机速度减小相比，EGR阀位置的变化延迟。EGR阀位置的延迟变化导致NVO减小，因此由于冷气缸充气温度而导致燃烧问题，如由气缸的IMEP和CA50两者的变化所示。

因此，介绍在发动机速度的快速变化期间用于改善EGR系统的响应的系统和方法。更确切地，该系统和方法可以执行EGR系统的较快（即，基于时间）的控制。更具体地，该系统和方法可以基于发动机速度以及期望的燃烧定相与测量的燃烧定相之差来产生EGR反馈值。该系统和方法还可以基于期望的MAF率与测量的MAF率之差来产生EGR前馈值。然后，该系统和方法可以基于EGR反馈值和前馈值、进气歧管绝对压力（MAP）、发动机速度以及排气背压（EBP）来确定EGR阀的期望位置。另外，该系统和方法可以指令EGR阀到期望的位置（例如，通过产生用于EGR阀的控制信号）。

现在参照图2，发动机系统10包括发动机12。例如，发动机12可以是HCCI发动机。发动机12通过可由节气门18调节的入口系统16将空气吸入到进气歧管14中。例如，节气门18可以用电来控制（例如，电节气门控制或ETC）。然而，入口系统16还可以是不受节流的（例如，一些柴油发动机系统）。MAF传感器20测量进入进气歧管14的空气流的速率。进气MAP传感器22测量进气歧管14中的空气的压力。

进气歧管14中的空气可以分配到多个气缸24。虽然示出了四个气缸，但是可以实施其它数量的气缸。空气可以与来自燃料喷射器26的燃料组合，以形成空气/燃料（A/F）混合物。燃烧驱动活塞（未示出），活塞可旋转地转动曲轴30，从而产生驱动扭矩。发动机速度传感器32可以测量曲轴30的转动速度（例如，用RPM表示）。驱动扭矩可以通过变速器（未示出）从曲轴30传递到车辆的驱动系（未示出）（例如，车轮）。例如，变速器（未示出）可以经由变矩器结合到曲轴30（例如，流体结合）。

由燃烧产生的废气可以从气缸24排出到排气歧管34中。EBP传感器36可以测量排气歧管34中的废气的压力。排气处理系统（ETS）38可以在废气被释放到大气中之前处理废气，以减少排放物。例如，ETS 38可以包括氧化催化剂（OC）、NO_x吸收剂/吸附剂、选择性催化还原（SCR）催化剂、颗粒物（PM）过滤器和催化转化器（例如，三效催化剂）中的至少一种。

EGR系统40可以将废气引入到进气歧管14中。更具体地，EGR系统40可以包括将排气歧管34连接到进气歧管14的EGR管道42。排气歧管34上的EGR收集点可以在ETS 38之前或之后。EGR系统40还可以包括EGR阀44，EGR阀44调节引入到进气歧管14中的EGR的量。例如，可以电控制EGR阀44。涡轮增压器46（还称作“涡轮46”）还可以对进气歧管14中的空气进行加压（即，升压）。例如，涡轮增压器46的涡轮机（未示出）可以由来自排气歧管34的废气驱动，进而激励涡轮增压器46的压缩机（未示出），压缩机对进气歧管14中的空气进行加压。

控制模块50可以接收来自节气门18（例如，节气门位置）、MAF传感器20、MAP传感器22、燃料喷射器26、火花塞28、发动机速度传感器32、EBP传感器36、ETS 38和EGR阀44（例如，阀位置）的信号。控制模块50还可以控制节气门18（例如，ETC）、燃料喷射器26、火花塞28、ETS 38和EGR阀44。控制模块50还可以执行本发明的系统或方法。

现在参照图3，更详细地示出了控制模块50。控制模块50可以包括反馈确定模块70、前馈确定模块74和阀控制模块78。控制模块50还可以包括存储各种确定的和/或预确定的参数的存储器（未示出）。例如，存储器（未示出）可以包括非易失性存储器（NVM）。

反馈确定模块70接收分别指示期望的燃烧定相、测量的燃烧定相和发动机速度的信号71、72和32。例如，期望的燃烧定相可以基于发动机负载（例如，MAF传感器20）、来自车辆的驾驶员的输入（例如，经由加速器踏板）和/或发动机速度。另一方面，测量的燃烧定相或CA50可以基于气缸24的燃烧压力测量值。发动机速度可以使用发动机速度传感器32来测量。

反馈确定模块70可以基于接收到的信号产生EGR反馈值。更具体地，反馈确定模块70可以基于发动机速度以及在期望的燃烧定相和测量的燃烧定相之间的差产生EGR反馈值（例如，EGR百分比）。换言之，EGR反馈值可以对应于EGR位置的变化，以将测量的燃烧定相调节到期望的燃烧定相。例如，EGR反馈值可以指示EGR流量（例如，用每秒克或g/s表示）。

前馈确定模块74接收分别指示期望的MAF率和测量的MAF率的信号75和20。例如，期望的MAF率可以基于来自车辆的驾驶员的输入（例如，经由加速器踏板）。另外，例如，测量的MAF率可以使用MAF传感器20来测量。前馈确定模块74基于接收到的信号产生EGR前馈值。类似于EGR反馈值（如上所述），EGR前馈值可以指示EGR流量（例如，g/s）。可选地，例如，EGR反馈值和前馈值可以分别称作第一EGR反馈值和第二EGR反馈值。前馈确定模块74可以基于期望的MAF率和测量的MAF率之间的差来产生EGR前馈值。例如，当测量的MAF率小于期望的MAF率时，会需要较小的EGR位置（例如，较少的EGR）。

阀控制模块78分别从反馈确定模块70和前馈确定模块74接收EGR反馈值和EGR前馈值。阀控制模块78还接收分别指示MAP、发动机速度和EBP的信号22、32和36。例如，MAP、发动机速度和EBP可以分别通过MAP传感器22、发动机速度传感器32和EBP传感器36来测量。阀控制模块78可以基于接收到的信号来确定EGR阀44的期望的位置（例如，开度百分比）。更具体地，阀控制模块78可以基于EGR反馈值与EGR前馈值的和来确定期望的位置。

然而，此外，阀控制模块78可以基于MAP、发动机速度和/或EBP来确定期望的位置。例如，当MAP增加、发动机速度增加和/或EBP减小时，期望的位置会增大，而当MAP减小、发动机速度减小和/或EBP增大时，期望的位置会减小。换言之，阀控制模块78可以基于EGR反馈值与EGR前馈值的和来确定基本位置，然后基于MAP、发动机速度和EBP来调节基本位置（产生期望的位置）。最后，阀控制模块78可以基于EGR阀44的期望的位置产生用于EGR阀44的控制信号。

现在参照图4，用于控制EGR系统40的方法开始于100。在100，控制模块50确定期望的燃烧正时和期望的MAF率。在104，控制模块50测量发动机操作参数（例如，MAF、MAP、燃烧定相、发动机速度、EBP等）。

在108，控制模块50基于在期望的燃烧正时和测量的燃烧正时之间的差以及发动机速度产生EGR反馈值。在112，控制模块50基于期望的MAF率和测量的MAF率之间的差来产生EGR前馈值。

在116，控制模块50基于EGR反馈值和EGR前馈值、MAP、发动机速度以及EBP来确定用于EGR阀44的期望的位置。在120，控制模块50指令EGR阀44到期望的位置（例如，通过产生用于EGR阀44的控制信号）。然后，控制可以返回100。

现在参照图5，示出了根据本发明的系统和方法的示例性结果。具体地，六个曲线图相对于时间（s）而被示出并且从上至下分别表示发动机速度（RPM）、期望的MAF率（g/s）、EGR阀位置（开度%）、NVO（CAD）、IMEP（巴）和CA50（°ATDC）。与图1类似，发动机速度从大约2000RPM快速地减小至1000RPM。然而，与基于发动机事件的（即，基于燃烧事件的）控制系统相比，该系统和方法更有效地（即，更快地）控制EGR阀44。此外，所所示，EGR阀44的改进的控制由于精确的EGR控制而产生小的NVO变化，并且没有导致燃烧问题（例如，失火），如由稳定的IMEP和CA50特性所示。

本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是，本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和以下权利要求书的基础上其他修改对于本领域技术人员来说将变得明显。

Claims

1. 一种用于发动机的控制系统，其包括：

2. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述EGR反馈值和所述EGR前馈值均指示EGR流量率。

3. 根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述阀控制模块指令所述EGR阀到期望的位置，其中，所述期望的位置基于所述MAP、所述发动机速度、所述EBP以及所述EGR反馈值与所述EGR前馈值的和。

4. 根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，当发动机速度增加、MAP增加和EBP减小中的至少一者发生时，所述期望的位置增大。

5. 根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，当发动机速度减小、MAP减小和EBP增大中的至少一者发生时，所述期望的位置减小。

6. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述期望的燃烧定相基于所述测量的MAF率、驾驶员输入和发动机速度中的至少一者。

7. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述测量的燃烧定相基于气缸内燃烧压力测量值和与被释放的预定量的燃烧热对应的曲轴角中的至少一者。

8. 根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述前馈确定模块基于发动机负载、发动机速度、MAP、EBP和EGR阀位置使用包括多个预定的EGR前馈值的查询表来产生所述EGR前馈值。

9. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机包括均质充气压燃式（HCCI）发动机，并且其中，所述期望的MAF率基于所述HCCI发动机的燃烧模式和驾驶员输入中的至少一者。

10. 根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，在所述HCCI发动机的HCCI燃烧模式期间产生所述EGR反馈值和所述EGR前馈值并控制所述EGR阀。

11. 一种用于控制发动机的方法，其包括：

12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述EGR反馈值和所述EGR前馈值均指示EGR流量率。

13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，控制所述EGR阀包括指令所述EGR阀到期望的位置，其中，所述期望的位置基于所述MAP、所述发动机速度、所述EBP以及所述EGR反馈值与所述EGR前馈值的和。

14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当发动机速度增加、MAP增加和EBP减小中的至少一者发生时，所述期望的位置增大。

15. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当发动机速度减小、MAP减小和EBP增大中的至少一者发生时，所述期望的位置减小。

16. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述期望的燃烧定相基于所述测量的MAF率、驾驶员输入和发动机速度中的至少一者。

17. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述测量的燃烧定相基于气缸内燃烧压力测量值和与被释放的预定量的燃烧热对应的曲轴角中的至少一者。

18. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，产生所述EGR前馈值包括基于发动机负载、发动机速度、MAP、EBP和EGR阀位置使用包括多个预定的EGR前馈值的查询表。

19. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述发动机包括均质充气压燃式（HCCI）发动机，并且其中，所述期望的MAF率基于所述HCCI发动机的燃烧模式和驾驶员输入中的至少一者。

20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，产生所述EGR反馈值和所述EGR前馈值并控制所述EGR阀在所述HCCI发动机的HCCI燃烧模式期间发生。