CN103967636B - 外部egr速率反馈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及外部EGR速率反馈。车辆的发动机控制系统包括排气再循环(EGR)速率估计模块和控制模块。EGR速率估计模块接收指示空气流的第一相对湿度的第一信号和指示空气和排气的混合流的第二相对湿度的第二信号。EGR速率估计模块基于第一相对湿度和第二相对湿度确定估计的EGR速率，其中估计的EGR速率对应于到发动机的排气流的流量。控制模块基于估计的EGR速率选择性地调整发动机操作参数。

Description

外部EGR速率反馈
技术领域
本公开涉及内燃发动机，并且更具体而言涉及排气再循环控制系统和方法。
背景技术
在此提供的背景技术描述用于总体上介绍本公开的背景。目前署名的发明人的工作就其在该背景部分中描述的程度以及在其描述在提交时不会以其它方式被认为现有技术的方面，既不明确地也不隐含地认为是破坏本公开的现有技术。
发动机燃烧空气和燃料以产生扭矩。空气通过进气系统流入发动机。进气系统可包括节气门和进气歧管。燃料由一个或多个燃料喷射器提供。发动机将扭矩输出到变速器。变速器将扭矩传递到一个或多个车轮。由燃烧产生的排气从发动机排出到排气系统。
发动机将排气再循环回进气系统。为了让排气流回到进气系统，在对应于排气的入口的位置处，排气系统内的压力必须大于进气系统的压力。排气再循环(EGR)可被控制使得排气、空气和燃料的目标混合物被提供至每个气缸。如果不维持目标混合物，发动机可能不会按预期方式操作。
发明内容
车辆的发动机控制系统包括排气再循环(EGR)速率估计模块和控制模块。EGR速率估计模块接收指示空气流的第一相对湿度的第一信号和指示空气和排气的混合流的第二相对湿度的第二信号。EGR速率估计模块基于第一相对湿度和第二相对湿度确定估计的EGR速率，其中估计的EGR速率对应于到发动机的排气流的流量。控制模块基于估计的EGR速率选择性地调整发动机操作参数。
一种用于车辆的发动机控制方法包括：接收指示空气流的第一相对湿度的第一信号；接收指示空气和排气的混合流的第二相对湿度的第二信号；以及确定估计的EGR速率。估计的EGR速率对应于到发动机的排气流的流量。发动机控制方法还包括：基于估计的EGR速率选择性地调整发动机操作参数。
本发明提供下列技术方案。
1. 一种用于车辆的发动机控制系统，包括：
排气再循环速率估计模块，其接收指示空气流的第一相对湿度的第一信号，接收指示空气和排气的混合流的第二相对湿度的第二信号，并且基于所述第一相对湿度和所述第二相对湿度确定估计的排气再循环速率，其中所述估计的排气再循环速率对应于到发动机的排气流的流量；以及
控制模块，其基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整发动机操作参数。
2. 根据技术方案1所述的发动机控制系统，还包括：
第一湿度传感器，其位于所述发动机的进气系统中且产生所述第一信号；和
第二湿度传感器，其位于所述发动机的进气歧管中且产生所述第二信号。
3. 根据技术方案1所述的发动机控制系统，其中所述排气再循环速率估计模块还基于到所述发动机的所述排气流的蒸气的质量分数来确定所述估计的排气再循环速率。
4. 根据技术方案1所述的发动机控制系统，其中所述致动器控制模块基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整排气再循环阀的开度。
5. 根据技术方案1所述的发动机控制系统，其中所述致动器控制模块基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整火花正时和燃料供给中的至少一个。
6. 根据技术方案1所述的发动机控制系统，其中所述致动器控制模块基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整节气门的开度。
7. 根据技术方案1所述的发动机控制系统，其中所述排气再循环速率估计模块：
将所述空气流的所述第一相对湿度转换为所述空气流的比湿；并且
将空气和排气的所述混合流的所述第二相对湿度转换为空气和排气的所述混合流的比湿。
8. 根据技术方案7所述的发动机控制系统，其中所述排气再循环速率估计模块：
基于燃料类型、当量比和燃烧效率估计到所述发动机的所述排气流的比湿。
9. 根据技术方案8所述的发动机控制系统，其中所述排气再循环速率估计模块基于所述空气流的所述比湿、空气和排气的所述混合流的所述比湿和到所述发动机的所述排气流的所述比湿来确定所述估计的排气再循环速率。
10. 一种用于车辆的发动机控制方法，包括：
接收指示空气流的第一相对湿度的第一信号；
接收指示空气和排气的混合流的第二相对湿度的第二信号；
确定估计的排气再循环速率，其中所述估计的排气再循环速率对应于到发动机的排气流的流量；以及
基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整发动机操作参数。
11. 根据技术方案10所述的发动机控制方法，还包括：
感测位于所述发动机的进气系统中的所述空气流的所述第一相对湿度；以及
感测位于所述发动机的进气歧管中的空气和排气的所述混合流的所述第二相对湿度。
12. 根据技术方案10所述的发动机控制方法，还包括进一步基于到所述发动机的所述排气流的蒸气的质量分数来确定所述估计的排气再循环速率。
13. 根据技术方案10所述的发动机控制方法，还包括基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整排气再循环阀的开度。
14. 根据技术方案10所述的发动机控制方法，还包括基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整火花正时和燃料供给中的至少一个。
15. 根据技术方案10所述的发动机控制方法，还包括基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整节气门的开度。
16. 根据技术方案10所述的发动机控制方法，还包括：
将所述空气流的所述第一相对湿度转换为所述空气流的第一比湿；以及
将空气和排气的所述混合流的所述第二相对湿度转换为空气和排气的所述混合流的第二比湿。
17. 根据技术方案16所述的发动机控制方法，还包括：
基于燃料类型、当量比和燃烧效率估计到所述发动机的所述排气流的比湿。
18. 根据技术方案17所述的发动机控制方法，还包括基于所述空气流的所述比湿、空气和排气的所述混合流的所述比湿和到所述发动机的所述排气流的所述比湿来确定所述估计的排气再循环速率。
本公开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，详细描述和具体示例仅意图用于举例说明，而并非意图限制本公开的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本公开，附图中：
图1是根据本公开的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本公开的包括示例性EGR速率估计模块的示例性排气再循环(EGR)速率控制系统的功能框图；以及
图3示出根据本公开的确定估计的EGR速率的方法。
具体实施方式
发动机燃烧气缸内的空气和燃料以产生用于车辆的驱动扭矩。发动机将由燃烧产生的排气输出到排气系统。发动机将排气从排气系统再循环回进气系统。
充气被吸入发动机的气缸以用于发动机的每个燃烧事件。充气可包括通过节气门吸入的空气和再循环到进气系统的排气。根据本公开的原理的排气再循环(EGR)速率控制系统基于EGR流的估计的比湿和进入进气歧管的空气以及进气歧管中的空气和排气的混合流的相应的湿度来估计再循环到进气系统的排气的流量。进入进气歧管的空气的湿度可以被测量或估计。
现在参看图1，提供了示例性发动机系统100的功能框图。虽然发动机系统100将结合火花点火发动机系统进行讨论，但本公开也可适用于包括压缩点火发动机系统和混合发动机系统的其它类型的发动机系统。
空气通过进气系统106吸入发动机104中。进气系统106可包括节气门108和进气歧管112。空气可通过节气门108和进气歧管112流入发动机104中。节气门108调节进入进气歧管112的空气流。节气门致动器模块116控制节气门108的致动。发动机104燃烧发动机104的气缸内的空气燃料混合物。燃料系统120将燃料选择性地喷入发动机104中。点火系统124将火花选择性地提供至发动机104以用于燃烧。
空气燃料混合物的燃烧驱动曲轴并产生排气。发动机104将排气输出到排气歧管128。催化剂132从排气歧管128接收排气并与排气的各种组分反应。仅仅是举例，催化剂132可包括三元催化剂(TWC)、催化转化器或另一合适类型的催化剂。
发动机系统100将排气的一部分选择性地再循环回进气系统106。虽然示出并将讨论向进气歧管112的排气再循环，但排气可以被再循环回进气系统106中的其它位置。发动机系统100包括EGR阀136和EGR管道140。发动机104的操作在进气歧管112内产生真空(相对于环境压力的低压)。打开EGR阀136允许排气再循环回进气歧管112。EGR致动器模块144可以控制EGR阀136的致动。
发动机系统100也可包括EGR冷却器148，当排气在其返回进气歧管112的途中流过EGR冷却器148时，EGR冷却器148冷却排气。在各种实施中，发动机系统100还可包括冷却器旁路系统，该系统可以被控制以允许排气在其返回进气歧管112的途中绕过EGR冷却器148。排气可以从催化剂132的上游再循环回进气歧管112，如图1所示，但也应当理解，排气可以备选地从催化剂132的下游再循环回进气歧管112。
发动机控制模块(ECM) 152调节根据本公开的发动机系统100的操作。例如，ECM152可经由节气门致动器模块116控制节气门108的开度，经由EGR致动器模块144控制EGR阀136的开度，经由燃料系统120控制燃料喷射量和正时，并且经由点火系统124控制火花正时。ECM 152也可控制进气阀和排气阀致动器、增压装置和/或一个或多个其它合适的发动机致动器的操作。
ECM 152与各种传感器通信，例如，歧管绝对压力(MAP)传感器156、发动机速度传感器160、空气质量流量(MAF)传感器164、发动机冷却剂温度传感器168、排气温度传感器172、空气湿度传感器176、歧管湿度传感器180、和/或一种或多种其它合适的传感器。MAP传感器156产生指示进气歧管112中的绝对压力的MAP信号。发动机速度传感器160基于曲轴的旋转产生信号。以每分钟转数(RPM)计的发动机速度可基于曲轴的旋转而产生。
MAF传感器164产生指示进入进气歧管112的空气的质量流量的MAF信号。MAF传感器164也可产生指示进入进气歧管112的空气的气压的气压信号。备选地，不与MAF传感器164容纳在一起的单独的压力传感器(未示出)可产生指示进入进气歧管112的空气的气压的气压信号。发动机冷却剂温度传感器168产生指示发动机冷却剂温度的冷却剂温度信号。排气温度传感器172产生指示在排气流过EGR冷却器148和/或其它处理装置之前的排气温度的排气温度信号。空气湿度传感器176产生指示通过进气系统106吸入发动机的空气的相对湿度的空气湿度信号。相对湿度是空气和水蒸气的混合物中水蒸气的量，其定义为空气-水混合物中水蒸气的分压与在指定温度下水的饱和蒸气压力的比率。空气湿度传感器176可与MAF传感器164一体化。歧管湿度传感器180产生指示进气歧管112中空气和排气的混合流的相对湿度的EGR湿度信号和指示混合流的温度的温度信号。歧管湿度传感器180可与MAP传感器156一体化。
空气湿度传感器176和歧管湿度传感器180可以是感应式湿度传感器，其根据以下关系测量在相对湿度()下的电容()：
其中，为依赖于湿度的相对介电常数，为自由空间的介电常数，A为电极的横截面积，并且d为电极之间的距离。例如，在0%的相对湿度下为3，并且在100%的相对湿度下为3.9。
ECM 152确定发动机负载。仅仅是举例，ECM 152可基于发动机输出扭矩和/或发动机104的燃料供给速率来确定发动机负载。
现在参看图2，提供了EGR速率控制系统200的示例性实施的功能框图。EGR速率控制系统200包括与EGR致动器控制模块212通信的ECM 202。ECM 202可包括可确定估计的EGR速率的EGR速率估计模块204和EGR控制模块208。一个或多个发动机致动器可附加地或备选地基于估计的EGR速率来控制。例如，EGR控制模块208可以基于估计的EGR速率确定EGR阀136的期望位置。EGR控制模块208可以基于EGR阀136的期望位置控制EGR致动器控制模块212，以控制(例如，打开和关闭)EGR阀136。一个或多个其它发动机致动器可附加地或备选地基于估计的EGR速率来致动。
在一个实施例中，EGR速率估计模块204接收来自空气湿度传感器176的相对湿度信号和来自歧管湿度传感器180的相对湿度信号。备选地，进入进气歧管112的空气流的相对湿度可以被估计。EGR速率估计模块204可以基于当量比、燃料类型和燃烧效率来估计进入进气歧管的排气的相对湿度信号。
EGR速率估计模块204基于其接收到的相对湿度信号来确定估计的EGR速率。EGR速率估计模块204可以基于从空气湿度传感器176获得的混合流的温度和从MAF传感器164获得的气压而将进入进气歧管112的空气流的相对湿度转换为进入进气歧管112的空气流的比湿(SHind)。备选地，气压可通过可以不与MAF传感器164容纳在一起的压力传感器估计或测量。
比湿是特定团中水蒸气的质量与干空气的质量的比率。EGR速率估计模块204基于从歧管湿度传感器180获得的混合流的温度和从MAP传感器156获得的歧管压力而将进气歧管112中空气和排气的混合流的相对湿度转换为比湿(SHman)。混合流的比湿SHman对应于混合流中水蒸气的质量与干气体的质量的比率。
EGR速率估计模块204可以估计进入发动机104的排气(EGR流)的比湿(SHEGR)。排气的水蒸气含量主要随当量比(EQR)、燃料类型和燃烧效率而变化。对于其中氢与碳的比率为1.87的化学计量条件来说，在100%的燃烧效率下，并且假设无冷凝，水蒸气与干燥成分的比率(即，SHEGR)为0.085。因此，
其中，为EGR流的总质量流量，并且为EGR流中干燥成分的质量流量。作为比湿和空气质量流量的函数的EGR质量流量的估计可通过以下方式产生。
将连续方程应用于进气歧管产生下式：
其中
Vman为歧管的容积
ρman为歧管中气体的密度，并且
ṁind,total、ṁEGR,total和ṁcyl,total分别为从进气系统进入歧管、从EGR系统进入歧管和离开歧管到气缸的质量流量。
将理想气体定律应用于进气歧管中的气体产生用于密度对时间的导数的以下表达：
其中
ρman为歧管中气体的密度
t为时间
P为进气歧管中的绝对压力
T为进气歧管中的平均绝对温度，并且
R为进气歧管中的气体的比气体常数。
将这些公式结合且注意到歧管容积通常不随时间改变将产生下式：
该公式对于无冷凝效应的瞬时情况有效。冷凝效应可以被建模和在查找表中表示。该公式也可以根据需要扩展以适合诸如吹扫流的附加流动流。如果要应用瞬态解，则必须考虑诸如质量输运和传感器响应时间中的时滞的因素。虽然该讨论将限于其中压力和温度的变化率和气体常数项变为零的稳态、稳定流情况，但应当理解，该公式可以被修改以考虑如上所述的附加因素。使用比湿的定义替换质量流量并且根据比湿和干燥进气质量流量求解EGR质量流量产生下式：
另外，EGR速率估计模块204根据下式基于进气质量流量和EGR质量流量或者基于流动流的比湿来确定估计的EGR速率：
附加地或备选地，可以基于估计的EGR速率选择性地调整一个或多个其它参数，例如，燃料喷射正时、燃料喷射量和火花正时。
现在参看图3，确定估计的EGR速率的示例性方法300始于304。在308处，方法300确定进入进气歧管112的空气流的相对湿度、进气歧管112中的空气和排气的混合流的相对湿度、以及各种传感器的空气流量读数。在312处，方法300将进入进气歧管112的空气的相对湿度和进气歧管112中的混合流的相对湿度转换为比湿。在316处，方法300基于EQR、燃料类型和燃烧效率估计EGR流中的比湿(SHEGR)。在320处，方法300例如使用下式确定估计的EGR速率：
在324处，方法300基于估计的EGR速率更新EGR控制模块208，该模块可以经由EGR致动器控制模块212控制EGR阀136的位置。
方法300可以基于估计的EGR速率选择性地调整一个或多个其它发动机操作参数。例如，控制可以基于估计的EGR速率选择性地调整节气门108的开度。控制可以附加地或备选地基于估计的EGR速率调整一个或多个其它发动机空气流致动器，例如一个或多个增压装置、一个或多个阀致动器等。附加地或备选地，控制可以基于估计的EGR速率选择性地调整火花正时和/或燃料供给量和/或正时。虽然在328处控制示出为在324之后结束，但图3可以是一个控制循环的示例。控制可以返回到308并且每隔预定时期执行一个控制循环。
上面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本公开、其应用或用途。本公开的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本公开包括具体示例，但本公开的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和随附权利要求书的基础上其它修改将变得显而易见。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。如本文所用，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，在不改变本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序(或同时地)执行方法内的一个或多个步骤。
如本文所用，术语模块可以指属于或包括：专用集成电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享、专用或成组)；提供所描述功能的其它合适的硬件部件；或以上的一些或全部的组合，例如在片上系统中。术语模块可包括存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用或成组)。
如在上面所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码并可指程序、例程、函数、类和/或对象。如在上面所使用的术语“共享”意味着来自多个模块的一些或全部代码可使用单个(共享)处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个(共享)存储器来存储。如在上面所使用的术语“成组”意味着来自单个模块的一些或全部代码可使用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器来存储。
本文所述设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现。计算机程序包括存储在非暂时的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括存储的数据。非暂时的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。

Claims (12)

1.一种用于车辆的发动机控制系统，包括：
排气再循环速率估计模块，其接收指示所述发动机的进气系统中空气流的第一相对湿度的第一信号，接收指示所述发动机的进气歧管中空气和排气的混合流的第二相对湿度的第二信号，并且基于所述第一相对湿度和所述第二相对湿度确定估计的排气再循环速率，其中所述估计的排气再循环速率对应于到发动机的排气流的流量；以及
致动器控制模块，其基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整发动机操作参数，
其中所述排气再循环速率估计模块：
基于所述空气流的温度和进入进气歧管的空气的压力将所述空气流的所述第一相对湿度转换为所述空气流的比湿；
基于空气和排气的所述混合流的温度和进气岐管内的压力将空气和排气的所述混合流的所述第二相对湿度转换为空气和排气的所述混合流的比湿；
基于燃料类型、当量比和燃烧效率估计到所述发动机的所述排气流的比湿；以及
基于所述空气流的所述比湿、空气和排气的所述混合流的所述比湿和到所述发动机的所述排气流的所述比湿来确定所述估计的排气再循环速率。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括：
第一湿度传感器，其位于所述发动机的进气系统中且产生所述第一信号；和
第二湿度传感器，其位于所述发动机的进气歧管中且产生所述第二信号。
3.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述排气再循环速率估计模块还基于到所述发动机的所述排气流的蒸气的质量分数来确定所述估计的排气再循环速率。
4.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述致动器控制模块基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整排气再循环阀的开度。
5.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述致动器控制模块基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整火花正时和燃料供给中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述致动器控制模块基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整节气门的开度。
7.一种用于车辆的发动机控制方法，包括：
接收指示所述发动机的进气系统中的空气流的第一相对湿度的第一信号；
接收指示所述发动机的进气歧管中空气和排气的混合流的第二相对湿度的第二信号；
确定估计的排气再循环速率，其中所述估计的排气再循环速率对应于到发动机的排气流的流量；
基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整发动机操作参数；
基于所述空气流的温度和进入进气歧管的空气的压力将所述空气流的所述第一相对湿度转换为所述空气流的第一比湿；
基于空气和排气的所述混合流的温度和进气岐管内的压力将空气和排气的所述混合流的所述第二相对湿度转换为空气和排气的所述混合流的第二比湿；
基于燃料类型、当量比和燃烧效率估计到所述发动机的所述排气流的比湿；以及
基于所述空气流的所述比湿、空气和排气的所述混合流的所述比湿和到所述发动机的所述排气流的所述比湿来确定所述估计的排气再循环速率。
8.根据权利要求7所述的发动机控制方法，还包括：
感测位于所述发动机的进气系统中的所述空气流的所述第一相对湿度；以及
感测位于所述发动机的进气歧管中的空气和排气的所述混合流的所述第二相对湿度。
9.根据权利要求7所述的发动机控制方法，还包括进一步基于到所述发动机的所述排气流的蒸气的质量分数来确定所述估计的排气再循环速率。
10.根据权利要求7所述的发动机控制方法，还包括基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整排气再循环阀的开度。
11.根据权利要求7所述的发动机控制方法，还包括基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整火花正时和燃料供给中的至少一个。
12.根据权利要求7所述的发动机控制方法，还包括基于所述估计的排气再循环速率选择性地调整节气门的开度。
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