CN104583568A - 用于控制内燃发动机的转矩模型 - Google Patents

Abstract

一种用于控制车辆废气再循环系统的方法。该方法以下述方式控制所述废气再循环系统，即以适合于踏板收油门过渡，同时对于正常操作情况而言也是最佳的方法。

Description

用于控制内燃发动机的转矩模型

技术领域

本公开总地涉及燃气内燃发动机，并且更具体地涉及用于控制适于这种发动机的废气再循环系统的方法。

背景技术

废气再循环(EGR)在许多内燃(IC)发动机(尤其是汽油发动机和柴油发动机)中使用。在EGR系统中，发动机废气的一部分再循环回到发动机气缸。因此，在气缸允许燃料、氧气和其它燃烧产物进入到燃烧室内以便点火的时候，也允许车辆废气进入到燃烧室内。

车辆废气被引入到燃烧室内具有若干后果。一个后果是所引入的废气取代燃烧室内一定量的可燃物质。因为废气已经燃烧过，再循环的气体当被引入到燃烧室内时不会再燃烧。这导致化学反应减慢以及燃烧过程被冷却降低几百华氏度。因此，气缸内物质的燃烧导致施加到气缸活塞上的压力与不存在再循环废气的情况下燃烧所导致的压力相同，只是处于较低的温度下。较低的温度导致降低一氧化二氮排放物的形成速率。因此，EGR技术导致排放到发动机废气中的污染物较少。

此外，将再循环废气引入到发动机气缸内允许提高发动机性能和燃料经济性。由于燃烧室的温度降低，也降低了有害的“发动机爆震”或发动机爆燃的可能性。当气缸内的燃料和空气的混合物由于高压和高热而过早点火时发生发动机爆燃。在发动机爆燃的过程中，在气缸燃料点火时不是受到相关联的火花塞控制，而是自发地发生点火，这往往导致损坏气缸。然而，当燃烧室温度由于EGR而降低时，发动机爆燃的可能性也降低。这允许车辆制造商将更高级(aggressive)(因此更有效)的定时程序编程到相关联的点火正时程序内。因为高级的定时程序，车辆的动力控制模块(PCM)具有更长的提前通知期，因此有更多的时间来采取措施以便防止发动机爆燃。高级的定时程序也可导致较高气缸压力，而较高的气缸压力对于车辆而言导致转矩和动力输出增加。对于这些和其它原因，高水平的EGR在施加到涡轮增压发动机或增压发动机时是特别有利的。

加速踏板“收油门(tip-out)”是一个公知的术语，其指的是驾驶员将踏板从踩下位置释放到零(即完全释放)或者接近零(即大部分释放)位置的动作。当踏板收油门时，驾驶员希望发动机的输出功率急剧减小。在踏板收油门情况下管理EGR流量是一项公知的技术挑战。

当发动机以部分负载操作时，期望具有高的EGR率以便得到更好的燃料经济性和较低的排放。然而在怠速状态下，发动机具有对于EGR流量而言的小的容许限度。当发生踏板收油门时，在进气歧管内已经与再循环废气的大部分混合的空气必须经过发动机燃烧以便离开车辆。正因为如此，在节气门完全关闭之前会存在延迟，以确保再循环废气离开车辆。然而延迟节气门关闭以便保持发动机以部分负载运行可能会导致安全问题。另一方面，节气门立即关闭将导致发动机燃烧的不稳定性。

由于这种困境，当今车辆的普遍方法是将EGR率限制到可控制水平，但是在大多数驾驶情况下，较高的EGR率将是更有益的。因此，需要和期望一种改进的EGR方案，其适用于踏板收油门过渡，同时对于正常情况(即，非踏板收油门的情况)而言也是最佳的。

发明内容

在一种形式下，本公开提供一种控制车辆废气再循环系统的方法。该方法包括基于车辆加速踏板的当前位置和预定的废气再循环阀关闭限度来控制废气再循环阀；以及基于在慢速路径中的驾驶员请求转矩以及在快速路径中的驾驶员请求转矩来执行主动的转矩管理。

本公开还提供一种车辆的废气再循环系统。所公开的系统包括：废气再循环阀，其连接在废气供应部和发动机进气歧管之间；以及控制器，其连接到所述废气再循环阀。该控制器适于基于车辆加速踏板的当前位置和预定的废气再循环阀关闭限度来控制废气再循环阀；以及基于在慢速路径中的驾驶员请求转矩以及在快速路径中的驾驶员请求转矩来执行主动的转矩管理。

在一个实施例中，控制废气再循环阀包括基于加速踏板的当前位置标定包括废气再循环阀关闭限度的表。在一个实施例中，当前的踏板位置是踏板收油门位置。

在另一实施例中，基于在慢速路径中的驾驶员请求转矩执行主动转矩管理的动作包括调节节气门的位置。在还一实施例中，基于在快速路径中的驾驶员请求转矩执行主动转矩管理的动作包括降低车辆的燃料消耗。

本公开的适用性的另外方面从下文中提供的详细描述、权利要求书和附图将变得显而易见。但是应当理解的是包括所公开实施例和附图的详细描述在本质上仅仅是示例性的，其意旨用于示出目的而并不意旨限制本发明的范围、其应用或用途。因此，不脱离本发明主旨的变型意旨在本发明的范围之内。

附图说明

图1示出适于车辆的废气再循环系统；

图2示出根据本文所公开实施例的控制车辆废气再循环系统的方法流程图；

图3示出用于收油门过渡的常规转矩管理策略；以及

图4示出了根据本文所公开实施例的适于收油门过渡的主动转矩管理策略。

具体实施方式

根据本文公开的原理，并且如下面所论述的那样，提供一种改进的EGR方案，其适用于踏板收油门过渡，同时对于正常情况(即，非踏板收油门情况)也是最佳的。本文所公开的方法从两个角度解决了与踏板收油门和再循环废气流量相关联的挑战：1)改进EGR致动器，其响应于驾驶员的动作来尽早关断EGR流量；以及2)主动地管理发动机转矩以满足驾驶员的请求，同时延迟节气门关闭以稳定发动机燃烧。

图1示出适于车辆的示例性EGR系统10，其可被编程以执行本文所公开的新的控制方法100(图2)。该系统10包括连接到发动机缸体14的进气歧管12。来自发动机缸体14的废气流通通过催化转化器16、EGR冷却器18和EGR阀20。阀20由发动机控制单元(ECU)30或其它合适控制器控制。但是应当理解的是连接到系统10内组件的必要的管道/管路和连接件出于简便的目的而示出为连接箭头，且在图1中没有用数字进行标记。在所示的EGR系统10中，来自发动机缸体14的废气的一部分(大约35％-40％)从主废气管道中分离出来，并传送通过EGR冷却器18。通过冷却器18的冷却后的废气的整个部分然后传送回到发动机进气歧管12，在进气歧管12处所述废气的整个部分与新鲜空气混合并再引入到发动机缸体14的燃烧室内。应当理解的是，图1示出了一个示例性系统10，但是本文所公开的原理并不只限于图1所示的配置。

图2示出根据本文所公开实施例的控制车辆废气再循环系统的方法100。在期望的实施例中，方法100通过存储在计算机可读介质中的软件来实施，计算机可读介质可为随机存取存储器(RAM)装置、非易失性随机存取存储器(NVRAM)装置、或只读存储器(ROM)装置，且软件由图1所示系统10内的发动机控制单元30或其它合适的控制器来执行。计算机可读介质可以是ECU 30的一部分。如可以看到的那样，方法100包括控制EGR阀的第一步骤(步骤102)和主动管理发动机转矩的第二步骤(步骤104)。在下文描述EGR阀控制步骤102和主动转矩管理步骤104的细节。这些步骤的组合克服当今的EGR/收油门技术的不足之处。虽然按顺序示出，但是应当理解的是，步骤102和104可以同时执行。

关于EGR阀的控制步骤102，应当注意的是标准的EGR控制通常基于所述发动机气缸内的新鲜空气的量或比例。确定气缸内存在多少新鲜空气部分地基于加速踏板的位置。进行计算且从状态变量诸如空气增压、歧管空气压力(MAP)和其它状态变量创建合适的EGR进度表。如上面所指出的那样，这种类型的控制和进度可在踏板收油门过渡过程中导致响应延迟。因此，所公开的EGR阀控制步骤102设计成即刻调节EGR阀(从而，具有一定进度的EGR)而无需常规的计算。

为此目的，在校准过程中，创建二维的校准表，并如下列公式所示的，将适于EGR阀开度的上限值(也被称为弹量(clip))限定为踏板传感器读数的函数，所示公式为：

(1)EGR阀上限＝FUNC(踏板位置)

表中包含EGR阀上限值的列表并踏板位置进行标定。该表可具有被认为适用于适当EGR阀控制的很多条目。该表最初用校准之前的缺省值进行填充，然后用基于校准的值进行填充。在步骤102中，在收油门时，弹夹将基于踏板位置迫使EGR阀马上关闭，而不是按正常的EGR进度进行，以便反映驾驶员的意图。这一动作将显著加快EGR阀的响应。

在论述主动转矩管理步骤104的细节之前，现在参照图3来论述对于收油门过渡而言的典型发动机转矩策略。如图3中所示，存在踏板位置曲线、驾驶员请求转矩曲线和节气门控制的转矩曲线(示出实际转矩)。节气门控制的转矩是经由流动进入发动机内的空气来控制转矩的一种机制。这种类型的控制在本文中称为“慢速路径”。另一种类型的转矩控制使用燃料调节，并在本文中称为“快速路径”(下面将详细论述)。在图3所示的技术中，由于在快速路径中不存在驾驶员请求的转矩，驾驶员请求的转矩通过节气门动作(即，慢速路径)传送。实际转矩和驾驶员请求转矩之间的时间差是由于进气歧管的体积造成的。

现在参照图4，现在描述主动转矩管理步骤104的细节。图4示出了踏板位置曲线、驾驶员请求转矩的曲线、在慢速路径上的驾驶员请求转矩曲线(示出节气门控制的转矩)、以及在快速路径上的驾驶员请求转矩曲线(示出实际的转矩)。如可以看到的那样，步骤104使用附加的转矩参数–在快速路径中的驾驶员请求转矩-其被创建并用于匹配当前的转矩响应。

对于驾驶员请求而言延迟的节气门响应(即，在慢速路径中的驾驶员请求转矩)将允许在进气歧管内的任何预先存在的空气-EGR混合物离开而不会燃烧不稳定。另一方面，在快速路径中的驾驶员请求转矩将确保实际发动机转矩满足驾驶员请求转矩。如上面所指出的那样，由于在快速路径中的驾驶员请求转矩将通过燃料调节实现转矩的减小，在这种情况下是燃料减少(即稀燃)。虽然在图中未示出，但是ECU 30可以控制执行本文所公开的主动转矩管理步骤104所需的节气门定位和燃料减少。

应当理解的是，本文所论述的控制方法100与一些潜在的硬件优化(诸如像EGR入口再定位、进气歧管的大小等等)的结合可在收油门过渡过程中提供对于管理EGR流量而言可行的选择，而不会影响EGR进度和车辆驾驶性能的期望水平。因此，本文所公开的实施例不应当只限于在图1中所示的系统10内使用。

Claims (12)

1.一种控制车辆废气再循环系统的方法，所述方法包括：

基于车辆加速踏板的当前位置和预定的废气再循环阀关闭限度来控制废气再循环阀；以及

基于在慢速路径中的驾驶员请求转矩以及在快速路径中的驾驶员请求转矩来执行主动的转矩管理。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

使用预定数目的加速踏板位置来校准系统；以及

创建针对每个踏板位置的废气再循环阀关闭限度的表。

3.根据权利要求2所述的方法，其中控制所述废气再循环阀的步骤包括基于加速踏板的当前位置标定所述表。

4.根据权利要求1所述的方法，其中基于在慢速路径中的驾驶员请求转矩来执行主动转矩管理的动作包括调节节气门的位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其中基于在快速路径中的驾驶员请求转矩来执行主动转矩管理的动作包括降低车辆的燃料消耗。

6.根据权利要求1的方法，其中当前踏板位置是踏板收油门位置。

7.一种车辆的废气再循环系统，所述系统包括：

废气再循环阀，其连接在废气供应部和发动机进气歧管之间；以及

控制器，其连接到所述废气再循环阀；

所述控制器适于：

基于车辆加速踏板的当前位置和预定的废气再循环阀关闭限度来控制废气再循环阀；以及

基于在慢速路径中的驾驶员请求转矩以及在快速路径中的驾驶员请求转矩来执行主动的转矩管理。

8.根据权利要求7所述的系统，还包括存储装置，用于存储针对预定数目的加速踏板位置的废气再循环阀关闭限度的表；

其中所述系统被校准以便确定针对预定数目的加速踏板位置的废气再循环阀的上限值。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器通过基于加速踏板的当前位置标定所述表来控制所述废气再循环阀。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器基于在慢速路径中的驾驶员请求转矩通过调节节气门的位置来执行主动转矩管理。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器基于在快速路径中的驾驶员请求转矩通过降低车辆的燃料消耗来执行主动转矩管理。

12.根据权利要求7所述的系统，其中当前踏板位置是踏板收油门位置。