CN105569852A - 用于监测排气再循环系统的冷却剂系统的方法和设备 - Google Patents

用于监测排气再循环系统的冷却剂系统的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于监测内燃发动机的方法包括在流动控制阀被命令到第一打开状态的情况下监测排气再循环(EGR)系统的换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到第二关闭状态的情况下监测换热器的热效率。基于监测效率评估流动控制阀。

Description

用于监测排气再循环系统的冷却剂系统的方法和设备
技术领域
本发明涉及内燃发动机和其监测。
背景技术
该部分仅仅提供与本发明有关的背景信息且不可能构成现有技术。
已知的内燃发动机可以配置为具有排气再循环(EGR)系统，以通过降低瞬态和稳态运行状态期间发动机汽缸中的峰值燃烧温度而降低氮氧化物(NOx)的排放。已知EGR系统将一部分排气流转向到发动机的进气系统，且包括可控制的EGR阀、具有换热器的EGR冷却系统、和合适的管道元件。EGR气体沿进气系统方向的流动可以通过进气和排气系统之间的压差来引起。
发明内容
一种用于监测内燃发动机的方法包括，在流动控制阀被命令到第一打开状态的情况下监测排气再循环(EGR)系统的换热器的热效率、且随后在流动控制阀被命令到第二关闭状态的情况下监测换热器的热效率。基于监测的效率评估流动控制阀。
根据本发明的一个方面，提出一种用于监测内燃发动机的方法，包括：
在流动控制阀被命令到第一状态的情况下监测排气再循环(EGR)系统的换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到第二状态的情况下监测换热器的热效率；和
基于监测的热效率评估流动控制阀。
优选地，其中在流动控制阀被命令到第一状态的情况下监测EGR系统的换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到第二状态的情况下监测换热器的热效率包括，在流动控制阀被命令到打开状态的情况下监测换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到关闭状态的情况下监测换热器的热效率。
优选地，其中在流动控制阀被命令到第一状态的情况下监测EGR系统的换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到第二状态的情况下监测换热器的热效率包括，在流动控制阀被命令到关闭状态的情况下监测换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到打开状态的情况下监测换热器的热效率。
优选地，其中基于监测的热效率评估流动控制阀包括：
在流动控制阀被命令到第一状态的情况下基于初始效率和最终效率确定第一热效率梯度；
在流动控制阀被命令到第二状态的情况下基于初始效率和最终效率确定第二热效率梯度；和
基于第一和第二热效率梯度评估流动控制阀。
优选地，在流动控制阀被命令到第一状态的情况下基于初始效率和最终效率确定所述第一热效率梯度包括：
监测换热器上游和下游的初始温度和基于所述初始温度确定用于所述换热器的初始效率；
将流动控制阀命令到第一状态并经过预设时间段；
在所述预设时间段经过之后监测换热器上游和下游的最终温度和基于所述最终温度确定换热器的最终效率；和
基于初始效率和最终效率确定所述第一热效率梯度。
优选地，其中将流动控制阀命令到第一状态并经过一时间段包括将流动控制阀命令到打开状态并经过一时间段。
优选地，其中将流动控制阀命令到第一状态并经过一时间段包括将流动控制阀命令到关闭状态并经过一时间段。
优选地，其中在流动控制阀被命令到第二状态的情况下基于初始效率和最终效率确定所述第二热效率梯度包括：
监测换热器上游和下游的初始温度和基于所述初始温度确定用于换热器的初始效率；
将流动控制阀命令到第二状态并经过预设时间段；
在所述时间段经过之后监测换热器上游和下游的最终温度和基于所述最终温度确定换热器的最终效率；和
基于初始效率和最终效率确定所述第二热效率梯度。
优选地，其中将流动控制阀命令到第二状态并经过预设时间段包括将流动控制阀命令到打开状态并经过预设时间段。
优选地，其中将流动控制阀命令到第二状态并经过预设时间段包括将流动控制阀命令到关闭状态并经过预设时间段。
优选地，中基于第一和第二热效率梯度评估流动控制阀包括，在第一和第二热效率梯度之间的差小于临界值时识别流动控制阀的故障。
优选地，方法进一步包括在监测EGR系统的换热器期间以非怠速状态运行内燃发动机。
根据本发明的另一方面，提出一种用于监测内燃发动机的排气再循环(EGR)系统的换热器的方法，方法包括：
将换热器流动控制阀命令到第一状态并经过第一预设时间段；
基于在第一预设时间段开始时确定的初始效率和在第一预设时间段结束时确定的最终效率确定第一热效率梯度；
将换热器流动控制阀命令到第二状态并经过第二预设时间段；
基于在第二预设时间段开始时确定的初始效率和在第二预设时间段结束时确定的最终效率确定第二热效率梯度；且
基于第一和第二热效率梯度评估流动控制阀。
优选地，方法进一步包括在监测EGR系统的换热器期间以非怠速状态运行内燃发动机。
优选地，其中将换热器流动控制阀命令到第一状态并经过第一预设时间段包括，将流动控制阀命令到打开状态并经过第一预设时间段。
优选地，其中将换热器流动控制阀命令到第一状态并经过第一预设时间段包括，将流动控制阀命令到关闭状态并经过第一预设时间段。
在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
附图说明
参考附图，现在将通过例子描述一个或多个实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的内燃发动机(发动机)和附随的发动机控制器；和
图2示意性地显示了根据本发明的监测程序，其用于在正在进行的车辆操作期间评估EGR冷却器的热效率，以评估EGR冷却器旁通阀的操作。
具体实施方式
现在参见附图，其中出于仅显示一些示例性实施例的目的、而不出于限制本发明的目的显示了附图，图1示意性地示出了内燃发动机(发动机)10和已经被构建的根据本发明的附随的发动机控制器15。示出的发动机10为压缩点火式发动机，其在一个实施例中配置为运行在贫化学当量比的空气/燃料比下，而本发明并不限于此。本发明可以应用到任何内燃发动机系统，所述系统包括换热器和相关的旁通阀，作为排气再循环(EGR)系统的元件。
示例性发动机10包括多缸直接喷射四冲程内燃发动机，其具有空气进气系统20、排气系统50、和EGR系统60。空气进气系统20提供进气空气到进气歧管22，所述进气歧管将空气分配和引导到发动机燃烧室的进气管道。空气进气系统20具有气流管道系统和用于监测和控制空气流动的装置。用于控制空气流动的装置包括进气空气过滤器24、增压空气冷却器30和进气节流阀34。节流阀34优选包括电子控制的装置，其响应于从发动机控制器15而来的控制信号而控制去往发动机10的气流。温度传感器28和32分别监测增压空气冷却器30上游和下游的温度。进气空气压缩装置40包括进气空气压缩机44，其通过流体联接到排气系统50的排气涡轮机42驱动。用于监测空气流动的装置优选包括空气流量传感器26，其监测进气空气流量(MAF)、进气空气温度(IAT1，IAT2)、空气湿度(HUM)和进气空气压力(IAP)。进气歧管22中的压力传感器36监测歧管绝对压力(MAP)和气压表压力(BARO)。冷却剂温度传感器38监测发动机冷却剂温度。
排气歧管52吸入从发动机10输出的排出气体，并将其引导通过进气空气压缩装置40的排气涡轮机42、到达排气净化和后处理系统。排气再循环(EGR)系统60使得排出气体的一部分通过被称为EGR阀62的流动控制阀流通到进气歧管20。EGR系统60包括EGR冷却器64，通过该EGR冷却器的流动被旁通阀66控制。EGR冷却器旁通阀66采用任何合适的促动器，例如包括气动促动器，以实现阀的打开和关闭。EGR系统60的监测包括EGR入口温度传感器68和EGR出口温度传感器70。发动机控制器15通过控制EGR阀62的打开而控制到进气歧管22的质量排气流。
术语控制器、控制模块、模块、控制部、控制单元、处理器和相似的术语是指专用集成电路(一个或多个)(ASIC)、电子电路(一个或多个)、执行一个或多个软件或固件程序或过程的中央处理单元(一个或多个)(例如是微处理器(一个或多个))和相关的存储器和存储部(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动等)、组合的逻辑电路(一个或多个)、输入/输出电路(一个或多个)和装置、信号调节和缓冲器电路和提供所述功能的其他部件的组合。软件、固件、程序、指令、控制程序、代码、算法和相似的术语是指任何控制器可执行的指令集，包括校准和查找表。每一个控制器执行控制程序(一个或多个)，以提供期望功能，包括监测来自传感装置和其他联网控制器的输入和执行控制和诊断的程序，以控制促动器的操作。程序可以以规律间隔执行，例如在正在进行的操作期间每一个100微秒或3.125、6.25、12.5、25和100毫秒一次。替换地，程序可以响应于事件的发生而被执行。控制器之间以及控制器、促动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线线路、网络通信总线线路、无线线路或任何其他合适的通信线路实现。
监测内燃发动机包括监测各系统和部件，以确定它们在车辆的整个寿命期间按要求运行。参考图2所述的一种监测程序包括监测换热器(即排气再循环(EGR)系统60的冷却器64)的热效率，以监测EGR冷却器旁通阀66的运行。这包括在EGR冷却器旁通阀66被命令到第一、打开状态的情况下监测换热器的热效率，和在EGR冷却器旁通阀66被命令到第二、关闭状态的情况下监测热效率，和基于被监测的效率评估EGR冷却器旁通阀66。这种监测程序可有利地实施在EGR系统上，所述EGR系统包括不具有来自监测传感器(例如阀位置反馈传感器)的直接反馈的EGR冷却器旁通阀。
图2示意性地显示了监测程序200，其用于评估正在进行的车辆操作期间EGR冷却器的热效率，以评估EGR冷却器旁通阀的运行。通过非限制性的例子，监测程序200可用于监测参考图1所述的系统的实施例。在实施在车辆上时，监测程序200包括算法、控制程序、校准和其他元件，这是取决于系统的且不在本文描述。优选地，监测程序200对于每次钥匙接通循环(key-oncycle)执行一次。表格1作为键入部分(key)提供，其中对应于监测程序200的标记数字的图框和相应功能如下所述。
表格1
与发动机和EGR系统相关的运行和控制参数在车辆和动力传动系运行期间被周期性地监测(202)，以确定发动机和EGR系统是否处于允许对EGR冷却器旁通阀的运行进行准确评估的状态(204)。这种参数包括EGR流量、燃料喷射质量、发动机速度、发动机冷却剂温度和命令d燃烧模式。参数被评估以确定发动机是否运行在升温的稳态状态，且与实施标准相关，所述实施标准是成功地执行监测程序200以实现结果所必须的。监测参数包括EGR流量，其被评估以确定最小EGR流量被命令、和确定EGR流量的时间速率改变(ΔEGR)小于最大值。监测参数还包括燃料喷射质量，其被评估以确定命令的燃料流动大于最小流量且小于最大流量、且确定燃料喷射质量的时间-速率改变小于最大值。监测参数还包括发动机速度，其被评估以确定发动机速度大于最小值，例如大于怠速速度且小于最大速度。监测参数还包括发动机冷却剂温度，其被评估以确定发动机温度大于最小值，表明发动机处于升温状态。监测参数还包括命令的燃烧模式，其被评估以确定是否已经命令了任何侵扰性(intrusive)发动机操作，例如用于使得颗粒过滤器再生的排气再生模式。命令的燃烧模式也可以包括确定发动机是否运行在全气缸模式和可以影响EGR系统运行的其他相关发动机运行状态。在监测参数的评估表明了发动机被升温且运行在基本稳态的状态下而发生没有侵扰性发动机操作(204)(1)时，执行监测程序200。或者，(204)(0)，监测程序200的进一步步骤的执行被阻止且重复监测参数(202)。
监测EGR冷却器旁通阀是侵入地执行的两步骤过程，其包括将EGR冷却器旁通阀命令到第一状态(例如一段时间的关闭状态)且监测EGR系统的热效率，且随后将EGR冷却器旁通阀命令到第二状态(例如一段时间的打开状态)且再次监测EGR系统的热效率。该操作包括命令EGR冷却器旁通阀到完全打开状态并经过预设时间段(206)、且监测EGR冷却器上游和下游的温度。这可包括监测从EGR入口温度传感器和EGR出口温度传感器输出的信号。
在将EGR冷却器旁通阀命令到完全打开状态的开始时、基于上游和下游温度计算初始冷却器效率，且在将EGR冷却器旁通阀命令到完全打开状态的预设时间段结束时、基于上游和下游温度计算最终冷却器效率。在EGR冷却器旁通阀处于完全打开状态的情况下，基于初始和最终冷却器效率之间的差计算第一热效率梯度ηbypass(208)。该计算可以是初始和最终冷却器效率的比或初始和最终冷却器效率的算术差的形式，或基于初始和最终冷却器效率而计算的另一合适参数。在EGR冷却器旁通阀根据其期望操作发挥功能且在EGR系统中没有其他故障或流动限制时，期望的热效率梯度ηbypass将表示在EGR冷却器旁通阀处于完全打开状态并经过预设时间段时冷却器效率的最小改变。
操作继续进行到将EGR冷却器旁通阀命令到完全关闭状态并经预设时间段(210)且监测EGR冷却器的上游和下游温度。在将EGR冷却器旁通阀命令到完全关闭状态的开始时基于上游和下游温度计算初始冷却器效率，且在将EGR冷却器旁通阀命令到完全关闭状态的预设时间段结束时基于上游和下游温度计算最终冷却器效率。在EGR冷却器旁通阀处于完全关闭状态的情况下，基于初始和最终冷却器效率之间的差计算第二热效率梯度ηcooler(212)。该计算可以是初始和最终冷却器效率的比或初始和最终冷却器效率的算术差的形式，或基于初始和最终冷却器效率计算的另一合适参数。在EGR冷却器旁通阀根据其期望操作发挥功能且在EGR系统中没有其他故障或流动限制时，期望的热效率梯度ηcooler将表示在EGR冷却器旁通阀处于完全关闭状态并经过预设时间段时冷却器效率的最小改变。
第一热效率梯度ηbypass和第二热效率梯度ηcooler之间的差被计算(214)和被评估，以确定所述差是否超过临界值(216)。
在EGR冷却器旁通阀根据其期望操作发挥功能且在EGR系统中没有其他故障或流动限制时，第一热效率梯度ηbypass和第二热效率梯度ηcooler之间的差应该是相对大的。临界差可针对具体EGR系统构造而确定、表明EGR冷却器旁通阀根据其期望操作工作，同时考虑部件、系统、运行状态和环境状态的可变化性。
由此，在第一热效率梯度ηbypass和第二热效率梯度ηcooler之间的差大于临界差(216)(1)时，程序表示EGR冷却器旁通阀根据其期望操作(218)工作，且执行结束。
在第一热效率梯度ηbypass和第二热效率梯度ηcooler之间的差小于临界差(216)(1)时，程序表示EGR冷却器旁通阀没有根据其期望操作(220)工作，且执行结束。该结果可以进一步被分析，包括命令监测程序200再执行，以通过故障指示灯的照亮而将结果告知或通知车辆操作者。
与基于EGR冷却器出口温度的监测系统相比，使用EGR冷却器效率以通过降低司机要求和发动机冷却系统的运行造成的变化来监测EGR冷却器旁通阀能改善信号/噪声比。在发动机非怠速时该监测系统执行，以避免来自从停止/起动和试车状态的非使用中流量问题。与发动机运行非怠速相关的升高的排气温度改善诊断的信号/噪声比。
附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于监测内燃发动机的方法，包括：
在流动控制阀被命令到第一状态的情况下监测排气再循环(EGR)系统的换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到第二状态的情况下监测换热器的热效率；和
基于监测的热效率评估流动控制阀。
2.如权利要求1所述的方法，其中在流动控制阀被命令到第一状态的情况下监测EGR系统的换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到第二状态的情况下监测换热器的热效率包括，在流动控制阀被命令到打开状态的情况下监测换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到关闭状态的情况下监测换热器的热效率。
3.如权利要求1所述的方法，其中在流动控制阀被命令到第一状态的情况下监测EGR系统的换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到第二状态的情况下监测换热器的热效率包括，在流动控制阀被命令到关闭状态的情况下监测换热器的热效率且随后在流动控制阀被命令到打开状态的情况下监测换热器的热效率。
4.如权利要求1所述的方法，其中基于监测的热效率评估流动控制阀包括：
在流动控制阀被命令到第一状态的情况下基于初始效率和最终效率确定第一热效率梯度；
在流动控制阀被命令到第二状态的情况下基于初始效率和最终效率确定第二热效率梯度；和
基于第一和第二热效率梯度评估流动控制阀。
5.如权利要求4所述的方法，在流动控制阀被命令到第一状态的情况下基于初始效率和最终效率确定所述第一热效率梯度包括：
监测换热器上游和下游的初始温度和基于所述初始温度确定用于所述换热器的初始效率；
将流动控制阀命令到第一状态并经过预设时间段；
在所述预设时间段经过之后监测换热器上游和下游的最终温度和基于所述最终温度确定换热器的最终效率；和
基于初始效率和最终效率确定所述第一热效率梯度。
6.如权利要求5所述的方法，其中将流动控制阀命令到第一状态并经过一时间段包括将流动控制阀命令到打开状态并经过一时间段。
7.如权利要求5所述的方法，其中将流动控制阀命令到第一状态并经过一时间段包括将流动控制阀命令到关闭状态并经过一时间段。
8.如权利要求4所述的方法，其中在流动控制阀被命令到第二状态的情况下基于初始效率和最终效率确定所述第二热效率梯度包括：
监测换热器上游和下游的初始温度和基于所述初始温度确定用于换热器的初始效率；
将流动控制阀命令到第二状态并经过预设时间段；
在所述预设时间段经过之后监测换热器上游和下游的最终温度和基于所述最终温度确定换热器的最终效率；和
基于初始效率和最终效率确定所述第二热效率梯度。
9.如权利要求8所述的方法，其中将流动控制阀命令到第二状态并经过预设时间段包括将流动控制阀命令到打开状态并经过预设时间段。
10.如权利要求8所述的方法，其中将流动控制阀命令到第二状态并经过预设时间段包括将流动控制阀命令到关闭状态并经过预设时间段。
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