CN105587411A

CN105587411A - 用于egr控制的方法和系统

Info

Publication number: CN105587411A
Application number: CN201510731465.9A
Authority: CN
Inventors: D·J·斯泰尔斯; M·H·谢尔比; J·A·希尔迪奇; M·D·西泽卡拉; J·N·乌尔雷
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: CN105587411B; RU2710454C2; US20160131088A1; RU2015147607A; RU2015147607A3; DE102015119204A1; US9528475B2

Abstract

本发明涉及用于EGR控制的方法和系统。提供用于经由将水从储存器直接喷射的发动机稀释控制的方法和系统。在一种示例中，方法包括在选择的条件期间，将流体从储存器直接喷射到EGR冷却器中。这种方法能够用于在减小EGR流的情况期间补充EGR流。

Description

用于EGR控制的方法和系统

技术领域

本说明书大体涉及用于控制车辆发动机排气再循环(EGR)的方法和系统。

背景技术

排气再循环(EGR)系统正在被越来越多地用于改进发动机的效率并且减少排气排放物对环境的有害影响。当发动机燃烧燃料时，它产生了含有未燃烧的燃料的排气，这些未燃烧的燃料也被称为碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、和氮氧化合物(NOx)。排气被重新引导穿过发动机以消耗未燃烧的燃料并且使燃烧混合物稀释。这种稀释导致新鲜进气空气在燃烧混合物中的百分比减小，并致使CO和NOx的形成减少。在排气被释放前燃烧排气减少了排气对大气的有害影响并且能够使车辆满足政府排放标准。

EGR系统典型地包括EGR冷却器，当EGR流回到发动机进气装置时该EGR冷却器冷却EGR。提出了被冷却的外部EGR，以通过降低节流损失、降低汽缸内热量损失、缓解爆震、以及降低加浓需求来改善对汽油发动机的燃料经济性。当EGR穿过EGR冷却器时，经由冷却器中的颗粒物质的沉积可以发生冷却器的积垢。对于典型的EGR系统，在一定量的积垢之后需要替换EGR冷却器。EGR冷却器的积垢通过使其汽缸内受益和流量最小化而降低了EGR冷却器的冷却效率、增加了其压降、并且降低了被冷却的EGR增加燃料经济性的能力。

进一步地，被冷却的EGR系统达到极限，减少被冷却的EGR的益处。在高负荷EGR系统(例如汽油涡轮增压式直接喷射(GTDI)低压(LP)EGR)中，冷却剂流动或散热器排热限制能够导致EGR率降低或甚至导致任何EGR都不能流动。在瞬态情况下，外部EGR频繁地关闭以帮助改善发动机的扭矩响应，包括使涡轮响应最大化。

EGR系统的另一个问题是不能满足发动机稀释需求。现代方法已经被引入以补充EGR系统并且满足了发动机稀释需求。一种示例方法由Liederman等人在美国专利号6668766中示出。其中，直接喷射器被联接至发动机汽缸并且当EGR不能满足稀释需求时激活该喷射器以将水喷射到该汽缸。

然而，发明人已经认识到使用这类系统的潜在问题。作为一个示例，当微粒物质负荷大于阈值颗粒负荷时，在发动机汽缸处直接喷射水不允许系统清洁EGR冷却器。其结果为，如果EGR冷却器具有大量的颗粒物质，那么将损害EGR到发动机的流动。其结果为，标准的冷却器再生将被执行，这通常降低燃料经济性。这可能导致不稳定的燃烧并且降低发动机的性能和排放。

发明内容

因此，为了至少部分地解决上述问题在此提供了方法和系统。在一个示例中，一种发动机方法包括：响应于稀释需求，在EGR冷却器处直接喷射流体。直接喷射的速率可以基于EGR流率和压缩机叶片速度的估计值中的每一个。

在此，发明者已经发现将水直接喷射在EGR冷却器处能够有助于满足发动机稀释需求和/或清洁EGR冷却器。例如，可以在高压缩机叶片速度的条件期间停止或减少EGR冷却器直接喷射，以便降低如果喷射排出存储在冷却器中的任何颗粒物质时可能发生的对叶片的损坏。进一步地，可以在受限的EGR流以满足发动机稀释需求、和/或通过限制在压缩机和/或EGR冷却器中的过温问题来使EGR能够增加的情况期间使用直接喷射器。为了满足稀释需求将水直接喷射到EGR冷却器中可以改善发动机性能和效率。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附于具体实施方式的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出具有涡轮增压器和排气再循环系统的发动机的示意图。

图2示出图示说明以喷射水来清洁EGR冷却器的示例方法的流程图。

图3示出图示说明以喷射水来补充EGR流的示例方法的流程图。

图4示出图示说明用于基于热约束来确定喷射的水的量的示例方法的流程图。

图5示出图示说明各种发动机条件下以水喷射速率清洁EGR冷却器的一系列图形。

图6示出图示以喷射的水补充EGR流相对于各种条件的一系列图形。

图7示出描绘EGR流率和直接喷射速率基于最大可允许EGR流和EGR冷却器清洁的因果关系的图形。

具体实施方式

在下文中，更具体地参照附图描述EGR系统控制的实施例。注意，实施例的以下描述是示例性的，并且也可以使用各种替代实施例。

以下描述涉及一种用于排气再循环(EGR)冷却器的方法，该排气再循环冷却器具有联接到储存器的喷射端口。在一个示例中，EGR冷却器经由具有喷嘴的喷射阀被联接到储存器上，该喷嘴能够将流体雾化喷射到冷却器中。被喷射到冷却器中的流体的量可以被调整以(例如经由反馈控制)控制冷却器内的EGR温度、浓度、压力、冷凝物水平和残留物水平。在另一个示例中，该储存器可以被联接到加热器并且包含作为主流体的水。然而，也有可能通过将乙醇/水混合物添加到储存器以防止冰冻来省去加热器。

现在参见图1，示出具有多个汽缸的发动机10的一个汽缸的示意图，该发动机可以被包含在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统和由经由输入装置130来自车辆操作者132的输入来控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(例如汽缸)30可以包括燃烧室壁32，活塞36被定位在燃烧室壁中。在一些实施例中，活塞36在汽缸30里面的面可以具有碗形。活塞36可以被联接到曲轴40，使得该活塞的往复运动转变为该曲轴的旋转运动。可以经由中间变速器系统将曲轴40联接到车辆的至少一个驱动车轮。此外，起动器马达可以经由飞轮被联接到曲轴40，从而使发电机10能够启动操作。燃烧室30可以从进气歧管44经由进气通道42接收进气空气并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够选择性地经由对应进气门52和排气门54与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

进气门52可以通过控制器12经由电气门致动器(EVA)51来控制。类似地，排气门54可以通过控制器12经由EVA53来控制。可替代地，该可变气门致动器可以是电动液压的或任何其他可想到的机构以确保气门致动。在某些条件期间，控制器12可以改变提供到致动器51和53的信号来控制对应的进气门和排气门的打开和关闭。进气门52和排气门54的位置可以对应地由气门位置传感器55和57来确定。在替代实施例中，进气门和排气门中的一个或多个可以由一个或多个凸轮来致动，并且可以利用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个来改变气门运行。例如，汽缸30可以可替代地包括经由电动气门致动来控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动来控制的排气门。

燃料喷射器66被示为直接联接到燃烧室30以用于将燃料与从控制器12经由电子驱动器68接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接喷射到该燃烧室中。以此方式，燃料喷射器66提供到燃烧室30中的所谓的燃料的直接喷射。例如，该燃料喷射器可以被安装在该燃烧室的侧面或在该燃烧室的顶部。燃料可以通过燃料系统(未示出)被递送到燃料喷射器66，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。

在选择的运行模式下，点火系统88能够响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92将点火电火花提供到燃烧室30。尽管示出火花点火部件，但在一些实施例中，燃烧室30或者发动机10的一个或多个其他燃烧室可以在压缩点火的模式中以带有或不带点火火花来运行。

进气通道42可以包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在这个特定示例中，节流板64和65的位置可以由控制器12经由提供到电动马达或包括有节气门62和63的致动器的信号来改变，该配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62和63可以被操作为改变提供到燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气空气。可以通过节气门位置信号TP将节流板64和65的位置提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于将对应信号MAF和MAP提供给控制器12。

此外，在公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以将排气的期望部分从排气通道48经由高压EGR(HP-EGR)通道140和/或低压EGR(LP-EGR)通道150传送到进气通道44。被提供到进气通道44的EGR的量可以由控制器12经由HP-EGR阀142或LP-EGR阀152来改变。在一些实施例中，排气装置可以包括节气门以有助于驱动该EGR。此外，EGR传感器144可以被安排在EGR通道内并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。可替代地，可以通过基于多个信号的经计算的值来控制该EGR，这些信号来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧管气体温度)和曲轴速度传感器。进一步地，可以基于排气氧气(O₂)传感器和/或进氧传感器(进气歧管)来控制该EGR。在一些条件下，该EGR系统可以用于调整在该燃烧室内的空气燃料混合物的温度。图1示出高压EGR系统和低压EGR系统，在高压EGR系统中，EGR从涡轮增压器的涡轮的上游被传送至涡轮增压器的压缩机的下游，在低压EGR系统中，EGR从涡轮增压器的涡轮的下游被传送至该涡轮增压器的压缩机的上游。进一步地，如图1中所示，例如，该HP-EGR系统可以包括HP-EGR冷却器146并且该LP-EGR系统可以包括LP-EGR冷却器158以将热量从EGR气体排送至例如发动机冷却剂。在替代实施例中，发动机10可以仅包括HP-EGR系统或仅包括LP-EGR系统。

直接喷射器157被联接到LP-EGR冷却器158、靠近该EGR冷却器入口，也被称为“热”端。进一步地，直接喷射器157被联接到控制器12并且可以由该控制器通过各种下述条件来控制。该直接喷射器是水喷射系统的部分，该水喷射系统包括被附接至水储存器161并且通向该直接喷射器的管道159。该储存器被联接到加热器163以减少在该储存器内形成的冰。在另一些实施例中，该储存器可以包含包括液体(例如水和乙醇)的混合物的流体以除去对加热器的需要。图2描述了何时可以使用这种喷射系统。

这样，发动机10可以进一步包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，该压缩装置至少包括沿进气歧管44安排的压缩机162。对于涡轮增压器，压缩机162可以至少部分地由沿排气通道48安排的涡轮164(例如经由轴)来驱动。对于机械增压器，压缩机162可以至少部分地由该发动机和/或电动机器来驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供到该发动机的一个或多个汽缸的压缩量可以由控制器12改变。

排气传感器126被示为联接到涡轮164上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比指示的任何适当的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC、或CO传感器。

排放控制装置71和72被示为沿排气传感器126下游的排气通道48安排。装置71和72可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他的排放控制装置或其组合。例如，装置71可以是TWC而装置72可以是微粒过滤器(PF)。在一些实施例中，PF72可以位于TWC71的下游(如图1中所示)，而在另一些实施例中，PF72可以定位在TWC72的上游(图1中未示出)。进一步地，在一些实施例中，在发动机10的运行期间，通过在特定空气/燃料比内操作该发动机的至少一个汽缸可以周期性地重置排放控制装置71和72。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在这个特定示例中示出为只读存储器芯片(ROM)106的用于可执行程序和校正数值的电子储存介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。控制器12可以接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除了先前讨论的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器120的所引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自联接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器122的歧管绝对压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12从信号PIP产生。可以使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP来提供该进气歧管中真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，例如带有MAF传感器而不带有MAP传感器，或反之亦然。在化学计量比操作期间，该MAP传感器能够给出发动机扭矩的指示。进一步地，这个传感器连同经检测的发动机转速能够提供引入到该汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，还可用作发动机转速传感器的传感器118在曲轴的每次旋转可以产生预定数量的等间隔脉冲。

存储介质只读存储器106能够用计算机可读数据来编程，该计算机可读数据表示由处理器102可执行的指令，用于执行下面描述的方法以及可以预见但是没有具体列出的其他变体。

如上所述，图1仅示出多缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。图1示出被联接到在具有GTDILP和HPEGR系统的涡轮增压式发动机中的水储存器的EGR冷却器，然而，该EGR冷却器可以用于不同的构型(例如，自然吸气式发动机)。

如先前所述，水储存器161在EGR冷却器158处将水提供至直接喷射器157。可以使用这种方法来满足发动机稀释需求或降低EGR冷却器内的颗粒物质。该系统的功能由控制器12来确定并且在图2中进一步解释。

图2是图示说明示例方法200的流程图，该示例方法200用于在EGR冷却器的清洁周期期间将水喷射到EGR冷却器中。在选择的条件期间，该方法可以包括将流体从储存器直接喷射到EGR冷却器中，其中，选择的条件包括在该EGR冷却器处的颗粒负荷高于阈值颗粒负荷。如上所述，到该EGR冷却器中的直接喷射可以用水来完成。加热器(例如，加热器163)可以被联接到水储存器(例如，水储存器161)以防止冰的形成。在一些示例中，还可以用流体混合物(例如，水和甲醇/乙醇/乙二醇)来完成该直接喷射。如果利用该流体混合物则可以省去加热器，因为与水的凝固点相比该混合物的凝固点更低。进一步的，如果该储存器包括流体混合物，则该控制器可以调整燃料喷射参数以引起在喷射物中的酒精维持化学计量处或化学计量左右的空气/燃料比。

本文将参照图1中描绘的部件和系统(具体而言关于加热器163、水储存器161、管道159、直接喷射器157和LPEGR冷却器158)来描述方法200。方法200可以由控制器(例如，控制器12)根据存储在其上的计算机可读介质来实施。应理解的是，方法200可以在不脱离本公开的范围的情况下应用于具有不同构型的其他系统。

方法200可以开始于202处，其中，可以估计和/或测量发动机工况。发动机工况可以包括但不限于发动机转速、发动机负荷、发动机温度、排气压力、排气温度、压缩机速度和命令的空气/燃料比。在204处，方法200包括确定EGR冷却器清洁需求。该EGR冷却器清洁需求可以由测量或模型来确定。作为一个示例，该测量可以包括确定在该EGR冷却器中的颗粒负荷大于阈值颗粒负荷。颗粒物质负荷可以通过测量在该EGR冷却器的上游和下游的EGR压力的变化来确定。高于阈值颗粒负荷的颗粒物质负荷可以造成流动阻塞，从而致使该EGR冷却器两端的压力变化增加。因此，如果该EGR冷却器两端的压力变化大于阈值EGR冷却器压力，则该EGR冷却器可能被堵塞。作为另一个示例，颗粒物质负荷可以通过测量该EGR冷却器的下游和上游的EGR的温度来确定。在该EGR冷却器中的颗粒物质负荷高于该阈值颗粒负荷可以降低在EGR与EGR冷却器之间的热传递特性。颗粒物质可以降低在EGR冷却器与EGR之间的表面接触量。其结果为，在该EGR冷却器的下游的EGR的温度可以高于阈值被冷却的EGR温度。

确定EGR清洁需求的模型可以包括计划的定期维修，诸如在行驶预定数量的英里(例如，5000)或使用预定数量的小时(例如，100)之后。如果控制器(例如，控制器12)确定EGR冷却器清洁需求，则该方法进行至208。如果没有检测到EGR冷却器清洁需求，则该方法进行至206。在206处，该控制器维持当前发动机操作参数并且不发生直接喷射。随后可以退出该方法。

在208处，该方法包括确定是否满足多个直接喷射条件。直接喷射条件可以包括：基于EGR冷却器温度高于阈值EGR冷却器温度、压缩机速度低于阈值速度、以及如果储存器(例如，储存器161)具有可用于直接喷射的流体，调整直接喷射的水的量。如果该EGR冷却器温度低于阈值EGR冷却器温度，则在直接喷射中的流体可能不会完全汽化。不完全蒸发导致混合不良以及水在该EGR冷却器中沉积。如果该压缩机速度高于该阈值压缩机速度，则从在该EGR冷却器中的直接喷射排出的颗粒物质可以被载送至该涡轮增压器并且损坏压缩机叶片。可以用合适的液面计来测量流体可用性。液体的流体相可以通过所测量的发动机温度高于阈值发动机温度(例如，5℃)来确定。在进一步的实施例中，来自联接到加热器的水储存器的水的可用性可以通过经测量的加热器温度高于阈值加热器温度(例如，3℃)来确定。如果满足水喷射条件，则该方法进行至210。然而，如果没有满足水喷射条件，则该方法进行至206并且该控制器维持如上所述的当前发动机操作参数。

在210处，该控制器估计最大喷射速率。可能影响该最大喷射速率的因素包括但不限于：在吸气系统的一个或多个区段中的冷凝物水平和/或发动机燃烧稳定性阈值。该喷射速率可以通过随时间变化的质量来限定(例如，5kg/hr)。该吸气系统可以包括压缩机、增压空气冷却器和进气歧管，以及流体地联接该压缩机、增压空气冷却器和进气歧管的进气通道。在吸气系统内的冷凝物水平可以在该吸气系统中通过测量适当的位置处的露点温度来计算。作为一个示例，在低压EGR(LPEGR)系统中，在该进气通道预压缩机、进气通道后增压(post-charge)空气冷却器和进气歧管中的冷凝物水平可以影响最大水喷射速率。作为另一个示例，对于高压EGR(HPEGR)或自然吸气EGR(NAEGR)系统，在该进气歧管中的冷凝物水平可以影响最大水喷射速率。

该发动机燃烧稳定性阈值可以包括最大发动机稀释公差，高于该稀释公差时可以出现燃烧稳定性问题(例如，爆震、失火等)。提供至该发动机的总稀释可以被控制为低于该发动机稀释公差最大值，以便避免燃烧稳定性问题。该总稀释等于该EGR流率和流体喷射的量的和。根据该EGR流率和该发动机燃烧稳定性阈值来调整流体喷射的量，使得总稀释可以小于该发动机稀释公差最大值。

在212处，该方法包括响应于该直接喷射速率来调整该EGR流率。该EGR流率可以随该直接喷射速率的增加而减小。该调整可以进一步包括当该直接喷射速率增加至最大速率时而将该EGR流率降低至最小流率。在一个示例中，该最小EGR流率可以是能够将流体从该EGR冷却器载送到该发动机中的预定最小流率。

在214处，该方法包括将水直接喷射到该EGR冷却器的入口中。如上所述，该直接喷射速率基于该EGR流率和在该吸气系统中的冷凝物水平。在216处，该控制器确定清洁是否完成。清洁的EGR冷却器可以通过喷射预定量的流体(例如，100mL)或通过在预定量的时间(例如，30秒)内喷射流体来估计。清洁的EGR冷却器还可以通过测量该EGR冷却器的上游和下游的排气压力来估计。如果这些压力基本上相等，则该EGR冷却器可以被确定为清洁的。如果该EGR冷却器不是清洁的，则该方法返回到210。如果该EGR冷却器是清洁的，则该方法可以退出。

图2展示以流体喷射来清洁EGR冷却器的示例方法。该流体喷射还可以被用于在减小的EGR流率的情况期间将补充EGR流到发动机。图3是图示说明用于将流体喷射补充EGR流的示例性方法300的流程图。

本文将参照图1中描绘的部件和系统(具体而言是水储存器161、管道159、直接喷射器157和LPEGR冷却器158)来描述方法300。方法300可以由控制器(例如，控制器12)根据存储在其上的计算机可读介质来实施。应理解的是，方法300可以不脱离本公开的范围的情况下应用于不同构型的其他系统。

方法300可以开始于302处，在302处包括估计当前发动机操作参数。发动机工况可以包括但不限于发动机转速、发动机负荷、发动机温度和命令的空气/燃料比。在304处，该方法包括基于当前发动机操作参数(例如，发动机转速和负荷)来确定期望的稀释需求。可以基于各种因素来确定该发动机稀释需求，这些因素包括但不限于NOx形成、发动机温度和空气/燃料比。期望的稀释速率还可以由该发动机的最优燃料经济性来确定。

在306处，该方法可以包括确定最大可允许EGR率以满足期望的稀释速率。该最大可允许EGR率可以基于热约束。热约束可以包括散热器温度、EGR冷却器冷却剂温度和EGR温度中的一个或多个。如果该散热器温度高于阈值散热器温度、该EGR冷却器冷却剂温度高于阈值冷却剂温度、以及该EGR温度高于阈值EGR温度，可以降低该最大可允许EGR率。作为一个示例，在LPEGR系统中，高于该阈值EGR温度的EGR温度可以导致压缩机叶片的油焦化或损坏在该涡轮增压器压缩机出口中的塑料空气吸气管。作为另一个示例，该EGR冷却剂温度高于该阈值EGR冷却剂温度可以导致EGR冷却器损坏。作为一个替代示例，从EGR气体传递到该EGR冷却器冷却剂的过多热量可以致使该散热器温度高于阈值散热器温度，其中，由于高散热器温度而导致车辆可能过热。因此，即使该发动机能够接纳更高的EGR率，由于在该EGR系统中的热约束，该EGR率可以被局限于该最大可允许EGR率以避免损害发动机部件。

在308处，该方法包括调整EGR阀以提供以上由热约束确定的稀释需求。换言之，该EGR阀被调整为提供由热约束确定的最大可允许EGR率以满足稀释需求。该方法进行至310，其中，该方法包括确定该最大可允许EGR流率是否满足该稀释需求。如果由于热约束(例如，该EGR流受限)而导致该最大可允许流率不能够满足稀释需求，则该方法进行至将在下文进行解释的314。如果该最大可允许EGR率能够满足发动机稀释需求，则该方法进行至312。在312处，该方法可以包括维持当前发动机操作参数并且不执行水喷射以满足稀释需求。可以退出该方法。

在314处，该方法包括确定是否满足流体喷射进入条件。流体喷射条件可以包括：如以上关于图2所述的，EGR温度高于阈值温度、在联接到该直接喷射器的储存器中的流体的可用性(例如，流体水平超过阈值水平并且处于液相)以及压缩机速度低于阈值速度。然而，当执行直接喷射以补充EGR流从而满足稀释需求时，如果在该EGR冷却器中的颗粒物质负荷低于阈值颗粒物质负荷，则可以忽略该阈值压缩机速度。在上文关于图2描述对在该EGR冷却器中的颗粒物质负荷的确定。如果满足流体喷射条件，则该方法进行至316。然而，如果由于以上列出的原因中的任何一项而没有满足流体喷射条件，则该方法返回至312以维持如上所述的当前发动机操作参数。可以退出该方法。

在316处，该方法可以包括估计满足稀释需求的流体喷射量。该流体喷射量可以通过将该稀释需求与该最大可允许EGR率相比较来计算。将在图4中对此过程进行更详细地讨论。可以退出该方法。

图3是描述对于水喷射以补充该最大可允许EGR流的条件的高级流程图。图4进一步描述该水喷射并且图示说明基于热约束和在吸气系统中的冷凝物水平计算喷射的水的质量。

图4是图示说明方法400的流程图。方法400是用于基于EGR流率和冷凝物水平来确定喷射的水的量的示例性方法。方法400可以在方法300之后进行。

本文将参照图1中描绘的部件和系统(具体而言是水储存器161、管道159、直接喷射器157和LPEGR冷却器158)来描述方法400。方法400可以由控制器(例如，控制器12)根据存储在其上的计算机可读介质来实施。应理解的是，方法400可以在不脱离本公开的范围的情况下应用于不同构型的其他系统。

方法400可以在402处开始，402包括基于(一个或多个)热约束来确定水喷射量。热约束包括但不限于：在EGR冷却器入口404处的EGR冷却器冷却剂温度404以及EGR与空气的混合物温度(T_MIX)406。高于阈值冷却剂温度的EGR冷却器冷却剂可以致使散热器过热。过热的散热器不能够给该发动机提供期望的冷却并且其结果为可能损坏发动机部件。高于阈值冷却剂温度的EGR冷却器冷却剂可能沸腾，并且其结果为可能损坏该EGR冷却器。

当EGR流动到该发动机入口时，该EGR与压缩机上游的大气空气混合。当这种气态混合物穿过压缩机时，其压力和温度增加。因此，如果该压缩机的上游的大气空气与EGR混合的温度(T_MIX)高于阈值，则该压缩机下游的温度可能过高并且损坏发动机部件。其结果为，T_MIX基于EGR温度和进气温度来估计并且被包括在确定该水喷射量中。

如在方法300中所确定的，由于热约束，该最大可允许EGR率不能够实现该当前发动机稀释需求而水喷射可以补充这种稀释差额。该稀释差额可以通过求得在该发动机稀释需求(例如，期望的EGR率)与该最大可允许EGR率之间的差值来计算。该稀释差额等于额外EGR的质量(M_AEGR)与喷射水的质量(M_f)之和。M_f等于1.7M_AEGR，因为水是比EGR更有效的稀释剂(例如，1克水稀释发动机燃烧混合物与1.7克EGR)。因此，M_f和M_AEGR二者都可以被计算并且在等式1中使用。在喷射的流体不是水而使用混合物的情况中，系数1.7将变为基于该流体混合物的预定值。EGR的温度的改变可以通过应用于以上列出的两种热约束的以下等式来确定：

\frac{M_{f} \times {ΔH}_{V A P}}{M_{A E G R} \times C_{E G R}} = {ΔT}_{E G R}

等式1

M_f代表喷射的流体的质量，M_AEGR代表额外EGR的质量，C_EGR代表EGR的比热，ΔT_EGR代表EGR冷却器两端的EGR温度的改变，并且ΔH_VAP代表喷射流体汽化的比热。额外EGR的质量代表由于水喷射的EGR率的增加。该水喷射将热传递(冷却)到该EGR冷却器冷却剂和EGR气体温度二者。其结果为，热约束被降低并且该最大可允许EGR率被增加。该方法可以包括对于以上描述的热约束中的每个来计算EGR的温度的改变。作为一个示例，如果发动机稀释需求导致所需要的EGR率为100kg/hr，但是该最大可允许EGR率由于热约束而导致仅能够提供75kg/hr，则可以发生水喷射以满足额外的25kg/hr的稀释需求。然而，当将水喷射到该EGR冷却器时，水将该EGR冷却器和/或EGR进行冷却，因此允许最大可允许EGR率的增加。此外，水是比EGR更有效的稀释剂，所以水的质量将成比例地减小。因此，使用以上等式来计算该水喷射量并且喷射的水量是为了应对剩余的25kg/hr。例如，经计算的喷射水量可以等于4kg/hr的总稀释需求，使额外的EGR流能够覆盖剩余的18kg/hr的稀释需求。在这个示例中，喷射的水的速率和该额外的EGR流率低于25，因为水是更有效的稀释剂(例如，18+1.7(4)～25)。

在408处，该方法包括基于在该吸气系统内的一个或多个合适位置处的露点计算值估计在吸气系统中的预测凝结水平。在低压EGR系统中，该一个或多个位置可以包括该压缩机(例如，预压缩机)上游的进气通道、该增压空气冷却器(例如，后增压空气冷却器)下游的进气通道和进气歧管。在高压EGR系统或自然吸气EGR系统中，该位置可以包括进气歧管。如果所预测的凝结水平高于阈值，则可以减小喷射水量以防止进一步的凝结。

在410处，该方法包括喷射最大确定量的水。该控制器可以分析影响该最大可允许EGR流率的所有热约束并且基于对EGR流具有最大影响的热约束的计算来确定最大水量。基于凝结水平估计来调整用于喷射的最大确定水量。

在412处，该方法包括将该EGR流率调整为由该水喷射量确定的增加的速率。可以退出该方法。

图2至图4代表水喷射的不同方案。然而，在任何一个方案中的水喷射依赖于各种条件。在图5至图6中进一步图示说明了这些条件及其结果。

图5图示说明影响EGR冷却器直接喷射速率和EGR率的各种发动机条件的图形500。应理解的是，在图5中所示的示例本质上是示例性的，并且可能有其他结果。例如，额外或替代发动机的参数可以影响喷射到该EGR冷却器的水的量。进一步地，在图示说明的示例中喷射的水的量在另一些示例中可以是不同的。

在图5中的曲线图代表用于清洁EGR冷却器的各种操作参数和所得到的发动机控制。x轴线代表时间，且y轴线代表所展示的对应发动机条件。在图形500上，曲线图502代表水喷射速率，曲线图504代表EGR冷却器清洁需求，曲线图506代表EGR流率，曲线图508代表压缩机速度(其中线510代表压缩机速度的预定阈值)，并且曲线图512代表EGR冷却器温度。

本文将参照图1中描绘的部件和系统(具体而言是水储存器161、管道159、直接喷射器157和LPEGR冷却器158)来描述图形500。图形500可以由控制器(例如，控制器12)根据存储在其上的计算机可读介质来测量。

在T1之前，水喷射502被禁止，因为未检测到EGR清洁需求(如曲线图504所示)，也没有热约束降低EGR流率。EGR流率506为高以满足发动机稀释需求并且其结果为升高EGR冷却器温度512。在T1处，该控制器确定对该EGR冷却器的清洁需求。其结果为，EGR流开始减小到能够将经汽化的流体载送至该发动机的最小可允许EGR流率。响应于发动机负荷的减小，压缩机速度开始减小(如由曲线图508所示)。由于高EGR流且没有直接喷射水，EGR冷却器温度保持为高。由于压缩机速度高于阈值，预先暂停水喷射。

在T1之后且在T2之前，压缩机速度降低到阈值之下并且流体喷射在Ti处开始，一直增加至最大流体喷射速率，而同时EGR流率减小至最小允许的EGR流率。该最小允许的EGR流率基于最低EGR流率阈值，在该最低EGR流率阈值下EGR依然可以将流体从该EGR冷却器载送至该发送机。EGR冷却器温度保持为高。在T2处，流体喷射速率已经达到最大速率并且EGR流率已经达到最小可允许值。压缩机速度为低。由于将流体直接喷射到该EGR冷却器中，EGR冷却器温度开始降低。如在本示例中所见，在该EGR冷却器清洁期间，发动机负荷为低。然而，可以被本领域技术人员理解的是，在其他情况期间只要满足了在图2中列出的直接喷射条件，就可以启动该EGR冷却器清洁。

在T2之后且在T3之前，响应于由该控制器确定的EGR冷却器清洁需求，该流体喷射继续为最大速率。作为一个示例，在预定量的时间或喷射预定体积的流体之后可以结束清洁操作。EGR流继续为最小流率，压缩机速度保持为低，并且由于流体喷射EGR冷却器温度继续降低。在T3处，该控制器不再确定清洁需求并且水喷射速率开始降低。EGR流率开始增加以满足发动机稀释需求并且其结果为EGR冷却器温度开始增加。压缩机速度依然低于阈值。

在T3之后且在T4之前，降低流体喷射速率并且增加EGR流率。具体地，与EGR流增加的速率成比例地降低流体喷射速率以满足发动机稀释需求。作为一个示例，基于EGR流的增加速率，直接喷射速度可以被缓慢地降低。附加地或可替代地，响应于EGR流率的快速增加，直接喷射速率可以快速地降低。EGR冷却器温度继续增加并且压缩机速度依然为低。在T4处，流体喷射已经停止并且EGR流率为最大可允许值以满足发动机稀释需求。该EGR冷却器不需要清洁操作，压缩机速度依然为低，并且由于EGR穿过该热交换器的流增加，EGR冷却器温度增加。

图6图示说明对于将流体喷射到EGR冷却器中以补充EGR流来满足发动机稀释需求的示例和结果的图形600。应理解的是，在图6中所示的示例本质上是示例性的，并且可能有其他构型。例如，额外或替代发动机的参数可以影响喷射到该EGR冷却器的水的量。进一步地，在图示说明的示例中喷射的水的量在另一些示例中可以是不同的。

在图6中的曲线图代表基于最大可允许EGR流和流体喷射用于满足发动机稀释需求的各种操作参数和所得到的发动机控制。x轴线代表时间，且y轴线代表被测量的对应发动机条件。曲线图602代表发动机负荷，曲线图604代表EGR流率并且曲线图606代表期望的EGR流率，曲线图610代表EGR冷却器冷却剂温度，其中线612代表阈值冷却剂温度。在图6中已经省略了EGR冷却器温度。然而，可以假设EGR冷却器温度基本上等于冷却剂温度。进一步地，在该示例中还已经省略压缩机速度。其结果为，可以假设在该EGR冷却器中的颗粒负荷低于颗粒负荷阈值，其中，水喷射将不能损坏速度高于阈值压缩机速度的压缩机叶片。然而，如果颗粒物质高于阈值颗粒负荷，则对于流体的喷射可以考虑压缩机速度。

本文将参照图1中描绘的部件和系统(具体而言是水储存器161、管道159、直接喷射器157和LPEGR冷却器158)来描述图形600。图形600可以由控制器(例如，控制器12)根据存储在其上的计算机可读介质来测量。

在T1之前，水喷射被禁止(由曲线图608示出)。由于当前EGR流率满足发动机稀释，可以禁止水喷射(由曲线图604和曲线图606示出)。如曲线图602和曲线图606所示，期望的EGR率(例如，稀释需求)追踪发动机负荷。也就是说，当发动机负荷增加时，期望的EGR率增加。EGR冷却器冷却剂温度低于阈值EGR冷却器冷却剂温度(如曲线图610和线612所示)。EGR冷却器冷却剂温度追踪EGR率，其中，当EGR率增加时，EGR冷却器冷却剂温度增加。在T1处，发动机负荷开始增加。其结果为，期望的EGR率增加。EGR冷却器冷却剂温度依然低于阈值并且因此EGR流率可以满足期望的EGR率。

在T1之后且在T2之前，发动机负荷增加，期望的EGR率增加，EGR流率增加并且追踪期望的EGR率，并且EGR冷却器冷却剂温度增加但依然低于阈值EGR冷却器冷却剂温度。

在T2处，EGR冷却器冷却剂温度增加至高于上阈值EGR冷却器冷却剂温度的温度。其结果为，EGR流率为最大可允许EGR流率并且不能够满足期望的EGR流率。最大可允许EGR流率由热约束(例如，EGR冷却器冷却剂温度高于阈值EGR冷却器冷却剂温度)来确定，在上文关于图3描述。由于EGR流率低于期望的EGR流率而启动水喷射。调整直接喷射的水的量可以是基于EGR冷却器冷却剂温度高于阈值EGR冷却器冷却剂温度。

在T2之后且在T3之前，水喷射速率类似于发动机负荷。换言之，在最大EGR流率不能够满足期望的EGR流率的情况期间，水喷射速率随发动机负荷的增加而增加。由于水喷射否定热约束的影响，最大可允许EGR流率增加(例如，EGR冷却器冷却剂温度高于阈值EGR冷却器冷却剂温度)。尽管所增加的最大可允许EGR流率依然不能够满足期望的EGR率的全部，然而其满足了期望的EGR流率的大部分。如以上关于图3和图4所讨论的，该水喷射满足这个差值的剩余量(例如，稀释差额)。冷却剂温度高于和/或等于阈值，但不再随最大可允许EGR率增加而增加。

在T3处，发动机负荷开始减小并且其结果为，期望的EGR率减小至最大可允许EGR率能够满足的速率。因此，由于满足了发动机稀释需求(例如，期望的EGR率)，水喷射被禁止。EGR冷却器冷却剂温度减小至低于阈值EGR冷却器冷却剂温度的温度。在T3之后且在T4之前，发动机负荷继续降低，因此，期望的EGR率也降低。EGR流率能够满足期望的EGR率。EGR冷却器冷却剂温度依然低于阈值并且追踪EGR流率。水喷射保持被禁止。

图7包括曲线图700，其图示说明EGR流率曲线图702和水喷射速率曲线图708。EGR流率曲线图702包括发动机稀释需求704和最小可允许EGR流率706。水喷射速率曲线图708包括最大水喷射速率710。

在T1之前，EGR流率减小至低于发动机稀释需求的速率。这可能是由于热约束。控制器(例如，控制器12)可以检测热约束高于最优温度并且信号通知EGR阀以将EGR流率调整至最大可允许流率，从而防止发动机损坏。其结果为，最大EGR流率不能够满足发动机稀释需求并且启动水的直接喷射来补充EGR流。水喷射速率由在稀释需求与最大可允许EGR流率(例如，稀释需求)之间的差值来确定。水喷射速率随稀释需求的增加而增加。

在T1之后，该控制器确定EGR冷却器清洁需求。当EGR流率减小至最小可允许EGR流率时，水喷射速率开始增加至最大水喷射速率。该最小可允许EGR流率基于预定的最小EGR流，该预定的最小EGR流可以将流体与其一起载送至发动机。

一旦已经实现了EGR冷却器清洁需求，该水喷射可以减少和/或停止。在曲线图708上，水喷射速率迅速下降并且可以根据发动机稀释需求来调整该EGR。

以此方式，例如在由于在该EGR系统中的高温而导致EGR流可能受限的条件期间，到该EGR冷却器中的直接喷射提供补充发动机稀释的机制。通过直接喷射到该EGR冷却器中，EGR冷却器和/或EGR温度可以被降低，因此允许EGR率响应于该水喷射而增加以满足发动机稀释需求。进一步地，通过直接喷射到该EGR冷却器中，污染该EGR冷却器的颗粒物质可以被移除，因此消除或减少了执行EGR冷却器再生的需要。由于EGR冷却器再生一般包括额外的燃料喷射以提高EGR温度，经由直接喷射移除颗粒物质可以增加燃料经济性。

在该EGR冷却器处执行水喷射的技术效果是既将在该EGR冷却器中的颗粒负荷减小至低于阈值颗粒负荷的水平，并且又补充了EGR流以满足发动机稀释需求。这为发动机提供了增加的燃料经济性和更少的排放产物。

在实施例中，一种用于发动机的方法包括：在选择的条件期间，将流体从储存器直接喷射到EGR冷却器中。选择的条件包括：响应于在该EGR冷却器处的颗粒负荷高于阈值颗粒负荷来直接喷射流体。附加地或可替代地，该方法可以进一步包括：响应于直接喷射流体速率来调整EGR流率。该调整可以包括：EGR流率随直接喷射流体速率的增加而减小，进一步包括响应于该颗粒负荷高于阈值颗粒负荷将EGR流率调整为最小流率并且将直接喷射流率调整为最大流率。

将流体直接喷射到该EGR冷却器中基于压缩机速度和EGR冷却器温度中的一者或多者。附加地或可替代地，选择的条件进一步包括：最大可允许EGR流率低于期望的EGR流率以启动直接喷射。该直接喷射可以包括：基于压缩机速度和在该EGR冷却器中的颗粒负荷低于阈值颗粒负荷中的一者或多者来将流体直接喷射到该EGR冷却器中。该最大可允许EGR流率基于散热器温度高于阈值散热器温度、EGR冷却器冷却剂温度高于阈值冷却剂温度、以及EGR温度高于阈值EGR温度中的一者或多者。附加地或可替代地，该方法可以进一步包括：直接喷射流体速率随最大可允许EGR流率的增加而增加。

用于发动机的另一种方法包括：在EGR冷却器清洁模式期间，将EGR流率调整为最小可允许流率并且将水直接喷射到EGR冷却器中。该直接喷射进一步包括：当最大可允许EGR流率低于稀释需求时，使EGR以该最大可允许EGR流率流动并且将水直接喷射到该EGR冷却器中以满足该稀释需求。

该最大可允许EGR流率基于散热器温度高于阈值散热器温度、EGR冷却器冷却剂温度高于阈值冷却剂温度、以及EGR温度高于阈值EGR温度中的一者或多者。附加地或可替代地，该方法可以包括：使EGR以该最大可允许EGR流率流动并且将水直接喷射到该EGR冷却器中以满足该稀释需求进一步包括基于蒸发冷却负荷和最大可允许EGR率来计算流体的质量并且确定直接喷射的水的量。该喷射可以包括：直接喷射水基于压缩机速度小于阈值速度。附加地或可替代地，该方法可以包括：该最大可允许EGR流率增加并且该直接喷射速率增加。

用于发动机的另一种方法包括：响应于EGR流率和发动机稀释需求来调整直接喷射到EGR冷却器中的水的量。附加地或可替代地，该调整可以包括：响应于由在压缩机出口中的EGR温度或在该EGR冷却器中的EGR冷却器冷却剂温度减小EGR流率来调整被直接喷射到EGR冷却器中的水的量。附加地或可替代地，调整直接喷射的水的量进一步包括：在该压缩机出口中的EGR温度由进气空气和EGR的混合物温度来估计。

该调整可以包括：该调整包括调整在该EGR冷却器的入口处直接喷射的水的量。附加地或可替代地，该方法可以包括：基于EGR冷却器冷却剂温度高于阈值EGR冷却器冷却剂温度来调整直接喷射的水的量。

注意，本文中所包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置连用。本文所公开的控制方法以及程序可以作为可执行指令被存储在非临时性存储器中并且可以由包括控制器的控制系统结合不同的传感器、致动器和其他发动机硬件来实施。本文所述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作、和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或在一些情况下略去。类似地，处理的顺序不是实现本文中所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为便于演示和说明而提供。取决于所使用的具体策略，可以重复执行所示动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所述的动作、操作和/或功能可以在图形上表示将编程到在发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中，所述动作通过执行在包括与电动控制器结合的不同的发动机硬件部件的系统中的指令来实施。

应理解，在本文中公开的配置和程序本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸及其他的发动机类型。本公开的主题包括在本文中公开的各种系统和配置，及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合及子组合。

随附权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。此类权利要求应理解成包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中呈现的新权利要求加以要求保护。此类权利要求，无论比原始权利要求范围更宽、更窄、相同、或不同，仍被视为包括在本公开的主题内。

Claims

1.一种用于发动机的方法，其包括：

在选择的条件期间，将流体从储存器直接喷射到EGR冷却器中。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述选择的条件包括在所述EGR冷却器处的颗粒负荷高于阈值颗粒负荷。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：响应于直接喷射流体速率，调整EGR流率。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述EGR流率随着所述直接喷射流体速率的增加而减小。

5.如权利要求2所述的方法，进一步包括：响应于所述颗粒负荷高于阈值颗粒负荷，将EGR流率调整为最小流率并且将直接喷射流率调整为最大流率。

6.如权利要求1所述的方法，其中，将流体直接喷射到所述EGR冷却器中基于压缩机速度和EGR冷却器温度中的一者或多者。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述选择的条件包括最大可允许EGR流率低于期望的EGR流率。

8.如权利要求7所述的方法，其中，将流体直接喷射到所述EGR冷却器中基于压缩机速度和在所述EGR冷却器中的颗粒负荷低于阈值颗粒负荷中的一者或多者。

9.如权利要求7所述的方法，其中，所述最大可允许EGR流率基于散热器温度高于阈值散热器温度、EGR冷却器冷却剂温度高于阈值冷却剂温度、以及EGR温度高于阈值EGR温度中的一者或多者。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述最大可允许EGR流率随直接喷射速率的增加而增加。

11.一种用于发动机的方法，其包括：

在EGR冷却器清洁模式期间，将EGR流率调整为最小可允许流率并且将水直接喷射到EGR冷却器中；并且

当最大可允许EGR流率低于稀释需求时，使EGR以所述最大可允许EGR流率流动并且将水直接喷射到所述EGR冷却器中以满足所述稀释需求。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述最大可允许EGR流率基于散热器温度高于阈值散热器温度、EGR冷却器冷却剂温度高于阈值冷却剂温度、以及EGR温度高于阈值EGR温度中的一者或多者。

13.如权利要求11所述的方法，其中，直接喷射速率随所述最大可允许EGR流率的增加而增加。

14.如权利要求11所述的方法，其中，使EGR以所述最大可允许EGR流率流动并且将水直接喷射到所述EGR冷却器中以满足所述稀释需求进一步包括：基于蒸发冷却负荷和所述最大可允许EGR流率，计算流体的质量并且确定直接喷射的水的量。

15.如权利要求11所述的方法，其中，直接喷射水基于压缩机速度低于阈值速度。

16.一种方法，其包括：

响应于EGR流率和发动机稀释需求，调整直接喷射到EGR冷却器中的水的量。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述调整包括响应于通过在压缩机出口中的EGR温度或在所述EGR冷却器中的EGR冷却器冷却剂温度减小所述EGR流率，调整直接喷射到所述EGR冷却器中的水的量。

18.如权利要求17所述的方法，其中，由进气空气和所述EGR的混合物温度估计在所述压缩机出口中的所述EGR温度。

19.如权利要求16所述的方法，其中，所述调整包括调整在所述EGR冷却器的入口处直接喷射的水的量。

20.如权利要求16所述的方法，其中，所述调整包括基于EGR冷却器冷却剂温度高于阈值EGR冷却器冷却剂温度，调整直接喷射的水的量。