CN110094271A - 用于排气再循环控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于估计新鲜进气空气流的各种方法和系统。在一个示例中，一种系统包括具有进气歧管(115)以接收新鲜进气空气的发动机(104)和排气再循环(EGR)系统(160)以供应EGR至进气歧管(115)，其中穿过EGR系统(160)的EGR的流由一个或更多个排气阀(170)控制。系统进一步地包括控制器(180)，其构造成基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀(170)的位置，其中在第一组运行状态期间，新鲜进气空气流率基于进入发动机(104)的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀(170)的当前位置、进气歧管压力、空气‑燃料比和至发动机(104)的一个或更多个气缸的燃料流来估计。

Description

用于排气再循环控制的方法和系统
技术领域
本文中公开的主题的实施例涉及排气再循环系统。
背景技术
排气再循环(EGR)降低了燃烧温度峰值并由此降低了NOx的生成，并因此发动机系统可以构造成严密地控制EGR以便将排放维持在指定限制之下。供应至发动机的EGR的量的精确控制依赖于对至发动机的总体和/或新鲜进气空气流的认识。尤其是在缺少进气空气流传感器的发动机系统中，在某些运行状态期间用于确定进气空气流速的机构可能是不精确的、缓慢的和/或有干扰的，因而妨碍了精确的EGR控制。
发明内容
在一个实施例中，系统包括具有进气歧管以接收新鲜进气空气的发动机和排气再循环(EGR)系统(160)以供应EGR至进气歧管，其中穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制。系统进一步包括控制器，其构造成基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀的位置，其中在第一组运行状态期间，新鲜进气空气流率基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比、以及至发动机的一个或更多个气缸的燃料流来估计。
本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括：发动机，其具有进气歧管以接收新鲜进气空气；排气再循环(EGR)系统以供应EGR至进气歧管，穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制；以及控制器，其构造成基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀的位置，其中控制器进一步构造成在第一组运行状态期间基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比、以及至发动机的一个或更多个气缸的燃料流来估计新鲜进气空气流率。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成通过以下来估计新鲜进气空气流率：基于进入发动机的总气体流率、一个或更多个排气阀的当前位置、以及进气歧管压力来确定第一新鲜进气空气流率；基于空气-燃料比、以及燃料流确定第二新鲜进气空气流率；以及估计新鲜进气空气流率为通过第二新鲜进气空气流率修正的第一新鲜进气空气流率。
本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，第一组运行状态包括在空气-燃料比低于阈值的非冷启动发动机运行。
本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，控制器构造成在第二组运行状态期间基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置和进气歧管压力估计新鲜进气空气流率，第二组运行状态包括冷发动机启动运行和阈值之上的空气-燃料比。
本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成在第三组运行状态期间仅基于进入发动机的总气体流率估计新鲜进气空气流率，第三组运行状态包括当一个或更多个排气阀中的一个或更多个的当前位置不可得到时的运行。
本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度确定至发动机的总气体流率。
本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成当一个或更多个排气阀的当前位置的确定是不可得到的时基于随着越过涡轮增压器的压缩机的压力比变化的压缩机空气流的特性图估计给定的涡轮增压器转速下的新鲜进气空气流率。
本发明的第八技术方案提供了一种方法，包括：在第一运行模式期间，基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率；以及在第二运行模式期间，基于瞬态流估计和稳态流估计的组合来估计至发动机的第二新鲜进气空气流率，其中稳态流估计是从多个不同的稳态流估计中选择，并且多个不同的稳态流估计在用来计算各个相应的稳态流估计的至少一个或更多个输入中不同。
本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，第一运行模式包括不带有排气再循环(EGR)的发动机运行，并且其中第二运行模式包括带有EGR的发动机运行。
本发明的第十技术方案是在第八技术方案中，基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率包括基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率。
本发明的第十一技术方案是在第八技术方案中，瞬态流估计基于调整用于EGR流率的容积效率估计来估计第三新鲜进气空气流率，其中EGR流率是基于当前EGR阀位置和进气歧管压力来估计的。
本发明的第十二技术方案是在第八技术方案中，多个不同稳态流估计包括：第一稳态流估计，其基于空气-燃料比和至发动机的燃料流来估计第四新鲜进气空气流率；第二稳态流估计，其基于随着涡轮增压器的压缩机的压力比变化的压缩机空气流的特性图估计给定的涡轮增压器速度下的第五新鲜进气空气流率；以及第三稳态流估计，其基于调整用于EGR流率的容积效率估计来估计第六新鲜进气空气流率，其中EGR流率是基于排气NOx浓度估计的。
本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，稳态流估计是从多个不同的稳态流估计中选择，其中如果空气-燃料比低于阈值则选择第一稳态流估计，如果空气-燃料比高于阈值则选择第二或第三稳态流估计。
本发明的第十四技术方案是在第十二技术方案中，稳态流估计是从多个不同稳态流估计中选择，其中使用多个稳态流估计中的每一个来估计相应的新鲜进气空气流率，并且选择输出最低的新鲜进气空气流率的稳态流估计。
本发明的第十五技术方案是在第八技术方案中，进一步包括基于第一新鲜进气空气流率或第二新鲜进气空气流率控制一个或更多个排气阀的位置。
附图说明
图1显示了根据本发明的实施例的车辆的示意图。
图2是示出用于基于估计的新鲜进气空气流来调整发动机运行的方法的流程图。
图３是示出用于估计新鲜进气空气流的方法的流程图。
图4是示出用于估计新鲜进气空气流的控制过程的图表。
图５是示例的压缩机流特性图。
图6是示出用于估计新鲜进气空气流的另一个控制过程的图表。
具体实施方式
下面的描述涉及基于估计的新鲜进气空气流率来调整一个或更多个排气阀的位置。该一个或更多个排气阀可以是排气再循环(EGR)阀，其调节至发动机进气的EGR的流，和/或该一个或更多个排气阀可包括影响EGR的流的阀，诸如排气回压阀、涡轮流量阀等。根据取决于发动机运行状态，可根据一个或更多个估计方法来估计新鲜进气空气流率。例如，在第一组运行状态期间，可基于进入发动机的总空气流率并进一步基于一个或多更个排气阀的当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比和燃料流来估计新鲜进气空气流率。在另一个示例中，在第二组运行状态期间，可基于进入发动机的总空气流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置和进气歧管压力来估计新鲜进气空气流率，而不基于空气-燃料比和至发动机气缸的燃料流来估计。这样，在各种运行状态期间都可精确地确定进入进气的空气流率，因而维持输送至进气的EGR的量的精确控制。
图1示出了包括发动机和可根据图2-3中示出的方法由控制器控制的EGR系统的示例的车辆系统。具体地说，图2-3的方法提供基于当前的运行状态选择用于估计新鲜空气流率的一个或更多个模型，并基于所估计的新鲜空气流率来调节一个或更多个排气阀。图4和6示出了用于在多种运行状态下估计新鲜空气流率的控制图。图５示出了可在模型中的一个中用于估计新鲜空气流率的压缩机流特性图。
本文描述的方法可用于多种发动机类型，以及多种发动机驱动系统中。这些系统中的一些可以是固定的，而其他的可以在半移动或者移动平台上。半移动平台可以在运行周期之间重新定位，诸如安装在平板拖车上。移动平台包括自行交通工具。此类交通工具可包括道路运输车辆，以及矿山设备、船舶、轨道车辆以及其他的越野车辆(OHV)。为了说明的清楚性，提供机车作为支撑并入了本发明的实施例的系统的移动平台的示例。
在进一步地讨论用于确定进气空气流的方法之前，公开平台的示例，其中发动机系统可安装在例如轨道车辆的车辆中。例如，图1显示了车辆系统100(例如，机车系统)的实施例的框图，该系统在本文中描述为轨道车辆106，其构造成经由多个车轮110在轨道102上行驶。如所绘出的，该轨道车辆包括发动机104。在其它非限制实施例中，该发动机可以是例如在发电厂中的固定发动机，或者如上所述是在船舶或越野车辆推进系统中的发动机。
发动机从例如进气歧管115的进气口接收用于燃烧的进气空气。进气口可以是气流穿过其流动以进入发动机的任何合适的导管或多个导管。例如，进气口可包括进气歧管，进气通道114等。进气通道从空气过滤器(未示出)接收环境空气，空气过滤器过滤来自车辆外部(发动机可定位在其中)的空气。由发动机中的燃烧导致的排放气体被供应给排气口，诸如排气通道116。排气口可以是来自发动机的气流穿过其的任何合适的导管。例如，排气口可包括排气歧管117，排气通道等。排气流动穿过排气通道，并且流出轨道车辆的排气器。
在一个示例中，发动机是通过压缩点火燃烧空气和柴油燃料的柴油发动机。因而，发动机可包括多个燃料喷射器来将燃料喷向发动机的每个气缸。例如，每个气缸可包括从高压燃料轨道接收燃料的直喷器。在其他非限制性实施例中，发动机可通过压缩点火(和/或火花点火)燃烧包括汽油、煤油、生物柴油或具有类似密度的其他石油馏出物的燃料。在又其他的示例中，发动机可燃烧气态燃料，诸如天然气。气态燃料可经由所喷射的柴油燃料的压缩点火而点燃，本文称为多燃料操作，或者气态燃料可经由火花点火点燃。气态燃料可经由例如一个或更多个进气阀供应至气缸。在其他的示例中，燃料可经由端口喷射(portinjection)供应至气缸。液态燃料(例如柴油)可存储在轨道车辆车载的燃料罐中。气态燃料可存储在轨道车辆车载的储罐中，或者可操作地联接至轨道车辆的不同车辆车载的储罐中。
在一个实施例中，轨道车辆是柴油电力车辆(或者柴油/气态燃料电力混动)。如图1中所绘，发动机联接至电力功率发生系统，其包括交流发电机/发电机140以及电力牵引马达112。例如，发动机产生传输给机械地联接到发动机上的交流发电机/发电机的扭矩输出。交流发电机/发电机产生可存储并应用于后续传播至多个下游电气构件的电功率。作为示例，交流发电机/发电机可电气地联接至多个牵引马达并且交流发电机/发电机可向多个牵引马达提供电功率。如所描绘的，多个牵引马达各自连接到多个车轮中的一个上，以提供牵引功率来推动轨道车辆。一个示例构造包括每个车轮一个牵引马达。如本文中所描绘的，六对牵引电机对应于轨道车辆的六对车轮的每一对。在另一个示例中，交流发电机/发电机可联接到一个或更多个电阻网格142上。电阻网格可配置成经由由网格产生的热而耗散来自由交流发电机/发电机产生电力的多余发动机扭矩。
在图1中描绘的实施例中，发动机是具有十二个气缸的V-12发动机。在其他示例中，发动机可为V-6，V-8，V-10，V-16，I-4，I-8，对置4缸或其他的发动机类型。如所描绘的，发动机可包括非供体气缸(non-donor cylinder)105的子设备，其包括排他地将排放气体供应给非供体气缸排气歧管117的六个气缸，以及供体气缸(donor cylinder)107的子设备，其包括排他地将排放气体供应给供体气缸排气歧管119的六个气缸。在其他实施例中，发动机可包括至少一个供体气缸和至少一个非供体气缸。例如，发动机可具有四个供体气缸和八个非供体气缸，或者三个供体气缸和九个非供体气缸。应该理解的是，发动机可具有任何期望数量的供体气缸和非供体气缸，其中供体气缸的数量典型地少于非供体气缸的数量。
如图1中所绘，非供体气缸联接到排气通道上，以将来自发动机的排放气体向大气导引(在其经过排放气体处理系统130和第一以及第二涡轮增压器120和124后)。提供发动机排气再循环(EGR)的供体气缸排他地联接到EGR系统160的EGR通道162上，其将来自供体气缸的排放气体导引至发动机的进气通道而不是大气。通过将冷却的排气引向发动机，用于燃烧的可用氧气的量减少，由此降低了燃烧火焰温度并且减少了氮氧化物(例如NOx)的形成。
从供体气缸流向进气通道的排气经过诸如EGR冷却器166的热交换器，以在排气返回至进气通道之前降低排气的温度(例如冷却)。EGR冷却器例如可为空气至液体热交换器。在这样的示例中，可调整设置在进气通道中(例如在再循环的排气进入处上游)的一个或更多个增压空气冷却器132和134，以进一步增加增压空气的冷却，使得增压空气和排气的混合温度维持在期望的温度。在其他示例中，EGR系统可包括EGR冷却器旁通。备选地，EGR系统可包括EGR冷却器控制元件。可致动EGR冷却器控制元件，使得通过EGR冷却器的排气的流减少；然而，在这样的构造中，不流动穿过EGR冷却器的排气被引向排气通道而不是进气通道。
此外，在一些实施例中，EGR系统可包括配置成使来自供体气缸的排气转回排气通道的EGR旁通通道161。可经由阀门163控制EGR旁通通道。阀门可配置成带有多个限制点，使得将可变数量的排气向排气口进行导引，以便向进气口提供可变数量的EGR。
在图1中所示的备选实施例中，供体气缸可联接至备选EGR通道165上(由虚线示出)，该备选EGR通道165配置成向进气口或者向排气通道选择性地导引排气。例如，当第二阀门170打开时，排气在被向进气通道导引之前可从供体气缸向EGR冷却器和/或附加的元件导引。此外，备选的EGR系统包括设置在排气通道和备选EGR通道之间的第一阀门164。
例如，第一阀门和第二阀门可为由控制单元180控制的开/关阀门(用于打开或者关闭EGR的流)，或者它们可控制可变数量的EGR。在一些示例中，可致动第一阀门使得减少EGR的量(从EGR通道流向排气通道的排气)。在其他示例中，可致动第一阀门使得增加EGR的量(例如，从排气通道流向EGR通道的排气)。在一些实施例中，备选的EGR系统可包括多个EGR阀门或者其他流控制元件来控制EGR的量。
在这样的构造中，第一阀门可操作以将来自供体气缸的排气向发动机的排气通道导引，并且第二阀门可操作以将来自供体气缸的排气向发动机的进气通道导引。因而，第一阀门可称作EGR旁通阀门，而第二阀门可称作EGR计量阀门。在图1中所示的实施例中，第一阀门以及第二阀门可例如为发动机油或液压致动阀门，用换向阀(未示出)来调整发动机油。在一些示例中，可致动阀门使得第一和第二阀门中的一个常开而另一个常闭。在其他示例中，第一和第二阀门可为气动阀、电动阀或另一种合适的阀门。
如图1中所示，该车辆系统还包括EGR混合器172，其将再循环的排气与增压空气混合，使得排气可以在增压气体和排气混合物内均匀地分布。在图1中所绘的实施例中，EGR系统是高压EGR系统，其将来自排气通道中涡轮增压器120和124上游位置的排放气体向进气通道中涡轮增压器下游位置导引。在其他实施例中，车辆系统可另外或备选地包括低压EGR系统，其将来自排气通道中涡轮增压器1下游的排放气体向进气通道中涡轮增压器上游的位置导引。
如图1中所绘，车辆系统还可包括带有顺序布置的第一涡轮增压器120和第二涡轮增压器124的两级涡轮增压器，每个涡轮增压器都布置在进气通道和排气通道之间。两级涡轮增压器增加了吸入进气通道的环境空气的空气增压，以便在燃烧期间提供更大的增压密度，以增加功率输出和/或发动机操作效率。第一涡轮增压器以相对较低的压力操作，并且包括驱动第一压缩机122的第一涡轮121。第一涡轮和第一压缩机经由第一轴123机械地联接。第一涡轮增压器可称为涡轮增压器的“低压级”。第二涡轮增压器以相对较高的压力操作，并且包括驱动第二压缩机126的第二涡轮125。第二涡轮增压器可称为涡轮增压器的“高压级”。第二涡轮和第二压缩机经由第二轴127机械地联接。
如上文所解释的，用词“高压”和“低压”是相对的，意味着“高”压是比“低”压更高的压力。相反地，“低”压是比“高”压低的压力。
如本文中所使用的，“两级涡轮增压器”可大体涉及包括两个或更多个涡轮增压器的多级涡轮增压器构造。例如，两级涡轮增压器可包括顺序布置的高压涡轮增压器和低压涡轮增压器，顺序布置的三个涡轮增压器，供给高压涡轮增压器的两个低压涡轮增压器，供给两个高压涡轮增压器的一个低压涡轮增压器等。在一个示例中，三个涡轮增压器顺序使用。在另一个示例中，仅两个涡轮增压器顺序使用。
在图1中所示的实施例中，第二涡轮增压器设有涡轮旁通阀128，其允许排气绕过第二涡轮增压器。涡轮旁通阀例如可开启以使排气流转向远离第二涡轮。以这种方式，在稳态状态期间可以调节压缩机的旋转速度以及因此由涡轮增压器向发动机提供的增压。此外，第一涡轮增压器也可设有涡轮旁通阀。在其他实施例中，可仅第一涡轮增压器设有涡轮旁通阀，或者可仅第二涡轮增压器设有涡轮旁通阀。此外，第二涡轮增压器可设有压缩机旁通阀129，其允许气体绕过第二压缩机以例如避免压缩机喘振。在一些实施例中，第一涡轮增压器也可设有压缩机旁通阀，而在其他实施例中，可仅第一涡轮增压器设有压缩机旁通阀。而且，在一些示例中，涡轮增压器中的一个或更多个可以是可变几何形状涡轮增压器(VGT)。
车辆系统还包括联接在排气通道中的排气处理系统130，以便减少规定的排放物。如图1中所绘，排气处理系统设置在第一(低压)涡轮增压器的涡轮的下游。在其他实施例中，排气处理系统可另外地或备选地设置在第一涡轮增压器上游。排气处理系统可包括一个或更多个构件。例如，排气处理系统可包括柴油颗粒过滤器(DPF)，柴油氧化催化剂(DOC)，选择性催化还原(SCR)催化剂，三元催化剂，NOx阱中的一个或更多个，和/或各种其他排放控制装置或它们的组合。
车辆系统还包括控制单元180(也称作控制器)，其提供并配置成控制与车辆系统相关的各种构件。在一个示例中，控制单元包括计算机控制系统。控制单元还包括非瞬时性、计算机可读取存储介质(未示出)，其包括用于实现发动机操作的车载监视和控制的代码。如本文进一步详细说明的，控制单元在监视车辆系统的控制和管理的同时可配置成从各种各样的发动机传感器接收信号，以便确定操作参数和操作条件，并对应地调整各种发动机致动器以控制车辆系统的运行。例如，控制单元可从各种发动机传感器接收信号，包括布置在高压涡轮的入口中的传感器181，布置在低压涡轮的入口中的传感器182，布置在低压压缩机的入口中的传感器183，以及布置在高压压缩机的入口中的传感器184。布置在涡轮增压器的入口中的传感器可以检测排气温度和压力的一个或更多个。而且，排气通道中的一个或更多个传感器186可检测排气氧气浓度、排气NOx浓度、排气颗粒物质浓度、或其它参数。定位在进气歧管(如所示出的)或进气通道中的一个或更多个传感器185可测量歧管压力、歧管温度、或其它参数。附加的传感器可包括但不限于发动机速度传感器、发动机负载传感器、增压压力传感器、环境压力传感器、排气温度传感器、排气压力传感器等。对应地，控制单元可通过向例如牵引马达、交流发电机、气缸阀、节流阀、热交换器、废气门或其他阀门或流控制元件等的各种构件发送命令来控制车辆系统。
控制单元可构造成估计新鲜的和/或总的进气空气流。例如，在一些构造中，可能不存在进气空气流传感器，或者如果存在进气空气流传感器，它不一定能在所有状态下运行(例如，它在低流率、低温度等期间可能无法精确测量空气流)，因此可基于一个或更多个发动机运行参数来估计进气空气流。新鲜的进气空气流可能指的是除去EGR的进气空气流，包括来自发动机外部的过滤或未过滤的环境空气。在一些示例中，新鲜的进气空气可包括不同于环境空气的空气，诸如扫气或其它气体源，但仍然除去EGR。整体或总的进气气体流指的是引入气缸的所有空气，并包括新鲜空气和EGR。总的或新鲜的进气空气流可包括流质量、流率、流量或其它适当的估计。基于估计的进气空气流和基准进气氧气浓度，可确定指引至进气口的EGR的量，并且基于EGR的量可调整一个或更多个排气阀。
新鲜的和/或总的进气空气流可以基于许多不同的模型来估计。不同模型中的每一个可基于不同的输入组，并因此可导致不同的进气空气流估计。而且，不同模型中的每一个可具有不同水平的干扰，在一些状态下可具有高精度，但其它的没有，可包括只在某些状态下可用的输入等。因此，单个模型可能无法始终精确地估计进气空气流。为了确保始终得到可靠的、精确的空气流估计，基于当前的运行状态，可选择模型中的一个或更多个来估计进气空气流。
在一个示例中，可使用容积效率模型来估计进气空气流，其中与发动机速度联接的发动机的容积效率(基于进气歧管状态)描述进入气缸的总空气流。简单来讲，发动机容积效率是进入气缸的实际空气流与理论的最大空气流可能值(基于已知的发动机硬件构造，例如发动机排量)的比值。容积效率可基于发动机速度、排气压力、歧管气压和歧管气温来确定，并且可在瞬态和稳态状态期间提供进气空气流的精确估计。然而，容积效率模型只能估计进入发动机的总空气流，并因此无法考虑进气口中的EGR的存在。这样，只有当EGR停用时材可以依赖容积效率模型。
当启用EGR时，可使用多个其它的进气空气流模型。在一个示例中，空气-燃料比模型可用来基于空气-燃料比(AFR)和燃料流来估计新鲜进气空气流。AFR可基于来自排气氧气传感器的反馈(并且在一些示例中，进一步基于感测的或估计的湿度)来确定，并且燃料流可从燃料喷射器特性图和燃料密度的假定或建模来确定。在大多数稳态运行状态下基于AFR的模型可能是精确的。然而，在AFR非常高的空闲状态或其它状态期间，感测的排气氧气浓度的微小变化可能促使确定的AFR中的大的变化，并且基于AFR模型的精度可能在高的AFR期间是低的。而且，由于在瞬态期间响应于排气氧气浓度的氧气传感器的延迟，基于AFR的模型的瞬态响应低。因此，在AFR相对低的中等至高负载的状态期间和稳态运行期间，可依赖基于AFR的模型。然而，为了抵消氧气传感器输出中的延迟，燃料流信号可遭受传输迟延/迟滞以便匹配氧气传感器输出的定时，并因此如果延迟得到补偿，AFR模型在瞬态期间是可操作的。在一些示例中，AFR信号的动态特性在时间域内可与燃料流信号同步。这可允许更精确的AFR和燃料流的乘积结果，因而改善了进气空气流估计的瞬态精度。这可改善对进气新鲜空气流的总的认识。
在另一个示例中，可根据排气阀位置模型来估计新鲜进气空气流。排气阀位置模型可基于容积效率模型来确定至气缸的总进气空气流，然后可基于影响EGR流的一个或更多个排气阀的位置确定进气口中的EGR的量。在排气阀位置模型的第一示例中，使(多个)排气阀位置进入基于(多个)位置和进气歧管压力输出EGR率的特性图中，并且EGR率乘以容积效率模型的输出以确定新鲜空气进气流。该模型在瞬态期间是作出响应的，但由于未考虑的例如排气压力的能影响实际EGR率的因素而缺乏精度。在排气阀位置模型的第二示例中，不再简单地依赖于排气阀位置，排气阀中的至少一个特征为可变尺寸的开口，而不是简单地依赖排气阀位置，并且应用可压缩的气体流方程以提供穿过阀的流的更详细的估计。
在另一示例中，可根据压缩机流模型来估计新鲜进气空气流。压缩机流模型使用预定的压缩机特性图(例如，两级涡轮增压器系统中的高压压缩机)，其带有压缩机压力比和修正的涡轮转速输入(在一个示例中，可以关于进气空气温度而修正涡轮转速)。特性图输出修正的压缩机空气流，其然后未根据压缩机入口状态而修正。然而，当压缩机靠近特性图的喘振线(在该处涡轮转速线趋于几乎水平的)运行时，该模型可能是不精确的和/或有干扰的。
例如，图5示出了示例压缩机特性图500，其绘制了作为用于给定的涡轮转速的压缩机压力比(PR)的函数的修正的压缩机流(W)。特性图500示出了单个恒定的涡轮转速线，但将认识到可以存在其它的涡轮转速线。在区域502中，涡轮转速线是基本水平的，由此压力比的较小的改变(无论是真实的还是误差)均会导致压缩机空气流的大的改变。
可使用备选的压缩机流模型来考虑当运行靠近喘振线(因此，在具有相对平坦的涡轮转速线的压缩机特性图的区域中)时由于小的压力变化引起的大的压缩机流输出变化。在备选的模型中，发动机呼吸线角随时间而被知道，并且不允许带有不期望的变化来回移位。这样，压缩机特性图空气流查询迫于来自知道的呼吸线。在压缩机特性图查询上执行三角测量(例如，使用跨过压缩机的压力比、流、以及呼吸线上的涡轮转速来查询)以避免干扰，同时维持反映真实状态的动态特性。
例如，如在图5中所示的，可以执行实际压力比和压缩机流测量(分别是PRRT和WRT)并确定发动机呼吸线。发动机呼吸线指的是在带有变化的负载的恒定速度运行时出现在压缩机特性图上的近似直的线。然后，可计算(很可能有干扰的)实时的呼吸线角(θRT)。如在图5中所示的，实时呼吸角表示实时运行点(用PRRT和WRT描述)与呼吸线定位点504(用PRθ和Wθ描述)之间的角。呼吸线定位点是反映所有发动机呼吸线在压缩机特性图上趋于收敛处的近似点的静态的、预定的点。θRT然后被过滤(通过低通过滤器、或相似的装置)以获得过滤后的呼吸线角θF。这可包括慢的过滤器(如果|θRT-θF|<X1)、或快的过滤器(如果|θRT-θF|≥X1)。这里，慢的过滤器具有相对低的带宽，其只允许较慢的动态特性穿过至θF，而快的过滤器具有相对高的带宽，其还允许较快的动态特性穿过至θF。阈值X1表示在慢的过滤器和快的过滤器之间做出转变处的阈值。该双级过滤器允许过滤的呼吸线角θF在沿着静态呼吸线的运行的时期深深地过滤(并因此具有带有低的“干扰”的相对纯净的信号)，而且如果事实上所呈现的呼吸线很快地改变，则也允许θF很快地改变(因此允许计算的呼吸线本身很快地改变)。最后，使用过滤的呼吸线角θF和修正的涡轮转速来确定压缩机流。通过确定过滤的呼吸线角，压缩机特性图从以笛卡儿坐标系使用转变为更类似于极坐标系。这允许了当运行靠近喘振(涡轮转速线趋于靠近水平的)时不易受“干扰”的输出流信号。
在再另一的示例中，可根据基于NOx的模型来估计新鲜进气空气流。基于NOx的模型可使用如上所述的容积效率模型确定总气缸空气流，使用排气NOx浓度确定EGR率，并且用EGR率乘以总进气空气流以确定估计的新鲜进气空气流。例如，特性图或查询表可基于排气NOx浓度输出EGR率。考虑包括发动机转速、加燃料至提供EGR的气缸(例如，供体气缸)、以及环境湿度的可能影响NOx的因素，可使EGR率确定更加精确。排出发动机的NOx可提供EGR率的可靠的指示(即使是当AFR很高时)。
因此，各种各样的进气空气流估计模型是可利用的，并且各个估计模型都具有其自身的优点和缺点。如以下将关于图2-4更详细地解释的，取决于运行状态，进气空气流估计模型中的一个或更多个可用于达到用于控制发动机运行(包括排气阀位置调整)的最终的进气空气流估计。简单来说，来自进气空气流估计模型的输出可输入“复合的”模型，其影响估计模型的响应以在稳态状态期间带有模型的精度在运行状态中改变。然而，由于复合模型依赖于各种估计模型(由此依赖于各种输入)，其并不能在所有运行状态期间运行。例如，用于向估计模型中的一个或更多个提供反馈的传感器中一个或更多个在低温可能是不可靠的，因此复合模型在冷的发动机启动期间可能是不可靠的。在这些状态下，其常常与EGR停用相一致，可能只使用容积效率模型。
现在参见图2，呈现了用于基于估计的新鲜进气空气流来调整发动机运行的方法200。方法200可通过例如图1的控制单元180的控制器根据储存在其上的有非瞬态指令来执行。在202处，方法200包括确定发动机运行参数。确定的发动机运行参数可包括但不局限于发动机温度、发动机转速、发动机负荷以及EGR状态/率(例如，EGR是启用或停用)。在204处，确定用来计算新鲜进气空气流的复合模型是否是可运行的。如上所解释的，并且如关于图3-4和6更详细地解释的，复合模型(还称为预测器/修正器)接收来自多个不同进气空气流估计模型的输出作为输入。分别的估计模型中的每一个包括一个或更多个感测的输入，例如排气氧浓度、排气NOx浓度或涡轮转速，其可能需要在所感测的输入是可靠的之前达到极小的排气温度或排气流率。因此，复合模型可能只在某些状态下运行。在一个示例中，复合模型可能在发动机启动后(例如，在涡轮转速已经达到转速阈值之前)，当发动机温度低于阈值时(例如，当NOx或O2传感器低于其点火温度时)，和/或当EGR停用时不能运行。
如果确定了复合模型是可运行的，例如如果EGR已启用或者如果发动机不是在冷启动状态下运行，方法200进入206以使用复合模型估计新鲜进气空气流，这将在下面关于图3、4和6更详细地解释。
简单来说，复合模型基于瞬态和稳态的新鲜进气空气流的估计的组合来输出最终的新鲜进气空气流。方法200然后进入210以当指示时基于所估计的新鲜进气空气流和基准进气氧浓度来调整一个或更多个排气阀的位置。例如，当实际的进气氧浓度(模拟的或者感测的)不同于基准进气氧浓度时，或者当基准进气氧浓度变化时(例如，由于受命令的发动机负载发生变化)，可指示调整一个或更多个阀位置。一个或更多个排气阀可包括一个或更多个阀以控制穿过EGR通道的EGR的流，诸如阀163，164，和/或170，阀128或其它阀。通过调整一个或更多个排气阀，引入进气口的EGR的量将变化，以便将进气氧浓度带到基准浓度。在一些示例中，为了另外地调整EGR或为调整一个或更多个排气阀的备选，可调整加燃料至EGR气缸(例如，供体气缸)，可调整可变几何形状涡轮增压器的位置，或者可调整可影响EGR的其它因素。方法200之后返回。
返回204，如果确定了复合模型是不可运行的，例如如果EGR未被启用或者如果发动机处于冷启动状态运行，则方法200进入208以基于上述的容积效率模型(其中新鲜进气空气流假定是与进入汽缸的总空气流相同的)，并且基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力和进气歧管温度来估计新鲜进气空气流。如上所描述的，方法200然后进入210以基于估计的新鲜空气流调整(多个)排气阀位置。
尽管上面描述的方法200在模型是可运行的状态期间利用复合模型，并且在模型是不可运行的状态期间不使用复合模型，但应当理解，在一些实施例中，即便输入中的一些是不可靠的也可利用复合模型。这可能包括EGR被启用的状态，并因此可不使用容积效率模型，因为其并没有考虑EGR对总的进气空气流的影响。
现在转向图3，呈现了用于基于复合的、预测器/修正器模型来估计新鲜进气空气流的方法300。方法300可以通过控制单元180例如在如上所描述的方法200的实行期间来执行。方法300将第一新鲜进气空气流估计和第二新鲜进气空气流估计结合以便达到最终的新鲜进气空气流估计。第一新鲜进气空气流估计可以从被确定在变化的状态期间具有快的响应率的“瞬态”模型输出，而第二新鲜进气空气流估计可从被确定在稳态(例如，不变化的)状态期间具有最好的精度的“稳态”模型输出。而且，用来计算输入复合模型的新鲜进气空气流估计的瞬态模型和稳态模型中的一个或两个可基于运行状态从多个不同模型中选择。可能的瞬态和稳态模型可包括上面描述的所有模型，包括容积效率模型、基于AFR的模型、两个排气阀位置模型、两个压缩机流模型、以及基于NOx的模型。
在302处，方法300包括基于所选择的瞬态新鲜进气空气流模型确定瞬态新鲜进气空气流。所选择的瞬态新鲜进气空气流模型可从多个不同的瞬态新鲜进气空气流模型中选择。瞬态新鲜进气空气流模型可包括进气空气流估计模型，其在瞬态状态期间相对精确，快速地响应变化的输入(例如，提供反馈至模型的传感器不会经历大量的延迟)，和/或具有高的信噪比。瞬态新鲜进气空气流模型可包括上面描述的两个排气阀位置模型和两个基于压缩机流的模型。在一个示例中，选择作为输入复合模型的瞬态新鲜近期空气流估计模型可基于运行状态来选择。在另一个示例中，瞬态新鲜进气空气流可使用排气阀位置模型来估计而不是从多个瞬态新鲜进气空气流估计模型中选择，其中新鲜进气空气流基于至气缸的总空气流(由容积效率模型确定)、排气阀(例如，EGR阀)位置、以及进气歧管压力来估计。排气阀位置模型相对于其它的新鲜进气空气流模型可提供带有快的瞬态响应的增加的精度。在一些示例中，如果确定了排气阀位置信息是不可靠的(例如，如果阀位置反馈传感器是失效的或除此以外不能提供可靠的反馈)，则可利用压缩机流模型中的一个，而不是利用排气阀位置模型。
在304处，方法300包括确定空气-燃料比(AFR)是否大于或等于AFR阈值。AFR阈值可以是相对高的AFR诸如在空转或非常低负载期间观察到的典型的AFR。在一个示例中，AFR阈值可以在80:1和100:1的范围之内。如果AFR不大于阈值，则方法300进入306以选择新鲜进气空气流的基于AFR的稳态估计作为复合模型的输入，并进入步骤314，下面将解释。如上面所解释的，基于AFR的模型基于AFR和燃料流输出新鲜进气空气流估计，其中AFR基于来自排气氧传感器的反馈来确定。在高的AFR的状态(例如，低燃料流，高进气空气流)期间，排气氧测量的微小误差能转化为大的AFR误差，并因此转化为大的新鲜进气空气流估计误差。因此，尽管在中到高的负载状态(例如，较低的AFR状态)期间基于AFR的模型是精确的，但是它不如在高的AFR状态(例如，80:1或更高的AFR)期间那样精确。因此，在304处如果AFR高于阈值，则方法300进入308以基于从多个不同稳态模型中选择的稳态模型来估计稳态新鲜进气空气流，而不是依赖于基于AFR的模型。
稳态模型可以根据预定的构造来选择。在一个示例中，，来自上述的全部模型的新鲜进气空气流估计是进入多端口开关的输入，并且如在310处所指示的，来自选择的所有模型的最小新鲜进气空气流估计将会用作进入复合模型的输入。这种的结构允许关于新鲜进气空气流的低压侧上出错，导致高压侧上的EGR流计算出错，并且因此实际传输的EGR可在低压侧出错，从而增加裕度以极小化烟雾产生。在另一个示例中，期望的稳态模型可基于运行状态来选择，如312所指示的。在一个特定的示例中，当发动机负载低于阈值(例如，在空载运行时)，所选择的稳态模型可以是基于NOx的模型，其中新鲜进气空气流基于总气缸空气流(使用容积效率模型来确定)、排气NOx浓度，并且进一步基于湿度、发动机转速和/或气缸燃料量(尤其是产生EGR的气缸，或者称为供体气缸)来估计。
一旦选择了瞬态新鲜进气空气流估计和稳态新鲜进气空气流估计，方法300进入314以输出最终的新鲜进气空气流估计为通过稳态估计修正的瞬态估计值。通过稳态估计来修正瞬态估计可包括在316处的确定瞬态和稳态估计之间的差值，在318处的过滤差值，以及在320处的将过滤的差值加至瞬态新鲜进气空气流估计。方法300随后结束。
图4是控制图400，其示出了根据上述方法200和300估计的新鲜进气空气流的过程。控制图400包括根据上面描述的估计模型确定的多个新鲜进气空气流估计，其被输入复联开关和复合模型以确定最终的新鲜进气空气流。
控制图包括多端口开关402，其中从多个新鲜进气空气流估计模型输出的多个稳态新鲜进气空气流估计404是输入。多端口开关基于预定的开关构造选择一个估计。尽管在控制图中示出了五个分离的稳态估计，但将理解该图表本质上是示意性的而非限制，并且因此其它的开关构造也是可能的。在一个示例中，稳态估计1包括来自基于AFR的模型和基于NOx的模型的新鲜进气空气流估计的最小值，稳态估计2包括来自基于AFR的模型的新鲜进气空气流估计，稳态估计3包括来自基于NOx的模型的新鲜进气空气流估计，稳态估计4包括来自基于AFR的模型和容积效率模型的新鲜进气空气流估计的最小值，以及稳态估计5包括来自压缩机流模型的新鲜进气空气流估计。在另一个示例中，可以包括等于瞬态估计的附加稳态估计值，如下所述。可基于运行状态、基于最小值、或其它构造来选择来自多端口开关的估计输出。
来自多端口开关402的输出(例如，选择的新鲜进气空气流估计)连同基于AFR的估计(例如，使用基于AFR的模型确定的新鲜进气空气流估计)一起被供给进入开关406。开关406基于AFR从基于AFR的估计和来自开关402的估计输出选择，其中低的AFR导致基于AFR的估计被选择，高的AFR导致来自开关402的估计输出被选择。来自开关406的输出(其可称为稳态估计值)被供给进入复合的预测器/修正器模型410。
复合的预测器/修正器模型410包括模块412，在其中确定稳态估计和选择的瞬态估计之间的差值。例如，可从稳态估计减去瞬态估计。如先前所解释的，瞬态估计可以是使用排气阀位置模型(例如，基于总气缸空气流、排气阀位置和进气歧管压力)或另一个适合的模型来确定新鲜进气空气流估计。来自模块412的差值被供给进入低通过滤器414 (但是其它的过滤器、或者没有过滤器都是可能的)，并且过滤后的差值连同瞬态估计一起供给进入模块416。过滤后的差值和瞬态估计值可以在模块416处加在一起。来自模块416的输出可以是使用复合模型410确定的最终的新鲜进气空气流估计，并且可被输入开关418。
开关418基于复合模型是否确定是可运行的(在一些示例中可包括当瞬态估计是可运行的时，即便稳态估计是不可运行的，复合模型也还是可运行的)和/或基于EGR是否启用来选择来自复合模型的输出或者来自容积效率模型的新鲜进气空气流估计输出。在一个示例中，如果EGR启用，则选择来自复合模型的输出，如果EGR停用，则选择来自容积效率模型的输出，与其它的运行状态无关。在另一个示例中，如果复合模型是可运行的，则选择来自复合模型的输出，如果复合模型是不可运行的，则选择来自容积效率模型的输出，与EGR状态无关。这可包括当用来确定来自复合模型的输出的传感器不在线时(例如，当传感器还未达到点火温度、正在经历校准时等)选择来自容积效率模型的输出。来自开关418的输出是最终的新鲜空气流估计，其可用来确定目标EGR流率和/或调整其它的发动机运行参数。
上面关于图3-4描述的复合模型基于一个或更多个新鲜进气空气流估计(包括基于容积效率的估计、瞬态估计、以及稳态估计)来确定新鲜进气空气流。如上所述，稳态估计可基于运行状态从多个稳态估计中选择。同样地，瞬态估计也可基于运行状态从多个瞬态估计中选择。尽管该复合模型可越过宽范围的运行状态提供精确的新鲜进气空气流估计，但也是十分复杂的且可能难以适当地校准。
因此，如关于图6所描述的，可实行复合模型的简化版本。在该简化版本中，可以省去多端口开关以及瞬态估计选择，支持单个稳态模型(也称为“修正器”)和单个瞬态模型(也称为“预测器”)，如下面所描述的。
图６是控制图600，其示出根据上面描述的方法200和300估计新鲜进气空气流的简化过程。控制图600包括预测器/修正器模块602，其基于瞬态和稳态模型的组合输出新鲜进气空气流估计。在此使用的稳态估计是基于AFR的估计，其中基于AFR和燃料流估计新鲜进气空气流。基于AFR的估计(“修正器”)连同瞬态估计一起被供给进入模块604。在此使用的瞬态估计(“预测器”)是基于排气阀位置的估计，其中新鲜进气空气流基于容积效率、排气阀位置和进气歧管压力来估计。在一些运行状态中，基于AFR的估计可能是不可靠的，诸如当AFR是高的时和/或当排气氧传感器未达到点火温度时。在这些状态期间，修正器和预测器之间的差值(例如，模块604的输出)可以是零。
在模块604处，修正器和预测器之间的差值被确定并供给进入606处的过滤器。来自模块606的过滤的输出连同预测器值一起输入模块608，在其中两个值相加。来自模块608的输出被供给进入开关610。
开关610从预测器/修正器的输出(例如，来自模块608的输出)和基于容积效率的估计(例如，未考虑EGR的总进气空气流估计)之间选择。两个估计之间的选择可基于进入预测器/修正器的输入是否是健康的，类似于上述的开关418。在一些示例中，为了从预测器/修正器选择输出，仅预测器需要是健康的。也就是说，即便AFR是高的(例如，80:1或更大)和/或排气氧传感器是不运行的，因此致使修正器输出是不可靠的时，预测器/修正器模型可用来确定新鲜进气空气流估计(仅仅基于预测器估计，其中来自修正器和预测器之间的差值的调整简单地设置为0)。
因此，本文中描述的方法和系统提供了一种系统的实施例，包括：发动机，其具有进气歧管以接收新鲜进气空气；排气再循环(EGR)系统以供应EGR至进气歧管，穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制；以及控制器，其构造成基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀的位置，其中在第一组运行状态期间，新鲜进气空气流率基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比、以及至发动机的一个或更多个气缸的燃料流来估计。
在一个示例中，控制器构造成通过以下来估计新鲜进气空气流率：基于进入发动机的总气体流率、一个或更多个排气阀的当前位置、以及进气歧管压力来确定第一新鲜进气空气流率；基于进入发动机的总气体流率、空气-燃料比、以及燃料流确定第二新鲜进气空气流率；以及估计新鲜进气空气流率为通过第二新鲜进气空气流率修正的第一新鲜进气空气流率。
发动机包括流体地联接至EGR系统的第一分组气缸和流体地联接至排气通道而不联接至EGR系统的第二分组气缸，其中至发动机的一个或更多个气缸的燃料流包括至第一分组气缸的燃料流。
第一组运行状态包括在空气-燃料比低于阈值的非冷启动发动机运行。在一个示例中，阈值是大约80:1的空气-燃料比。控制器构造成在第二组运行状态期间基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置和进气歧管压力估计新鲜进气空气流率。第二组运行状态包括非冷的发动机启动运行和阈值之上的空气-燃料比。
控制器构造成在第三组运行状态期间仅基于进入发动机的总气体流率估计新鲜进气空气流率。第三组运行状态包括冷启动发动机运行状态。控制器构造成基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度确定至发动机的总气体流率。
在一个示例中，当一个或更多个排气阀的当前位置的确定是不可得到的(例如，如果阀位置反馈传感器是失效的)时，控制器构造成基于随着越过涡轮增压器的压缩机的压力比变化的压缩机空气流的特性图估计给定的涡轮增压器转速下的新鲜进气空气流率。
系统的另一个实施例包括：发动机，其具有进气歧管以接收新鲜进气空气；排气再循环(EGR)系统以供应EGR至进气歧管，穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制；以及控制器，其构造成基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀的位置，其中在第一组运行状态期间，新鲜进气空气流率基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置和排气NOx浓度来估计。
在一个示例中，第一组运行状态包括在低的发动机负载和高的空气-燃料比的非冷启动发动机运行。
控制器构造成通过以下基于进入发动机的总空气流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置和排气NOx浓度来估计新鲜进气空气流率：基于进入发动机的总空气流率和一个或更多个排气阀的当前位置来确定第一新鲜进气空气流率；基于进入发动机的总空气流率、排气NOx浓度，以及发动机转速、至一个或更多个发动机的气缸的燃料流、以及环境湿度中的一个或更多个来确定第二新鲜进气空气流率；以及估计新鲜进气空气流率为通过第二新鲜进气空气流率修正的第一新鲜进气空气流率。
发动机包括流体地联接至EGR系统的第一分组气缸和流体地联接至排气通道而不联接至EGR系统的第二分组气缸，并且至发动机的一个或更多个气缸的燃料流包括至第一分组气缸的燃料流。
控制器构造成在第二组运行状态期间基于进入发动机的总气体流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置和进气歧管压力、空气-燃料比、以及至发动机的汽缸的燃料流估计新鲜进气空气流率。在一个示例中，第二组运行状态包括在低的空气-燃料比的非冷启动发动机运行。
控制器构造成通过以下基于进入发动机的总空气流率并进一步基于一个或更多个排气阀的当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比、以及至气缸的燃料流来确定新鲜进气空气流率：基于进入发动机的总空气流率、一个或更多个排气阀的当前位置、以及进气歧管压力来确定第一新鲜进气空气流率；基于进入发动机的总空气流率、空气-燃料比、以及至汽缸的燃料流来确定第二新鲜进气空气流率；以及估计新鲜进气空气流率为通过第二新鲜进气空气流率修正的第一新鲜进气空气流率。
控制器构造成在第三组运行状态期间仅基于进入发动机的总气体流率估计新鲜进气空气流率。在一个示例中，第三组运行状态包括冷启动发动机运行状态。控制器构造成基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度确定至发动机的总空气流率。
本文中描述的方法和系统还提供了一种方法的实施例，包括：在第一运行模式期间，基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率；以及在第二运行模式期间，基于瞬态流估计和稳态流估计的组合来估计至发动机的第二新鲜进气空气流率，其中稳态流估计是从多个不同的稳态流估计中选择，并且多个不同的稳态流估计在用于计算各个相应的稳态流估计的至少一个或更多个输入中不同。
在一个示例中，第一运行模式包括不带有排气再循环(EGR)的发动机运行，并且第二运行模式包括带有EGR的发动机运行。
基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率包括基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率。瞬态流估计基于调整用于EGR流率的容积效率估计来估计第三新鲜进气空气流率，其中EGR流率是基于当前EGR阀位置和进气歧管压力来估计的。
多个不同稳态流估计包括：第一稳态流估计，其基于空气-燃料比和至发动机的燃料流来估计第四新鲜进气空气流率；第二稳态流估计，其基于随着涡轮增压器的压缩机的压力比变化的压缩机空气流的特性图估计给定的涡轮增压器速度下的第五新鲜进气空气流率；以及第三稳态流估计，其基于调整用于EGR流率的容积效率估计来估计第六新鲜进气空气流率，其中EGR流率是基于排气NOx浓度估计的。
在一个示例中，从多个的稳态流估计中选择稳态流估计包括：如果空气-燃料比低于阈值则选择第一稳态流估计，以及如果空气-燃料比高于阈值则选择第二或第三稳态流估计。
在另一个示例中，从多个稳态流估计中选择稳态流估计包括使用多个稳态流估计中的每一个来估计相应的新鲜进气空气流率，并且选择输出最低的新鲜进气空气流率的稳态流估计。方法进一步包括基于第一新鲜进气空气流率或第二新鲜进气空气流率控制一个或更多个排气阀的位置。
本文中描述的方法和系统还提供了一种系统的实施例，包括：发动机，其具有进气歧管以接收新鲜进气空气；排气再循环(EGR)系统以供应EGR至进气歧管，穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制；以及控制器。控制器构造成：在其中没有EGR流动至进气歧管的发动机运行期间，基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度来估计新鲜进气空气流率；在其中EGR流动至进气歧管且空气-燃料比低于阈值空气-燃料比时，基于至少空气-燃料比和至发动机的燃料流估计新鲜进气空气流率；以及在其中EGR流动至进气歧管且空气-燃料比在阈值空气-燃料比之上的稳态发动机运行期间，至少基于发动机转速、排气压力、进气歧管温度、进气歧管压力、以及一个或更多个排气阀的位置来估计新鲜进气空气流率。
在其中EGR流动且空气-燃料比在阈值空气-燃料比之下的稳态发动机运行期间，控制器构造成进一步基于一个或更多个排气阀的位置和进气歧管压力来估计新鲜进气空气流率。
在瞬态发动机运行期间，控制器构造成至少基于发动机转速、排气压力、进气歧管温度、进气歧管压力、以及一个或多个排气阀位置来估计新鲜进气空气流率。控制器构造成基于新鲜进气空气流率来控制一个或更多个排气阀的位置。
如在本文中所使用的，瞬态运行可以是指其中至少一个运行参数随着时间通过阈值量而变化的发动机运行。该至少一个运行参数可包括发动机转速、发动机负载、EGR率、基准进气氧浓度、燃料流或其它参数。相反，稳态运行可能是指其中至少一个运行参数不发生变化、例如保持相对恒定的发动机运行。在特定的实施例中，瞬态运行可包括驾驶员改变凹口节流阀设置，而稳态运行可包括保持恒定的凹口节流阀设置。
在另一个实施例中，系统包括具有进气歧管以接收新鲜进气空气的发动机、排气再循环(EGR)系统以供应EGR至进气歧管、以及控制器。穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制。控制器构造成在第一组运行状态期间基于进入发动机的总空气流率、一个或更多个排气阀的相应的一个或更多个当前位置、进气歧管压力、空气-燃料比、以及至发动机的一个或更多个气缸的燃料流来估计新鲜进气空气流率。控制器进一步构造成基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀的相应的一个或更多个当前位置。
在另一个实施例中，方法包括使用控制器基于进气歧管压力、空气-燃料比、至发动机的一个或更多个气缸的燃料流、进入发动机的总气体流率、以及构造成供应EGR至进气歧管的排气再循环( EGR)系统中的一个或更多个排气阀的当前位置来估计进入发动机的进气歧管的新鲜进气空气的新鲜进气空气流率。穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀来控制。方法进一步包括使用控制器基于估计的新鲜进气空气流率调整一个或更多个排气阀的当前位置。
如本文中所使用的，以单数形式叙述并且用词语“一”或“一个”引领的元件或步骤应该理解为不排除前述元件或步骤的复数，除非明确指出了这样的排除。此外，对于本发明的“一个实施例”的引用并不排除也结合了前述特征的附加实施例的存在。此外，除非明确相反地指出，“包括”、“包含”或“具有”有特定特性的一个元件或多个元件的实施例可包括不具有该特性的附加的此类元件。用词“包含”和“在其中”用作相应用语“包括”和“其中”的普通语言等价物。此外，用词“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且不意图给它们的对象赋予数量要求或者特定位置顺序。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且也使相关领域的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并执行任何结合的方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括没有不同于权利要求的文字表达的结构元件，或者如果它们包括带有与权利要求的文字表达无实质区别的等同结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
使用控制器，在第一运行模式期间，基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率，所述发动机具有进气歧管以接收新鲜进气空气和排气再循环(EGR)系统以供应EGR至进气歧管，其中穿过EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制；以及
使用控制器，在第二运行模式期间，基于瞬态流估计和稳态流估计的组合来估计至所述发动机的第二新鲜进气空气流率，其中所述稳态流估计是从多个不同的稳态流估计中进行选择的，并且所述多个不同的稳态流估计在用来计算各个相应的稳态流估计的至少一个或更多个输入中不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一运行模式包括不带有排气再循环(EGR)的发动机运行，并且其中所述第二运行模式包括带有EGR的发动机运行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述容积效率估计来估计至所述发动机的所述第一新鲜进气空气流率包括基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度来估计至所述发动机的所述第一新鲜进气空气流率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述瞬态流估计基于被调整用于EGR流率的所述容积效率估计来估计第三新鲜进气空气流率，其中所述EGR流率是基于当前EGR阀位置和进气歧管压力来估计的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个不同稳态流估计包括：
第一稳态流估计，其基于至所述发动机的空气-燃料比和燃料流来估计第四新鲜进气空气流率；
第二稳态流估计，其基于随着涡轮增压器的压缩机的压力比变化的压缩机空气流的特性图估计给定的涡轮增压器速度下的第五新鲜进气空气流率；以及
第三稳态流估计，其基于被调整用于EGR流率的所述容积效率估计来估计第六新鲜进气空气流率，其中所述EGR流率是基于排气NOx浓度估计的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述稳态流估计是从所述多个不同的稳态流估计中进行选择的，其中如果所述空气-燃料比低于阈值则选择所述第一稳态流估计，如果所述空气-燃料比高于所述阈值则选择所述第二稳态流估计或第三稳态流估计。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述稳态流估计是从所述多个不同稳态流估计中进行选择的，其中使用所述多个稳态流估计中的每一个来估计相应的新鲜进气空气流率，并且选择输出最低的新鲜进气空气流率的所述稳态流估计。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述控制器基于所述第一新鲜进气空气流率或所述第二新鲜进气空气流率控制一个或更多个排气阀的一个或多个位置。
9.一种系统，包括：
发动机，其具有进气歧管以接收新鲜进气空气；
排气再循环(EGR)系统，其用于供应EGR至所述进气歧管，其中穿过所述EGR系统的EGR的流由一个或更多个排气阀控制；以及
控制器，其构造成在第一运行模式期间，基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率；
其中所述控制器还构造成在第二运行模式期间，基于瞬态流估计和稳态流估计的组合来估计至所述发动机的第二新鲜进气空气流率，其中所述稳态流估计是从多个不同的稳态流估计中进行选择的，并且所述多个不同的稳态流估计在用来计算各个相应的稳态流估计的至少一个或更多个输入中不同。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一运行模式包括不带有排气再循环(EGR)的发动机运行，并且其中所述第二运行模式包括带有EGR的发动机运行。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器构造成基于所述容积效率估计来估计至所述发动机的所述第一新鲜进气空气流率，通过基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度来估计至所述发动机的所述第一新鲜进气空气流率。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器构造成基于被调整用于EGR流率的所述容积效率估计而确定所述瞬态流估计来作为第三新鲜进气空气流率的估计，其中所述EGR流率是基于当前EGR阀位置和进气歧管压力来进行估计的。
13.根据权利要求9所述的系统，其中，所述多个不同稳态流估计包括：
第一稳态流估计，其基于至所述发动机的空气-燃料比和燃料流来估计第四新鲜进气空气流率；
第二稳态流估计，其基于随着涡轮增压器的压缩机的压力比变化的压缩机空气流的特性图估计给定的涡轮增压器速度下的第五新鲜进气空气流率；以及
第三稳态流估计，其基于被调整用于EGR流率的所述容积效率估计来估计第六新鲜进气空气流率，其中所述EGR流率是基于排气NOx浓度进行估计的。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器构造成从所述多个不同的稳态流估计中选择所述稳态流估计，其中如果所述空气-燃料比低于阈值则选择所述第一稳态流估计，如果所述空气-燃料比高于所述阈值则选择所述第二稳态流估计或第三稳态流估计。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器构造成从所述多个不同稳态流估计中选择所述稳态流估计，其中使用所述多个稳态流估计中的每一个来估计相应的新鲜进气空气流率，并且所述控制器构造成选择输出最低的新鲜进气空气流率的所述稳态流估计。
16.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器构造成基于所述第一新鲜进气空气流率或所述第二新鲜进气空气流率控制一个或更多个排气阀的一个或多个位置。
17.一种方法，包括：
在第一运行模式期间，基于容积效率估计来估计至发动机的第一新鲜进气空气流率；以及
在第二运行模式期间，基于瞬态流估计和稳态流估计的组合来估计至所述发动机的第二新鲜进气空气流率，其中所述稳态流估计是从多个不同的稳态流估计中进行选择的，并且所述多个不同的稳态流估计在用来计算各个相应的稳态流估计的至少一个或更多个输入中不同。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一运行模式包括不带有排气再循环(EGR)的发动机运行，并且其中所述第二运行模式包括带有EGR的发动机运行。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述容积效率估计来估计至所述发动机的所述第一新鲜进气空气流率包括基于发动机转速、排气压力、进气歧管压力、以及进气歧管温度来估计至所述发动机的所述第一新鲜进气空气流率。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述瞬态流估计基于被调整用于EGR流率的所述容积效率估计来估计第三新鲜进气空气流率，其中所述EGR流率是基于当前EGR阀位置和进气歧管压力来进行估计的。
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