CN110552797B - 高压egr流量模型混合策略 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制包括排气再循环(EGR)系统和充气系统的内燃机的方法包括以下步骤：(a)经由发动机控制器使用孔口模型来确定第一EGR质量流量；(b)经由所述发动机控制器使用气缸容积效率模型来确定第二EGR质量流量；(c)经由所述发动机控制器基于所述第一EGR流量和所述第二EGR流量来确定混合EGR质量流量；以及(d)基于所述混合EGR流量来控制所述充气系统。

Description

高压EGR流量模型混合策略
技术领域
本发明涉及一种混合压力排气再循环EGR流量模型策略。
背景技术
EGR流量是可以由发动机控制件控制的参数。发动机的排气系统内的排气流耗尽氧气，并且基本上是惰性气体。当与燃料和空气的燃烧充量组合引入或保留在燃烧室内时，排气缓和燃烧，从而降低输出和绝热火焰温度。还可以结合先进燃烧策略((例如，包括均质充量压缩点火(HCCI)燃烧))中的其他参数来控制EGR。还可以控制EGR以改变所产生的排气流的性质。发动机控制方法控制EGR，以便控制发动机内的最终燃烧和发动机的最终输出。
用于发动机的空气处理系统管理进气和EGR进入发动机的流量。必须配备空气处理系统以满足增压空气成分目标(例如，EGR分数目标)以实现排放目标，并且满足总空气可用目标(例如，充气质量流量)以实现期望的功率和转矩目标。最强烈影响EGR流量的致动器通常影响充气流量，并且最强烈影响充气流量的致动器通常影响EGR流量。因此，具有现代空气处理系统的发动机呈现具有耦合输入-输出响应回路的多输入多输出(MIMO)系统。除了实现期望的EGR分数以满足排放和性能之外，还期望以足够的准确度知道EGR分数的量以适当地估计发动机排放。然后使用这些估计值来控制和诊断后处理系统。
发明内容
本发明涉及一种用于确定(即，估计)EGR系统的高压EGR导管中的EGR质量流量的方法。通过使用当前公开的方法，发动机控制器采用鲁棒的EGR混合流量模型策略，其结合了两个独立的流量模型。根据两种模型的鲁棒性表征进行组合，在当前操作条件下进行评估。
在某些实施例中，所述方法包括以下步骤：(a)经由发动机控制器使用孔口模型来确定第一EGR质量流量；(b)经由所述发动机控制器使用气缸容积效率模型来确定第二EGR质量流量；(c)经由所述发动机控制器基于所述第一EGR流量和所述第二EGR流量来确定混合EGR质量流量；以及(d)基于所述混合EGR流量来控制所述充气系统。
此外，所述方法还可以包括确定排气歧管温度、确定进气歧管压力、确定排气歧管压力，以及确定所述EGR系统的第一EGR阀的位置。所述第一EGR质量流量是所述第一EGR阀的所述位置、所述排气歧管温度、所述进气歧管压力和所述排气歧管压力的函数。通过使用以下方程计算所述第一EGR质量流量：
Figure GDA0003824854130000021
以及
Figure GDA0003824854130000022
其中：
Figure GDA0003824854130000023
是所述第一EGR质量流量；
px是所述排气歧管压力；
pi是所述进气歧管压力；
Tx是所述排气歧管温度；
R是理想气体常数；并且
Figure GDA0003824854130000024
是作为所述第一EGR阀的所述位置的函数的变量；并且
γ是热容比。
所述方法还可以包括确定节气门质量流量和总气缸质量流量。所述第二EGR质量流量是所述节气门质量流量和所述总气缸质量流量的函数。所述第二EGR质量流量可以被表达为：
Figure GDA0003824854130000031
其中：
Figure GDA0003824854130000032
是所述第二EGR质量流量；
Figure GDA0003824854130000033
是所述总气缸质量流量；并且
Figure GDA0003824854130000034
是所述节气门质量流量。
所述方法还可以包括确定基于孔口的EGR速率。此类基于孔口的EGR速率被表达为：
Figure GDA0003824854130000035
其中：
Figure GDA0003824854130000036
是所述第一EGR质量流量；
并且
Figure GDA0003824854130000037
是所述节气门质量流量。
所述方法还可以包括根据所述EGR速率来确定混合权重因子。所述混合EGR质量流量表达如下：
Figure GDA0003824854130000038
其中：
KHyb是所述混合权重因子并且是上述基于孔口的EGR速率的函数；
Figure GDA0003824854130000039
是所述第一EGR质量流量；并且
Figure GDA0003824854130000041
是所述第二EGR质量流量。
所述方法还可以包括基于所述混合EGR流量控制所述充气系统包括基于所述混合EGR流量控制所述充气系统的节气门。
本发明还描述了一种内燃机。所述发动机包括：发动机缸体，其限定多个气缸；充气系统，其与所述多个气缸流体连通，其中所述充气系统包括节气门；排气再循环(EGR)系统，其与所述充气系统流体连通；以及发动机控制器，其与所述节气门进行电子通信。所述发动机控制器被编程为执行上述方法。
从用于实行结合附图取得的本发明的最佳模式的以下详细描述，上述特征和优点以及本发明的其他特征和优点容易地显而易见。
附图说明
图1是包括内燃机和排气再循环系统的车辆的示意图。
图2是用于控制排气再循环系统的方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，其中描绘仅是为了说明某些示例性实施例而不是为了限制它们，图1示意性地示出了包括内燃机(发动机)89(诸如汽油发动机或柴油发动机)的车辆98。发动机89包括排气后处理系统50，其根据本发明的实施例布置。排气后处理系统50包括多个流体连接的排气净化装置以在发动机排气排出到环境空气之前将其净化。发动机89可以是多缸内燃机，其燃烧直接喷射的燃料、进气和再循环排气的混合物以产生机械动力。发动机89被配置为以压缩点火燃烧操作，尽管本文描述的概念可以用于采用加热型排气传感器(诸如λ或NOx传感器)并且执行燃烧后燃料喷射以加热排气后处理系统的排气净化装置的其他发动机配置。发动机89可以结合到车辆98，所述车辆可以是例如乘用车、卡车、农用车辆或建筑车辆、海上交通工具。替代地，发动机89可以在固定装置上实施，例如联接到电力发电机。
发动机89包括多缸发动机缸体7、用于将进气A引导至发动机89的气缸3的进气歧管8，以及用于将排气E的流动从发动机89引导至排气后处理系统50的排气歧管9。发动机89可以另外包括其他发动机部件和系统，诸如活塞、曲轴、发动机缸盖、进气门、排气门、凸轮轴和可变凸轮相位器。发动机89可以在重复执行的进气-压缩-燃烧-排气冲程的四冲程燃烧循环中操作。可变几何涡轮增压器(VGT)29包括涡轮28，所述涡轮在排气后处理系统50的上游流体地联接到排气歧管9。发动机89包括多个直喷式燃料喷射器47，其被布置为将燃料直接喷射到单独的燃烧室中。喷射器47可以是合适的直喷装置，并且可以是螺线管激活装置。燃料F经由低压燃料泵41、燃料过滤器组件42、高压燃料泵43、燃料轨45、燃料压力调节阀46和压力控制阀44从燃料储存罐39供应到燃料喷射器47。每个发动机气缸3可以包括电热塞25。发动机89包括充气系统6，其可以包括质量空气流量(MAF)传感器49、VGT 29的压缩机10、增压空气冷却器11、节气门13、用于监测增压压力和进气温度的温度和歧管绝对压力(TMAP)传感器12，以及其他可能有用的感测装置。节气门13包括节气门位置传感器71以确定节气门13的位置。发动机89还包括：冷却器入口温度传感器59，其用于监测增压空气冷却器11上游的进气A的温度；以及冷却器出口温度传感器70，其用于监测增压空气冷却器11下游的进气A的温度。
发动机89可以包括排气再循环(EGR)系统2，其将排气E从排气歧管9流体地引导至进气歧管8。在一些实施例中，EGR系统2可以包括第一EGR通道53(即，高压导管)，其在压缩机10下游的位置处将排气E从排气歧管9引导至进气导管51。此外，EGR系统2包括第二EGR通道52(即，低压导管)，其在压缩机10上游的位置处将排气E从后处理系统50引导至进气导管51。EGR系统2还包括各自沿第一EGR通道53联接的第一EGR阀14(即，高压EGR阀)、第一EGR冷却器17(例如，高压EGR冷却器)、用于绕过第一EGR冷却器17的旁通阀15，以及EGR冷却器出口温度传感器18。排气歧管温度传感器31联接到排气歧管9以监测流过排气歧管9(并流入第一EGR通道53)的排气E的温度。EGR系统2还包括各自沿第二EGR通道52联接的第二EGR阀34(即，低压EGR阀)、第二EGR冷却器37(例如，低压EGR冷却器)、EGR冷却器出口温度传感器38，以及压差传感器40(用于监测第二EGR阀34上的压力降)。其他发动机监测传感器可以包括曲轴位置传感器21、联接到发动机缸体7的油温传感器23，以及联接到发动机缸体7的油压传感器22等等。可以用合适的可执行模型替换一个或多个发动机监测传感器。发动机89还包括联接到发动机缸体7的连续可变排量油泵60和由发动机89产生的动力驱动的机械冷却风扇55。发动机89还包括通风通道72以将窜气B(即，未燃气体)从发动机缸体7引导到进气导管51。通风压力传感器74联接到通风通道72以监测窜气B的温度。车辆98还包括用于监测外部空气温度的外部空气温度传感器75和用于监测大气压力的大气压力传感器77。大气压力传感器77可以与发动机控制器26集成。
发动机控制器26监测各种传感装置并且执行控制程序以命令各种致动器响应于操作员命令而控制发动机89的操作。操作员命令可以从各种操作员输入装置来确定，所述操作员输入装置包括例如踏板组件27，其包括例如加速踏板和制动踏板。仅作为示例，与发动机操作相关联的其他感测装置可以包括大气压力传感器77、环境空气温度传感器75、VGT位置传感器79、排气温度传感器31等。
术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器)以及呈存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)的形式的相关非暂时性存储器部件的一种或各种组合。非暂时性存储器部件能够存储呈一个或多个软件或固件程序或程序的形式的机器可读指令，是组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路，以及可由提供所描述功能性的一个或多个处理器存取的其他部件。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器以及监控来自传感器的输入的相关装置，其中此类输入以预设采样频率或响应于触发事件而监控。软件、固件、程序、指令、控制程序、代码、算法和类似术语意味着包括刻度和查找表的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制程序以提供期望功能，所述功能包括监控来自感测装置和其他联网控制器的输入以及执行控制和诊断程序以控制致动器的操作。程序可以规则的间隔而执行，例如正进行的操作期间每100微秒或3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行一次。替代地，程序可以响应于触发事件的发生而执行。控制器之间和控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线链路、联网通信总线链路、无线链路或其他合适的通信链路而实现。通信包括以合适形式交换数据信号，包括(例如)经由导电介质交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光学波导交换光学信号等。数据信号可包括表示来自传感器的输入的信号、表示致动器命令的信号和控制器之间的通信信号。术语‘模型'是指基于处理器或处理器可执行代码以及模拟装置或物理过程的物理存在的相关刻度。如本文所使用，术语‘动态的'和‘动态地'以及相关术语描述了实时执行并且以监控或以其他方式确定参数的状态和在程序的执行期间或程序执行的迭代之间规则地或定期地更新参数的状态为特征的步骤或程序。在一个实施例中，这包括如下。
参考图1和2，发动机控制器26被专门编程为执行方法100以便确定(即，估计)EGR系统2的第一EGR通道53(即，高压导管)中的EGR质量流量。换句话说，使用方法100，发动机控制器26采用鲁棒的EGR混合流量模型策略，其结合了两个独立的流量模型。根据两种模型的鲁棒性表征进行组合，在当前操作条件下进行评估。方法100开始于步骤102，其中发动机控制器26确定进气歧管8中的排气E的压力(即，进气歧管压力pi)。为此，发动机控制器26可以从TMAP传感器12接收信号。TMAP传感器12联接到进气歧管8并且被配置为测量和监测进气歧管压力pi。此外，TMAP传感器12与发动机控制器26进行电子通信并且被配置为将信号发送到发动机控制器26。同样在步骤102处，发动机控制器26确定排气歧管9中的排气E的压力(即，排气歧管压力px)。为此例如，发动机控制器26可以从排气歧管温度传感器31接收信号，然后基于排气歧管9的体积和排气歧管9中的排气E的温度(即，排气歧管温度Tx)使用理想气体方程或校准查找表来确定排气歧管压力px。其他模型可以用于估计排气歧管压力px。排气歧管温度传感器31联接到排气歧管9并且被配置为测量和监测排气歧管温度Tx。可以使用模型来估计排气歧管温度Tx。发动机控制器26与排气歧管温度传感器31进行电子通信，因此从排气歧管温度传感器31接收指示排气歧管温度Tx的信号。
方法100还包括步骤104，其需要确定排气歧管温度Tx。如上文所讨论的，发动机控制器26基于例如从排气歧管温度传感器31接收的信号来确定排气歧管温度Tx。
方法100还包括步骤106，其需要确定第一EGR阀14的位置(即，EGRVlvPstn)。发动机控制器26与第一EGR阀14进行电子通信。因此，发动机控制器26因此被配置为基于从第一EGR阀14接收的信号来确定第一EGR阀14的位置EGRVlvPstn。
在确定第一EGR阀14的位置EGRVlvPstn、排气歧管温度Tx、进气歧管压力pi和排气歧管压力px之后，方法100前进到步骤108。在步骤108处，发动机控制器26使用孔口模型(即，高压排气(HPE)流量模型孔口)来确定(即，估计)第一EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000081
在步骤108处，发动机控制器26基于(或根据)第一EGR阀14的位置EGRVlvPstn、排气歧管温度Tx、进气歧管压力pi和排气歧管压力px使用例如校准的查找表来确定(即，估计)第一EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000082
替代地，发动机控制器26使用HPE流量模型孔口来计算第一EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000083
其由以下方程表达：
Figure GDA0003824854130000084
Figure GDA0003824854130000085
其中：
Figure GDA0003824854130000086
是所述第一EGR质量流量；
px是所述排气歧管压力；
pi是所述进气歧管压力；
Tx是所述排气歧管温度；
R是理想气体常数；并且
Figure GDA0003824854130000091
是作为第一EGR阀14的位置EGRVlvPstn的函数并且使用校准的查找表确定的变量；并且
γ是热容比。
方法100还包括步骤110，其需要确定流过节气门13的气体的质量流量(即，节气门质量流量
Figure GDA0003824854130000092
)。发动机控制器26基于进入发动机89的空气的质量流量(由MAF传感器49测量)加上流过第二EGR通道52的排气E的质量流量(例如可以基于来自压差传感器40的信号间接地确定)来确定节气门质量流量
Figure GDA0003824854130000093
可以使用其他方法来确定流过第二EGR通道52的排气E的质量流量。
方法100还包括步骤112，其需要确定所有气缸3中的气体的总质量流量(即，总气缸质量流量
Figure GDA0003824854130000094
)。为此，发动机控制器26根据通过车辆测试产生的校准查找表来确定总气缸质量流量
Figure GDA0003824854130000095
在确定总气缸质量流量
Figure GDA0003824854130000096
和节气门质量流量
Figure GDA0003824854130000097
之后，方法100前进到步骤114。在步骤114处，发动机控制器26使用气缸容积效率模型(即，HPE流量容积效率模型)来确定第二EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000098
例如，发动机控制器26基于总气缸质量流量
Figure GDA0003824854130000099
和节气门质量流量
Figure GDA00038248541300000910
使用例如校准的查找表来确定第二EGR质量流量
Figure GDA00038248541300000911
替代地，发动机控制器26使用HPE流量容积效率模型来计算第二EGR质量流量
Figure GDA00038248541300000912
其由以下方程表达：
Figure GDA00038248541300000913
其中：
Figure GDA00038248541300000914
是所述第二EGR质量流量；
Figure GDA0003824854130000101
是所述总气缸质量流量；并且
Figure GDA0003824854130000102
是所述节气门质量流量。
方法100还包括步骤116，其需要确定基于孔口的EGR速率(即，HPE速率计算)。在步骤116处，发动机控制器26使用以下方程来确定(即，计算)基于孔口的EGR速率：
基于孔口的
Figure GDA0003824854130000103
其中：
Figure GDA0003824854130000104
是所述第一EGR质量流量；
Figure GDA0003824854130000105
是所述第二EGR质量流量；
Figure GDA0003824854130000106
是所述总气缸质量流量；并且
Figure GDA0003824854130000107
是所述节气门质量流量。
在步骤118处，方法100还基于(即，根据)所述基于孔口的EGR速率来确定混合权重因子KHyb。换句话说，发动机控制器26确定混合权重因子KHyb，其被表达如下：
Figure GDA0003824854130000108
其中：
KHyb是混合权重因子；
Figure GDA0003824854130000109
是所述第一EGR质量流量；
Figure GDA00038248541300001010
是所述第二EGR质量流量；
Figure GDA00038248541300001011
是所述总气缸质量流量；并且
Figure GDA00038248541300001012
是所述节气门质量流量。
在步骤118处，发动机控制器26根据校准的查找表来确定混合权重因子KHyb，所述查询表是通过测试活动开发的。换句话说，通过鲁棒性分析执行实验验证。因此，在不同发动机操作条件下在发动机100上实验性地评估鲁棒性。
在步骤118之后，方法100前进到步骤120，其需要基于第一EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000111
和第二EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000112
来确定混合EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000113
为此，发动机控制器26使用以下方程来计算混合EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000114
Figure GDA0003824854130000115
其中：
KHyb是混合权重因子；
Figure GDA0003824854130000116
是所述第一EGR质量流量；并且
Figure GDA0003824854130000117
是所述第二EGR质量流量。
步骤120中的块“+”、“1”、“x”表示在上面的方程中表达的数值和数学运算。
在步骤120之后，方法100前进到步骤122。在步骤122处，发动机控制器26以三种不同方式基于混合EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000118
来控制充气系统6。首先，充气系统6可以单独使用用于基于混合EGR质量流量
Figure GDA0003824854130000119
控制进入气缸3的空气质量的第一EGR阀14(尽管混合EGR质量流量
Figure GDA00038248541300001110
不是直接控制变量)。在这种情况下，节气门13是全开的。其次，第一EGR阀14和节气门13都可以用于以协调方法控制空气质量和EGR分数。节气门13可以在一定程度上关闭以增加第一EGR通道53上的压力降。第三，当存在第二EGR通道52时，上述两种选择也是可行的；在这种情况下，即使仅控制空气质量，第一EGR通道53与第一EGR通道53之间的分配也是控制变量，因此使用我们的混合HP EGR模型用于控制目的。
虽然已经详细描述了用于执行本发明的最佳模式，但是熟悉本发明所涉及领域的技术人员将认识到用于在所附权利要求的范围内实践本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (8)

1.一种用于控制包括排气再循环EGR系统和充气系统的内燃机的方法，其包括：
经由发动机控制器使用孔口模型来确定第一EGR质量流量；
经由所述发动机控制器使用气缸容积效率模型来确定第二EGR质量流量；
经由所述发动机控制器基于所述第一EGR流量和所述第二EGR流量来确定混合EGR质量流量；以及
基于所述混合EGR流量来控制所述充气系统；
其中，所述混合EGR质量流量表达如下：
Figure FDA0003824854120000011
其中：
KHyb是混合权重因子；
Figure FDA0003824854120000012
是所述第一EGR质量流量；并且
Figure FDA0003824854120000013
是所述第二EGR质量流量，
其中，所述混合权重因子由以下公式确定：
Figure FDA0003824854120000014
其中：
Figure FDA0003824854120000015
是节气门质量流量；
发动机控制器根据校准的查找表来确定所述混合权重因子，所述查找表是通过测试活动开发的，在不同发动机操作条件下在发动机上实验性地评估鲁棒性；
其中，发动机控制器以以下方式基于混合EGR质量流量
Figure FDA0003824854120000021
来控制充气系统，第一EGR阀和节气门用于以协调方法控制空气质量和EGR分数，节气门可以在一定程度上关闭以增加第一EGR通道上的压力降。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
确定排气歧管温度；
确定进气歧管压力；
确定排气歧管压力；
确定所述EGR系统的第一EGR阀的位置；以及
其中所述第一EGR质量流量是所述第一EGR阀的所述位置、所述排气歧管温度、所述进气歧管压力和所述排气歧管压力的函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一EGR质量流量表达如下：
Figure FDA0003824854120000022
以及
Figure FDA0003824854120000023
其中：
Figure FDA0003824854120000024
是所述第一EGR质量流量；
px是所述排气歧管压力；
pi是所述进气歧管压力；
Tx是所述排气歧管温度；
R是理想气体常数；并且
Figure FDA0003824854120000025
是作为所述第一EGR阀的所述位置的函数的变量；并且
γ是热容比。
4.根据权利要求3所述的方法，其还包括确定节气门质量流量。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括确定总气缸质量流量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二EGR质量流量是所述节气门质量流量和所述总气缸质量流量的函数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二EGR质量流量表达为：
Figure FDA0003824854120000031
其中：
Figure FDA0003824854120000032
是所述第二EGR质量流量；
Figure FDA0003824854120000033
是所述总气缸质量流量；并且
Figure FDA0003824854120000034
是所述节气门质量流量。
8.根据权利要求7所述的方法，其还包括确定基于孔口的EGR速率，其中所述基于孔口的EGR速率被表达为：
Figure FDA0003824854120000035
其中：
Figure FDA0003824854120000036
是所述第一EGR质量流量；并且
Figure FDA0003824854120000037
是所述节气门质量流量。
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