CN102828841A - 用于控制排气再循环的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制排气再循环的***和方法。具体地，提供了一种用于发动机的控制***，其包括第一模块和第二模块。第一模块估算发动机中的排气再循环EGR的总量，其中EGR的总量包括i）在发动机气缸中的EGR和ii）流动通过发动机的EGR***的EGR。第二模块基于i）EGR***中的EGR阀的位置和ii）估算的发动机中EGR的总量与EGR阈值的比较，来选择性地控制发动机中的进气门和排气门的正时的重叠。

Description

用于控制排气再循环的***和方法
技术领域
本发明涉及内燃发动机，并且更具体地涉及用于控制排气再循环（EGR）的***和方法。
背景技术
本文提供的背景技术描述是为了大体上示出本发明的背景。当前署名的发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述，这部分内容以及说明书在提交时可能不另作为现有技术的方面，既不明确也不暗含地被认为是破坏本发明的现有技术。
内燃发动机通过可由节气门调整的进气***将空气吸入进气歧管。空气被分配到多个气缸并与燃料混合以产生空气/燃料（A/F）混合物。A/F混合物在气缸中燃烧以驱动活塞，活塞可旋转地转动曲轴并且产生驱动转矩。燃烧得到的排气从气缸排出到排气歧管。在被释放到大气之前，排气可由排气处理***处理。排气也可以被再循环（也称为排气再循环，或EGR）并且在未来的发动机循环期间燃烧。
发明内容
一种用于发动机的控制***，所述控制***包括第一模块和第二模块。第一模块估算发动机中的排气再循环（EGR）的总量，其中EGR的总量包括：（i）在发动机的气缸中的EGR；以及（ii）流动通过发动机的EGR***的EGR。第二模块基于（i）EGR***中的EGR阀的位置和（ii）估算的发动机中的EGR的总量与EGR阈值的比较，来选择性地控制在发动机中的进气门和排气门的正时的重叠。
一种用于控制发动机的方法，包括：估算发动机中的排气再循环（EGR）的总量，其中EGR的总量包括：（i）在发动机的气缸中的EGR；以及（ii）流动通过发动机的EGR***的EGR，并且基于（i）EGR***中的EGR阀的位置和（ii）估算的发动机中的EGR的总量与EGR阈值的比较来选择性地控制在发动机中的进气门和排气门的正时的重叠。
本发明还包括以下方案：
1. 一种用于发动机的控制***，所述控制***包括：
第一模块，所述第一模块估算在所述发动机中的排气再循环EGR的总量，其中所述EGR的总量包括：i）在所述发动机的气缸中的EGR；以及ii）流动通过所述发动机的EGR***的EGR；以及
第二模块，所述第二模块基于i）在所述EGR***中的EGR阀的位置和ii）估算的所述发动机中EGR的总量与EGR阈值的比较，选择性地控制在所述发动机中的进气门和排气门的正时的重叠。
2. 根据方案1所述的控制***，其中，所述第二模块在i）所述EGR阀关闭和ii）估算的所述发动机中EGR的总量大于所述EGR阈值时，将所述发动机中的所述进气门和所述排气门的正时的重叠命令至最小重叠。
3. 根据方案2所述的控制***，其中，所述最小重叠是以下两种情况中的一种，所述两种情况为：i）预定的；以及ii）基于质量空气流量MAF、歧管绝对压力MAP和发动机速度确定的。
4. 根据方案1所述的控制***，还包括第三模块，所述第三模块基于i）在所述EGR***中的所述EGR阀的位置和ii）估算的所述发动机中EGR的总量与所述EGR阈值的比较，选择性地控制所述EGR阀。
5. 根据方案4所述的控制***，其中，所述第三模块当i）所述EGR阀没有关闭和ii）估算的所述发动机中EGR的总量小于所述EGR阈值时，根据正常操作来控制所述EGR阀。
6. 根据方案4所述的控制***，其中，所述第二模块当i）所述EGR阀没有关闭和ii）估算的所述发动机中的EGR的总量大于所述EGR阈值时，减小所述EGR阀的开度。
7. 根据方案1所述的控制***，还包括第四模块，所述第四模块基于质量空气流量MAF、歧管绝对压力MAP以及发动机速度中的至少一个来估算所述发动机的气缸中的EGR的量。
8. 根据方案1所述的控制***，还包括第五模块，所述第五模块基于质量空气流量MAF、排气背压EBP和歧管绝对压力MAP之间的差、所述EGR阀的位置以及通过所述EGR***的流率中的至少一个来估算流动通过所述EGR***的EGR的量。
9. 根据方案1所述的控制***，其中，所述第一模块估算在所述发动机的节气门关闭时的过渡时间段期间的所述EGR的总量。
10. 根据方案1所述的控制***，其中，所述EGR阈值是以下两种情况中的一种，所述两种情况为：i）预定的；以及ii）基于质量空气流量MAF和发动机速度确定的。
11. 一种用于控制发动机的方法，所述方法包括：
估算在所述发动机中的排气再循环EGR的总量，其中所述EGR的总量包括：i）在所述发动机的气缸中的EGR；以及ii）流动通过所述发动机的EGR***的EGR；以及
基于i）在所述EGR***中的EGR阀的位置；以及ii）估算的所述发动机中EGR的总量与EGR阈值的比较，选择性地控制所述发动机中进气门和排气门的正时的重叠。
12. 根据方案11所述的方法，还包括当i）所述EGR阀关闭和ii）估算的所述发动机中EGR的总量大于所述EGR阈值时，将所述发动机中的所述进气门和所述排气门的正时的重叠命令至最小重叠。
13. 根据方案12所述的方法，其中，所述最小重叠是以下两种情况中的一种，所述两种情况为：i）预定的；以及ii）基于质量空气流量MAF、歧管绝对压力MAP和发动机速度确定的。
14. 根据方案11所述的方法，还包括：基于i）在所述EGR***中的EGR阀的位置和ii）估算的所述发动机中EGR的总量与所述EGR的阈值的比较，选择性地控制所述EGR阀。
15. 根据方案14所述的方法，还包括：当i）所述EGR阀没有关闭和ii）估算的所述发动机中EGR的总量小于所述EGR阈值时，根据正常操作来控制所述EGR阀。
16. 根据方案14所述的方法，还包括：当i）所述EGR阀没有关闭和ii）估算的所述发动机中EGR的总量大于所述EGR阈值时，减小所述EGR阀的开度。
17. 根据方案11所述的方法，还包括：基于质量空气流量MAF、歧管绝对压力MAP以及发动机速度中的至少一个来估算所述发动机的气缸中的EGR的量。
18. 根据方案11所述的方法，还包括：基于质量空气流量MAF、排气背压EBP和歧管绝对压力MAP之间的差、所述EGR阀的位置以及通过所述EGR***的流率中的至少一个来估算流动通过所述EGR***的EGR的量。
19. 根据方案11所述的方法，还包括：估算在所述发动机的节气门关闭时的过渡时间段期间的所述EGR的总量。
20. 根据方案11所述的方法，其中，所述EGR阈值是以下两种情况中的一种，所述两种情况为：i）预定的；以及ii）基于质量空气流量MAF和发动机速度确定的。
本发明更多的应用领域从下文提供的详细描述将变得显而易见。应该理解的是，详细的描述和具体的示例仅是为了说明的目的，而并不是为了限制本发明的范围。
附图说明
从详细描述和附图将更全面地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的一种实施方式的示例性发动机***的功能框图；
图2是根据本发明的一种实施方式的示例性控制模块的功能框图；以及
图3是示出了根据本发明的一种实施方式的控制排气再循环（EGR）的示例性方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述实质上仅是说明性的，并且绝不旨在以任何方式限制本发明、其应用或使用。为了清楚起见，在附图中相同的附图标记将被用于指示相似的元件。如在本文中使用的那样，短语“A、B和C中的至少一个”应被解释为表示了逻辑（A或B或C）的意思，其中使用了非排他性的逻辑“或”。应该理解，在方法中的步骤可以以不同的顺序执行而不会改变本发明的原理。
如在本文中使用的那样，术语“模块”可以指的是以下各项，或者可以是以下各项的一部分，或者可以包括以下各项，所述各项为：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的（共用的、专用的或组）处理器；提供所述功能性的其他合适部件；或上述各项中的一些或全部的组合，诸如在片上***中那样。术语“模块”可包括储存由处理器执行的代码的（共用的、专用的或组）存储器。
术语“代码”，如上文所使用的那样，可包括软件、固件和/或微代码，并且可以指的是程序、例程、函数、类和/或对象。术语“共用的”，如上文所使用的那样，意指来自多个模块的一些或所有代码可使用单一（共用的）的处理器执行。此外，来自多个模块的一些或所有代码可由单一（共用的）的存储器储存。术语“组”，如上文所使用的那样，意指来自单一模块的一些或所有代码可使用一组处理器或一组执行引擎来执行。例如，处理器的多个线程和/或核可以被认为是执行引擎。在各种实施方式中，执行引擎可在一个处理器上、多个处理器上、以及多个位置的处理器上（例如，并行处理布置中的多个服务器）被分组。此外，来自单一模块的一些或所有代码可使用一组存储器储存。
本文描述的设备和方法可通过一个或多个由一个或多个处理器执行的计算机程序来实施。所述计算机程序包括储存在非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行的指令。所述计算机程序也可包括储存的数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、磁存储器和光存储器。 
排气再循环（EGR）涉及用于在未来的发动机循环期间的燃烧的再循环排气。EGR可包括外部EGR和/或内部EGR。外部EGR包括将排气从排气歧管经由ERG***再循环回到进气歧管，所述EGR***可通过EGR阀调整。另一方面，内部EGR由进气门和排气门的正时中的重叠来产生。更具体地，进气门和排气门的正时中的重叠导致了由燃烧产生的排气的一部分被捕集在气缸中。气缸中的剩余排气随后被有效地再循环，以便用于下次燃烧事件（即，与下次的A/F充量混合）。例如，进气门和排气门的重叠可以使用双独立凸轮轴相位器控制。
使用外部EGR和内部EGR来操作发动机允许增加的EGR。增加的EGR可降低燃烧温度和/或发动机部件温度。此外，增加的EGR可抑制发动机爆燃（或爆震）。降低的温度和发动机爆燃抑制可降低燃料消耗，从而导致增加的燃料经济性。在过渡时间段期间（即，当节气门关闭时），内部EGR可增加而外部EGR可降低。但是，外部EGR降低的速率可以比内部EGR增加的速率慢。外部EGR的较慢的响应是由于EGR***的传送延迟引起的。传送延迟可导致额外的排气在EGR阀关闭后进入进气歧管。额外的排气可导致进气歧管中的排气总量超过预定阈值。过量的排气可导致不发火和/或发动机熄火。
因此，提出了一种用于EGR的改进控制的***和方法。所述***和方法可抵消由于EGR***的传送延迟引起的过量EGR。所述***和方法可首先确定是否存在过量EGR状况。例如，过量EGR状况可包括发动机节气门关闭时的过渡时间段。具体地，所述***和方法可估算发动机中EGR的总量。发动机中EGR的总量包括在发动机的气缸中的EGR的量和流动通过EGR***的EGR的量的和。所述***和方法可将估算的发动机中的EGR的总量与EGR阈值相比较。 
基于所述比较和EGR***中的EGR阀的位置，所述***和方法可选择性地控制以下两项之一，所述两项为：（i）发动机中的进气门和排气门的正时的重叠；以及（ii）EGR阀。具体地，所述***和方法可在（i）EGR阀关闭和（ii）发动机中EGR的总量大于EGR阈值时命令进气门和排气门的正时的重叠为最小重叠。可替代地，所述***和方法在（i）EGR阀没有关闭和（ii）发动机中EGR的总量大于EGR阈值时可减小EGR阀的开度。最后，所述***和方法可在（i）EGR阀没有关闭和（ii）发动机中EGR的总量小于EGR阈值时继续对EGR阀的正常控制。
现在参照图1，示例性发动机***10包括发动机12。发动机12可为火花点火（SI）发动机、柴油发动机、均质充量压缩点火（HCCI）发动机、或另外的合适的发动机。发动机***10还可包括附加部件，诸如电动马达和电池***。发动机12通过可由节气门17调整的进气***16将空气吸入进气歧管14。例如，节气门17可经由电子节气门控制（ETC）被电控。 
质量空气流量（MAF）传感器18测量通过节气门17并且进入进气歧管14气流的速率。测量的MAF可指示发动机12上的负载。歧管绝对压力（MAP）传感器19测量在进气歧管14内的压力。进气歧管14中的空气与经由EGR***20的排气选择性的混合。EGR***20包括将排气歧管24连接到进气歧管14的EGR管线22。排气背压（EBP）传感器25测量在排气歧管24中的压力。EGR阀26调整从排气歧管24通过EGR管线22进入进气歧管14的排气的流量。尽管只示出了EGR阀26，但是EGR阀26可包括测量EGR阀26的相对位置的位置传感器。EGR流量传感器27测量流动通过EGR阀26并进入进气歧管14的排气的速率。但是，EGR的流率也可基于合适的模型。
进气歧管14中的空气或空气/排气混合物通过多个进气门30被相应地分配到多个气缸28。尽管示出了六个气缸，但是发动机12可包括其他数量的气缸。进气门30可通过进气凸轮轴32被打开和关闭。进气凸轮轴相位器34可控制进气凸轮轴32。具体地，进气凸轮轴相位器34可调节进气凸轮轴32的相位从而控制进气门30的正时。空气或空气/排气混合物与来自多个燃料喷射器36的燃料混合。燃料喷射器36可相应地经由气缸28的进气端口来喷射燃料至气缸28中（端口燃料喷射），或相应地直接喷射燃料至气缸28中（直接燃料喷射）。 
A/F混合物由气缸28中的活塞（未示出）压缩并燃烧。取决于发动机12的类型，多个火花塞38可点燃压缩的A/F混合物（例如，SI发动机），或者辅助点燃A/F混合物（例如，HCCI发动机的混合燃烧模式）。可替代地，A/F混合物可被压缩，直到由于超过临界压力和/或温度阈值而自动点燃（例如，柴油发动机，或HCCI发动机的HCCI燃烧模式）。A/F混合物的燃烧驱动活塞（未示出），所述活塞可旋转地转动曲轴40并且产生驱动转矩。发动机速度传感器41测量曲轴40的旋转速度（例如，以转/每分钟或RPM为单位）。
驱动转矩可经由变速器44从曲轴40传递至车辆的传动系42。例如，变速器44可经由诸如变矩器之类的液力耦合器（未示出）耦接到曲轴40。燃烧得到的排气可通过排气门46从气缸28排出并进入排气歧管24。排气门46可由排气凸轮轴48打开和关闭。排气凸轮轴相位器50可控制排气凸轮轴48。具体地，排气凸轮轴相位器50可调节排气凸轮轴48的相位从而控制排气门46的正时。 
由于进气门30和排气门46的正时重叠，所以排气的一部分可被捕集在气缸28中。如前所述，排气歧管24中的排气也可经由EGR***20被循环回进气歧管14。排气歧管24中的排气的剩余部分（即，没有再循环的排气）可在被释放到大气中之前由排气处理***52处理。例如，排气处理***52可包括，但不限于，氧化催化剂（OC）、氮氧化物（NOx）吸附剂/吸收剂、选择性催化还原（SCR）***、颗粒物质（PM）过滤器以及三元催化转换器中的至少一种。
控制模块60控制发动机***10的操作。控制模块60可接收来自节气门17、MAF传感器18、MAP传感器19、EBP传感器25、EGR阀26、EGR流量传感器27、进气凸轮轴相位器34、燃料喷射器36、火花塞38、发动机速度传感器41、变速器44、排气凸轮轴相位器50和/或排气处理***52的信号。控制模块60可控制节气门17、EGR阀26、进气凸轮相位器34、燃料喷射器36、火花塞38、变速器44、排气凸轮轴相位器50和/或排气处理***52。控制模块60可实施本发明的***或方法。
现在参照图2，其示出了控制模块60的示例。控制模块60可包括内部EGR确定模块80、外部EGR确定模块84、EGR控制模块88、EGR阀控制模块92、以及发动机气门控制模块96。
内部EGR确定模块80确定发动机12中内部EGR的量。内部EGR确定模块80可基于每缸空气量（APC）和/或发动机速度来确定内部EGR的量。例如，APC可基于MAF和/或MAP。MAF和MAP可分别由MAF传感器18和MAP传感器19测量。发动机速度可由发动机速度传感器41测量。内部EGR的量还可基于正常发动机操作所用的内部EGR的预定量。换句话说，内部EGR确定模块80可基于APC和/或发动机速度来调节该预定量。
外部EGR确定模块84确定经由EGR***20流入进气歧管14的外部EGR的量。外部EGR确定模块84可基于MAF、压差、EGR阀的位置和/或EGR流率来确定外部EGR的量。MAF可由MAF传感器18测量。压差代表了EBP和MAP之间的差。EBP和MAP可分别由EBP传感器25和MAP传感器19测量。EGR流率可由EGR流量传感器27测量。被确定的外部EGR的量还可以与来自先前发动机循环的先前确定的外部EGR的量取平均。
EGR控制模块88将确定的内部EGR和外部EGR的量的和与EGR阈值比较。EGR阈值可被预定。然而，EGR阈值也可基于APC和/或发动机速度被调节。如前所述，APC可基于MAF和/或MAP被确定。EGR控制模块88基于该比较和EGR阀的位置为EGR阀控制模块92和发动机气门控制模块96产生信号。所述信号被EGR阀控制模块92和发动机气门控制模块96使用，以分别控制EGR阀26以及进气和排气凸轮轴相位器34和50。
当该比较结果是小于或等于EGR阈值时，EGR控制模块88可命令EGR阀控制模块92根据正常操作控制EGR阀26。例如，正常操作可包括对EGR阀位置的基于反馈的控制。可替代地，当该比较结果是大于EGR阈值并且EGR阀26没有关闭时，EGR控制模块88可命令EGR阀控制模块92控制EGR阀26降低外部EGR的量。更确切地，EGR控制模块88可命令EGR阀控制模块92降低（即，关闭）EGR阀26的位置，从而降低外部EGR的量以补偿进气歧管14中的过量EGR。EGR阀26的期望位置可基于所述和与所述EGR阈值之间的差和/或外部EGR的平均量。
可替代地，当该比较结果是大于EGR阈值且EGR阀26关闭时，EGR控制模块88可命令发动机气门控制模块96（分别经由进气和排气凸轮轴相位器34和50）控制进气门和排气门，以降低内部EGR的量。更确切地，EGR控制模块88可命令发动机气门控制模块96将进气门和排气门的正时的重叠降低至最小重叠，从而降低内部EGR的量。最小气门重叠也允许发动机12在一定数量的未来燃烧循环期间消耗进气歧管14中的过量的EGR。例如，未来燃烧循环的数量可基于最小气门重叠以及所述和与所述EGR阈值之间的差。在所述数量的燃烧循环后，控制模块60可恢复正常操作，以及由此恢复对EGR阀26以及进气和排气凸轮轴相位器34和50的正常控制。
现在参照图3，控制EGR的示例性方法开始于100。在100，控制模块60可估算发动机12的气缸28中EGR的量（EGRINT）。在104，控制模块60可估算流动通过EGR***20的EGR的量（EGREXT）。在108，控制模块60可通过对估算的EGR的量EGRINT和EGREXT求和来计算发动机12中的总的EGR（EGRTOT）。在112，控制模块可确定EGR的总量EGRTOT是否大于EGR阈值（EGRTH）。如果为假，则控制可进行到116。如果为真，则控制可进行到120。
在116，控制模块60根据正常操作继续控制EGR阀26。控制可随后返回到100。在120，控制模块60可确定EGR阀26是否关闭。如果为真，则控制可进行到124。如果为假，则控制可进行到128。在124，控制模块60可将进气门和排气门的正时的重叠命令至最小气门重叠。控制可随后返回到100。在128，控制模块60可减小EGR阀的开度。控制可随后返回100。
本发明的广泛的教导可以以各种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本发明的真实范围不应被如此限制，这是因为在对附图、说明书和所附权利要求进行研究后，其他修改对于熟练的从业者而言将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种用于发动机的控制***，所述控制***包括：
第一模块，所述第一模块估算在所述发动机中的排气再循环EGR的总量，其中所述EGR的总量包括：i）在所述发动机的气缸中的EGR；以及ii）流动通过所述发动机的EGR***的EGR；以及
第二模块，所述第二模块基于i）在所述EGR***中的EGR阀的位置和ii）估算的所述发动机中EGR的总量与EGR阈值的比较，选择性地控制在所述发动机中的进气门和排气门的正时的重叠。
2.根据权利要求1所述的控制***，其中，所述第二模块在i）所述EGR阀关闭和ii）估算的所述发动机中EGR的总量大于所述EGR阈值时，将所述发动机中的所述进气门和所述排气门的正时的重叠命令至最小重叠。
3.根据权利要求2所述的控制***，其中，所述最小重叠是以下两种情况中的一种，所述两种情况为：i）预定的；以及ii）基于质量空气流量MAF、歧管绝对压力MAP和发动机速度确定的。
4.根据权利要求1所述的控制***，还包括第三模块，所述第三模块基于i）在所述EGR***中的所述EGR阀的位置和ii）估算的所述发动机中EGR的总量与所述EGR阈值的比较，选择性地控制所述EGR阀。
5.根据权利要求4所述的控制***，其中，所述第三模块当i）所述EGR阀没有关闭和ii）估算的所述发动机中EGR的总量小于所述EGR阈值时，根据正常操作来控制所述EGR阀。
6.根据权利要求4所述的控制***，其中，所述第二模块当i）所述EGR阀没有关闭和ii）估算的所述发动机中的EGR的总量大于所述EGR阈值时，减小所述EGR阀的开度。
7.根据权利要求1所述的控制***，还包括第四模块，所述第四模块基于质量空气流量MAF、歧管绝对压力MAP以及发动机速度中的至少一个来估算所述发动机的气缸中的EGR的量。
8.根据权利要求1所述的控制***，还包括第五模块，所述第五模块基于质量空气流量MAF、排气背压EBP和歧管绝对压力MAP之间的差、所述EGR阀的位置以及通过所述EGR***的流率中的至少一个来估算流动通过所述EGR***的EGR的量。
9.根据权利要求1所述的控制***，其中，所述第一模块估算在所述发动机的节气门关闭时的过渡时间段的所述EGR的总量。
10.一种用于控制发动机的方法，所述方法包括：
估算在所述发动机中的排气再循环EGR的总量，其中所述EGR的总量包括：i）在所述发动机的气缸中的EGR；以及ii）流动通过所述发动机的EGR***的EGR；以及
基于i）在所述EGR***中的EGR阀的位置；以及ii）估算的所述发动机中EGR的总量与EGR阈值的比较，选择性地控制所述发动机中进气门和排气门的正时的重叠。
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