Egr流量測量的制作方法
【專利摘要】一種用于測量用于發(fā)動機的EGR流速的系統(tǒng)和方法，發(fā)動機具有EGR閥和文丘里傳感器，EGR閥具有可選擇EGR閥位置，文丘里傳感器適于相對于再循環(huán)的廢氣進行壓差測量，所述方法包括基于EGR閥位置確定EGR閥有效面積，基于有效面積確定加權(quán)因子，基于有效面積計算第一EGR流量評估，以及基于文丘里傳感器的壓差測量計算第二EGR流量評估。基于加權(quán)因子、第一EGR流量評估和第二EGR流量評估確定最終EGR流速。
【專利說明】EGR流量測量【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明整體涉及內(nèi)燃發(fā)動機，更具體地涉及具有流量控制的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)且流量測量改善的內(nèi)燃發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可用來減少內(nèi)燃發(fā)動機操作過程中不希望的污染氣體的生成。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)通常使燃燒過程期間生成的廢氣再循環(huán)到內(nèi)燃發(fā)動機的進氣供應中。引入發(fā)動機汽缸中的廢氣取代一定體積的本來可得到氧氣的進氣供應。減小的氧氣濃度降低了汽缸內(nèi)的最大燃燒溫度并減慢了燃燒過程的化學反應，從而減少氮氧化物(NOx)的形成。
[0003]具有這樣的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的許多內(nèi)燃發(fā)動機也具有一個或多個渦輪增壓器。來自燃燒汽缸的廢氣被通常用來驅(qū)動渦輪增壓器的渦輪，渦輪進而驅(qū)動渦輪增壓器的壓縮機以壓縮隨后被供應至燃燒汽缸的流體。一部分廢氣也可從用來驅(qū)動渦輪增壓器的排氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并進入廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。
[0004]過去已經(jīng)嘗試了 EGR流量測量。例如，美國專利申請N0.US20100145598A1公開一種廢氣再循環(huán)測量系統(tǒng)，其中通過測量發(fā)動機進口處的溫度和壓力來計算發(fā)動機的總氣體流量。新鮮氣流在引入EGR流量之前通過用于由發(fā)動機燃燒的新鮮空氣的流動路徑中的文丘里裝置測量。計算的總流量和新鮮氣流之間的差是用來相對于總流量設定EGR的實際EGR流量。
[0005]前面的背景討論只旨在幫助讀者。不打算將這里描述的創(chuàng)新限制為限制或擴張討論的現(xiàn)有技術(shù)。因此，前面的討論不應用來表明現(xiàn)有系統(tǒng)的任何特定元件不適于與這里描述的創(chuàng)新一起使用，也不旨在表明任何元件、包括解決誘發(fā)問題的元件對于實施這里描述的創(chuàng)新來說是重要的。這里描述的創(chuàng)新的實施和應用通過權(quán)利要求限定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一方面，提供一種用于測量用于發(fā)動機的EGR流速的方法，發(fā)動機具有EGR閥并具有文丘里傳感器，EGR閥具有可選擇EGR閥位置，文丘里傳感器適于相對于再循環(huán)的廢氣進行壓差測量。所述方法包括基于EGR閥位置確定EGR閥有效面積、基于EGR閥有效面積確定加權(quán)因子、基于EGR有效面積計算第一 EGR流量評估以及基于文丘里傳感器的壓差測量計算第二 EGR流量評估?；诩訖?quán)因子、第一 EGR流量評估和第二 EGR流量評估確定最終EGR流速。
[0007]在另一方面，提供一種發(fā)動機廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其具有EGR閥以及文丘里壓力傳感器，EGR閥用于經(jīng)由流動路徑將發(fā)動機廢氣選擇性地重新引導到發(fā)動機的進氣口，EGR閥具有位置和與其相關的 位置傳感器，文丘里壓力傳感器定位在流動路徑中用于至少部分基于被重新引導的發(fā)動機廢氣的流量感測壓差。用于確定再循環(huán)的發(fā)動機廢氣的流速的流量計算器包括用于基于EGR閥的位置生成第一流量評估的低閥面積流量計算模塊和用于基于通過文丘里傳感器感測的壓差生成第二流量評估的高閥面積計算模塊以及用于基于EGR閥位置對第一流量評估和第二流量評估進行加權(quán)的加權(quán)模塊。
[0008]在又一方面，提供一種非暫時性計算機可讀介質(zhì)，其上具有用于確定發(fā)動機系統(tǒng)中的EGR流量的計算機可執(zhí)行指令，發(fā)動機系統(tǒng)具有EGR閥和文丘里傳感器，EGR閥具有可選擇EGR閥位置，文丘里傳感器適于相對于再循環(huán)的廢氣進行壓差測量。計算機可執(zhí)行指令包括用于基于EGR閥位置確定EGR閥有效面積的指令、基于EGR有效面積確定加權(quán)因子的指令、用于基于EGR閥有效面積計算第一 EGR流量評估的指令以及用于基于文丘里傳感器的壓差測量計算第二EGR流量評估的指令。所述指令還包括用于基于加權(quán)因子、第一EGR流量評估和第二 EGR流量評估確定最終EGR流速的指令。
[0009]從結(jié)合附圖的詳細描述可明白所描述的系統(tǒng)和方法的其他特征和優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機的示意說明；
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的排氣歧管和廢氣平衡管的立體圖；
[0012]圖3是圖2的排氣歧管和廢氣平衡管的一部分的放大底視圖；
[0013]圖4是具有單組燃燒汽缸的替代實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機的示意說明；
[0014]圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的原理的一種實施方式用于確定有效閥面積的過程的數(shù)據(jù)流程圖；
[0015]圖6是顯示根據(jù)一種實施方式的一方面的EGR流量計算的過程流程圖；和
[0016]圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的多項式變量及其系數(shù)單位的圖。
【具體實施方式】
[0017]圖1描繪一種具有多個燃燒汽缸11的內(nèi)燃發(fā)動機10，多個燃燒汽缸11構(gòu)造為第一汽缸組12和大體平行于第一汽缸組的第二汽缸組13。第一廢氣線路20流體連接到第一汽缸組12，第二廢氣線路30流體連接到第二汽缸組13。壓縮空氣通過進氣口 50供應到第一汽缸組12和第二汽缸組13。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40設置用于將廢氣再循環(huán)到進氣口 50，以減少內(nèi)燃發(fā)動機10的排放物。
[0018]第一汽缸頭14與第一汽缸組12相鄰固定到內(nèi)燃發(fā)動機10，第二汽缸頭15與燃燒汽缸的第二汽缸組13相鄰固定到內(nèi)燃發(fā)動機。第一汽缸組12包括第一汽缸分組16和第二汽缸分組17。第二汽缸組13包括第一汽缸分組18和第二汽缸分組19。雖然第一汽缸組12的第一汽缸分組16和第二汽缸組13的第一汽缸分組18均被描繪成具有7個燃燒汽缸11，且第一汽缸組12的第二汽缸分組17和第二汽缸組13的第二汽缸分組19均被描繪成具有I個燃燒汽缸11，但每個汽缸組的燃燒汽缸可按照希望分組以限定或形成具有不同數(shù)量燃燒汽缸的汽缸分組。
[0019]第一廢氣線路20包括與第一汽缸組12流體連接的第一排氣歧管21。第一排氣歧管21具有第一端22和相對的排氣端23，兩端之間具有第一區(qū)段24和第二區(qū)段25。廢氣控制閥26定位在第一區(qū)段24和第二區(qū)段25之間。第一延伸管27在第一排氣歧管21的排氣端23和第一渦輪增壓器60之間延伸并將第一排氣歧管流體連接到第一渦輪增壓器。
[0020]第二廢氣線路30包括流體連接到第二汽缸組13的第二排氣歧管31。第二排氣歧管31大體平行于第一排氣歧管并具有第一端32和相對的排氣端33,兩端之間具有第一區(qū)段34和第二區(qū)段35。第二延伸管37在第二排氣歧管31的排氣端33和第二渦輪增壓器61之間延伸并將第二排氣歧管流體連接到第二渦輪增壓器。
[0021]來自第一汽缸組12的第一汽缸分組16的廢氣被接收到第一排氣歧管21的第一區(qū)段24內(nèi)，并且根據(jù)廢氣控制閥26和廢氣再循環(huán)閥44的位置，可被引導經(jīng)過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40包括流體連接到第一廢氣線路20的第一端22的廢氣再循環(huán)管道41，使得來自第一汽缸組12的第一汽缸分組16的廢氣可被引導或再循環(huán)經(jīng)過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)并被引入燃燒進氣口 50。
[0022]經(jīng)過廢氣再循環(huán)管道41的廢氣通過一個或多個冷卻部件42冷卻。經(jīng)過廢氣再循環(huán)管道41的流速通過流量計43監(jiān)控，在一種實施方式中，流量計43是一種文丘里類型的流量計。這種流量計通過感測由流體或氣體的速度形成的壓差操作，從而允許速度和因此流速得以計算。雖然這種傳感器在一些流態(tài)中會高度精確，但它們在低流速下不足夠精確，從而不允許精確的廢氣計量和閥控制。稍后將更加詳細地討論這個問題。
[0023]廢氣再循環(huán)閥44沿著廢氣再循環(huán)管道41設置，以控制流經(jīng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40的廢氣流量。廢氣再循環(huán)閥44與廢氣控制閥26 —起控制與在空氣進入第一進氣歧管51和第二進氣歧管52之前已經(jīng)被第一渦輪增壓器60和第二渦輪增壓器61壓縮的空氣混合的廢氣的量。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40的廢氣再循環(huán)管道41分成兩個單獨的分支45，每個分支45分別在后冷卻器58與第一進氣歧管51之間以及后冷卻器58與第二進氣歧管52之間流體連接到進氣口 50。
[0024]進氣口 50包括第一進氣口 53、第二進氣口 54和壓縮空氣線路55，大氣經(jīng)過第一進氣口 53進入第一渦輪增壓器60，大氣經(jīng)過第二進氣口 54進入第二渦輪增壓器61，壓縮空氣經(jīng)壓縮空氣線路55供應到燃燒汽缸11。大氣通過第一渦輪增壓器60和第二渦輪增壓器61壓縮并經(jīng)過第一壓縮空氣線路56到后冷卻器58。冷卻的壓縮空氣離開后冷卻器58并進入均流體連接到第一進氣歧管51和第二進氣歧管52中的相應一個的第二壓縮空氣線路57。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40的每個分支45在后冷卻器58與第一進氣歧管51和第二進氣歧管52之間與第二壓縮空氣線路57的相應一個交叉并與其流體連接。這樣，廢氣可與提供給燃燒汽缸11的進氣混合。
[0025]來自第一汽缸組12的第一汽缸分組16的一部分廢氣有時被引導經(jīng)過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40而不經(jīng)過第一廢氣線路20。因此，管道或廢氣平衡管65流體連接在第一廢氣線路20和第二廢氣線路30之間以按可控的程度平衡或均衡經(jīng)過第一渦輪增壓器60和第二渦輪增壓器61的廢氣的量。更具體地，第二排氣歧管31在第二排氣歧管31的第一區(qū)段34和第二排氣歧管的第二區(qū)段35之間包括上游平衡管連接口 66 (圖1-3)。
[0026]第一排氣歧管21包括定位在廢氣控制閥26和第一排氣歧管21的第二區(qū)段25之間的下游平衡管連接口 67。換言之，上游平衡管連接口 66將廢氣平衡管65的一端流體連接到第二排氣歧管31，下游平衡管連接口 67將廢氣平衡管的相對端流體連接到第一排氣歧管21，以允許廢氣從第二廢氣線路30到第一廢氣線路20。廢氣平衡管65為廢氣提供從第二廢氣線路30朝著第一廢氣線路20行進的路徑，以平衡經(jīng)過第一渦輪增壓器60和第二渦輪增壓器61的流量。
[0027]應注意，雖然上游平衡管連接口 66被描繪成定位在第二排氣歧管31的第一區(qū)段34和第二排氣歧管的第二區(qū)段35之間，但上游平衡管連接口可替代地定位在沿著第二排氣歧管31的其他位置以提供經(jīng)過廢氣平衡管65的希望量的廢氣。例如，將上游平衡管連接口 66向上游或者朝著第二排氣歧管31的第一端32移動將造成第二汽缸組13的第一汽缸分組18包括更少的燃燒汽缸11，并且因此來自更少燃燒汽缸的廢氣將可用于經(jīng)過廢氣平衡管65到第一廢氣線路20。
[0028]下游平衡管連接口 67被描繪成定位在廢氣控制閥26和第一排氣歧管21的第二區(qū)段25之間。但是，下游平衡管連接口 67可定位在沿著第一排氣歧管21的其他位置以及沿著第一廢氣線路20的其他位置，例如在圖1中以虛線描繪的65’，并在第一排氣歧管和第一渦輪增壓器60之間連接到第一延伸管27。
[0029]廢氣平衡管65和上游平衡管連接口 66相對于第二排氣歧管31的中心線92以角度“ β ”接合或遇到第二廢氣線路30。為了使經(jīng)過廢氣平衡管65的壓力降最小，相信將角度“ β ”設定為小于90度的角度將導致可接受的流動特性，將角度“ β ”設定為小于大約80度將進一步減小壓力降，更小的角度將類似地更大程度地減小壓力降。確切的角度可以根據(jù)空氣的流動特性和廢氣平衡管65在內(nèi)燃發(fā)動機的物理空間限制內(nèi)的希望排布設定。
[0030]廢氣平衡管65和下游平衡管連接口 67相對于第一排氣歧管21的中心線91以角度“ α ”接合或遇到第一廢氣線路20。通過該構(gòu)造，從第二廢氣線路30經(jīng)廢氣平衡管65流入第一廢氣線路20的廢氣不相對于第一廢氣線路20以垂直形式進入第一廢氣線路20，因此減小經(jīng)過廢氣平衡管65的壓力降。另外，由于在下游經(jīng)過第一廢氣線路20的廢氣驅(qū)動第一渦輪增壓器60，希望經(jīng)過廢氣平衡管65進入第一廢氣線路20的廢氣在其經(jīng)過下游平衡管連接口 67時使對來自第一汽缸組12的第一汽缸分組16的廢氣的流動或動量的任何擾動最小。通過相對于第一廢氣線路20的中心線將下游平衡管連接口 67定位在合適角度，可以減小或最小化經(jīng)過第一廢氣線路的流動擾動。相信將角度“ α ”設定成小于90度將造成可接受的流量特性。進一步相信將角度“ α ”設定成小于大約75度將得到將使第一廢氣線路20內(nèi)的空氣流動擾動最小的構(gòu)造。確切的角度可以根據(jù)空氣流動特性和廢氣平衡管65在內(nèi)燃發(fā)動機的物理空間限制內(nèi)的希望排布設定。應當注意，角度“ α ”和“ β ”不必相對于內(nèi)燃發(fā)動機10在水平或豎直的平面內(nèi)，它們也不必是相同的角度。
[0031]來自第一汽缸組12和第二汽缸組13的廢氣分別經(jīng)過第一渦輪增壓器60和第二渦輪增壓器61并經(jīng)渦輪增壓器廢氣線路62離開渦輪增壓器。渦輪增壓器廢氣線路62流體連接到過濾器63，使得廢氣在經(jīng)廢氣出口 64排放或者釋放到大氣之前被過濾。
[0032]在某些操作條件下，希望減小第一渦輪增壓器60和第二渦輪增壓器61的軸速，使得渦輪增壓器可保持在希望的操作范圍。為此，經(jīng)過第一廢氣線路20和第二廢氣線路30的廢氣的量可通過從廢氣線路放出或釋放希望量的廢氣來減小。這樣的廢氣可通過利用廢氣門70以相對一致的方式從第一廢氣線路20和第二廢氣線路30釋放，廢氣門70在廢氣門互連74處流體連接到廢氣平衡管65以允許廢氣從廢氣門釋放。廢氣門閥71控制或調(diào)整經(jīng)過廢氣門70的廢氣流量。通過將廢氣門70流體連接到廢氣平衡管65，第一廢氣線路20和第二廢氣線路30內(nèi)的廢氣可以相對統(tǒng)一的方式減小，使得第一渦輪增壓器60和第二渦輪增壓器61的軸速也將以相對統(tǒng)一的方式減小。
[0033]在某些其他操作條件下，可能希望減小壓縮空氣線路55內(nèi)的壓力。在這種情況下，壓縮機旁通72及其相關的壓縮機旁通閥73可用來控制或調(diào)整壓縮空氣從壓縮空氣線路55的放出或釋放。為了增加內(nèi)燃發(fā)動機10的效率，壓縮機旁通72將后冷卻器58處的壓縮空氣線路55 (但在壓縮空氣在后冷卻器內(nèi)冷卻之前)流體連接到壓縮機旁通互連75處的廢氣平衡管65。在一種替代設計中，壓縮機旁通可從壓縮空氣線路55的任何部分延伸，包括定位在后冷卻器58后的部分。另外，壓縮機旁通可排布成在廢氣平衡管65之外的位置流體連接到廢氣系統(tǒng)，包括第一廢氣線路20和第二廢氣線路30之一或兩者。
[0034]參考圖2-3，第一排氣歧管21和第二排氣歧管31均由多個互連的排氣歧管元件80形成。更具體地，第一排氣歧管21包括7個方向不特定的排氣歧管元件81，它們均流體連接到第一汽缸分組16的一個燃燒汽缸11。第一排氣歧管21進一步包括一個模塊化脈沖排氣歧管元件82，其相鄰第一排氣歧管21的排氣端23定位并流體連接到第一汽缸組12的第二汽缸分組17的單個燃燒汽缸11。每個方向不特定的排氣歧管元件81和模塊化脈沖排氣歧管元件82通過連接構(gòu)件83機械地并流體地連接到相鄰歧管元件。
[0035]連接構(gòu)件83可形成有波紋管、滑動配合接頭或者能夠膨脹和收縮以補償排氣歧管元件80的熱膨脹的其他結(jié)構(gòu)。每個排氣歧管元件80包括大體柱形的中空管道部件84和用于將燃燒汽缸11流體連接到管道部件84的中空管部件85。排氣歧管元件80的管道部件84以陣列間隔開，并通過連接構(gòu)件83連接以形成第一排氣歧管的大體線性的管狀管道部分88，用于將來自每個燃燒汽缸11的廢氣朝著第一排氣歧管的排氣端23引導。換言之，每個連接構(gòu)件83和管道部件84沿著大體線性的管狀管道部分88定位并形成其一區(qū)段。
[0036]方向不特定的排氣歧管元件81和模塊化脈沖排氣歧管元件82都具有大體相同的管道部件84，除了下面所述的。方向不特定的排氣歧管元件81具有通常從第一汽缸頭14以大體直的方式延伸到管道部件84的方向不特定的管部件86。在描述的實施方式中，方向不特定的管部件86通常垂直于第一排氣歧管21的中心線91，使得方向不特定的排氣歧管元件具有大體“T形的”構(gòu)造。
[0037]模塊化脈沖排氣歧管元件82具有通常從第一汽缸頭14延伸并將第一汽缸組12的第一汽缸分組17的燃燒汽缸11流體連接到模塊化脈沖排氣歧管元件82的管道部件84的彎曲的模塊化脈沖管部件87。模塊化脈沖管部件87被構(gòu)造成將來自燃燒汽缸11的廢氣在特定方向或者以方向偏置的廢氣流動形式引導到第一排氣歧管，所述廢氣流動形式包括生成一系列廢氣脈沖。另外，模塊化脈沖管部件87結(jié)合管道部件84的形狀將廢氣朝著第一排氣歧管21的排氣端23并因此朝著第一潤輪增壓器60引導。
[0038]第二排氣歧管31以與第一排氣歧管21類似的方式構(gòu)造并且也具有8個排氣歧管元件80。但是，所有的排氣歧管元件都是模塊化脈沖排氣歧管元件82，以引導來自第二汽缸組13的廢氣朝著第二渦輪增壓器61經(jīng)過第二廢氣線路30。
[0039]在圖1-3所示的實施方式中，與第一汽缸組12的第一汽缸分組16相關的第一排氣歧管21的每個排氣歧管元件是方向不特定的排氣歧管元件81，而與第一汽缸組12的第二汽缸分組17相關的排氣歧管元件是模塊化脈沖排氣歧管元件82。這樣，第一排氣歧管21具有方向不特定的排氣歧管元件81和模塊化脈沖排氣歧管元件82兩者。
[0040]通過將第一排氣歧管的第一區(qū)段24的排氣歧管元件構(gòu)造為方向不特定的排氣歧管元件，廢氣可更容易朝著第一排氣歧管21的排氣端23以及朝著廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40流動。如果第一排氣歧管的第一區(qū)段24的排氣歧管元件是模塊化脈沖排氣歧管元件，則來自第一區(qū)段的廢氣會主要朝著第一歧管的排氣端23引導。
[0041]對于這種模塊化脈沖構(gòu)造，為了增加經(jīng)過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)40再循環(huán)的廢氣的量，廢氣控制閥26可以比如果第一排氣歧管包括方向不特定的排氣歧管元件和模塊化脈沖排氣歧管元件兩者(如這里描述的)更大的程度閉合。結(jié)果，第一排氣歧管21的構(gòu)造得到用于廢氣再循環(huán)的更加有效的結(jié)構(gòu)。
[0042]排氣歧管元件也可包括另外的特征和功能。例如，與第一排氣歧管21的第一端22相鄰的方向不特定的排氣歧管元件81-1具有用于將第一排氣歧管21流體連接到廢氣再循環(huán)管道41的開口 89。方向不特定的排氣歧管元件81-7包括廢氣控制閥26以限定第一汽缸分組16和第二汽缸分組17。第一排氣歧管21的模塊化脈沖排氣歧管元件82-9包括用于流體連接到廢氣平衡管65的下游平衡管連接口 67，也包括用于流體連接到第一渦輪增壓器60的彎曲端部件形狀的第一延伸管27。
[0043]第二排氣歧管31的模塊化脈沖排氣歧管元件82-7包括用于流體連接到廢氣平衡管65的上游平衡管連接口 66。第二排氣歧管31的模塊化脈沖排氣歧管元件82-8(圖3)包括用于流體連接到第二渦輪增壓器61的彎曲端部件形狀的第二延伸管37。
[0044]雖然圖1-3中描繪的內(nèi)燃發(fā)動機10及相關部件包括或涉及一對汽缸組，但本發(fā)明的某些方面可與具有單個、直列燃燒汽缸組的內(nèi)燃發(fā)動機一起使用。圖4描繪出與圖1的內(nèi)燃發(fā)動機10類似的內(nèi)燃發(fā)動機210，但只具有單個直列汽缸組212。圖1中描繪的實施方式的相同或類似部件用相同的附圖標記表示。
[0045]雖然描述的EGR系統(tǒng)構(gòu)造和得到的操作用于極大地增加發(fā)動機效率并降低發(fā)動機排放，但系統(tǒng)在精確控制再循環(huán)以提供新鮮和再循環(huán)充氣的最佳混合物時最有利地操作。如上討論的，所描述的系統(tǒng)包括位于燃燒汽缸11之間的發(fā)動機EGR閥44以及廢氣限制閥(ERV) 26，兩者影響再循環(huán)發(fā)生的程度。例如，任一者完全關閉，將排除再循環(huán)，而如果兩者都打開，則再循環(huán)最大。
[0046]但是，兩種狀態(tài)對于系統(tǒng)效率而言都不是理想的。例如，ERV26針對再循環(huán)目的起到轉(zhuǎn)向功能，但也提供背壓以改善某些運行條件下的發(fā)動機操作。而且，在某些其他運行條件下，可能需要消除背壓，而不受限制的廢氣再循環(huán)會不利地影響發(fā)動機性能、效率和排放。
[0047]為此，在一種實施方式中，針對低EGR流動條件，EGR閥44用來控制EGR流速，且ERV26完全打開。對于更高的流量水平，EGR閥44完全打開，并且通過調(diào)節(jié)ERV26的狀態(tài)控制再循環(huán)。在一種實施方式中，當流量需求落入關于低流量控制狀態(tài)和高流量控制狀態(tài)之間的劃分的預定范圍時，EGR閥44在接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間平順地轉(zhuǎn)變以提供平順的轉(zhuǎn)變。
[0048]雖然描述的構(gòu)造可對廢氣再循環(huán)提供良好的控制，但如果能夠精確地測量轉(zhuǎn)向廢氣的流量，則可提供更加精確的控制。但是，很難在從低到高的所有可能速率上都精確地測量廢氣流速。如上所述，經(jīng)過廢氣再循環(huán)管道41的流速通過流量計43監(jiān)控，在一種實施方式中，流量計43是文丘里類型的流量計。遺憾的是，文丘里類型的流量計雖然在高流速時很精確，但在較低的流速時具有差的信噪比(S/N)。因此，很難精確控制低流速時轉(zhuǎn)向中涉及的各種閥，因為位置速率反饋差，不能以良好精度知道低速率時的流速。
[0049]在一種實施方式中，流量計43在一定流量范圍中通過輔助流量測量技術(shù)來補充。特別是，發(fā)明人已經(jīng)注意到，在低流量狀態(tài)中，雖然文丘里計可能不精確，但EGR44的位置本身可被處理以提供再循環(huán)廢氣的流速的良好估計。在另一實施方式中，當控制低流速時，調(diào)整EGR閥44，ERV26保持打開。因此，在該實施方式中，在低流速過程中，使用EGR閥44的位置而不是文丘里計讀數(shù)來確定精確流速。EGR閥44位置如圖5所示轉(zhuǎn)換成閥有效面積。
[0050]特別是，圖5示出了基于EGR閥44的位置的用于廢氣再循環(huán)流量評估的數(shù)據(jù)流過程250。過程250接受反映EGR閥44打開的百分比值的百分比打開值251作為輸入。該百分比打開值251可基于定位EGR閥44所給出的定位指令或者可以基于經(jīng)由與EGR閥44相關的轉(zhuǎn)動傳感器或其他傳感器感測閥位置。
[0051]將百分比打開值251提供給閥表征模塊252，其體現(xiàn)為反映作為百分比打開的函數(shù)的閥面積的數(shù)據(jù)。閥表征模塊252因此產(chǎn)生幾何閥面積評估253，例如以mm2或其他合適的量度。雖然閥面積評估253密切地反映實際幾何閥面積，但在實施方式中結(jié)合實際氣體流動狀態(tài)的特征以對經(jīng)過EGR閥44獲得的實際流量更好地建模。
[0052]因此，幾何閥面積評估253作為輸入提供到排放調(diào)節(jié)模塊254的系數(shù)。由于流動形式和特別是閥閉合條件下的空氣提升發(fā)生的損失，排放調(diào)節(jié)模塊254的系數(shù)應用排放調(diào)節(jié)系數(shù)映射以從幾何閥面積轉(zhuǎn)換到有效閥面積。因此，一旦已經(jīng)應用排放調(diào)節(jié)系數(shù)映射，就可生成有效閥面積值255。
[0053]如上所述，有效閥面積的這種計算結(jié)合已知的排氣壓力和其他參數(shù)允許導出實際廢氣流量，例如質(zhì)量流量。但是，這種流量計算的精確性隨著EGR流速增加而降低。但是，也如上所述，隨著EGR流速增加，文丘里壓差也增加。在這些條件下，文丘里壓差開始呈現(xiàn)適用于精確測量流量的S/N比。
[0054]另外，在高流量狀態(tài)，EGR閥44上的壓力降非常低以致可以忽略，因為閥實質(zhì)上很寬地打開。因此，考慮到文丘里壓差是多項中的一項，基于感測的文丘里壓差的流量多項式評估在此狀態(tài)效果很好。發(fā)明人的流量數(shù)據(jù)分析表明當數(shù)據(jù)在低和高EGR流速之間是分離的時回歸相關更好，而不是全程匹配一種模型。下面將參考圖7討論每種計算的多項式。
[0055]兩種多項計算的輸出經(jīng)過加權(quán)因子以允許作為EGR閥44有效閥面積的函數(shù)在低流速和高流速之間轉(zhuǎn)變。多項式的結(jié)構(gòu)使得其可通過針對高流速使所有EGR閥面積變量系數(shù)歸零以用作文丘里壓差多項式。類似地，對于低流速來說，文丘里壓差變量系數(shù)歸零，留下EGR閥面積和其他壓力和溫度項來確定流速。
[0056]為了利用描述的分叉多項式方法如上所述提供高低流速和低流速時的高精度EGR測量，可以使用圖6中所示的控制體系300。特別是，圖6示出了用于計算不同流速狀態(tài)上的EGR流量的控制和數(shù)據(jù)流量體系?？梢砸杂布刂破骰蜍浖刂破?經(jīng)由如下所述的計算機可執(zhí)行指令)實施的控制體系300將許多值(包括發(fā)動機速度301、文丘里δ壓力302、EGR絕對壓力303、進氣歧管壓力304、EGR冷卻器出口溫度305和EGR閥44有效面積306)作為輸入。
[0057]將前述的輸入值提供給兩個計算模塊，即低閥面積流量計算模塊307和高閥面積流量計算模塊308。每個低閥面積流量計算模塊307和高閥面積流量計算模塊308也將多項系數(shù)作為輸入。如上所述，通過使文丘里壓差變量系數(shù)歸零并允許EGR閥面積和其他壓力和溫度項確定流速，多項式在低閥面積(低流量)計算中使用，而通過使EGR閥面積變量系數(shù)歸零針對文丘里壓差(高流量)計算使用多項式。
[0058]低閥面積流量計算模塊307輸出第一流量評估309，而高閥面積流量計算模塊308輸出第二流量評估310。同時，EGR閥44有效面積306通過加權(quán)模塊311處理以產(chǎn)生反映系統(tǒng)更接近高流量狀態(tài)還是低流量狀態(tài)的加權(quán)因子312。例如，如果權(quán)重是0.5，可以說系統(tǒng)的狀態(tài)平均地位于低流量狀態(tài)和高流量狀態(tài)之間。
[0059]在一種實施方式中，加權(quán)因子312引入百分比最大EGR閥44位置角或有效面積，低于此，第一流量評估309比第二流量評估310的權(quán)重大，高于此，第二流量評估310比第一流量估計309的權(quán)重大。在一種實施方式中，用來在主導的高流量評估和主導的低流量評估之間轉(zhuǎn)換的百分比最大EGR閥44位置或有效面積306在10%和15%之間。
[0060]因此，例如在所示例子中，加權(quán)因子312可在EGR閥44有效面積306大約為其最大可能值的10% -15%時達到0.5。在另一實施方式中，加權(quán)因子312通過大約20%的EGR閥44有效面積306或位置角基本達到其為O的最低值(因此完全有利文丘里測量)。
[0061]如圖所示，第一流量評估309現(xiàn)在通過加權(quán)因子312加權(quán)以產(chǎn)生第一加權(quán)流量基值313，第二流量評估310通過I減去加權(quán)因子312來加權(quán)以產(chǎn)生第二加權(quán)流量基值314。第一加權(quán)流量基值313和第二加權(quán)流量基值314接著相加以得到最終流量值315。[0062]如上所述，通過在每種計算中使不可用項的系數(shù)歸零，相同的多項式在低流量評估和高流量評估中使用。該多項式為一階多項式，形式為:
[0063]AxABxJCx3….+ 常量 t.= EGR 流量
[0064]圖7的表350中顯示出了多項式變量和系數(shù)單位。特別是，表350包含變量351的列表和系數(shù)單位352的關聯(lián)列表。因此，例如，發(fā)動機速度項353的系數(shù)具有(Kg/Hr)/rpm的單位，而EGR文丘里溫度項354的系數(shù)具有(Kg/Hr) /K的單位。這樣，發(fā)動機速度項353及其系數(shù)的乘積以及EGR文丘里溫度項354及其系數(shù)的乘積都具有(Kg/Hr)的單位。對于多項式中的每一項都是如此，從而組合表達式的最終單位是Kg/Hr。
[0065]給定實施中的多項式中使用的變量不需要與所示的匹配。另外，將會認識到，根據(jù)選擇的實施，每個模塊可接收其他輸入(未顯示)。而且，雖然描述了執(zhí)行各種步驟和功能的體系參考模塊，這些模塊不必嚴格地在硬件中實施。例如，在一種實施方式中，一個或多個模塊可以是軟件模塊，即從非暫時性的計算機可讀介質(zhì)讀取的計算機可執(zhí)行代碼的計算機指令。計算機可讀介質(zhì)是非暫時性的介質(zhì)，例如但不限于RAM、ROM、EPROM、盤存儲器、閃存、光學存儲器等。
[0066]雖然已經(jīng)借助具體的硬件布置對描述的原理進行了說明，但將認識到，描述的原理同等地適用于任何這樣的發(fā)動機或發(fā)動機系統(tǒng)，即其具有包括可定位EGR閥和文丘里傳感器以感測再循環(huán)系統(tǒng)中的廢氣流量的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。
[0067]工業(yè)實用性
[0068]為了精確地控制廢氣再循環(huán)并實現(xiàn)效率和排放目標，需要精確測量EGR流量。雖然文丘里裝置可用來提供EGR流量的基于壓力的測量，但這種系統(tǒng)并非對于所有可能的流量水平都精確。當EGR流速低時，EGR閥44某種程度關閉，從而提供流動限制。在這種情況下，文丘里壓差將特別低，因此S/N也很低，從而防止精確的文丘里壓力讀數(shù)。另一方面，在這些條件下，EGR閥44上的壓力降很大。
[0069]因此，在實施描述的原理時，提供一種組合的測量系統(tǒng)，其中從文丘里壓差導出的流量評估針對高流速(更加打開的EGR閥44)的權(quán)重更大，針對低流速(不太打開的EGR閥44)的權(quán)重更小。結(jié)合這種測量和加權(quán)，從EGR閥44的位置導出的流量評估針對高流速(更加打開的EGR閥44)的權(quán)重較輕，針對低流速(不太打開的EGR閥44)權(quán)重較大。這些評估的加權(quán)組合在不論高還是低的所有可能流動狀態(tài)上都提供精確的流量確定。
[0070]描述的原理能夠應用于許多內(nèi)燃發(fā)動機。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的一個示例種類是利用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機。但是，將認識到，前面的描述只提供本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的例子?？梢韵氲奖景l(fā)明的其他實施可在細節(jié)上與前面的例子不同。對本發(fā)明或其例子的所有引用旨在指當時正在討論的特定例子，并不更一般地表明對本發(fā)明的范圍的任何限制。關于特定特征的任何區(qū)別和不利語言意在表明對這些特征缺少偏好，但除非另外指明，并不將其排除在本發(fā)明的范圍外。
[0071]這里記載的數(shù)值范圍僅意圖用作對落入該范圍的每個單獨數(shù)值進行單獨提及的簡便方法，除非另外指明，每個單獨的數(shù)值像它們被單獨記載在這里一樣結(jié)合在說明書中。除非這里另外指明或者與上下文明顯矛盾外，這里描述的方法可以任何合適的順序執(zhí)行。
[0072]因此，如適用法允許的，本發(fā)明包括權(quán)利要求書中記載的主題的所有變型和等同。而且，除非這里另外指明或者明顯與上下文矛盾外，本發(fā)明包括上述元件的所有可能變型的任何組合。
【權(quán)利要求】
1.一種測量用于發(fā)動機(10)的廢氣再循環(huán)(EGR)流速的方法，所述發(fā)動機(10)具有EGR閥(44)并具有文丘里傳感器(43)，所述EGR閥(44)具有可選擇的EGR閥位置，所述文丘里傳感器(43)適于相對于再循環(huán)的廢氣進行壓差測量，所述方法包括: 基于所述EGR閥(44)位置計算第一 EGR流量評估(309)； 基于文丘里傳感器(43)的壓差測量計算第二 EGR流量評估(310);以及 基于所述第一 EGR流量評估(309)和第二 EGR流量評估(310)確定最終EGR流速(315)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量EGR流速的方法，其中，基于所述EGR閥(44)位置計算第一 EGR流量評估(309)包括基于所述EGR閥(44)位置確定EGR閥(44)有效面積(255)并基于所述EGR閥(44)位置和一個或多個EGR閥(44)特征導出評估的閥面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量EGR流速的方法，其中，基于EGR閥(44)位置確定EGR閥有效面積(306)包括基于流動狀態(tài)調(diào)節(jié)評估的閥面積以確定EGR閥(44)有效面積(306)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的測量EGR流速的方法，其中，基于第一EGR流量評估(309)和第二 EGR流量評估(310)確定最終EGR流速(315)包括導出限定百分比最大EGR閥(44)有效面積(306)的加權(quán)因子(312)，低于該加權(quán)因子，第一 EGR流量評估(309)比第二 EGR流量評估(310)的權(quán)重大，高于該加權(quán)因子，第二 EGR流量評估(310)比第一EGR流量評估(309)的權(quán)重大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量EGR流速的方法，其中，所述百分比最大EGR閥(44)有效面積(306)在10% -15%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的測量EGR流速的方法，其中，所述第一EGR流量評估(309)和第二 EGR流量評估(310)都由公共的多項式計算。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量EGR流速的方法，其中，所述公共的多項式包括多個變量(351)，并且所述多個變量(351)的第一部分涉及文丘里壓力，所述多個變量(351)的第二部分涉及EGR閥(44)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量EGR流速的方法，其中，第一EGR流量評估(309)通過使所述多個變量(351)的第二部分的系數(shù)歸零由所述公共的多項式計算。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量EGR流速的方法，其中，第二EGR流量評估(310)通過使所述多個變量(351)的第一部分的系數(shù)歸零由所述公共的多項式計算。
10.一種發(fā)動機廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括: 廢氣再循環(huán)(EGR)閥(44)，用于經(jīng)由流動路徑將發(fā)動機廢氣選擇性地重新引導到發(fā)動機(10)的進氣口(50)，所述EGR閥(44)具有位置和與其相關的位置傳感器； 文丘里壓力傳感器(43)，其定位在所述流動路徑中用于至少部分基于被重新引導的發(fā)動機廢氣的流量感測壓差；以及 流量計算器(300)，用于確定被重新引導的發(fā)動機廢氣的流速，所述流量計算器(300)包括用于基于EGR閥(44)的位置生成第一流量評估(309)的低閥面積流量計算模塊(307)和用于基于通過文丘里壓力傳感器(43)感測的壓差生成第二流量評估(310)的高閥面積計算模塊(308)以及用于基于EGR閥(44)位置對第一流量評估(309)和第二流量評估(310)進行加權(quán)的加權(quán)模塊(311)。
【文檔編號】F02D21/08GK103917768SQ201280055532
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月13日
【發(fā)明者】G·甘布希爾, R·桑卡, T·巴恩斯, Z·格特 申請人:卡特彼勒公司