用于排氣再循環(huán)控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中公開(kāi)的主題的實(shí)施例涉及排氣再循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]排氣再循環(huán)(EGR)降低了燃燒溫度峰值并由此降低了NOx的生成，并因此發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以構(gòu)造成嚴(yán)密地控ffjUEGR以便將排放維持在指定限制之下。供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR的量的精確控制依賴于對(duì)至發(fā)動(dòng)機(jī)的總體和/或新鮮進(jìn)氣空氣流的認(rèn)識(shí)。尤其是在缺少進(jìn)氣空氣流傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，在某些運(yùn)行狀態(tài)期間用于確定進(jìn)氣空氣流速的機(jī)構(gòu)可能是不精確的、緩慢的和/或有干擾的，因而妨礙了精確的EGR控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括具有進(jìn)氣歧管以接收新鮮進(jìn)氣空氣的發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)(160)以供應(yīng)EGR至進(jìn)氣歧管，其中穿過(guò)EGR系統(tǒng)的EGR的流由一個(gè)或更多個(gè)排氣閥控制。系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制器，其構(gòu)造成基于估計(jì)的新鮮進(jìn)氣空氣流率調(diào)整一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的位置，其中在第一組運(yùn)行狀態(tài)期間，新鮮進(jìn)氣空氣流率基于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的總氣體流率并進(jìn)一步基于一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的當(dāng)前位置、進(jìn)氣歧管壓力、空氣-燃料比、以及至發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或更多個(gè)氣缸的燃料流來(lái)估計(jì)。
[0004]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括:發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有進(jìn)氣歧管以接收新鮮進(jìn)氣空氣；排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)以供應(yīng)EGR至進(jìn)氣歧管，穿過(guò)EGR系統(tǒng)的EGR的流由一個(gè)或更多個(gè)排氣閥控制；以及控制器，其構(gòu)造成基于估計(jì)的新鮮進(jìn)氣空氣流率調(diào)整一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的位置，其中控制器進(jìn)一步構(gòu)造成在第一組運(yùn)行狀態(tài)期間基于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的總氣體流率并進(jìn)一步基于一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的當(dāng)前位置、進(jìn)氣歧管壓力、空氣-燃料比、以及至發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或更多個(gè)氣缸的燃料流來(lái)估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流率。
[0005]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，控制器構(gòu)造成通過(guò)以下來(lái)估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流率:基于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的總氣體流率、一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的當(dāng)前位置、以及進(jìn)氣歧管壓力來(lái)確定第一新鮮進(jìn)氣空氣流率;基于空氣-燃料比、以及燃料流確定第二新鮮進(jìn)氣空氣流率；以及估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流率為通過(guò)第二新鮮進(jìn)氣空氣流率修正的第一新鮮進(jìn)氣空氣流率。
[0006]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第一組運(yùn)行狀態(tài)包括在空氣-燃料比低于閾值的非冷啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
[0007]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，控制器構(gòu)造成在第二組運(yùn)行狀態(tài)期間基于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的總氣體流率并進(jìn)一步基于一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的當(dāng)前位置和進(jìn)氣歧管壓力估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流率，第二組運(yùn)行狀態(tài)包括冷發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行和閾值之上的空氣-燃料比。
[0008]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，控制器構(gòu)造成在第三組運(yùn)行狀態(tài)期間僅基于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的總氣體流率估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流率，第三組運(yùn)行狀態(tài)包括當(dāng)一個(gè)或更多個(gè)排氣閥中的一個(gè)或更多個(gè)的當(dāng)前位置不可得到時(shí)的運(yùn)行。
[0009]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，控制器構(gòu)造成基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、排氣壓力、進(jìn)氣歧管壓力、以及進(jìn)氣歧管溫度確定至發(fā)動(dòng)機(jī)的總氣體流率。
[0010]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，控制器構(gòu)造成當(dāng)一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的當(dāng)前位置的確定是不可得到的時(shí)基于隨著越過(guò)渦輪增壓器的壓縮機(jī)的壓力比變化的壓縮機(jī)空氣流的特性圖估計(jì)給定的渦輪增壓器轉(zhuǎn)速下的新鮮進(jìn)氣空氣流率。
[0011 ]本發(fā)明的第八技術(shù)方案提供了一種方法，包括:在第一運(yùn)行模式期間，基于容積效率估計(jì)來(lái)估計(jì)至發(fā)動(dòng)機(jī)的第一新鮮進(jìn)氣空氣流率；以及在第二運(yùn)行模式期間，基于瞬態(tài)流估計(jì)和穩(wěn)態(tài)流估計(jì)的組合來(lái)估計(jì)至發(fā)動(dòng)機(jī)的第二新鮮進(jìn)氣空氣流率，其中穩(wěn)態(tài)流估計(jì)是從多個(gè)不同的穩(wěn)態(tài)流估計(jì)中選擇，并且多個(gè)不同的穩(wěn)態(tài)流估計(jì)在用來(lái)計(jì)算各個(gè)相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)流估計(jì)的至少一個(gè)或更多個(gè)輸入中不同。
[0012]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，第一運(yùn)行模式包括不帶有排氣再循環(huán)(EGR)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并且其中第二運(yùn)行模式包括帶有EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
[0013]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，基于容積效率估計(jì)來(lái)估計(jì)至發(fā)動(dòng)機(jī)的第一新鮮進(jìn)氣空氣流率包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、排氣壓力、進(jìn)氣歧管壓力、以及進(jìn)氣歧管溫度來(lái)估計(jì)至發(fā)動(dòng)機(jī)的第一新鮮進(jìn)氣空氣流率。
[0014]本發(fā)明的第^^一技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，瞬態(tài)流估計(jì)基于調(diào)整用于EGR流率的容積效率估計(jì)來(lái)估計(jì)第三新鮮進(jìn)氣空氣流率，其中EGR流率是基于當(dāng)前EGR閥位置和進(jìn)氣歧管壓力來(lái)估計(jì)的。
[0015]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，多個(gè)不同穩(wěn)態(tài)流估計(jì)包括:第一穩(wěn)態(tài)流估計(jì)，其基于空氣-燃料比和至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流來(lái)估計(jì)第四新鮮進(jìn)氣空氣流率;第二穩(wěn)態(tài)流估計(jì)，其基于隨著渦輪增壓器的壓縮機(jī)的壓力比變化的壓縮機(jī)空氣流的特性圖估計(jì)給定的渦輪增壓器速度下的第五新鮮進(jìn)氣空氣流率；以及第三穩(wěn)態(tài)流估計(jì)，其基于調(diào)整用于EGR流率的容積效率估計(jì)來(lái)估計(jì)第六新鮮進(jìn)氣空氣流率，其中EGR流率是基于排氣NOx濃度估計(jì)的。
[0016]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，穩(wěn)態(tài)流估計(jì)是從多個(gè)不同的穩(wěn)態(tài)流估計(jì)中選擇，其中如果空氣-燃料比低于閾值則選擇第一穩(wěn)態(tài)流估計(jì)，如果空氣-燃料比高于閾值則選擇第二或第三穩(wěn)態(tài)流估計(jì)。
[0017]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，穩(wěn)態(tài)流估計(jì)是從多個(gè)不同穩(wěn)態(tài)流估計(jì)中選擇，其中使用多個(gè)穩(wěn)態(tài)流估計(jì)中的每一個(gè)來(lái)估計(jì)相應(yīng)的新鮮進(jìn)氣空氣流率，并且選擇輸出最低的新鮮進(jìn)氣空氣流率的穩(wěn)態(tài)流估計(jì)。
[0018]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，進(jìn)一步包括基于第一新鮮進(jìn)氣空氣流率或第二新鮮進(jìn)氣空氣流率控制一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的位置。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的車輛的示意圖。
[0020]圖2是示出用于基于估計(jì)的新鮮進(jìn)氣空氣流來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的方法的流程圖。[0021 ]圖3是示出用于估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流的方法的流程圖。
[0022]圖4是示出用于估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流的控制過(guò)程的圖表。
[0023]圖5是示例的壓縮機(jī)流特性圖。
[0024]圖6是示出用于估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流的另一個(gè)控制過(guò)程的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面的描述涉及基于估計(jì)的新鮮進(jìn)氣空氣流率來(lái)調(diào)整一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的位置。該一個(gè)或更多個(gè)排氣閥可以是排氣再循環(huán)(EGR)閥，其調(diào)節(jié)至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的EGR的流，和/或該一個(gè)或更多個(gè)排氣閥可包括影響EGR的流的閥，諸如排氣回壓閥、渦輪流量閥等。根據(jù)取決于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，可根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)估計(jì)方法來(lái)估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流率。例如，在第一組運(yùn)行狀態(tài)期間，可基于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的總空氣流率并進(jìn)一步基于一個(gè)或多更個(gè)排氣閥的當(dāng)前位置、進(jìn)氣歧管壓力、空氣-燃料比和燃料流來(lái)估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流率。在另一個(gè)示例中，在第二組運(yùn)行狀態(tài)期間，可基于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的總空氣流率并進(jìn)一步基于一個(gè)或更多個(gè)排氣閥的當(dāng)前位置和進(jìn)氣歧管壓力來(lái)估計(jì)新鮮進(jìn)氣空氣流率，而不基于空氣-燃料比和至發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃料流來(lái)估計(jì)。這樣，在各種運(yùn)行狀態(tài)期間都可精確地確定進(jìn)入進(jìn)氣的空氣流率，因而維持輸送至進(jìn)氣的EGR的量的精確控制。
[0026]圖1示出了包括發(fā)動(dòng)機(jī)和可根據(jù)圖2-3中示出的方法由控制器控制的EGR系統(tǒng)的示例的車輛系統(tǒng)。具體地說(shuō)，圖2-3的方法提供基于當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)選擇用于估計(jì)新鮮空氣流率的一個(gè)或更多個(gè)模型，并基于所估計(jì)的新鮮空氣流率來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)或更多個(gè)排氣閥。圖4和6示出了用于在多種運(yùn)行狀態(tài)下估計(jì)新鮮空氣流率的控制圖。圖5示出了可在模型中的一個(gè)中用于估計(jì)新鮮空氣流率的壓縮機(jī)流特性圖。
[0027]本文描述的方法可用于多種發(fā)動(dòng)機(jī)類型，以及多種發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)中的一些可以是固定的，而其他的可以在半移動(dòng)或者移動(dòng)平臺(tái)上。半移動(dòng)平臺(tái)可以在運(yùn)行周期之間重新定位，諸如安裝在平板拖車上。移動(dòng)平臺(tái)包括自行交通工具。此類交通工具可包括道路運(yùn)輸車輛，以及礦山設(shè)備、船舶、軌道車輛以及其他的越野車輛(0HV)。為了說(shuō)明的清楚性，提供機(jī)車作為支撐并入了本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的移動(dòng)平臺(tái)的示例。
[0028]在進(jìn)一步地討論用于確定進(jìn)氣空氣流的方法之前，公開(kāi)平臺(tái)的示例，其中發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可安裝在例如軌道車輛的車輛中。例如，圖1顯示了車輛系統(tǒng)100(例如，機(jī)車系統(tǒng))的實(shí)施例的框圖，該系統(tǒng)在本文中描述為軌道車輛106，其構(gòu)造成經(jīng)由多個(gè)車輪110在軌道102上行駛。如所繪出的，該軌道車輛包括發(fā)動(dòng)機(jī)104。在其它非限制實(shí)施例中，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以是例如在發(fā)電廠中的固定發(fā)動(dòng)機(jī)，或者如上所述是在船舶或越野車輛推進(jìn)系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0029]發(fā)動(dòng)機(jī)從例如進(jìn)氣歧管115的進(jìn)氣口接收用于燃燒的進(jìn)氣空氣。進(jìn)氣口可以是氣流穿過(guò)其流動(dòng)以進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的任何合適的導(dǎo)管或多個(gè)導(dǎo)管。例如，進(jìn)氣口可包括進(jìn)氣歧管，進(jìn)氣通道114等。進(jìn)氣通道從空氣過(guò)濾器(未示出)接收環(huán)境空氣，空氣過(guò)濾器過(guò)濾來(lái)自車輛外部(發(fā)動(dòng)機(jī)可定位在其中)的空氣。由發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒導(dǎo)致的排放氣體被供應(yīng)給排氣口，諸如排氣通道116。排氣口可以是來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流穿過(guò)其的任何合適的導(dǎo)管。例如，排氣口可包括排氣歧管117，排氣通道等。排氣流動(dòng)穿過(guò)排氣通道，并且流出軌道車輛的排氣器。
[0030]在一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)壓縮點(diǎn)火燃燒空氣和柴油燃料的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。因而，發(fā)動(dòng)機(jī)可包括多個(gè)燃料噴射器來(lái)將燃料噴向發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸。例如，每個(gè)氣缸可包括從高壓燃料軌道接收燃料的直噴器。在其他非限制性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可通過(guò)壓縮點(diǎn)火(和/或火花點(diǎn)火)燃燒包括汽油、煤油、生物柴油或具有類似密度的其他石油餾出物的燃料。在又其他的示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可燃燒氣態(tài)燃料，諸如天然氣。氣態(tài)燃料可經(jīng)由所噴射的柴油燃料的壓縮點(diǎn)火而點(diǎn)燃，本文稱為多燃料操作，或者氣態(tài)燃料可經(jīng)由火花點(diǎn)火點(diǎn)燃。氣態(tài)燃料可經(jīng)由例如一個(gè)或更多個(gè)進(jìn)氣閥供應(yīng)至氣缸。在其他的示例中，燃料可經(jīng)由端口噴射(portinject1n)供應(yīng)至氣缸。液態(tài)燃料(例如柴油)可存儲(chǔ)在軌道車輛車載的燃料罐中。氣態(tài)燃料可存儲(chǔ)在軌道車輛車載的儲(chǔ)罐中，或者可操作地聯(lián)接至軌道車輛的不同車輛車載的儲(chǔ)罐中。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，軌道車輛是柴油電力車輛(或者柴油/氣態(tài)燃料電力混動(dòng))。如圖1中所繪，發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)接至電力功率發(fā)生系統(tǒng)，其包括交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)140以及電力牽引馬達(dá)112。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生傳輸給機(jī)械地聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)上的交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)的扭矩輸出。交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生可存儲(chǔ)并應(yīng)用于后續(xù)傳播至多個(gè)下游電氣構(gòu)件的電功率。作為示例，交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)可電氣地聯(lián)接至多個(gè)牽引馬達(dá)并且交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)可向多個(gè)牽引馬達(dá)提供電功率。如所描繪的，多個(gè)牽引馬達(dá)各自連接到多個(gè)車輪中的一個(gè)上，以提供牽引功率來(lái)推動(dòng)軌道車輛。一個(gè)示例構(gòu)造包括每個(gè)車輪一個(gè)牽引馬達(dá)。如本文中所描繪的，六對(duì)牽引電機(jī)對(duì)應(yīng)于軌道車輛的六對(duì)車輪的每一對(duì)。在另一個(gè)示例中，交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)可聯(lián)接到一個(gè)或更多個(gè)電阻網(wǎng)格142上。電阻網(wǎng)格可配置成經(jīng)由由網(wǎng)格產(chǎn)生的熱而耗散來(lái)自由交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力的多余發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。
[0032]在圖1中描繪的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)是具有十二個(gè)氣缸的V-12發(fā)動(dòng)機(jī)。在其他示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可為V-6，V-8，V-10，V-16，1-4，1-8，對(duì)置4缸或其他的發(fā)