固定比率egr系統的製作方法

2023-06-03 01:22:56 2

固定比率egr系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於控制在渦輪增壓發動機中的EGR流量的方法。該方法包括從中間負載下降至最小發動機負載，即使負載變化，以新鮮空氣流的固定EGR百分比運行低壓排氣再循環（LP-EGR）系統。以這種方式，在瞬態狀態期間輸送的LP-EGR比率中的錯誤可以通過在固定模式範圍內在所有發動機負載下提供新鮮空氣流的固定EGR百分比而被緩和。
【專利說明】固定比率EGR系統
【技術領域】
[0001]本申請涉及對機動車輛中的排氣再循環系統的控制。
【背景技術】
[0002]排氣再循環(EGR)系統分離一部分排氣返回至進氣從而冷卻燃燒溫度和降低節流損失，因此改善車輛排放和燃料經濟性。在渦輪增壓發動機中，EGR系統可以包括低壓EGR(LP-EGR)迴路、高壓EGR (HP-EGR)迴路或者包括二者。LP-EGR迴路在氣體經過渦輪增壓器的渦輪後分離排氣並且在壓縮器之前噴射氣體，而HP-EGR在渦輪之前分離排氣並在進氣節氣門之後噴射氣體。習慣上，通過EGR系統的LP-EGR和/或HP-EGR的量基於在發動機運行期間的發動機轉速和負載被測量和調整以維持發動機的期望的燃燒穩定性同時提供排放和燃料經濟性效益。
[0003]然而，本文的
【發明者】已經意識到上面的方法存在的問題。由於排氣在到達燃燒室前必須經過渦輪壓縮器、高壓空氣進氣管道、增壓空氣冷卻器和進氣歧管，LP-EGR迴路具有長的輸送延遲。作為結果，提供期望量的EGR到汽缸可以是困難的，特別是在瞬態狀態期間。這是由於到EGR到達汽缸時，發動機轉速/負載狀態可能已經改變並且另一個EGR比率可能被期望。

【發明內容】

[0004]因此，在一個示例中，上面的問題可以至少部分地由一種用於控制渦輪增壓發動機中的EGR流量的方法解決。該方法包括從中間負載下降至最小發動機負載以新鮮空氣流的固定EGR百分比運行低壓排氣再循環(LP-EGR)系統，即使在負載改變並因此空氣流或者進氣充氣改變時。
[0005]以這種方式，與不斷地改變LP-EGR相對於空氣的比率相反的，LP-EGR迴路可以在整個轉速/負載映射區域具有新鮮空氣流的固定EGR百分比，包括與關閉的節氣門相對應的最小發動機負載(例如，由於驅動踏板減油門)。在一個實施例中，恆定百分比的LP-EGR可以在最可能經歷出現問題的LP-EGR的瞬態控制的區域(比如在駕駛員鬆開踏板期間遇到的最小負載)內被提供。
[0006]本說明書可以提供多個優點。由於瞬態控制問題可以降低EGR可以有效地被利用的轉速-負載映射的區域，所以改善瞬態控制可以擴大在更多工況下EGR的使用，從而降低節流損失並提高燃料經濟性。而且，EGR降低最高汽缸溫度，從而降低產生。因此，擴大EGR使用到轉速-載荷映像中的更多區域可以降低發動機排放物。用固定百分比的新鮮空氣操作LP-EGR迴路還可以提高部件耐用性。例如，在減油門和加油門期間不打開和關閉LP-EGR降低在EGR冷卻器上熱循環的量，從而提高其耐用性。附加地，EGR閥關閉事件的次數可以被減少，從而改善閥的耐用性。然後，由於運行不變的LP-EGR量能夠允許優化尺寸的EGR和空氣流導管從而產生均勻分散的EGR進入空氣，所以EGR混合可以被改善。最後，運行固定的LP-EGR可以降低對於EGR閥和傳感器的動態範圍要求並且簡化EGR節氣門的控制策略，從而降低系統成本和複雜性。
[0007]應理解的是，上面的概述是以簡化形式被提供以介紹選擇性的概念，其將在【具體實施方式】中被進一步描述。並不旨在指明要求保護的主題的關鍵或重要特徵，其範圍只通過【具體實施方式】後面的權利要求確定。並且，要求保護的主題不局限於解決在本公開在上面或者任何部分中提到的缺點的實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1示出具有渦輪增壓器和排氣再循環系統的發動機的實施例的示意圖。
[0009]圖2示出具有雙汽缸排的發動機的實施例的示意圖,該發動機包括排氣再循環系統。
[0010]圖3示出描繪用於確定LP-EGR模式的示例方法的流程圖。
[0011]圖4示出描繪根據本公開的一個實施例用於轉換到怠速LP-EGR模式的方法流程圖。
[0012]圖5示出描繪根據本公開的一個實施例用於轉換到固定LP-EGR模式的方法流程圖。
[0013]圖6示出描繪根據本公開的一個實施例用於轉換到可變LP-EGR模式的方法流程圖。
[0014]圖7示出描繪可變和固定LP-EGR模式的示例轉速-負載映射。
[0015]圖8A和圖SB示出描述根據本公開的實施例在兩個LP-EGR運行模式期間各種發動機運行參數的示例繪圖。
【具體實施方式】
[0016]本說明書涉及在機動車輛中聯接至渦輪增壓發動機的EGR系統。在一個非限制示例中，發動機可以配置為圖1說明的系統的一部分，其中該發動機包括至少一個汽缸、控制系統、渦輪增壓器和排氣再循環系統以及其他特徵。該發動機可以配置具有圖2中所說明的多個汽缸排。圖1和圖2的系統可以用比如圖3-6中所說明的示例方法操作。各種EGR運行模式可以由發動機轉速-負載映射(比如在圖7中所描繪的一個)確定。圖8A和圖8B說明在圖3-圖6的方法執行期間各種發動機運行參數。
[0017]現在參照圖1，其示出多汽缸發動機10的一個汽缸的示意圖，其可以被包括在示出的汽車的推進系統中。發動機10可以至少部分由包括控制器12的控制系統和由來自車輛操作者132經由輸入裝置130的輸入控制。在這個示例中，輸入裝置130包括加速器踏板和用於產生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的燃燒室(也就是汽缸)30可以包括在其中設置活塞36的燃燒室壁32。在一些實施例中，在汽缸30內部的活塞36的表面可以具有碗狀。活塞36可以聯接到曲軸40以便活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動。曲軸40可以經由中間的傳動系統聯接到車輛的至少一個驅動輪。而且，起動機馬達可以經由飛輪被聯接到曲軸40從而啟用發動機10的起動操作。
[0018]燃燒室30可以經由進氣通道從進氣歧管44接收進氣並且可以經由排氣通道48排出燃燒氣體。進氣歧管44和排氣通道48能夠選擇地分別經由進氣門52和排氣門54與燃燒室30連通。在一些實施例中，燃燒室30可以包括兩個或者更多進氣門和/或兩個或者更多排氣門。
[0019]進氣門52可以由控制器12經由電動氣門致動器(EVA) 53控制。相似的，排氣門54可以由控制器12經由EVA53控制。可選地，可變氣門致動器可以是電動液壓的或者任何其他的啟用氣門致動的可設想到的機構。在一些狀態期間，控制器12可以改變提供到致動器51和53的信號從而控制各自的進氣和排氣門的打開和關閉。進氣門52和排氣門54的位置可以分別由氣門位置傳感器55和57確定。在可選的實施例中，進氣門和排氣門中的一個或者更多可以由一個或者更多凸輪致動，並且可以使用凸輪輪廓線變換系統(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統中的一個或者更多以改變氣門運行。例如，汽缸30可以可選地包括經由電動氣門致動控制的進氣門和經由包括CPS和/或VCT的凸輪致動控制的排氣門。
[0020]燃料噴射器66被示出直接連接到燃燒室30用於在那裡噴射與經由電子驅動器68從控制器12接收的FPW信號脈衝寬度成比例的燃料。以這種方式，燃料噴射器66提供被稱為直接噴射的燃料至燃燒室30內。例如，燃料噴射器可以被安裝在燃燒室的一側或者燃燒室的頂部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料軌的燃料系統(未示出)被輸送到燃料噴射器66。
[0021]在選擇的運行模式下，點火系統88能夠響應於來自控制器12的點火提前信號SA經由火花塞提供點火火花到燃燒室30。儘管火花點火部件被示出，但在一些實施例中，發動機10的燃燒室30或者一個或者更多其他燃燒室可以以壓縮點火模式運行，有或者沒有點火火花。
[0022]進氣通道42可以包括具有各自的節流板64和65的節氣門62和63。在這個具體的示例中，節流板64和65的位置可以由控制器12經由提供到包括節氣門62和63的電動馬達或者致動器的信號改變，這種配置通常稱為電子節氣門控制(ETC)。以這種方式，節氣門62和63可以被操作從而改變節氣門提供到燃燒室30以及其他汽缸的進氣。節流板64和65的位置可以由節氣門位置信號TP被提供到控制器12。壓力、溫度和空氣品質流量可以在沿著進氣通道42和排氣歧管44的不同的點被測量。例如，進氣通道42可以包括用於測量通過節氣門63進入的清潔空氣品質流量的空氣品質流量傳感器120。清潔空氣品質流量可以經由MAF信號傳達至控制器12。
[0023]發動機10可以進一步包括比如渦輪增壓器或者機械增壓器的壓縮裝置，其包括至少一個布置在進氣歧管44上遊的壓縮器162。對於渦輪增壓器，壓縮器162可以至少部分地由沿著排氣通道48布置的渦輪164(例如，經由軸)驅動。對於機械增壓器，壓縮器162可以至少部分由發動機和/或電機驅動，並且可以不包括渦輪。因此，經由渦輪增壓器或者機械增壓器提供至一個或者更多的發動機汽缸的壓縮量可以由控制器12改變。增壓空氣冷卻器154可以被包括在壓縮器162的下遊和進氣門52的上遊。增壓空氣冷卻器154可以被配置為冷卻例如已經由經由壓縮器的壓縮加熱的氣體。在一個實施例中，增壓空氣冷卻器154可以在節氣門62的上遊。壓縮器162的下遊的壓力、溫度和空氣品質流量可以用比如傳感器145或者147被測量。測量的結果可以從傳感器145或者147分別經由信號148和149傳達至控制器12。壓縮器162上遊的壓力和溫度可以用比如傳感器153被測量並且經由信號155被傳達至控制器12。
[0024]進一步，在公開的實施例中，EGR系統可以引導期望部分的排氣從排氣通道48到進氣歧管44。圖1示出HP-EGR系統和LP-EGR系統，但是可選的實施例可以只包括LP-EGR系統。HP-EGR被引導通過從渦輪164上遊到壓縮器162下遊的HP-EGR通道140。提供至進氣歧管44的HP-EGR量可以由控制器12經由HP-EGR閥142改變。LP-EGR被引導通過從渦輪164下遊到壓縮器162上遊的LP-EGR通道150。提供到進氣歧管44的LP-EGR量可以由控制器12經由LP-EGR閥改變。例如，HP-EGR系統可以包括HP-EGR冷卻器146和LP-EGR系統可以包括例如LP-EGR冷卻器158從而拒絕來自EGR氣體的熱量到發動機冷卻液。
[0025]在一些條件下，EGR系統可以被用於調整在燃燒室30內的空氣和燃料混合物的溫度。因此，測量或者估計EGR質量流量可能是期望的。EGR傳感器可以被布置在EGR通道內並且可以提供質量流量、壓力、溫度、02濃度和排氣濃度中的一個或者更多的指示。例如，HP-EGR傳感器144可以被布置在HP-EGR通道140內。
[0026]在一些實施例中，一個或者更多傳感器可以被設置在LP-EGR通道150內從而提供壓力、溫度和再循環通過LP-EGR通道的排氣的空氣燃料比的一個或者更多的指示。被分離通過LP-EGR通道150的排氣可以用新鮮進氣在位於LP-EGR通道150與進氣通道42的接合點處的混合點被稀釋。具體地，通過與第一進氣節氣門63 (設置在發動機進氣的進氣通道，壓縮器上遊)協調地調整LP-EGR閥152，EGR流的稀釋可以被調整。
[0027]LP-EGR流的稀釋百分比可以從發動機進氣流中的傳感器145的輸出中推斷。具體地，傳感器145可以被設置在第一進氣節氣門63的下遊、LP-EGR閥152的下遊和第二主進氣節氣門62的上遊，使得在或者靠近主進氣節氣門的LP-EGR的稀釋可以被準確地確定。傳感器145例如可以是比如UGEO傳感器的氧傳感器。
[0028]排氣氧傳感器126被示出聯接至渦輪164下遊的排氣通道48。傳感器126可以是用於提供排氣空氣/燃料比的任何合適的傳感器，比如線性氧傳感器或者UGEO (通用或者寬域排氣氧傳感器)、雙態氧傳感器或者EGO、HEGO (加熱型EGO)、NOx, HC或者CO傳感器。
[0029]排放控制裝置71和72被示出布置在沿著排氣氧傳感器126下遊的排氣通道48。裝置71和72可以是選擇的催化還原(SCR)系統、三元催化劑(TWC)、NOx捕集器、各種其他的排放控制裝置或者其組合。例如，裝置71可以是TWC並且裝置72可以是微粒過濾器(PF)。在一些實施例中，PF可以位於TWC71的下遊(如圖1所示)，而在其他實施例中，PF72可以被設置在TWC的下遊(在圖1中未示出)。
[0030]控制器12在圖1中被示出為微型計算機，其包括微處理單元102、輸入/輸出端104、在這個特定的示例中被示出為只讀存儲晶片106用於可執行程序和校準值的電子存儲介質、隨機存取存儲器108、保活存儲器110和數據總線。控制器12可以從聯接到發動機10的傳感器接收各種信號，除了上面討論的那些信號以外，還包括來自空氣品質流量傳感器120的引入的空氣品質流量(MAF)的測量；來自聯接至冷卻套管114的溫度傳感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT);來自連接至曲軸40的霍爾效應傳感器118 (或者其他類型)的表面點火感測信號(PIP);來自節氣門位置傳感器的節氣門位置(TP);和來自傳感器122的絕對歧管壓力信號、MAP。發動機轉速信號、RPM可以由控制器12從信號PP產生。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可以被用於提供進氣歧管中的真空或者壓力的指示。注意到上面傳感器的各種組合可以被使用，比如MAF傳感器而沒有MAP傳感器，或者反之。在化學計量操作中，MAP傳感器能夠給出發動機扭矩的指示。進一步，這個傳感器與檢測的發動機轉速一起能夠提供進入汽缸的進入量(包括空氣)的估算。在一個示例中，傳感器118，其還可以用作發動機轉速傳感器，其可以在曲軸的每個循環產生預定量的等距脈衝。
[0031]存儲介質只讀存儲器106能夠被用代表可以由處理器102執行的用於執行下面描述的方法和預測到但沒有具體列出的其他變體的計算機可讀數據編程。
[0032]如上面所描述的，圖1示出多汽缸發動機的僅僅一個汽缸，並且每個汽缸可以相似地包括其自身的一組進氣/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。在圖2中，包括多個汽缸排和排氣再循環系統的示例發動機系統被示出。在一個實施例中，發動機10可以包括包含壓縮器162和渦輪164的渦輪增壓器、壓縮器162上遊的節氣門63和低壓排氣再循環(LP-EGR)系統。該LP-EGR系統可以引導EGR從渦輪164下遊到壓縮器162上遊和節氣門63下遊。該發動機系統可以進一步包括HP-EGR系統，其引導EGR從渦輪164上遊到節氣門62下遊。
[0033]轉到圖2，空氣可以通過空氣濾清器210進入發動機10。空氣濾清器210可以被配置為從空氣去除固體微粒以便清潔空氣品質流可以進入發動機10。清潔空氣品質流可以隨著其流過空氣品質流量傳感器120和隨後通過進氣節氣門63被測量。由空氣品質流量傳感器120測量的清潔空氣品質流量可以被傳達至控制器12。在一個實施例中，清潔空氣品質可以在進氣節氣門63下遊和渦輪增壓器壓縮器162上遊發動機10的不同的汽缸排的之間分離。EGR系統可以在渦輪增壓器壓縮器的上遊噴射排氣以便清潔空氣和排氣的結合能夠由渦輪增壓器壓縮器162壓縮。在一個實施例中，渦輪增壓器壓縮器162可以包括用於第一汽缸排的第一壓縮器162a和用於第二汽缸排的第二壓縮器162b。
[0034]清潔空氣和渦輪增壓器壓縮器162下遊的排氣的壓縮的組合可以由第二節氣門62上遊的增壓空氣冷卻器(CAC)154冷卻。在一個實施例中渦輪增壓器壓縮器162下遊的空氣流氧含量可以由CAC154上遊的傳感器145測量。在可選的實施例中，渦輪增壓器壓縮器162下遊的空氣流氧含量可以由CAC154下遊的傳感器147測量。來自傳感器145和/或147的測量值可以被傳達至控制器12。
[0035]在一個實施例中，高壓排氣可以與節氣門62下遊和進氣歧管44上遊的清潔空氣和排氣的壓縮的組合相結合。氣體的組合可以由進氣歧管44引導至一個或者更多汽缸排。在汽缸內燃燒後，排氣可以被引導通過排氣通道48。在一個實施例中，排氣通道48排包括用於每個汽缸的排氣歧管，比如用於第一汽缸排的排氣歧管48a和用於第二汽缸排的排氣歧管48b。
[0036]至少一部分排氣可以驅動渦輪增壓器的渦輪164。在一個實施例中，渦輪164可以包括用於第一汽缸排的第一渦輪161和用於第二汽缸排的第二渦輪164b。在一個實施例中，至少一部分排氣可以被引導通過HP-EGR系統。例如，HP-EGR系統可以包括HP-EGR冷卻器146和閥142用於引導進氣歧管44上遊的冷卻的排氣。在一個實施例中，HP-EGR系統可以包括用於第一汽缸排的第一 HP-EGR冷卻器146a和閥142a和用於第二汽缸排的第二 HP-EGR 冷卻器 146b 和閥 142b。
[0037]渦輪164下遊，至少一部分排氣可以在下遊流動流經排放控制裝置71和消聲器220。在一個實施例中，排放控制裝置71可以包括用於第一汽缸排的第一起燃催化劑71a和用於第二汽缸排的第二起燃催化劑71b。消聲器220可以被配置為減少來自發動機10的
排氣噪聲。
[0038]來自渦輪164下遊的至少一部分排氣可以由LP-EGR系統引導至渦輪增壓器壓縮器162的上遊。例如，LP-EGR系統可以包括LP-EGR冷卻器158和閥152用於引導壓縮器162的上遊的冷卻的排氣。在一個實施例中，LP-EGR系統可以包括用於第一汽缸排的第一LP-EGR冷卻器158a和閥152a和用於第二汽缸排的第二 LP-EGR冷卻器158b和閥152b。
[0039]因此，發動機10可以包括HP-EGR和LP-EGR系統以引導排氣返回至進氣。在一些實施例中，LP-EGR系統可以被控制以在各種模式下基於發動機運行參數運行。圖3是說明用於確定LP-EGR模式的方法300的流程圖。方法300可以由控制器12執行。方法300包括，在302，確定發動機工況。發動機工況，比如發動機轉速、發動機負載、車速、發動機溫度等可以從包括節氣門位置傳感器、踏板位置傳感器等的傳感器測量和/或估算。方法300隨後基於在302確定的發動機運行參數確定EGR在304是否被啟用。當例如發動機溫度低於閾值，或者當發動機已經在一段延長的時間內在怠速時，EGR可以被禁用。
[0040]如果確定EGR不被啟用，方法300返回。如果確定EGR被啟用，方法300進行至306以基於發動機轉速和負載確定HP-EGR比率。輸送至進氣的HP-EGR量可以基於存儲在控制器12的存儲器中的發動機轉速負載映射。方法300進行至308以基於在302確定的工況確定LP-EGR模式。在一些實施例中，LP-EGR模式可以由存儲在控制器12的存儲器中的轉速-負載查詢表確定。描繪兩個LP-EGR運行模式、固定和可變模式的示例的發動機轉速-負載映射在圖7中被示出。在310，發動機轉速和負載是否在固定的模式範圍內被確定。在一個實施例中，固定的模式範圍包括從中間負載下降至最小負載的所有發動機負載和/或低於閾值比如3500RPM的發動機轉速。本文中所描述的最小發動機負載包括對於當前工況可允許的最低的可能的負載，例如，對於當前的發動機轉速、溫度等維持燃燒的最低負載和可以對於當前發動機轉速狀態對應於關閉的節氣門的發動機負載。在一些狀態下，最小負載可以低於在怠速的負載。因此，在非怠速狀態期間可以遇到最小負載並且可以包括對於避免發動機失火可能的最小進氣。
[0041]如果確定發動機轉速和負載在固定模式範圍內，方法300進行至312以轉換到或者繼續到在固定的LP-EGR模式運行。用於在固定的模式運行的示例方法將在下面參照圖4更具體地被描述。如果發動機不在固定範圍的轉速和負載運行，方法300進行至314以確定發動機是否在怠速運行。怠速條件可以包括發動機轉速和車速低於閾值，以及制動踏板位置超過閾值，變速器在駐車檔等。如果確定發動機在怠速運行，方法300進行至316以轉換到或者繼續在怠速LP-EGR模式運行。用於在怠速模式運行的示例方法將在下面參照圖5更加具體地描述。如果發動機不在怠速運行，方法300進行至318以轉換到或者繼續在可變LP-EGR模式運行。可變LP-EGR模式可以在發動機轉速和負載在固定模式範圍外時被啟用，並且在一些實施例中可以包括高於中間負載(例如，高於50%負載)的所有發動機負載和高於閾值比如3500RPM的所有發動機轉速。用於在可變模式運行的示例方法將在下面參照圖6更具體地被描述。
[0042]因此，方法300提供基於發動機轉速和負載確定輸送到進氣的期望的HP-EGR量，並進一步提供確定要在哪個LP-EGR運行。固定的LP-EGR模式可以通過繼續維持固定的EGR百分比的新鮮空氣，也就是，維持在包括EGR和新鮮空氣流的總空氣流中固定EGR百分比的新鮮空氣，優化在有問題的瞬態狀況期間LP-EGR的輸送。通過輸送固定的EGR百分比，在期望量的LP-EGR輸送中由於LP-EGR系統的輸送延遲所導致的潛在的錯誤可以被緩和。在一些實施例中，LP-EGR系統的控制可以與HP-EGR系統保持獨立。因此，在特定的工況下，HP-EGR系統可以隨著速度和/或負載改變而改變，而即使負載改變，LP-EGR百分比是固定的。在其他的條件下，比如在從固定到可變模式的轉換期間，HP-EGR比率可以相應於轉換而被調整。
[0043]轉到圖4，用於在固定的LP-EGR模式運行的方法400被示出。方法400可以響應於在固定的LP-EGR模式運行的決定而由控制器12執行，例如在方法300中所指示。方法400包括，在402，確定LP-EGR閥比如閥152是否打開。如果確定LP-EGR閥未打開(例如，如果EGR在之前被禁用)，方法400進行至404以啟用固定LP-EGR模式。啟用固定EGR模式包括，在406，漸變打開LP-EGR閥並調整該閥以便新鮮空氣流的固定EGR百分比被保持。該空氣流可以在LP-EGR與新鮮空氣混合的點的下遊的進氣通道內和比如CAC154的增壓空氣冷卻器上遊被測量。新鮮空氣流的EGR百分比可以由比如傳感器145的氧傳感器確定。當發動機在固定模式範圍內運行時，LP-EGR閥可以被調整以輸送一定量的LP-EGR以便在進氣通道內的新鮮空氣的EGR百分比被保持在固定百分比，而不管發動機轉速和負載改變。在一些實施例中，新鮮空氣流的固定的EGR比率可以是總空氣流，其中85%的空氣流包括新鮮空氣而15%包括EGR，而在其他實施例中，新鮮空氣流百分比可以是90%。保持燃料經濟性、排放、燃燒穩定性和動力輸出在期望水平的任何合適的空氣流百分比可以被使用。
[0044]啟用固定的LP-EGR模式還可以包括在408調整節氣門。由於LP-EGR被漸變打開，節氣門還可以被調整以提供空氣流從而維持扭矩。例如，如果固定的模式由於發動機負載增加被啟用，節氣門可以被打開以提供對於負載增加期望的空氣流量。同樣，由於LP-EGR的量經由LP-EGR閥打開而增加，節氣門可以以相應的比率被打開以維持發動機扭矩在期望的水平。附加地，火花正時可以在410被提前以適應增加的EGR。
[0045]如果在402確定LP-EGR閥當前打開，方法400進行至412以確定發動機之前是否在可變模式運行。如果發動機不在可變模式運行，則發動機當前在固定模式運行，並且方法400進行至414以繼續調整LP-EGR閥以維持新鮮空氣流的固定EGR百分比。由於進氣歧管內的壓力變化、排氣背壓波動等導致的EGR波動，LP-EGR閥可以被調整。
[0046]如果在412確定發動機之前在可變模式運行，方法400進行至416以從可變模式轉換到固定LP-EGR模式。轉換到固定模式包括，在418，調整LP-EGR閥以輸送新鮮空氣流的固定EGR百分比。在一些工況下，可變模式可以包括以低於固定模式中的比率輸送LP-EGR，然後轉換到固定模式包括調整LP-EGR閥以增加LP-EGR比率。在其他工況下，可變模式可以包括在高於固定模式的比率輸送LP-EGR，然後轉換到固定模式將包括調整該閥以減少LP-EGR比率。該轉換還包括在420調整節氣門和在422調整火花正時。取決於在轉換之前輸送的LP-EGR量，節氣門可以被打開或被關閉。例如，如果EGR的量增加，節氣門位置可以被移動以便節氣門開度更大；如果EGR量減少，節氣門可以被移動至更多關閉的位置。相似的，取決於之前的EGR百分比，火花正時可以被提前或者延遲。
[0047]圖5說明用於在怠速LP-EGR模式運行的方法500。方法500可以由控制器12響應於確定在怠速LP-EGR模式運行而執行(例如如在方法300中在316所指示的)。方法500包括，在502，確定發動機之前是否在固定或者可變LP-EGR模式運行。如果確定發動機之前不在固定或者可變模式運行，方法500進行至504以維持發動機在怠速LP-EGR模式運行。在一些實施例中，怠速LP-EGR模式包括阻止空氣流通過LP-EGR系統，因此LP-EGR閥在怠速模式將被關閉。在其他實施例中，怠速LP-EGR模式包括相對於在固定模式期間維持的EGR百分比輸送新鮮空氣的降低EGR百分比。如果確定發動機之前在固定或者可變模式運行，方法500進行至506以轉換到怠速LP-EGR模式。轉換到怠速LP-EGR模式包括在508啟動怠速控制。怠速控制可以包括附加的系統以基於發動機的輔助負載維持發動機在怠速速度。在一些實施例中，怠速控制可以包括電動地調整節氣門開度以容許期望的空氣流保持怠速。在其他實施例中，怠速運行需要的空氣流可以經由節氣門旁路提供。在508的怠速控制在發動機仍然在固定或者可變模式時被啟動。一旦怠速控制開始，LP-EGR閥在510被漸變關閉，節氣門在510被調整，並火花正時在512被延遲。
[0048]轉到圖6，用於在可變LP-EGR模式運行的方法600被示出。方法600可以由控制器12響應於確定在可變LP-EGR模式運行而被執行(例如，在方法300中在318所指示的)。方法600包括，在602確定LP-EGR閥比如閥152是否打開。如果確定LP-EGR閥未打開(例如，如果EGR閥之前被禁用)，方法600進行至604以啟用可變LP-EGR模式。啟用可變EGR模式包括，在606，漸變打開LP-EGR閥以便期望的EGR百分比的新鮮空氣流被維持。LP-EGR閥可以被調整以輸送一定量的LP-EGR以便進氣通道內的新鮮空氣流的EGR百分比基於發動機轉速和負載改變而改變。
[0049]啟用可變LP-EGR模式還包括在608調整節氣門。隨著LP-EGR閥被漸變打開，節氣門也可以被打開以允許期望的LP-EGR空氣流量。附加的，火花正時可以在610被提前以幫助用於汽缸燃燒的附加的時間。
[0050]如果在602確定LP-EGR閥當前打開，方法600進行至612以確定發動機之前是否在固定模式運行。如果發動機不在固定模式運行，因此發動機當前在可變模式運行，並且方法300進行至614以繼續調整LP-EGR以基於發動機轉速和負載輸送新鮮空氣流的可變EGR百分比。如果在612確定發動機之前在固定模式運行，方法600進行至616以從固定模式轉換到可變LP-EGR模式。轉換到可變模式包括，在618，調整LP-EGR以輸送期望EGR百分比的新鮮空氣流。在一些工況下，可變模式可以包括以低於固定模式的比率輸送LP-EGR，並隨後轉換到可變模式可以包括調整LP-EGR以降低LP-EGR比率。在一些工況下，可變模式將包括已高於固定模式的比率輸送LP-EGR，並隨後轉換到可變模式將包括調整該閥以增加LP-EGR比率。該轉換還包括在620調整節氣門和在622調整火花正時。取決於在該轉換前輸送的期望的LP-EGR量，節氣門可以被打開或者關閉。相似的，取決於之前的EGR百分比，火花正時可以被提前或者延遲。
[0051]因此，在圖3-6中描繪的方法提供在三種LP-EGR模式，固定、怠速和可變模式的運行，並還提供在任何運行模式之間轉換。通過啟用在三個模式的運行，取決於發動機工況，比如發動機轉速和負載，新鮮空氣流的EGR百分比可以被維持在期望的量。在一個實施例中，從至少中間負載下降至最小發動機負載，即使隨著負載改變，LP-EGR系統可以在固定模式運行，也就是以新鮮空氣流的固定EGR百分比運行。在一個示例中，從相應於節氣門全開狀態的全負荷下降到相應於關閉的節氣門位置的最小負載，該系統可以在全部負載範圍內在固定模式運行。
[0052]在固定模式運行可以特別地允許在有問題的瞬態狀態(比如在負載突然增加或者減小期間)LP-EGR錯誤的最小化。這些暫時的負載變化習慣上使得LP-EGR比率的調整成為必需以便例如維持燃燒穩定性或者維持最高的功率輸出。然而，即使下降至最小的發動機負載(比如在節氣門關閉時的發動機負載)固定LP-EGR模式繼續輸送新鮮空氣流的固定EGR百分比。在一些實施例中，各種發動機參數可以被調整以允許LP-EGR保持固定並且還避免燃燒不穩定性。包括高能點火、增強的氣流運動和/或較高的壓縮比的附加的動作可以被使用以提供在低的負載點可接受的燃燒穩定性。例如，在低負載和/或轉速條件下，充氣運動控制閥可以被調整以增加空氣進入燃燒室的速度和旋動，從而改善燃燒，同時包括可變點火能量容量的系統可以被控制以增加在低的負載的點火能量以改善點火。
[0053]轉到圖8A和圖SB，在LP-EGR運行的兩個模式期間的示例性的發動機運行參數被描繪。圖8A說明示例的踏板位置810、節氣門位置820、車速830、發動機轉速840和發動機負載850根據本公開的實施例描繪。每個曲線沿著X軸描繪時間，並且在y軸從在底部的O到頂部的最大值描繪每個各自的運行參數。在曲線的開始，發動機負載、發動機轉速和車速在穩定狀態條件下在低到中間的範圍，踏板位置和節氣門位置維持在不變的位置。在802，車輛操作者通過壓下加速器踏板啟動「加油門」事件，並作為結果，節氣門增加開度並且發動機負載、發動機轉速和車速都增加。在804，當操作者放鬆踏板時，「減油門」事件發生，並且節氣門、車速、負載和發動機轉速回到其初始位置和比率。
[0054]在806，另一個減油門事件發生，並且車速下降。在這個速度，節氣門移動至基本上關閉的位置，並且發動機負載在最小負載。車速在808最終下降至0，並且發動機開始在怠速運行，例如發動機轉速和負載低於閾值並且車速為O。
[0055]圖8B說明在參照圖8A描繪的發動機工況期間追蹤的示例的總空氣進氣860、LP-EGR流量比率870和LP-EGR百分比880。總空氣進氣包括流經LP-EGR系統的所有空氣並且包括來自進氣和EGR的新鮮空氣流。LP-EGR流量比率包括流經該系統的LP-EGR質量流量比率。LP-EGR百分比包括包含總空氣流的相對EGR流量，也就是LP-EGR在總的充氣量中的百分比。
[0056]直到802當操作員開始加油門時，充氣量、LP-EGR流量和LP-EGR百分比被維持在不變的量。然而在802，發動機負載和發動機轉速都增加(如參照圖8A所描述的)，他們仍然在固定模式範圍內的水平，並且作為結果，由於發動機在固定模式運行，EGR百分比保持不變。相似的，在804，總充氣量和EGR流量在減油門時都降低，並且EGR百分比保持在固定的量。在806，當發動機負載下降至相應於基本上關閉的節氣門位置最小的發動機負載時，EGR百分比仍然保持在固定的量，並且充氣量和EGR流量降低。在808，當車輛開始在怠速模式運行時，EGR流隨著LP-EGR閥漸變關閉而結束，並且EGR百分比下降至零。
[0057]如在圖8A和圖8B中可見的，維持固定的EGR百分比的新鮮空氣包括使用前饋控制協調對LP-EGR閥和節氣門的調整，並且包括反饋調整以基於從例如進氣氧傳感器測量的EGR比率維持該百分比。這包括以協調的方式改變進氣空氣流比率和EGR流比率以便EGR百分比被維持在不變的百分比。由於在控制中的錯誤可以存在，維持不變的百分比可以包括在EGR百分比中一些小的變化，例如1-2%的變化。在固定模式期間，當空氣流增加時，比如在802加油門期間，LP-EGR閥被調整以提供EGR流量相應的增加以維持固定的EGR百分比。
[0058]注意本文包括的示例控制和估計程序可以在不同的發動機和/或者汽車系統構造中使用。本文描述的具體程序可代表任何數目的處理策略中的一個或更多，諸如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。因此，闡明的不同的動作、運行或者功能可以所闡明的順序，並行或者在一些情況下省略地執行。同樣地，為了達到示例實施例中的特徵和優點，處理的順序不是必要的，只是便於示出和說明。所示步驟或功能中的一個或更多可以根據所使用具體的策略而重複地執行。並且，所說明的動作可圖形地表示有待被編入發動機控制系統中的計算機可讀存儲介質中的代碼。
[0059]將理解本文公開的構造和程序本質上是示例性的，並且這些特定的實施例不在限制意義上考慮，因為多個變體是可能的。比如上面的技術可以應用於V-6、1-4、1-6、V-12、對置4以及其他發動機類型。本公開的主題包括本文公開的各種系統和配置以及其他特徵、功能和/或性質的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合。
[0060]下面的權利要求特別指出了被認為新穎和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權利要求可涉及「一個」元件或「第一」元件或其等效物。這種權利要求應理解為包括一個或者更多這樣的元件的結合，既不要求也不排除兩個或者更多這樣的元件。公開的特徵、功能、元件和/或性能的其他的組合和子組合可通過修改當前權利要求或者在這個或者相關應用的新的權利要求的提出而被保護。這些權利要求，無論比原來的權利要求的範圍更寬，更窄，等同或者不同，也被視為包括在現在公開的主題內。
【權利要求】
1.一種控制渦輪增壓發動機內EGR流的方法，所述方法包括: 從中間負載下降至最小發動機負載，即使在負載變化時，以新鮮空氣流的固定EGR百分比運行低壓排氣再循環系統，即LP-EGR系統。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述最小發動機負載對應於基本上關閉的節氣門位置。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括在中間到高發動機負載下以新鮮空氣流的可變EGR百分比運行所述LP-EGR系統。
4.根據權利要求3所述的方法，還包括基於在固定和可變模式之間的轉換調整高壓排氣再循環比率，即HP-EGR比率。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括基於發動機轉速和負載調整高壓排氣再循環比率，即HP-EGR比率，同時維持所述固定EGR百分比。
6.根據權利要求1所述的方法，還包括當發動機轉速高於閾值時，以新鮮空氣流的可變EGR百分比運行所述LP-EGR系統。
7.根據權利要求6所述的方法，其中該閾值是3500RPM。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括當所述發動機在怠速時，相對於所述固定模式降低新鮮空氣流的EG R百分比。
9.一種用於運行LP-EGR系統的方法，所述方法包括: 在怠速模式期間，阻止EGR流經所述LP-EGR系統； 在固定模式期間，運行所述LP-EGR系統以在第一範圍內的所有發動機負載下維持新鮮空氣流的固定EGR百分比；和 在可變模式期間，運行所述LP-EGR系統以基於發動機轉速和負載輸送新鮮空氣流的可變EGR百分比。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述第一負載範圍包括中間負載下降至最小負載，並且其中所述固定模式不包括所述怠速模式，所述第一範圍包括發動機負載下降至對應於關閉的節氣門狀況的負載。
11.根據權利要求9所述的方法，其中所述可變模式在中間至高發動機負載和/或發動機轉速高於閾值時被啟用。
12.根據權利要求9所述的方法，還包括在從所述怠速模式轉換到所述固定或者可變模式期間，漸變打開LP-EGR閥以輸送期望EGR百分比的新鮮空氣流，同時相應地漸變進氣節氣門以維持扭矩。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括在從所述固定或者可變模式轉換到所述怠速模式期間，在所述固定或者可變模式時啟動怠速控制，並且在所述LP-EGR閥漸變關閉時維持怠速控制，而且調整所述進氣節氣門以維持怠速和扭矩。
14.根據權利要求9所述的方法，還包括基於發動機轉速和負載在所述固定和可變模式中的每個期間運行HP-EGR系統。
15.—種用於車輛發動機的系統,所述系統包括: 渦輪增壓器； 包括HP-EGR閥的高壓排氣再循環系統，即HP-EGR系統； 包括LP-EGR閥的低壓排氣再循環系統，即LP-EGR系統，其配置為在怠速、固定或者可變模式下運行；和 包括計算機可讀存儲介質的控制系統，所述計算機可讀存儲介質包含可讀指令以用於: 在所述固定模式期間，控制所述LP-EGR閥的運行以在第一負載範圍內的所有發動機負載下維持新鮮空氣流的固定EGR百分比通過所述LP-EGR系統；和 在所述LP-EGR系統的所述固定和可變模式中的每個期間，基於發動機轉速和負載控制所述HP-EGR的運行。
16.根據權利要求15所述的系統，其中所述第一負載範圍是中間負載到最小負載，所述最小發動機負載對應於基本上關閉的節氣門位置。
17.根據權利要求15所述的系統，其中所述指令還包括在所述怠速模式期間關閉所述LP-EGR 閥。
18.根據權利要求15所述的系統，其中所述指令還包括，在所述可變模式期間，操作所述LP-EGR閥以輸送新鮮空氣流的可變EGR百分比。
19.根據權利要求18所述的系統，其中所述可變EGR百分比基於發動機轉速和負載。
20.根據權利要求18所述的系統，其中所述指令還包括基於在所述固定和可變模式之間的轉換控制所述HP-EGR閥的運行`。
【文檔編號】F02D41/00GK103732902SQ201180072784
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2011年11月3日 優先權日:2011年9月21日
【發明者】D·J·斯泰愛茲, J·希爾迪奇, W·C·羅那 申請人:福特環球技術公司