排氣制動的製作方法

2023-07-18 17:45:56 1

專利名稱：排氣制動的製作方法
技術領域：
本公開涉及內燃發動機，更具體地涉及用於內燃發動機的排氣制動。
背景技術：
本文所提供的背景技術描述目的在於從總體上呈現本公開的背景。當前署名的發 明人的工作，在本背景技術部分所描述的範圍內以及在申請日時可能不作為現有技術的那 些描述的方面，都既不明示也不暗示地確認為是相對本公開而言的現有技術。排氣制動可用於柴油發動機中的車輛制動。當排氣制動被激活時，發動機下遊的 排氣路徑被關閉或減少以使得排氣在排氣歧管中被壓縮，從而產生背壓。在排氣歧管中背 壓升高的情況下，發動機上的負載升高，由此使車輛減慢。排氣歧管中的背壓以及因此施加 到發動機的制動作用通常與發動機速度成比例。可變幾何渦輪增壓器(VGT)可調節穿過VGT的排氣流以控制排氣歧管中的背壓。 VGT的葉片通常被設置在固定位置以適應發動機工作在最大速度的情況。在最大發動機 速度時，需要最大制動力來有效進行發動機制動，並且穿過VGT的排氣流也處於其最大值。 VGT所限定的固定流通道比低發動機速度時產生期望背壓所必需的要大。結果，排氣制動在 低發動機速度時效果較差。

發明內容
相應地，一種排氣制動控制系統包括制動扭矩估計模塊，其基於發動機速度來估 計期望制動扭矩。體積流率確定模塊基於所述期望制動扭矩來確定排氣的期望體積流率。 調節模塊基於所述期望制動扭矩和排氣溫度的變化來調節實際體積流率以控制實際制動 扭矩。通過本文提供的描述將明了進一步的應用領域。應當理解的是，這些描述和特定 示例僅僅用於說明的目的，而並不旨在限制本公開的範圍。本發明還提供了以下方案1. 一種排氣制動控制系統，包括制動扭矩估計模塊，其基於發動機速度來估計期望制動扭矩；體積流率確定模塊，其基於所述期望制動扭矩來確定排氣的期望體積流率；和調節模塊，其基於所述期望制動扭矩和排氣溫度的變化來調節實際體積流率以控 制實際制動扭矩。2.如方案1所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述調節模塊進一步基於DPF 再生模式和接近零燃料供應條件中的至少一個來調節實際體積流率。3.如方案1所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，進一步包括控制模塊，所述控 制模塊在第一排氣溫度時基於所述期望體積流率並且在第二排氣溫度時基於經調節的體 積流率對流限制裝置進行調節。4.如方案3所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述經調節的體積流率是基
3於所述期望體積流率、所述第一排氣溫度和所述第二排氣溫度而得到確定的。5.如方案3所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述體積流率確定模塊基於 所述期望制動扭矩和所述第一排氣溫度來確定所述期望體積流率。6.如方案5所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述調節模塊在所述排氣處 於所述第二排氣溫度時確定所述經調節的體積流率。7.如方案1所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，進一步包括溫度傳感器，所述 溫度傳感器按照第一預定間隔向所述調節模塊輸出信號。8.如方案7所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述溫度傳感器設置在柴油 微粒濾清器(DPF)、柴油氧化催化劑(DOC)、渦輪增壓器的渦輪和流限制裝置的入口中的至 少一個處。9. 一種操作排氣制動的方法，包括基於發動機速度估計期望制動扭矩；基於所述期望制動扭矩來確定排氣的期望體積流率；並且基於所述期望制動扭矩和排氣溫度的變化來調節實際體積流率以控制實際制動 扭矩。10.如方案9所述的方法，其特徵在於，進一步包括進一步基於DPF再生和接近 零燃料供應條件中的至少一個來調節實際體積流率。11.如方案9所述的方法，其特徵在於，進一步包括基於所述期望體積流率、第一 排氣溫度和第二排氣溫度來調節所述期望體積流率。12.如方案11所述的方法，其特徵在於，進一步包括基於所述制動扭矩和所述第 一排氣溫度來確定所述期望體積流率。13.如方案11所述的方法，其特徵在於，進一步包括在所述第一排氣溫度時基於 所述期望體積流率來操作流限制裝置並且在所述第二排氣溫度時基於經調節的體積流率 來操作所述流限制裝置。14.如方案9所述的方法，其特徵在於，進一步包括提供溫度傳感器，所述溫度傳 感器按照第一預定間隔輸出信號。15.如方案14所述的方法，其特徵在於，所述溫度傳感器設置在柴油微粒濾清器 (DPF)、柴油氧化催化劑(DOC)、渦輪增壓器的渦輪和流限制裝置的入口中的至少一個處。


本文所介紹的附圖僅僅用於說明的目的，而並不旨在以任何方式限制本公開的範圍。圖1是根據本公開教導的發動機系統的方框圖；圖2是根據本公開教導的發動機控制模塊的方框圖；以及圖3是根據本公開教導的操作排氣制動的方法的流程圖。
具體實施例方式下面的描述本質上僅僅是示例性的，並不試圖限制本公開、其應用或用途。應當理 解的是，遍及全部附圖，對應的附圖標記表示相似或對應的部件或特徵。
如本文所使用的，術語「模塊」指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個 軟體或固件程序的處理器(共用處理器、專用處理器或組處理器)和存儲器、組合邏輯電路 和/或提供所述功能的其他適合部件。根據本公開教導的排氣制動控制系統在基於期望制動扭矩決定了期望體積流率 後確定經調節的體積流率。該系統響應於變化的操作條件而對期望體積流率進行調節，變 化的操作條件導致排氣溫度升高/降低。該系統通過調節期望體積流率來確保實際制動扭 矩與在升高的/降低的排氣溫度時的期望制動扭矩匹配。參見圖1，發動機系統10包括柴油發動機12、進氣歧管14、排氣歧管16以及與排 氣歧管16連通的排氣系統18。空氣通過節氣門20被吸入進氣歧管14，而進氣歧管14將 空氣分配到汽缸(未示出)。共軌噴射系統(common rail injection system，未示出)將 燃料噴入汽缸，經壓縮空氣的熱量點燃空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物的燃燒產生 燃燒力以驅動活塞(未示出)，而活塞可旋轉地驅動曲軸(未示出)。排氣從汽缸排出，穿 過排氣歧管16並且進入排氣系統18。排氣系統18包括排氣管22、柴油氧化催化劑(D0C)24和柴油微粒濾清器 (DPF) 26。DOC 24通過氧化來去除微粒物質、烴基可溶有機餾分和一氧化碳。DPF 26設置 在DOC 24下遊以從排氣中去除微粒物質或碳黑。流限制裝置設置在排氣系統18內並且可被操作以限制排氣管22內的排氣流。當 排氣流被限制時，排氣歧管16內建立起背壓，以向發動機施加負制動扭矩。僅作為示例，流 限制裝置可包括排氣管22下遊的可變幾何渦輪增壓器(VGT) 28。VGT 28包括可變入口導 引葉片。VGT 28的幾何形狀可通過改變葉片的位置而變化，由此改變穿過VGT 28的排氣的 流徑和體積流率。控制模塊30與多個傳感器通信，該多個傳感器監測發動機的工作並且相應地控 制發動機的工作。多個傳感器包括但不限於進氣歧管絕對壓力(MAP)傳感器32、質量空氣 流(MAF)傳感器34、發動機速度傳感器36和溫度傳感器38。MAP傳感器32產生指示增壓 (進氣歧管壓力)的信號。MAF傳感器34產生指示MAF進入進氣歧管14的信號。發動機 速度傳感器36產生指示發動機速度(RPM)的信號。溫度傳感器38設置在DPF 26處以測 量排氣的溫度。現在參見圖2，控制模塊30包括排氣制動控制模塊42。排氣制動控制模塊42對待 施加到發動機12的期望制動扭矩進行估計並且相應地控制VGT 28以實現期望制動扭矩。排氣制動控制模塊42包括制動扭矩估計模塊44、體積流率確定模塊45、調節模塊 46和VGT控制模塊48。排氣制動控制模塊42可與制動踏板50通信。例如，當基於制動踏 板50的下陷而接收到制動請求52時，排氣制動控制模塊42可被激活。替代性地，排氣制 動控制模塊42可基於車輛條件而非制動踏板50的下陷而被激活。例如，排氣制動控制模 塊42可在下面情況時被激活未接收到燃料供應請求，變速器扭矩轉換器被鎖定、未探測 到車輪滑移和/或防抱死制動系統(ABS)未激活。制動扭矩估計模塊44與發動機速度傳感器36通信並且基於發動機速度和/或發 動機負載來估計期望制動扭矩。「期望」或「估計」制動扭矩指的是在特定發動機速度和/ 或負載時可實現有效的發動機制動的扭矩。期望(或估計)制動扭矩隨發動機速度變化。體積流率確定模塊45與制動扭矩估計模塊44、MAF傳感器34和溫度傳感器38通
5信並且確定對應於期望制動扭矩的期望體積流率。當排氣流處於期望體積流率時，排氣管 內可累積期望背壓，以產生期望制動扭矩。體積流率可與排氣管內累積的背壓成比例地相 關。體積流率確定模塊45可包括算法或查找表以確定期望體積流率。體積流率可基 於MAF傳感器34測得到質量空氣流以及溫度傳感器38測得的排氣溫度而計算得到。當確 定了期望體積流率時，信號被送至VGT控制模塊48。VGT控制模塊48確定對應於期望體積 流率的VGT葉片位置並且相應地控制VGT 28的位置。當VGT 28被設置在位置(即第一位 置)時，背壓可在排氣管22內建立以向發動機12施加期望制動扭矩。在發動機制動期間，排氣溫度可由於工作條件變化而變化。僅作為示例，排氣溫度 可由於柴油微粒濾清器(DPF)再生而顯著升高。排氣溫度可由於接近零燃料供應而降低。 進一步，排氣溫度可由於受限的排氣流而變化。升高的/降低的排氣溫度影響施加到發動 機的實際制動扭矩。因此，需要調節VGT的位置以維持期望制動扭矩。僅作為示例，當對於特定發動機速度的期望制動扭矩為200Nm時，對應於期望制 動扭矩的期望體積流率為1500mm3/衝程。VGT可被操作到第一位置(僅作為示例，98% VNT 位置)以提供期望體積流率，以在排氣歧管內建立期望背壓。在施加了制動扭矩後，由於變 化的工作條件而造成的升高的/降低的排氣溫度使得實際壓力變化，並因而使得施加到發 動機的實際制動扭矩變化。背壓可與體積流率成比例地相關。為了確保實際制動扭矩與特 定發動機速度時的期望制動扭矩匹配，僅作為示例，體積流率需要變化到2000mm3/衝程以 使得在升高的/降低的排氣溫度時背壓變化。調節模塊46與溫度傳感器38通信並且針對升高的/降低的排氣溫度確定經調節 的體積流率。調節模塊46可包括提供排氣溫度和排氣的預期體積流率之間相互關係的表。 因此，經調節的體積流率是基於期望體積流率、第一排氣溫度和第二排氣溫度而被確定的。 第一排氣溫度是期望體積流率被確定時的溫度。第二排氣溫度是調節模塊46確定經調節 的體積流率時的溫度。在調節模塊46確定排氣溫度的升高/降低超過了閾值並且必須調 節時，調節模塊46可進行調節。在調節模塊46確定了經調節的體積流率後，調節模塊46向VGT控制模塊48發送 信號以調節VGT 28的位置。VGT控制模塊48可被校準以確定葉片位置設置點。然後，VGT 控制模塊48將VGT 28控制到第二位置以允許排氣以經調節的體積流率流過VGT 28。因此， 不論由於變化的工作條件而造成排氣溫度升高/降低，實際制動扭矩可與期望制動扭矩匹 配。雖然圖1中所示的溫度傳感器38設置在DPF 26處，應當理解的是，溫度傳感器38 也可設置在排氣系統18內的其他位置，包括但不限於DOC 24和VGT 28處。在施加了期望制動扭矩後，發動機速度得到降低。制動扭矩估計模塊44繼續從發 動機速度傳感器36接收信號，以按照第一時間間隔針對降低的發動機速度確定期望制動 扭矩。VGT控制模塊48響應於期望制動扭矩的變化而改變VGT 28的位置。同時，調節模塊 46響應於排氣溫度的變化而對期望體積流率進行調節，以確保實際制動扭矩與降低的發動 機速度時的期望制動扭矩匹配。溫度傳感器38可按照第二間隔(僅作為示例，每20毫秒) 向調節模塊提供溫度反饋。參見圖3，操作排氣制動的方法開始於步驟82。當控制模塊30接收了制動請求
652 (例如，當制動踏板50被踏下)，排氣制動控制模塊42在步驟84中被激活。在步驟86 中，制動扭矩估計模塊44基於發動機速度來估計期望制動扭矩。在步驟88中，體積流率確 定模塊45基於估計的制動扭矩來確定期望體積流率。在步驟90中，VGT控制模塊48基於 期望體積流率將VGT 28操作到第一位置。在步驟92中，調節模塊46基於排氣溫度確定經 調節的體積流率。在步驟94中，VGT控制模塊48將VGT 28操作到第二位置以提供經調節 的體積流率。在制動後，在步驟96中，如果制動請求52依然有效，則重複步驟86到步驟 96。如果制動請求52不再有效，則方法80終止於步驟98。 本領域技術人員現在能夠從前面的描述中意識到本公開的廣泛教導可按照多種 形式來實施。因此，儘管連同本公開的具體示例對本公開進行了描述，本公開的真實範圍卻 不應當限於這些具體示例，因為本領域技術人員在研究了附圖、說明書和所附權利要求後 將會明白其他的修改。
權利要求
一種排氣制動控制系統，包括制動扭矩估計模塊，其基於發動機速度來估計期望制動扭矩；體積流率確定模塊，其基於所述期望制動扭矩來確定排氣的期望體積流率；和調節模塊，其基於所述期望制動扭矩和排氣溫度的變化來調節實際體積流率以控制實際制動扭矩。
2.如權利要求1所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述調節模塊進一步基於DPF 再生模式和接近零燃料供應條件中的至少一個來調節實際體積流率。
3.如權利要求1所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，進一步包括控制模塊，所述控 制模塊在第一排氣溫度時基於所述期望體積流率並且在第二排氣溫度時基於經調節的體 積流率對流限制裝置進行調節。
4.如權利要求3所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述經調節的體積流率是基 於所述期望體積流率、所述第一排氣溫度和所述第二排氣溫度而得到確定的。
5.如權利要求3所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述體積流率確定模塊基於 所述期望制動扭矩和所述第一排氣溫度來確定所述期望體積流率。
6.如權利要求5所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述調節模塊在所述排氣處 於所述第二排氣溫度時確定所述經調節的體積流率。
7.如權利要求1所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，進一步包括溫度傳感器，所述 溫度傳感器按照第一預定間隔向所述調節模塊輸出信號。
8.如權利要求7所述的排氣制動控制系統，其特徵在於，所述溫度傳感器設置在柴油 微粒濾清器(DPF)、柴油氧化催化劑(DOC)、渦輪增壓器的渦輪和流限制裝置的入口中的至 少一個處。
9.一種操作排氣制動的方法，包括基於發動機速度估計期望制動扭矩；基於所述期望制動扭矩來確定排氣的期望體積流率；並且基於所述期望制動扭矩和排氣溫度的變化來調節實際體積流率以控制實際制動扭矩。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，進一步包括進一步基於DPF再生和接近 零燃料供應條件中的至少一個來調節實際體積流率。
全文摘要
本發明涉及排氣制動。具體地，一種排氣制動控制系統包括制動扭矩估計模塊，其基於發動機速度來估計期望制動扭矩。體積流率確定模塊基於所述期望制動扭矩來確定排氣的期望體積流率。調節模塊基於所述期望制動扭矩和排氣溫度的變化來調節實際體積流率以控制實際制動扭矩。
文檔編號F02D9/06GK101956611SQ20101023370
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者D·P·奎格利, S·J·安德拉斯科 申請人:通用汽車環球科技運作公司