專利名稱：用于控制內(nèi)燃機(jī)中的排氣再循環(huán)閥和節(jié)氣門(mén)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制內(nèi)燃機(jī)中的節(jié)氣門(mén)和EGR閥的方法以及系統(tǒng)。
技術(shù)背景在內(nèi)燃機(jī)中的燃燒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生NOx (主要為NO和N02)、 CO、 C02、 HC (碳?xì)浠衔?、和PM (顆粒物質(zhì))。C02的量取決于噴入氣缸中的燃料量，CO和HC的量取決于內(nèi)燃機(jī)的 燃燒效率，NOx的量取決于燃燒溫度并取決于引入到氣缸中的氧氣量，而 PM的量與空燃比入嚴(yán)格相關(guān)。為了優(yōu)化所產(chǎn)生的PM和NOx量，內(nèi)燃機(jī)設(shè)置有EGR (排氣再循 環(huán))回路。EGR系統(tǒng)將來(lái)自排氣岐管的廢氣再循環(huán)到進(jìn)氣岐管，以便稀釋 引入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮空氣。這導(dǎo)致燃燒過(guò)程中的排放優(yōu)化，這是因?yàn)橐肓?較大量的H20和C02，而H20和C02具有降低燃燒溫度高熱容量。稀釋 進(jìn)氣流的另一個(gè)效果是可以控制進(jìn)氣流中的02量。而這個(gè)系統(tǒng)的不利效 果在于新鮮空氣被稀釋越多，空燃比X降低越大，這導(dǎo)致更大量的PM排 放。流入氣缸的新鮮空氣和廢氣的量是通過(guò)節(jié)氣門(mén)和EGR閥來(lái)分別控制的。在具有電控單元(ECU)的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中，該電控單元被布置成以閉 環(huán)形式控制EGR閥的位置(如果EGR閥可以用位置反饋回路控制)，并且 通過(guò)作用在節(jié)氣門(mén)或EGR閥上來(lái)控制在進(jìn)氣岐管中的空氣或氧氣量， EGR比率、X、排氣岐管中的氧氣量。ECU還被設(shè)置成以開(kāi)環(huán)形式控制流過(guò)EGR閥的氣體溫度(在EGR系 統(tǒng)中存在冷卻器旁^各的情況下)，并且控制增壓系統(tǒng)(charging system)的標(biāo) 記位置(flag position)(在存在可以用位置反饋回路控制的增壓系統(tǒng)的情況 下)。此外，ECU還被設(shè)置成借助于升高壓力控制器，利用來(lái)自 力傳感器的信號(hào)，控制增壓系統(tǒng)(如果存在的話)下游的壓力。已知的空氣控制系統(tǒng)設(shè)置有空氣控制器和升高壓力控制器，它們包含在ECU中，使得發(fā)動(dòng)機(jī)利用ECU所設(shè)定的預(yù)定新鮮空氣設(shè)定點(diǎn)和壓力升 高設(shè)定點(diǎn)來(lái)工作。空氣控制器的輸入是新鮮空氣設(shè)定點(diǎn)和進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮質(zhì)量空氣流 的實(shí)際值，后者通過(guò)放置在渦輪增壓器入口處的空氣質(zhì)量傳感器來(lái)測(cè)量。升高壓力控制器的輸入是壓力升高設(shè)定點(diǎn)和在進(jìn)氣岐管中的升高壓力 的實(shí)際值，后者是通過(guò)放置在進(jìn)氣岐管中、新鮮空氣流和再循環(huán)氣體流之 間的混合點(diǎn)下游處的傳感器測(cè)量的?？諝饪刂破鞯妮敵鍪菍?duì)于EGR和節(jié)氣門(mén)二者的致動(dòng)請(qǐng)求(actuation request )，該致動(dòng)請(qǐng)求被分別傳送到控制兩個(gè)閥的開(kāi)度的兩個(gè)不同的位置控 制器。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于節(jié)氣門(mén)和EGR閥的控制基于單個(gè)空氣設(shè)定 點(diǎn)，并且這導(dǎo)致在控制排放和協(xié)調(diào)兩個(gè)閥方面存在困難。發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的控制EGR閥和節(jié) 氣門(mén)的方法，該方法允許獨(dú)立控制每個(gè)閥，以便獲得更好的排放控制。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的通過(guò)一種控制內(nèi)燃機(jī)中的節(jié)氣門(mén)和EGR閥的 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括測(cè)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值的步 驟，該方法的特征在于還包括如下步驟確定表示排氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)；作為所述排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)的函數(shù)，計(jì)算空氣基準(zhǔn)值；確定代表發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氧氣濃度的氧氣濃度反饋值；通過(guò)比較所述實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值和空氣基準(zhǔn)值，獲得用于節(jié)氣門(mén)的位置信息；通過(guò)比較所述氧氣濃度反饋值和氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)，獲得用于EGR閥 的位置信息；根據(jù)所述各個(gè)相應(yīng)的位置信息，控制節(jié)氣門(mén)和EGR閥。 其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣岐管和渦輪增壓器，且其中，所述方法還 包括如下步驟確定進(jìn)氣岐管中的壓力升高設(shè)定點(diǎn)； 測(cè)量進(jìn)氣歧管內(nèi)的實(shí)際升高壓力值； 比較所述壓力升高設(shè)定點(diǎn)和實(shí)際升高壓力值；根據(jù)所述比較結(jié)果，借助于所述渦輪增壓器控制進(jìn)氣岐管內(nèi)的壓力。 其中，所述氧氣濃度反饋值是表示排氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的排氣氧氣 濃度反饋值。其中，確定排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)的步驟包括以下步驟 確定表示進(jìn)氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的進(jìn)氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)； 根據(jù)以下方程計(jì)算排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)尺 K W其中"是發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)定容積效率，Veng是預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)排量，N卿是發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速，R,m是理想氣體常數(shù)，T,m是進(jìn)氣岐管溫度設(shè)定點(diǎn)。其中，所述氧氣濃度反饋值是表示進(jìn)氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的進(jìn)氣氧氣 濃度反饋值。其中，所述空氣基準(zhǔn)值是根據(jù)以下方程計(jì)算的l十IA].一—jW其中，Mfuel是注入燃料的量，Mfue!-bumt是在所注入的燃料量中參與燃 燒過(guò)程的部分，Csr是理論配比空燃比，
&是預(yù)定基準(zhǔn)氧氣濃度。本發(fā)明的目是由一種用于控制內(nèi)燃機(jī)中的節(jié)氣門(mén)和EGR閥的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括處理裝置(ECU)，該處理裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)，并且被設(shè)置成在輸入端接收進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮質(zhì)量空氣流值，且輸出致動(dòng)信號(hào)，來(lái)控制EGR閥和節(jié)氣門(mén)的位置，所述處理裝置(ECU)適于執(zhí)行如 上所述的方法。特定的實(shí)施方式的內(nèi)容被理解為本描述的一個(gè)整體或一體的部分。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面僅借助于非限定性實(shí)施例參照附圖 提供的詳細(xì)描述中變得清楚，該附圖表示內(nèi)燃機(jī)的示意圖和用于根據(jù)本發(fā)明的方法控制EGR閥和節(jié)氣門(mén)的ECU的方塊圖。圖1示出內(nèi)燃機(jī)的示意圖以及電控單元ECU的方塊圖，該ECU用于 根據(jù)本發(fā)明的方法控制EGR閥和節(jié)氣門(mén)。
具體實(shí)施方式
在圖中，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值通過(guò)放置在渦輪增壓器 lb附近的空氣質(zhì)量傳感器la測(cè)量并且由符號(hào)1表示。在進(jìn)氣岐管中的進(jìn) 氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
沖濕和壓力升高設(shè)定點(diǎn)Pb。。st由控制單元ECU通過(guò)相 應(yīng)的進(jìn)氣氧氣設(shè)定點(diǎn)模塊2和壓力升高設(shè)定點(diǎn)模塊4作為發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù) 載的函數(shù)來(lái)確定。替代的，可以不確定進(jìn)氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
5[^。在下一個(gè)空氣基準(zhǔn)計(jì)算模塊6中，空氣基準(zhǔn)值A(chǔ)irref加獄通過(guò)以下方程[o2]氣[o2]。1 +[o2](1)其中，Mfuel是注入燃料的量，Mfuel—bu加是在所注入的燃料量中參與燃燒過(guò)程的部分，Csr是理論配比空燃比，
印固是在排氣岐管中排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)，這由控制單元ECU中的排氣氧氣設(shè)定點(diǎn)模塊5來(lái)確定，如 下面將討論的，
&是新鮮空氣中的氧氣含量(例如在體積濃度的情況 下為20.95%)。排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
spEM由模塊5根據(jù)以下兩個(gè)部分來(lái)提供1) 作為發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)(發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載)的函數(shù)來(lái)確定；以及2) 根據(jù)以下方程來(lái)計(jì)算(如果確定了進(jìn)氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
5一)。 7[o2]尸 I7 /V
?！ǔ? F tV一尺—:rJi(2)其中r(是容積效率，Veng是發(fā)動(dòng)機(jī)排量，Neng是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，Rim是理 想氣體常數(shù)，Tim是進(jìn)氣岐管溫度設(shè)定點(diǎn)。替代的，壓力升高設(shè)定點(diǎn)Pb。。st和進(jìn)氣岐管溫度設(shè)定點(diǎn)Tim可以用相應(yīng) 的實(shí)際壓力和實(shí)際溫度來(lái)替代，后者是由放置在進(jìn)氣岐管中的傳感器所測(cè) 量的。另外，上面引用的參數(shù)的其他組合也是可能的。簡(jiǎn)要的總結(jié)，根據(jù)本發(fā)明，因此兩個(gè)選項(xiàng)是有可能的1 )排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
spEM在控制單元ECU中確定，且然后它用于通過(guò)方程1計(jì)算空氣基準(zhǔn)值A(chǔ)irreference;2)進(jìn)氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
^M在控制單元ECU內(nèi)確定，并且它用于 通過(guò)方程2計(jì)算相應(yīng)的排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)，以便具有能夠用于方程1的 值，從而計(jì)算空氣基準(zhǔn)值A(chǔ)irreference。由信號(hào)1表示的空氣基準(zhǔn)值A(chǔ)hWe，ce和實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值然后被傳送到節(jié)氣門(mén)空氣控制器模塊8,該節(jié)氣門(mén)空氣控制器模塊8比較所述 值，并且確定必須要設(shè)定的節(jié)氣門(mén)10的打開(kāi)或關(guān)閉程度，從而使得實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值1與控制基準(zhǔn)值A(chǔ)i^ferenee相等。節(jié)氣門(mén)空氣控制器模塊 8的輸出是位置請(qǐng)求，該位置請(qǐng)求被傳送到節(jié)氣門(mén)位置控制器12,后者控 制節(jié)氣門(mén)10的開(kāi)度。排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
51)固或者進(jìn)氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
印固(如果存在的話)與氧氣濃度反饋值一起被送往EGR空氣控制器模塊14，其中氧 氣濃度反饋值由傳感器測(cè)量或者由控制單元ECU以已知的方式估算。如 果排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)[O丄pEM由ECU確定的話，所述氧氣濃度反饋值是是排氣氧氣濃度反饋值
艦M，或者，如果進(jìn)氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)
3{^是 由ECU確定的話，它是進(jìn)氣氧氣濃度反饋值
fdJM。EGR空氣控制器模塊14比較設(shè)定點(diǎn)和反饋值，并且確定必須被設(shè)定 的EGR閥16的關(guān)閉或打開(kāi)程度，以便使得氧氣濃度反饋值等于相應(yīng)的設(shè) 定點(diǎn)。所述EGR空氣控制器14的輸出是傳送到EGR位置控制器18的位 置請(qǐng)求，該EGR位置控制器控制EGR閥16的開(kāi)度。壓力升高設(shè)定點(diǎn)Pb,t被與實(shí)際升高壓力值Pact—起向升高壓力控制器20傳送，所示實(shí)際升高壓力值由放置在進(jìn)氣岐管(未示出)內(nèi)的傳感器測(cè) 量。升高壓力控制器20比較所述值并且輸出控制信號(hào)，用于操縱渦輪增壓器lb,以便進(jìn)氣岐管內(nèi)側(cè)的壓力等于壓力升高設(shè)定點(diǎn)Pb。。st。如果沒(méi)有渦輪增壓器lb，則不使用升高壓力控制器，并且在方程l中，取代壓力升高 設(shè)定點(diǎn)Pb。。st，使用實(shí)際升高壓力值Pact。通過(guò)上面披露的根據(jù)本發(fā)明的方法的各步驟，可以通過(guò)單獨(dú)的空氣控制器來(lái)控制EGR閥16和節(jié)氣門(mén)10,每個(gè)控制器使用不同的輸入設(shè)定點(diǎn)。 所述不同的設(shè)定點(diǎn)仍然彼此相關(guān)，尤其是，可以基于已經(jīng)為EGR空氣控 制器14和升高壓力控制器20存在的設(shè)定點(diǎn)來(lái)確定用于節(jié)氣門(mén)空氣控制器 8的設(shè)定點(diǎn)。這允許在所有控制器之間具有相關(guān)設(shè)定點(diǎn)，并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排 放進(jìn)行更好地控制。本發(fā)明可應(yīng)用于配備了渦^r增壓器和EGR系統(tǒng)的內(nèi)燃才幾。EGR系統(tǒng) 可以帶有或沒(méi)有冷卻器或冷卻器和冷卻器旁路。EGR閥可以例如是氣動(dòng)的 或電磁閥，可以用或不用位置反饋回路控制。這些情況同樣可以應(yīng)用于節(jié)氣門(mén)° - 。 、 t ':口-、、-。'。、…、、系統(tǒng)。此外，本發(fā)明可應(yīng)用于柴油機(jī)和汽油才幾。顯然，本發(fā)明的原理保持相同，實(shí)施方式和產(chǎn)品細(xì)節(jié)可以從借助于非 限定性實(shí)施例在此所描述的和圖示相當(dāng)大地變化，而不背離如所附權(quán)利要 求書(shū)限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制內(nèi)燃機(jī)中的節(jié)氣門(mén)(10)和EGR閥(16)的方法，該方法包括測(cè)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值(1)的步驟，該方法的特征在于還包括如下步驟確定表示排氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)([O2]spEM)；作為所述排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)([O2]spEM)的函數(shù)，計(jì)算空氣基準(zhǔn)值(Airreference)；確定代表發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氧氣濃度的氧氣濃度反饋值([O2]fdIM、[O2]fdEM)；通過(guò)比較所述實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值(1)和空氣基準(zhǔn)值(Airreference)，獲得用于節(jié)氣門(mén)(10)的位置信息；通過(guò)比較所述氧氣濃度反饋值([O2]fdIM、[O2]fdEM)和氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)([O2]spEM)，獲得用于EGR閥(16)的位置信息；根據(jù)所述各個(gè)相應(yīng)的位置信息，控制節(jié)氣門(mén)(10)和EGR閥(16)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣岐管和渦輪 增壓器(lb),且其中，所述方法還包括如下步驟確定進(jìn)氣岐管中的壓力升高設(shè)定點(diǎn)(Pb。。st); 測(cè)量進(jìn)氣歧管內(nèi)的實(shí)際升高壓力值(Pact);比較所述壓力升高設(shè)定點(diǎn)(Pb。。st)和實(shí)際升高壓力值(Pact);根據(jù)所述比較結(jié)果，借助于所述渦輪增壓器(lb)控制進(jìn)氣岐管內(nèi)的壓力。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述氧氣濃度反饋值 (
fdlM、 [02kEM)是表示排氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的排氣氧氣濃度反饋值(
她M )。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，確定排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn) (
spEM )的步驟包括以下步驟確定表示進(jìn)氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的進(jìn)氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)(
spIM ); 根據(jù)以下方程計(jì)算排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)(
spEM):<formula>formula see original document page 3</formula>+ m其中T1是發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)定容積效率，Veng是預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)排量，N^是發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速，Rim是理想氣體常數(shù)，Tim是進(jìn)氣岐管溫度設(shè)定點(diǎn)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述氧氣濃度反饋值(
fdIM、[o2]fdEM )是表示進(jìn)氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的進(jìn)氣氧氣濃度反饋值([o2]fdIM )。
6. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述空氣基準(zhǔn)值 (Airreference)是根據(jù)以下方程計(jì)算的氣[o2]<formula>formula see original document page 3</formula>
.
。其中，My是注入燃料的量，Mfue,-b,t是在所注入的燃料量中參與燃 燒過(guò)程的部分，C^是理論配比空燃比，
^是預(yù)定基準(zhǔn)氧氣濃度。
7. —種用于控制內(nèi)燃機(jī)中的節(jié)氣門(mén)(10)和EGR閥(16)的系統(tǒng)， 包括處理裝置(ECU),該處理裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)，并且被設(shè)置成在輸 入端接收進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮質(zhì)量空氣流值(1),且輸出致動(dòng)信號(hào)，用來(lái)控 制EGR閥(16)和節(jié)氣門(mén)(10)的位置，所述處理裝置(ECU)適于執(zhí) 行如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種控制內(nèi)燃機(jī)中的節(jié)氣門(mén)和EGR閥的方法及系統(tǒng)，該方法包括測(cè)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值的步驟，該方法的特征在于還包括如下步驟確定表示排氣岐管內(nèi)的氧氣濃度的排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)；作為所述排氣氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)的函數(shù)，計(jì)算空氣基準(zhǔn)值；確定代表發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氧氣濃度的氧氣濃度反饋值；通過(guò)比較所述實(shí)際新鮮質(zhì)量空氣流值和空氣基準(zhǔn)值，獲得用于節(jié)氣門(mén)的位置信息；通過(guò)比較所述氧氣濃度反饋值和氧氣濃度設(shè)定點(diǎn)，獲得用于EGR閥的位置信息；根據(jù)所述各個(gè)相應(yīng)的位置信息，控制節(jié)氣門(mén)和EGR閥。
文檔編號(hào)F02D21/08GK101603468SQ20091014124
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者南多·文內(nèi)蒂利, 馬西米利亞諾·梅拉 申請(qǐng)人:Gm全球科技運(yùn)作股份有限公司