CN1761804A - 用来确定－阀操作子位置的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

对内燃机(101)的废气再循环阀(117)确定一阀操作子位置。阀位置可根据瞬时内燃机速度工况(313)调整和/或根据瞬时内燃机负载工况(309)调整。在高瞬时状态下，EGR阀进一步关闭而允许更多空气到达内燃机汽缸，由此提高内燃机性能。

Description

用来确定一阀操作子位置的方法和装置
发明领域
本发明涉及一内燃机，包括但不限于在内燃机引擎中对废气再循环(EGR)系统的控制。
背景技术
如熟知的那样内燃机包括废气再循环(EGR)系统以减少NOx(氧化氮)排放。空气通过一涡轮增压机经由将空气压缩的压缩机进入内燃机。被压缩的空气流入一进气歧管并进入内燃机汽缸内。该压缩器连接于一被来自于汽缸的废气驱动的涡轮。来自于汽缸的废气进入一排气歧管并流入涡轮。废气逸出涡轮并排放到大气中。废气的一部分被转移并进入内燃机并被导回至进气歧管。排放到汽缸的最终产物空气既包含新鲜空气又包含燃烧的废气。
为获得要求的通过EGR系统并进入进气歧管的废气流，排气歧管中的压力必需高于进气歧管中的(进气)压力。另外，EGR系统的高效使用提供一最小空气—燃料比以产生相对干净、无烟的燃烧。在空气—燃料比适合于EGR应用的情况下，要求最大化EGR流以减少NOx排放量。对EGR系统的不适当使用可能导致低劣的内燃机性能，包括不足够的空气—燃料比、空气流动不稳定性、内燃机转速波动、内燃机脱落、白烟和黑烟和/或噪声。
因此，要求一种能够提供高效的空气—燃料比以减少低劣的内燃机性能的EGR系统。
发明内容
一确定废气再循环阀的阀操作子位置的方法包括：确定用于内燃机的废气再循环阀的一基准位置。该基准位置是基于内燃机的当前瞬时转速工况和当前瞬时负载工况中的至少其中之一而调整的，并产生一阀操作子位置信号。该阀操作子位置信号被送至废气再循环阀。
附图说明
图1是使用本发明的EGR系统的内燃机的框图。
图2是确定本发明中EGR阀位置的内燃机控制模块中的一部分的框图。
图3是表示一确定本发明中的EGR阀位置的方法的流程图。
具体实施方式
下面将对用于确定内燃机中的废气再循环阀的阀操作子位置的装置和方法进行描述。该阀位置可根据瞬时内燃机转速工况和/或瞬时内燃机负载工况而调节。在高瞬时状态下，EGR阀进一步关闭，以允许更多空气到达内燃机的汽缸，由此提高内燃机性能。
图1示出使用EGR系统的内燃机101的简图。空气进入一包括涡轮105的涡轮增压机的压缩器103。经压缩的空气逸出压缩器103并由中间冷却器107冷却。由中间冷却器107输出的冷却空气在进入汽缸111之前先流入进气歧管109。来自汽缸111的废气进入排气歧管113，排气歧管113将废气的一部分馈送至EGR系统中并将废气的剩余部分馈送至涡轮105，在那里被排出系统之外。
废气进入RGA系统并流过EGR冷却器115。经冷却的废气流过一具有操作子的EGR阀，操作子可以是诸如碟型(一般被成为蝶形)、球型、滑动型、置于一轴向件上的一个或多个座体等诸如此类，可通过对阀隙的调整而确定使多少气流通过EGR阀117。根据将阀操作子开启或关闭到什么样的程度，冷却后的废气通过阀进入EGR出口119。一内燃机控制模块(ECM)121控制EGR阀的位置(即操作子的开启关闭程度)。经冷却的废气和压缩空气在进气歧管109中混合，其产物流被送至汽缸111。
图2示出确定EGR阀位置的ECM的一部分的简图。EGR阀位置与用于EGR阀的操作子位置是等同的。操作子是阀的一部分，它移动并根据操作子位置或允许全部流过或允许部分流过或截流。
ECM121通过将阀操作子位置信号发送至EGR阀117而控制用于EGR阀的操作子的位置。EGR阀117接收来自ECM121的阀操作子位置信号并调节操作子到一对应于阀操作子位置信号中(所确定)的位置的位置。例如，为完全关闭EGR阀117。可使用0值的位置信号，反之可使用1值的位置信号完全开启EGR阀117，介于开启和关闭位置之间的中间位置可使用如0.5之类值用于半开启EGR阀117。
尽管ECM121通过这里描述的实施例来确定EGR阀117位置，也可使用其他设备或处理器以提供该功能。ECM121还可提供除了确定EGR阀117位置之外的用于内燃机101的其他功能。
一基准操作子位置判定器201将一内燃机转速或内燃机负载作为输入接收并产生一EGR阀的基准操作子位置。该基准操作子位置判定器201可通过存储在由ECM121访问的存储器中的查找表而实现。基准操作子位置可以是例如介于0和1之间的值，其中0表示阀关闭而1表示阀开启。分数值可表示阀开启(关闭)的程度。表1示出多种内燃机转速和负载下示例性的基准操作子位置数据，内燃机转速以每分钟的转数(RPMs)计量。表1中的内燃机负载是燃料需求量或燃料要求。负载或燃料需求是由ECM121确定的，ECM将其作为维持一所需内燃机转数/负载所需的燃料量的函数而确定，这通过对加速踏板的输入而实现并由单位(mg/stk)/s计量。表1中示出的EGR阀位置被解释为：为0时表示完全关闭而100时表示完全开启，介于0和100的值表示阀开启(以百分比表示)的程度，例如，10％开启、30％开启、50％开启等。
                              负载(mg/stk)/s
NRPM   负载1   负载2   负载3   负载4   负载5
N1 1030303030 03050100100 050100100100 0100100100100 0100100100100
  N2
  N3
  N4
  N5
                            表1
一负载瞬时判定器203将内燃机转速和瞬时或微分内燃机负载(Δ负载)作为输入接收并产生负载瞬时乘数。该负载瞬时乘数判定器203可例如通过一存储在由ECM121访问的存储器内的查找表实现。表2示出在不同内燃机转速和瞬时负载下示例性的负载瞬时乘数数据。用于负载瞬时乘数的值可以例如在0和1之间，其中负载瞬时乘数在当前瞬时负载工况大时更接近0并在当前瞬时负载工况小时更接近1。表2中内燃机转速以单位RPM计量。内燃机负载的改变或瞬变可发生在恒定内燃机转速或变化的内燃机转速工况下。负载瞬变可通过比较在不同时间的实际燃料需求量或燃料要求而确定。时间可由例如0.5秒分隔。在给定的时间周期内可能会存在内燃机负载/燃料急速增加。在这类的内燃机工况下，空气-燃料比很低且EGR流是不希望的。因此，表2的数据反映负载瞬变的不同水平以及EGR阀117位置所受影响的程度或是不受影响。
                             Δ负载(mg/stk)/s
NRPM  -Δ负载3  -Δ负载2  -Δ负载1  +Δ负载1 +Δ负载2 +Δ负载3
N1 0000.10.30.75 00.20.50.60.751 111111 111111 00.20.50.60.751 0000.10.30.75
 N1
 N3
 N4
 N5
 N6
                                     表2
转速瞬时判定器205将内燃机转速或瞬时或微分内燃机转速(ΔN)作为输入接收并产生一转速瞬时乘数。该转速瞬时乘数判定器203可例如通过一存储在由ECM121访问的存储器内的查找表实现。表3示出在不同内燃机转速和瞬时转速下示例性的转速瞬时乘数数据。用于转速瞬时乘数的值可以例如在0和1之间，其中转速瞬时乘数在当前瞬时转速工况高时更接近0并在当前瞬时转速工况低时更接近1。表3中内燃机转速和转速瞬变以单位RPM计量。转速瞬变可通过比较在不同时间的内燃机转速而确定。时间可由例如0.5秒分隔。在给定的时间周期内可能会存在内燃机转速的急速增加。在这类的内燃机工况下，空气-燃料比很低且EGR会有不希望的流动。因此，表2的数据反映负载瞬变的不同水平以及EGR阀117位置所受影响的程度或是不受影响。
                               ΔN RPM
NRPM -ΔN3 -ΔN2 -ΔN1 +ΔN1 +ΔN2 +ΔN3
N1 000.150.20.60.8 00.20.50.70.851 111111 111111 00.20.60.70.851 000.150.20.60.8
  N2
  N3
  N4
  N5
  N6
                                     表3
根据所要求的精确度和/或变量值的范围，额外的或更少的数据点可用于表1、表2和表3中，其他值也可插值于其中。内燃机转速、内燃机负载、内燃机瞬变、负载瞬变、转速范围、负载范围和瞬变范围均能响应于内燃机而改变。本发明使内燃机负载瞬变和内燃机转速瞬变可被独立地调整。这类瞬变的不同层次的组合同样可被考虑在内。
一组合器207将基准操作子位置、负载瞬时乘数以及转速瞬时乘数作为输入接收并组合这些值，由此产生一要求的操作子位置信号。当出现负载瞬时乘数的值介于0和1之间以及转速瞬时乘数的值介于0和1之间的情况，组合器207可以是一乘法器，它将基准操作子位置、负载瞬时乘数和转速瞬时乘数相乘以获得所需的操作子位置信号。
阀操作子位置信号可等同于所要求的操作子位置信号。较佳地，所要求的操作子位置信号可被处理以生成发送至EGR阀117的阀操作子位置信号。这类操作可以发生在处理器209中，如图2所示。一般来说，处理器调整对进气歧管109中的气压所要求的操作子位置信号并确认EGR阀117的控制。一示例处理器包括一升压调节器211，它将所需的操作子位置信号和当前升压数据作为输入接收并产生一调整当前升压数据(即进气歧管109侧的气压)的升压调整阀位置。例如当高压水平作用一可观的力到EGR阀117，该EGR阀117开启更多。一表征当前EGR阀位置的信号由加法器213从所需操作子位置信号中被减去，其输出结果至一EGR位置比例积分导数器215，其作用为补偿EGR阀位置控制中的误差，产生一调节阀控制中的任何偏移或误差的所要求操作子位置信号的修正阀位置。修正阀位置通过加法器217被加到升压调节阀位置，该加法器217输出被送至EGR阀117的阀操作子位置信号
图3示出一确定EGR阀位置的方法的流程图。流程图中的步骤由图1和图2中所示实施例中的ECM121实现。在步骤301中确定内燃机的当前内燃机转速。在步骤303中确定内燃机的当前内燃机负载。在步骤305中确定EGR阀117的基准位置。如果在步骤307中出现一负载瞬变，则通过将EGR阀117的基准位置乘以一小于1的负载瞬时乘数值而调节EGR阀的基准位置，由此将EGR阀117关闭至一由负载瞬变乘数值所驱动的程度。负载瞬变乘数值在当前瞬变负载工况大的情况下使阀操作子进一步关闭，并在当前瞬变负载工况小或不存在的情况下不对阀操作位置产生作用。很大的负载瞬变导致负载瞬变乘数值为0从而有效地关闭EGR阀117。当大负载瞬变工况出现在内燃机中时，EGR阀117开启时内燃机中可能不存在足够的空气量，而关闭EGR阀117允许更多的空气到达内燃机，由此改善其处于负载瞬变工况下的性能。如果在步骤307中不存在负载瞬变，则对EGR阀117的基准位置不作任何调整，正如在取负载瞬变乘数值等于1的情况下那样。
在步骤311后的处理中确定内燃机中是否存在转速瞬变。如果在步骤311中存在转速瞬变，则通过例如将EGR阀117的位置乘以小于1的转速瞬变乘数值而调整EGR阀117的位置，由此关闭EGR阀117至一由转速瞬时乘数所驱动的程度。转速瞬变乘数值在当前瞬变转速工况大的情况下使阀操作子进一步关闭，并在当前瞬变转速工况小或不存在的情况下不对阀操作位置产生作用。很大的转速瞬变导致转速瞬变乘数值为0从而有效地关闭EGR阀117。当大转速瞬变工况出现在内燃机中时，EGR阀117开启时内燃机中可能不存在足够的空气量，而关闭EGR阀117允许更多的空气到达内燃机，由此改善其处于转速瞬变工况下的性能。如果在步骤311中不存在转速瞬变，则对EGR阀117的基准位置不作任何调整，正如在取转速瞬变乘数值等于1的情况下那样。
在步骤315中，可选择的额外处理，诸如由处理器209提供的处理，可执行于位置信号中，在步骤317中，阀操作子位置信号被发送至EGR阀117，且随后的处理继续于步骤301。
尽管本发明以六缸内燃机为例示出，本发明还可适用于：具有一个或多个汽缸的内燃机，包括那些少于或多于六缸；多种类型的内燃机，诸如I-4、I-6、V-6、V-8之类；具有不同汽缸点火次序的内燃机、柴油内燃机、汽油内燃机或其他类型内燃机；涡轮升压或非涡轮升压内燃机以及任何尺寸的内燃机。本发明的优点是可根据内燃机转速瞬变和/或内燃机负载瞬变独立地调节EGR阀位置。在高瞬变内燃机工况下，当可能出现低劣的空气流动时，EGR阀关闭以允许空气更好地流动至内燃机。同样的，当瞬变内燃机工况很小或不存在时，可能存在好的通气量，则允许EGR值象平常那样存在。因此当存在内燃机工况而使空气-燃料比低时，EGR流动被降低或消灭。较好的内燃机性能导致较好的空气-燃料比，减少的空气流动非稳定性，较少出现的内燃机失误，较少的白烟或黑烟，较低的NOx、烃、烟和/或颗粒物质排放产物。在内燃机瞬变工况下，整个内燃机性能得以改善。本发明的EGR阀位置控制不受废气背压的影响，因此消除了在EGR阀位置控制和其他依赖废气背压的，例如一几何可变的涡轮升压器或一电气控制的废气门涡轮的空气系统控制之间所潜在的不稳定性。
本发明在不脱离其精神和必需特征的前提下可以其他特定形式体现。所描述的实施例从各方面考虑只能作为示例而非限制性的。本发明的范围是由所附权利要求书限定而不是由先前的描述所限定。所有在等效于权利要求的意思和范围内的改变均在其表达范围内。

Claims (20)

1.一种方法：包括下列步骤：
确定内燃机的废气再循环阀的基准位置；
基于内燃机的当前瞬时转速工况和当前瞬时负载工况中的至少一个而调整基准位置并产生一阀操作子位置信号；
将阀操作子位置信号发送至废气再循环阀。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：基于内燃机的当前瞬时转速工况和当前瞬时负载工况调整基准位置并产生阀操作子位置信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在当前瞬时转速工况高的情况下所述基准位置进一步关闭，并且其中当前瞬时负载工况大的情况下所述基准位置进一步关闭。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节步骤包括确定(a)基于当前内燃机转速和瞬时内燃机负载而产生的负载瞬时乘数值和(b)基于当前内燃机转速和瞬时内燃机转速而产生的转速瞬时乘数值中的至少一个。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述负载瞬时乘数值具有介于0和1之间的值，其中转速瞬时乘数值具有介于0和1之间的值，且阀操作子位置信号具有范围介于0和1之间的值，其中0表示阀操作子位置处于关闭而1表示阀操作子位置处于开启。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基准位置是基于内燃机的负载和内燃机转速而定的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：对于内燃机的空气入口处的压力调整阀操作子位置信号。
8.一种方法，包括下列步骤：
确定内燃机的负载和内燃机转速；
确定基于内燃机的当前瞬时负载工况而产生的负载瞬时乘数值和基于内燃机的当前瞬时转速工况而产生的转速瞬时乘数值中的至少一个；
基于负载、内燃机位置、以及负载瞬时乘数值和转速瞬时乘数值中的至少一个确定内燃机的废气再循环阀的阀操作子位置。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在当前瞬时转速工况高的情况下转速瞬时乘数值使阀操作子进一步关闭，且在当前瞬时负载工况大的情况下负载瞬时乘数值使阀操作子进一步关闭。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，负载瞬时乘数值具有介于0和1之间的值，其中转速瞬时乘数值具有介于0和1之间的值，且阀操作子位置具有范围介于0和1之间的值，其中0表示阀操作子位置处于关闭而1表示阀操作子位置处于开启。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括步骤：对于内燃机空气入口处的压力调整阀操作子位置。
12.一装置，包括：
一具有一操作子的废气再循环阀，其中所述废气再循环阀被配置并构造成接收一阀操作子位置信号并调整操作子至一由阀操作子位置信号所表示的位置；
一基准操作子位置判定器，被配置并构造成接收一内燃机转速值和一内燃机负载值并产生一基准操作子位置；
一负载瞬时乘数值判定器，被配置并构造成接收内燃机转速值和一内燃机负载瞬时值并产生一负载瞬时乘数值；
一速度瞬时乘数值判定器，被配置并构造成接收内燃机速度值和一内燃机速度瞬时值并产生一负载瞬时乘数值；
一组合器，可操作地连接于废气再循环阀、基准操作子位置判定器、负载瞬时乘数值判定器以及速度瞬时乘数值判定器，其中，所述组合器被配置并构造成对基准操作子位置、负载瞬时乘数值和负载瞬时乘数值进行组合，并产生一所要求的操作子位置信号；
其中，阀操作子位置信号是基于所要求操作子位置信号的。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述阀操作子位置信号等于所要求操作子位置信号。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括一处理器，被配置并构造成至少基于一废气再循环阀操作子位置处理所要求的操作子位置信号为阀操作子位置信号。
15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，基准操作子位置判定器生成一介于0和1之间的值，负载瞬时判定器生成一介于0和1之间的值，速度瞬时判定器生成一介于0和1之间的值。
16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述负载瞬时乘数值当内燃机负载瞬时值大时更接近0，当内燃机负载瞬时值小时负载瞬时乘数值更接近1，其中速度瞬时乘数值当内燃机速度瞬时值大时更接近0，速度瞬时乘数值当内燃机速度瞬时值小时更接近1。
17.如权利要求12所述的装置，其特征在于，对应于废气再循环阀操作子的关闭，阀操作子位置信号等于0；对应于废气再循环阀操作子的开启，阀操作子位置信号等于1。
18.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括一升压调节器，被配置并构造成基于进气歧管外的空气压力调整所要求操作子位置信号。
19.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述组合器是一乘法器。
20.一种包括如权利要求12所述的装置的内燃机。
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