进气集管氧控制制造技术

一种控制具有新鲜空气入口和尾气再循环（ＥＧＲ）回路的内燃机的进气集管氧的方法包括以下步骤：建立用于内燃机中燃烧的理想过量氧比；计算输送至内燃机进气集管的氧的总质量流量以维持理想的过量氧比；确定ＥＧＲ气体质量流量中的ＥＧＲ氧的质量流量；并通过再调节ＥＧＲ阀来控制输送至进气集管的新鲜氧的要求质量流量，从而使新鲜氧的要求质量流量与ＥＧＲ氧的质量流量之和等于氧的要求总质量流量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机，尤其是具有尾气再循环控制的卡车柴油内燃机。
技术介绍
柴油内燃机是目前北美制造的许多卡车的动力装置。柴油内燃机燃烧必须受到精确控制以使排放减至最小。确定排放量的诸多因素中的一个是燃烧过程中存在过量的氧。尾气再循环(EGR)是使内燃机一部分尾气再循环回到内燃机汽缸过程，并已用来减少峰值燃烧温度、降低过量氧含量并减少NOx排放。普遍地，柴油机配备有单级或双级涡轮增压器。双极涡轮增压器包括在尾气系统中呈串流关系的高压和低压涡轮机，其在进气系统中以串流关系运作高压和低压压缩机以形成增压是涡轮增压器的一个例子。单级涡轮增压器只有一个涡轮机和一个压缩机。美国公布申请2008/007816描述了一种用于涡轮增压的柴油机的内燃机控制系统，其中当实际增压偏离通过增压控制策略形成的要求增压设定点时，例如在突然加速或减速期间，该策略提供试图消除(null out)增压差异的尾气再循环(EGR)迅速调节。美国公布的申请2008/0078176披露一种基于若干参数建立要求的EGR设定点的EGR阀的控制策略，所述参数包括内燃机速度、内燃机指示扭矩以及进入进气系统的新鲜空气的质量流量。EGR阀基于EGR设定点受占空比信号控制。EGR设定点的变化通过控制器使占空信号的占空比改变，所述控制器典型为在处理策略中体现为虚拟控制器的PID(比例-积分-微分)控制器。美国公布申请2008/0078176中用于控制涡轮增压器增压的策略基于若干参数建立要求的增压设定点，所述参数包括内燃机速度和内燃机指示扭矩。通过控制涡轮增压器的控制策略控制增压设定点，尤其是控制可变几何涡轮增压器(VGT)叶片的位置。叶片位置通常通过基于增压设定点将占空信号施加到的驱动器而得到控制。占空比信号也可由增压控制策略中的PID控制器产生。根据美国公布申请2008/0078176，作出多种计算。由合用算法执行的一种计算使用实际增压来提供通过内燃机汽缸的质量流量。以任意合用方式执行的另一种计算提供进入内燃机进气系统的新鲜空气的实际质量流量。然后将与进入进气系统的新鲜空气混合的再循环尾气的质量流量计算为流过内燃机汽缸的计算质量流量和进入进气系统的新鲜空气的实际质量流量之间的差。EGR阀以这样一种方式建模：即对于通过EGR阀的质量流量有关的某些主要条件，例如尾气温度和阀入口和出口之间的压力差，定义流过阀的质量流量和EGR阀开启程度之间的关联。为了消除突然加速或减速过程中的增压差异，控制系统使用流过EGR阀的流量和EGR阀开启的程度之间的关系来定义阀开度的调节，这种调节以试图消除增压差异的方式调节流过EGR阀的质量流量。美国公布申请2008/0078176的控制系统沿尝试消除要求的增压设定点和实际增-->压之间的差的调节方向来执行再循环尾气的质量流量的前馈调节。系统处理一个数据，该数据是代表流过内燃机汽缸的实际质量流量的数据和代表流过内燃机汽缸的预期质量流量的数据之间的差，从而形成施加于EGR阀以造成调节的前馈调节信号。前述方法控制EGR气体与新鲜空气之比，在例如车辆加速和减速过程的瞬时条件下，该方法可中断。专利技术人认识到在现实中，EGR包含可变氧量，在大约0％-21％附近。随着对排放减少的内燃机改善越来越高的要求，EGR不包含氧的设想对进一步减少排放作出了限制。专利技术人认识到需要一种用于柴油机的内燃机控制系统，这种系统更精密地控制燃烧和燃料/空气混合物以提供减少的排放和增强的内燃机效率。专利技术人认识到需要一种过量氧控制算法，这种算法试图准确地监控和精确地控制可供柴油机中燃烧的过量氧。
技术实现思路
本专利技术提供一种内燃机控制算法，这种算法计算和控制输送入内燃机进气集管的EGR以及新鲜空气的精确量以最好地减少排放。这种算法作为对例如以参见的方式纳入本文的美国公布申请2008/0078176中披露的已知EGR控制策略的改进。根据本专利技术的算法，由于新鲜空气中的含氧百分比是已知的，因此从新鲜空气的测得质量流量得出来自新鲜空气的氧的质量流量。EGR气体的质量流量由EGR阀位置和阀两侧的压降测得。替代地，EGR质量流量可通过计算流过内燃机的总质量空气流量和新鲜空气的质量流量之间计算的差来确定。EGR气体的氧含量或者通过尾气O2传感器测得，或者在迭代过程中确定为总氧气质量流量与燃料流量和氧质量-燃料质量的化学计量比(3.51)之积之间的差。因此，EGR气体的氧质量流量可计算为EGR气体的氧含量及其质量流量之积。输送至内燃机进气集管的总氧流量的量是来自新鲜空气的氧流量和来自EGR气体的氧流量之和。在迄今已知的EGR控制机制中，确定稳态内燃机工作过程中的EGR量的EGR阀位置受多个因素控制，但主要是内燃机转速和指示扭矩的控制。当压下或放开加速器时，改变量的燃料被输送入内燃机。为了减少排放和维持内燃机效率，内燃机控制器设定一质量空气流量并根据控制器中编程的预设关系来调节EGR阀，例如美国公布申请2008/0078176中描述的那样。然而，这种关系忽略了EGR气体中存在的氧含量以估算用于内燃机中燃烧的进气集管中存在的过量氧。根据本专利技术的附加算法，确定EGR气体中的氧成份并重设新鲜空气的质量流量的设定点，以使进气集管中的总氧量保持在根据内燃机控制器中预编程的值的最佳值。本专利技术的算法可与现有内燃机控制算法，尤其是控制输送入内燃机进气集管的EGR气体量的算法配合工作。本专利技术的算法提供作为输出，对于现有的EGR控制算法，内燃机控制器的新鲜空气的质量流量的设定点用作输入，例如美国公布的申请2008/0078176中描述的那样。因此，用于具有新鲜空气入口和尾气再循环(EGR)回路的内燃机的本专利技术方法提供以下步骤：建立用于内燃机内燃烧的理想过量氧比R；对给定的新鲜空气和EGR气体的总质量流量建立输送至进气集管的EGR气体的质-->量流量，并调节EGR阀以使该质量流量的EGR气体通过；测量到达进气集管的新鲜空气质量流量以建立测得的新鲜空气的质量流量；计算输送至内燃机的进气集管的氧的要求总质量流量以维持理想的过量氧比；确定EGR气体的质量流量中的EGR氧的质量流量；计算输送至进气集管的新鲜氧的要求质量流量，以使新鲜氧的要求质量流量与EGR氧的质量流量之和等于要求的总氧质量流量；计算新鲜空气经调节的质量流量以提供新鲜氧气的要求质量流量；再调节EGR阀以使新鲜空气的测得质量流量沿朝向新鲜空气的经调节的质量流量的方向改变。建立理想过量氧比R的步骤基于输送至内燃机的已知量的燃料以及燃烧中发生的氧质量和燃料质量的较佳比。建立EGR气体的质量流量的步骤可基于根据内燃机速度和指示扭矩的值的映射或查询表。确定EGR气体的质量流量中的EGR氧的质量流量的步骤包括以下步骤：测量EGR气体的质量流量中的氧含量；并测量EGR气体的质量流量。替代地，确定EGR气体的质量流量中的EGR氧的质量流量的步骤可包括以下步骤：确定进气集管空气的总质量流量等于新鲜空气的质量流量和EGR的质量流量之和；将尾气氧气的质量流量确定为要求的总氧质量流量与燃料流量和氧质量-燃料质量的化学计量比(3.51)之积之间的差，通过将尾气氧的质量流量除以进气集管空气的总质量流量来确定尾气中O2的比例，并将O2的比例乘以EGR气体的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制具有新鲜空气入口和尾气再循环（ＥＧＲ）回路的内燃机的方法，所述方法包括以下步骤：建立用于所述内燃机内燃烧的预选过量氧比；对给定的新鲜空气和ＥＧＲ气体的总质量流量建立输送至进气集管的ＥＧＲ气体的质量流量，并调节ＥＧＲ阀以使该ＥＧＲ气体的质量流量通过；测量到达所述进气集管的新鲜空气的质量流量以建立测得的新鲜空气质量流量；计算输送至所述内燃机的所述进气集管的氧的要求的总质量流量以维持理想的过量氧比；确定ＥＧＲ气体的质量流量中ＥＧＲ氧的质量流量；计算输送至所述进气集管的新鲜氧的要求的质量流量，以使新鲜氧的要求的质量流量与ＥＧＲ氧的质量流量之和等于要求的氧总质量流量；计算新鲜空气经调节的质量流量以提供新鲜氧气的要求的质量流量；再调节所述ＥＧＲ阀以使ＥＧＲ气体的质量流量和新鲜空气的测得的质量流量沿朝向所述新鲜空气的经调节的质量流量的方向改变。

【技术特征摘要】
US 2009-8-31 12/550,6281.一种用于控制具有新鲜空气入口和尾气再循环(EGR)回路的内燃机的方法，所述方法包括以下步骤：建立用于所述内燃机内燃烧的预选过量氧比；对给定的新鲜空气和EGR气体的总质量流量建立输送至进气集管的EGR气体的质量流量，并调节EGR阀以使该EGR气体的质量流量通过；测量到达所述进气集管的新鲜空气的质量流量以建立测得的新鲜空气质量流量；计算输送至所述内燃机的所述进气集管的氧的要求的总质量流量以维持理想的过量氧比；确定EGR气体的质量流量中EGR氧的质量流量；计算输送至所述进气集管的新鲜氧的要求的质量流量，以使新鲜氧的要求的质量流量与EGR氧的质量流量之和等于要求的氧总质量流量；计算新鲜空气经调节的质量流量以提供新鲜氧气的要求的质量流量；再调节所述EGR阀以使EGR气体的质量流量和新鲜空气的测得的质量流量沿朝向所述新鲜空气的经调节的质量流量的方向改变。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立理想过量氧比的步骤基于输送至所述内燃机的燃料的已知量和燃烧中发生的氧质量与燃料质量的预设比。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立EGR气体的质量流量的步骤能够基于取决于内燃机转速和指示转矩的值的映射。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定EGR气体质量流量中的EGR氧质量流量的步骤包括以下步骤：测量EGR气体质量流量中的氧含量；以及测量EGR气体质量流量。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测量氧含量的步骤是使用氧传感器执行的。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再调节所述EGR阀的步骤进一步定义为：新鲜空气的所述调节的质量流量的设定点信号是一输出值，所述输出值产生作为另一用于调节EGR阀的补充算法中的输入值。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，快速重复所述步骤。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定EGR气体质量流量中EGR氧质量流量的步骤包括以下步骤：确定进气集管空气的总质量流量，所述进气集管空气的总质量流量等于新鲜空气质量流量和EGR气体质量流量之和；将尾气氧的质量流量确定为要求的氧总质量流量与燃料流量和氧质量-燃料质量的化学计量比之积之间的差；通过将尾气氧的质量流量除以进气集管空气的总质量流量来确定尾气中的O2比例；以及将所述O2比例乘以EGR气体的质量流量。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定EGR气体质量流量中的EGR氧质量流量的步骤包括以下步骤：从内燃机转速、内燃机排量和进气集管空气的密度来确定进气集管空气的总质量流量；测量来自传感器的新鲜空气的质量流量；从所述进气集管空气的总质量减去新鲜空气的质量流量以确定EGR气体的质量流量；将尾气氧的质量流量确定为要求的氧总质量流量与燃料流量和氧质量-燃料质量的化学计量比之积之间的差；通过将尾气氧的质量流量除以进气集管空气的总质量流量来确定尾气中的O2比例；以及将所述O2比例乘以EGR气体的质量流量。10.一种协调从涡轮增压的内燃机的尾气系统至内燃机进气系统的尾气再循环控制的方法，所述方法包括：形成代表进...

【专利技术属性】
技术研发人员：D奥赫莱尔金，
申请(专利权)人：万国引擎知识产权有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]