在涡轮增压的压缩点火发动机系统中控制排气再循环的制作方法

专利名称：在涡轮增压的压缩点火发动机系统中控制排气再循环的制作方法
技术领域：
本披露总体上涉及的领域包括在涡轮增压的压缩点火发动机系统中控制排气 再循环。
背景技术：
涡轮增压发动机系统包括具有用于将空气和燃料燃烧以转化为机械功的燃烧 室的发动机、用于将进气输送到这些燃烧室的进气子系统以及发动机排气子系统。 这些排气子系统通常将排气从这些发动机燃烧室中运走、压抑发动机排气噪音，
并且减少排气微粒和随着发动机燃烧室的温度升高而增加的氮氧化物(NOx)。排 气通常被再循环到该排气子系统之外而进入该进气子系统以便与新鲜空气混合， 并且回到发动机。排气再循环增加了惰性气体的量并同时减少进气中的氧气，由 此P争低发动机燃烧温度并且因此减少了 NOx的形成。

发明内容
一个示例性实施方案包括一种方法，该方法在包括高压(HP)EGR通道以及 低压(LP )EGR通道的涡轮增压的压缩点火发动机系统中控制排气再循环(EGR )。 该方法可包括确定符合排气排放指标的一个目标总EGR分数，以及在所确定的 该目标总EGR分数的约束下确定一个目标HP/LP EGR比率来优化其他发动机系 统指标。该目标HP/LP EGR比率的确定可以包括使用至少发动机速度和负载作 为一个基础模型的输入以输出一个基础EGR值；使用至少一个另外的发动机系统 参数作为至少一个调节模型的输入以输出至少一个EGR调节值；以及用该至少一 个EGR调节值对该基础EGR值进行调节以产生至少一个经过调节的EGR值。
另一个示例性实施方案包括在涡轮增压的压縮点火发动机系统中控制排气再 循环(EGR)的一种方法，该系统包括一个高压(HP )EGR通道以及一个低压(LP ) EGR通道。该方法可以包括确定符合排气排放指标的一个目标总EGR分数，以及在所确定的该目标总EGR分数的约束下确定一个目标HP/LP EGR比率来优化 其他发动机系统指标。该目标HP/LP EGR比率的确定可以包括至少《吏用发动^L 速度以及在至少一个模型中的负载来输出 一个LP EGR值和一个HP EGR值；将 该目标总EGR分数应用到该LP和HP EGR值上以确立LP和HP EGR设置点；并 且延迟该HP EGR值的下游通信以便将LP EGR与HP EGR之间的滞后时间计算 在内。从以下的详细说明中本发明的其他示例性实施方案将会变得清楚。应该理解， 该详细的说明以及多个具体的实例虽然指明了本发明的示例性实施方案，但是旨 在仅用于说明的目的而并非旨在限制本发明的范围。


从详细的说明以及这些附图中将会更加全面地理解本发明的示例性实施方 案，在附图中图1是包括一个示例性控制子系统的一个发动机系统的示例性实施方案的示 意图；图2是图1的发动机系统的示例性控制子系统的框图；图3是可以与图1的发动机系统一起使用的一个示例性EGR控制方法的流程图；图4是说明图3的方法的一个优选控制流程部分并且包括一个总的EGR估算框以及多个高压和低压EGR开环控制框的一个框图；图5A至图5C示出了图4的估算框的多个示例性实施方案； 图6A至图6B示出了图4的高压和低压EGR开环控制框的多个示例性实施方案；图7是说明阀门位置对比目标总EGR分数的示例性描图的一个曲线图；图8是说明图3的方法的一个第二控制流程部分的框图；图9是说明图3的方法的一个第三控制流程部分的框图；图IO是说明图3的方法的一个第四控制流程部分的框图；图11是HP/LP EGR比率佳化的一个示例性控制流程部分的框图并包括一个HP/LP EGR比率确定框以及一个HP/LP EGR补偿框；图12是图11的HP/LP EGR比率确定框的一个示例性控制流程部分的框图；图13是图11的HP/LPEGR比率确定框的一个瞬态负载调节模型的一个示例 性控制流程部分的框图；图14是图11的HP/LPEGR比率确定框的一个进气温度调节模型的一个示例 性控制流程部分的框图；并且图15A和15B是图11的HP/LPEGR比率确定框的一个涡轮增压器保护调节 模型的示例性控制流程部分的框图。
具体实施方式
以下对这些实施方案的说明在本质上仅仅是示例性的，并且绝非旨在对本发 明、其应用或用途进行限制。示例性系统图1示出了可以用来实施目前所披露的一种EGR控制方法的示例性运行环 境。该方法可以使用任何适当的系统来实现并且优选地与一个发动机系统(例如 系统10 ) —起实现。以下系统说明只是提供了 一个示例性发动机系统的简要概述， 但在此未示出的其他系统和部件也能够支持目前所披露的方法。总体上而言，系统IO可以包括从燃料与进气的混合物的内部燃烧来形成机械 功的一台内燃机12、用于总体上为发动机12提供进气的一个进气子系统14以及 用于将燃烧气体总体地从发动机12运走的一个排气子系统16。发动机12可以被 构造和安排为燃烧柴油、汽油或其他可燃烧的燃料。在此使用时，短语进气可以 包括新鲜空气以及再循环的排气。系统10总体上还可以包括跨过排气和进气子系 统14、 16而联通的一台涡轮增压器18，用于压缩输入空气来改进燃烧并由此提高 发动机的输出。系统10进一步地总体上可以包括跨接排气子系统和进气子系统 14、 16的一个排气再循环子系统20,以便对与新鲜空气混合的排气进行再循环来 改进发动机系统10的排;^文性能。系统10进一步地总体上可以包括一个控制子系 统22,以控制发动机系统10的运行。本领域中熟练的技术人员将会认识到， 一个 燃料子系统(未示出)被用来向发动机12提供任何适当的液态和/或气态燃料，以便在其中与这些进气一起燃烧。内燃发动机12可以是任何适当的发动机类型，例如像柴油机发动机那样的一 种自动点火或者压缩点火发动机。发动机12可以包括在其中带有多个汽缸和活塞(未单独示出)的一个气缸体24，它与一个汽缸盖(也未单独示出) 一起限定了用于燃料与进气的混合物的内部燃烧的多个燃烧室(未示出)。除了适当的管道与接头之外，进气子系统14还可以包括可以具有用于过滤进 入空气的一个空气过滤器(未示出)的进气端26,以及位于进气端26的下游用于 压縮输入空气的一个涡轮增压压縮机28。进气子系统14还可以包括位于涡轮增压 压缩机28的下游用于冷却被压缩的空气的一个增压空气冷却器30以及位于增压 空气冷却器30的下游用于调节到发动机12的被冷却空气的流量的一个进气节流 阀32。进气子系统14还可以包括位于节流阀32的下游并且位于发动机12的上游 的一个进气歧管34,用于接收被节流的空气并且将它分配给发动机的这些燃烧室。除适当的管道和接头外，排气子系统16还可以包括一个排气歧管36，该排气 歧管用于收集来自发动机12的这些燃烧室的排气并且将它们向下游输送到排气子 系统16的其余部分。排气子系统16还可以包括在下游与排气歧管36联通的一个 涡轮增压器的涡轮机38。涡轮增压器18可以是一种可变涡轮几何形状(VTG)的 涡轮增压器类型、双级涡轮增压器类型或者带有废气门或旁通装置的涡轮增压器 类型或者是类似的涡轮增压器。在任何情况下，可以调节涡轮增压器18和/或任何 涡轮增压辅助装置以影响以下参数中的一个或多个涡轮增压器提升压力、空气 质量流量和/或EGR流量。排气子系统16还可以包括任何适当的排放装置40,例 如， 一个催化转化器，这种催化转化器如一个紧密连接的柴油氧化催化剂(DOC) 装置、 一个氮氧化物(NOx)吸收单元、 一个微粒过滤器或者类似的装置。排气 子系统16还可以包括设置在一个排气出口 44的上游的一个排气节流阀42。优选EGR子系统20是一个混合的或双通道的EGR子系统，以将部分排气从 排气子系统16再循环到进气子系统14用于在发动机12中燃烧。因此，EGR子系 统20可以包括两个通道 一个高压(HP ) EGR通道46以及一个低压(LP ) EGR 通道48。优选HP EGR通道46可以在涡轮增压涡轮机38的上游处被连接到排气 子系统16上，但在涡轮增压压缩机28的下游处连接到进气子系统12上。同样优9选的是，LP EGR通道48可以在涡轮增压涡轮机38下游处被连接到排气子系统16上，但在涡轮增压压縮机28的上游处被连到进气子系统14上。还构思出在排气子系统与进气子系统14、 16之间的其他任何适当的连接，包括其他形式的HPEGR，如使用内部的发动机可变阀门正时以及升压来引起内部HPEGR。根据内部HP EGR,发动机排气阀门和进气阀门的运行可以被正时为使得在一个燃烧事件过程中产生的一些排气连通返回经过进气阀门，这样使排气在随后的燃烧事件中燃烧。
除了适当的管道和连接器之外，HP EGR通道46可以包括一个HP EGR阀门50,以控制从排气子系统16到进气子系统14的排气再循环。HP EGR阀门50可以是一个具有其自身的致动器的独立装置或者可以与进气节流阀32整合成为具有一个共同的致动器的 一个组合装置。HP EGR通道46还可以包括在HP EGR阀门50的上游的(或者任选在下游的)用于冷却这些HP EGR气体的一个HP EGR冷却器52。可以将HP EGR通道46连接到涡轮增压涡轮机38的上游以及节流阀32的下游，以便将HP EGR气体与被节流的空气以及其他进气(该空气可以具有LPEGR)进行混合。
除了适当的管道和连接器之外，LP EGR通道48可以包括一个LP EGR阀门54，用于控制从排气子系统16到进气子系统14的排气再循环。LP EGR阀门54可以是一个具有其自身致动器的独立装置或者可以与排气节流阀42整合成为具有一个共同的致动器的一个组合装置。LP EGR通道48还可以包括在LP EGR阀门的54的下游的(或者任选在上游的)用于冷却LP EGR气体的一个LP EGR冷却器56。 LP EGR通道48可以连接在涡轮增压涡轮机38的下游以及涡轮增压压缩机28的上游，以便LP EGR气体与经过过滤的输入空气进行混合。
现在参见图2，控制子系统22可以包括任何适当的硬件、软件、和/或固件以执行在此披露的这些方法中的至少某些部分。例如，控制子系统22可以包括以上所讨论的发动机系统的这些致动器58中的一些或全部以及不同的发动机传感器60。这些发动机系统传感器60未在这些附图中各单独地示出但可以包括用于监测多个发动机系统参数的任何适当的装置。
例如， 一个发动机速度传感器可以测量发动机曲轴(未示出)的转速，与这些发动机燃烧室联通的压力传感器可以测量发动机的汽缸压力，进气和排气歧管压力传感器可以测量流入和流出从这些发动机汽缸的气体的压力， 一个输入空气质量流量传感器可以测量在进气子系统14中的进入气流，并且一个歧管质量流量传感器可以测量到发动机12的进气流量。在另一个实例中，发动机系统10可以包括用于测量流到这些发动机汽缸的进气气体温度的一个温度传感器，以及在空
气过滤器的下游并且在涡轮增压压缩机28的上游的一个温度传感器。在另一个的实例中，发动机系统10可以包括适当地连接到涡轮增压压缩机28上用于测量其转速的一个速度传感器。 一个节流阀位置传感器(例如一个一体化的角位传感器)可以测量节流阀32的位置。 一个位置传感器可以安置为紧邻涡轮增压器18以测量可变几何形状涡轮38的位置。 一个尾管温度传感器可以刚好放置在一个尾管出口的上游处以测量离开排气子系统16的排气的温度。而且，多个温度传感器可以放置在一个或多个排;故装置40的上游和下游，以测量这个或这些排放装置的入口和出口处的排气温度。类似地， 一个或多个压力传感器可以跨越这个或这些排放装置40来放置，以测量跨越它们的压降。 一个氧气(02)传感器被放置在排气和/或进气子系统14、 16中，以测量这些排气和/或进气中的氧气。最后，多个位置传感器可以测量HP和LP EGR阀门50、 54以及排气节流阀42的位置。
除了在此讨论的这些传感器60之外，在此^C露的系统和方法还可以包括其他任何适当的传感器及其相关参数。例如，这些传感器60还可以包括多个加速度传感器、车辆速度传感器、传动系速度传感器、过滤传感器、其他流量传感器、振动传感器、撞击传感器、进气与排气压力传感器和/或类似的传感器。换言之，可以使用任何传感器来感测任何适当的物理参数，包括电气、机械以及化学参数。在此使用时，术语传感器可以包括用来感测任何发动机系统参数和/或这类参数的不同组合的任何适当的硬件和/或软件。
控制子系统22可以进一步包括与这些致动器58和传感器60联通的一个或多个控制器(未示出)，用于接收和处理传感器输入并且发送致动器输出信号。这个或这些控制器可以包括一个或多个适当的处理器和存储装置(未示出)。该存储器可以被配置为提供数据和指令的存储，这种存储提供了发动机系统10的至少某些功能性并且可以由这个或这些处理器执行。该方法的至少某些部分可以由一个或多个计算机程序与作为查询表、公式、运算、映射图、模型或类似数据存储在该
存储器中不同的发动机系统数据或指令来启动。在任何情况下，控制子系统22可以通过从这些传感器60接收输入信号、根据传感器输入信号执行指令或运算法则并且将适当的输出信号发送给这些不同的致动器58来控制发动机系统参数。
控制子系统22可以包括在这个或这些控制器中的一个或多个模块。例如，一个顶级发动机控制模块62可以接收和处理任何适当的发动机系统输入信号并且将多个输出信号传递到一个进气控制模块64、 一个燃料控制模块66以及其他任何适当的控制模块68。如将在以下更详细地讨论的那样，顶级发动机控制模块62可以接收和处理来自这些发动机系统参数传感器60中的一个或多个的输入信号，以便以任何适当的方式估算总EGR分数。模块62、 64、 66、 68可以被如图所示的那样被分离或者可以被整合成或组合成一个或多个模块，这个或这些模块可以包括任何适当的硬件、软件、和/或固件。
估算EGR分^t的不同方法对于本领域中熟练的技术人员Sl公知的。在此使用时，短语"总EGR分数"可以包括其构成参数中的一个或多个，并且可以用以下等式表示
^=(卜，)*100 = (，)*100其中
MHVG G
M4F是进入一个进气子系统的新鲜空气质量流量，M^^是进入该进气子系统的EGR质量流量，
A/svc 是至一台发动机的进气质量流量，并且rEGR包括进入一台发动机的可归属于再循环排气的进气部分。从以上等式，可以用该新鲜空气质量流量传感器和来自一个传感器或来自其估算值的进气质量流量来计算总EGR分数，或者用总EGR分数自身的一个估算值以及进气质量流量来计算总EGR分数。在任一情况下，顶级发动机控制模块62可以包括多个适当的数据输入值，以便直接从作为至一个或多个发动机系统模型的输入的一个或多个质量流量传感器测量值或者估算值来估算该总EGR分数。
在此使用时，术语"模型"可以包括使用多个变量(如查询表、映射图、公式、运算法则和/或类似数据)表示某些事物的任何结构。多个模型可以是专用的
12并且具体用于任何给定的发动机系统的确切的设计和性能规才各。在一个实例中， 这些发动机系统模型可以进而基于发动机速度和进气歧管压力以及温度。这些发 动机系统模型可以在每次发动机参数变化时被更新，并且可以是使用包括发动机 速度和用进气压力、温度以及通用气体常数来确定的发动机进气密度的多个输入 的多个多维查询表。
总EGR分数可以通过其多个分量直接或间接地与 一个或多个发动机系统参数 (例如，估算的或检测的气体质量流量、02、或一个或多个发动机系统温度)相
关联。这些参数能以任何适当的方式进行分析以便与总EGR分数相关联。例如， 总EGR分数可以公式化地与其他的发动机系统参数相关联。在另 一个实例中，从 发动机的定标或才莫拟中，总EGR分数可以经验地以及统计地与其他发动机系统参 数相关联。在任何情况下，在发现总EGR分数与任何其他发动机系统参数可靠地 互相关联时，该互相关i[关可以被公式化地、经验地、声学地和/或以类似的方式来 建立模型。例如，可以从适当的测试来发展出经验模型并且可以包括多个查询表、 映射图、公式、运算或者可以在这些总EGR分数值中与其他发动机系统参数值一 起被处理的类似形式。
相应地， 一台发动机系统参数可以用来作为总EGR分数和/或单独的HP和/ 或LPEGR流量的直接传感器测量值的一个代理。相应地，可以去掉总EGR、 HP EGR、以及LP EGR流量传感器，由此降低发动机系统的成本和重量。去掉这些 传感器还导致去掉了其他与传感器相关的硬件、软件以及成本，例如连线、接头 的插脚、计算机处理能力以及存储器、等等。
同样，顶级发动机控制模块62可以计算一个涡轮增压器提升压力设置点和一 个目标总EGR设置点，并且将这些设置点发送到进气控制模块64。类似地，顶级 发动机控制模块62可以计算适当的正时和燃料加注设置点并且将它们发送到燃料 控制模块66,并且可以计算其他设置点并且将它们发送到其他的这些控制模块68。 燃料控制模块和其他控制模块66、 68可以接收和处理这些输入，并且可以生成至 任何适当的发动机系统装置的适当的命令信号，这些发动机系统装置如燃料喷嘴、 燃料泵或其他装置。
可替代地，顶级发动机控制模块62可以计算并发送该提升压力设置点以及一个总入口空气质量流量设置点(如虚线所示)，而不是该目标总EGR设置点。在 这种替代情况下，随后从空气质量流量设置点确定总EGR设置点并且很大程度上 以相同的方式从这些实际质量流量传感器的读数来估算该实际总EGR分数。在另 一个替代方案中，在整个控制方法中空气质量流量可取代总EGR分数。这改变了 所使用的数据类型以及设置HP和LP EGR流量目标的方式，但是该控制器的基础 结构以及该控制方法的流程是相同的。
除了从顶级发动控制模块62接收的这些设置点之外，进气控制模块64还可 以接收任何适当的发动系统参数值。例如，进气控制模块64可以接收进气和/或排 气子系统参数值，如涡轮增压器提升压力以及质量流量。进气控制模块64可以包 括一个顶级进气控制子模块70,该子模块可以处理所接收到的这些参数值并且将 任何适当的输出(例如，LP和HPEGR设置点和涡轮增压器设置点)传送到对应 的LPEGR、 HPEGR以及涡轮增压器控制子模块72、 74、 76。 LPEGR、 HPEGR 以及涡轮增压器控制子模块72、 74、 76可以处理这些进气控制子模块输出值并且 可以产生适当的命令信号至不同的发动机系统装置，例如，LP EGR阀门54和排 气节流阀42、 HP EGR阀门50以及进气节流阀32以及一个或多个涡轮增压器致 动器19。这些不同的模块和/或子模块可以像如图所示的那样被分离，或者可以被 整合为一个或多个组合的模块和/或子模块。
示例性方法
在此提供了控制LP和HPEGR的一种方法，并且该方法可以在以上所说明的 发动机系统10的运行环境中作为一个或多个计算机程序被实施。本领域中熟练的 技术人员还将认识到该方法可以在其他运行环境中使用其他发动机系统来实施。 现在参见图3,以流程图的形式示出了一种示例性方法300。
如步骤305所示，方法300可以用任何适当的方式开始。例如，方法300可 以在图1的发动机系统10的发动机12启动时开始。
在步骤310，新鲜空气可以被抽入发动机系统的一个进气子系统中，并且进气 通过该进气子系统被吸入该发动机系统的一台发动机中。例如，新鲜空气可以被 抽入进气系统14的入口 26,并且进气可以通过进气歧管34 #1吸入发动机12中。在步骤315，排气可以通过发动机系统的一个排气子系统从发动机排出。例如，
排气可以通过排气歧管36从发动机12排出。
在步骤320,排气可以通过高压或低压EGR通道之一或二者、从一个排气子 系统再循环到发动机系统的一个进气子系统。例如，HP和LP排气可以通过HP 和LP EGR通道46、 48从排气子系统16再循环到进气子系统14。
在步骤325，可以感测表示总EGR分数的一个或多个代理参数。例如，这个 或这些代理参数可以包括空气质量流量、02和/或发动机系统温度，并且可以由发 动机系统10的多个对应的传感器60来测量。
在步骤330,可以确定一个目标总EGR分数以符合排气排放指标。例如，顶 级发动机控制模块62可以使用任何适当的发动机系统模型，以便将当前的一些发 动机运行参数与所希望的 一些总EGR分数值进行交叉参照以便符合预定的排放指 标。在此使用时，术语"目标"包括一个单一值、多个值和/或任何值的范围。同 样，在此使用时，术语"指标"包括单数和复数。用来确定一个或多个适当的EGR 分数的指标的实例包括基于速度和负载的多个标定的表、基于模型的方案以及运
时运行或稳态状态运行。绝对排放指标可以由环境机构(例如美国环保署)制定。 在步骤335,可以确定一个目标HP/LP EGR比率以优化一个或多个其他的发 动机系统指标，例如，燃料经济目标、发动机系统性能目标、或者发动机系统保 护或维护规范，并且如由在步骤330中确定的目标总EGR分数所限制。本领域中 熟练的技术人员将会理解， 一个目标比率可以通过确定该比率的构成中的一个、 另一个或二者来确定。例如，目标HP/LPEGR比率可以通过确定HPEGR百分比、 LPEGR百分比或者二者来确定。在任何情况下，步骤335可以与图11至图15以 及以下在此阐明的附带说明结合实施。
在步骤340，可以才艮据在步骤335中确定的目标HP/LP EGR比率来产生多个 单独的HP EGR和/或LP EGR设置点。
在步骤345,可以确定对应于HP EGR设置点和LP EGR设置点的目标HP和 LPEGR开放百分比。例如，多个开环控制器可以使用多个模型来处理这些HP EGR 设置点和LP EGR设置点以生成这些开放百分比。在步骤350,可以估算响应于这个或这些代理参数的总EGR分数，这些代理 参数被用作对于以上先讨论的任何适当的发动机系统模型的输入。例如，该总EGR 分数的估算可以包括多个发动机系统模型，以便用公式或者经验来使这个或这些 代理参数与该总EGR分数互相关联。这些模型可以包括多个查询表、映射图以及 类似形式，它们可以将多个EGR分数与代理参数值交叉对照，并且可基于发动机 速度和进气歧管压力以及温度。在任何情况下，该总EGR分数实际上并不是使用 单独的HPEGR和/或LPEGR流量传感器或者一个组合的总EGR流量传感器直接 进行测量的。
在步骤355,利用具有该估算的总EGR分数的闭环控制可以对单个的HPEGR 和/或LP EGR分数之一或二者进行调节。HP EGR和/或LP EGR分数可以通过对 应的HPEGR和/或LPEGR设置点之一或二者的闭环控制或阀门和/或节流阀开放 百分比来进行调节。例如并且如将在以下更详细地说明， 一个闭环控制器可以将 该估算的总EGR分数作为过程变量输入值来进行处理并将该总EGR分数设置点 作为一个设置点输入值来进行处理，以便生成一个HP EGR和/或LP EGR设置点 输出微调命令。因此，优选通过对该HP EGR和/或LP EGR分数的多个闭环调节 来对该目标总EGR分数进行闭环控制。这些调节可以改变实际的HPEGR/LPEGR 比率。
个或多个对应的HP EGR、 LPEGR、进气节流阀或多个排气节流岡。该HP EGR 和/或LP EGR开放百分比可以在这些开环控制框的下游直接进行调节，或者间接 地通过这些开环控制框的上游的设置点调节来进行调节。
示例性控制流程
现在参见图4的控制图，来自图3的控制方法300的一部分是以框的形式被 示为一个EGR控制流程400。控制流程400可以在(例如)图2的示例性控制子 系统之内实施，并且更具体地说，在其进气控制模块64之内实施。相应地，图4 示出了 HPEGR和LPEGR控制子模块或者框72、 74以及涡轮增压器增压控制子 模块或框76。类似地， 一个优化框402、 一个EGR分数估算框404以及一个EGR分数闭环控制框406也可以在进气控制模块64之内实施，并且更具体地说，在图 2的顶级进气控制子模块70之内实施。
首先，并且还参见图5A至图5C,可以使用除了其他标准的发动机系统参数 (例如，发动机负载、发动机转速、涡轮增压器提升压力和/或发动机系统温度) 之外的用于该实际总EGR分数的一个或多个代理参数来实现实际总EGR分数估 算框404。例如，图5A示出了该代理参数可以是空气质量流量414a，它可以从任 何适当的空气质量流量估算值或来自(例如)该入口空气质量流量传感器的读数 来获得。在另一个实例中，图5B示出了该代理参数可以是氧气百分比414b，例 如，来自一个02传感器(如放置在进气子系统14中的02传感器)的氧气。例如， 该02传感器可以是一种通用排气氧传感器(UEG0)，该传感器可以位于进气歧管 34中。在另一个实例中，图5C示出了该代理参数可以是取自温度传感器的进气 子系统以及排气子系统的温度414c。例如，可以使用来自(例如)该空气入口温 度传感器的入口空气温度、来自(例如)排气温度传感器的排气温度以及来自(例 如)该进气歧管温度传感器的歧管温度。在以上所有这些方案中，实际总EGR分 数416可以从一个或多个代理参数类型中估算出。
其次，并且再次参见图4，优化框402可以接收并处理各种发动机系统的输入， 以识别出 一个最佳的HP EGR/LP EGR比率并且根据该比率生成一个HP EGR设置 点。例如，优化框402可以接收来自如发动机系统10中的对应的传感器飞发动机 负载信号407以及发动机速度信号408。发动机负载信号407可以包括任何参数， 例如歧管压力、燃料注射流量等。优化框402还可以接收来自如顶级发动机控制 模块62的一个总EGR分数设置点418。优化框402可以与图11至图15以及以下 在此给出的附带说明一起来实现。
优化框402可以燃料经济的多项指标区分优先次序，以识别最优的HP EGR/LP EGR比率并且生成相应的HP EGR设置点。根据燃料经济优化，优化框402可以 包括任何适当的净涡轮增压器效率模型，该模型包括不同的参数，例如泵送损耗 以及涡轮机和压缩机效率。该效率模型可以包括发动机进气子系统14的基于原理 的一个数学表达式、 一套发动机系统校准表或类似形式。用于确定所希望的EGR 比率以满足燃料经济指标的示例性指标可以包括设置一个比率，该比率允许实现总EGR分数而无需关闭进气或排气节流阀，这种关闭往往对燃料经济性造成负面
影响，或者该比率可以纟皮调节以实现用于最大燃料经济性的一个优化的进气温度。
优化框402也可以超越取代该燃料经济指标而为了任何适当的目的来优化其 他发动机系统指标。例如，可以使该燃料经济指标被超越取代以提供一个HP EGR7LP EGR比率，该比率提供了改进的发动机系统性能，例如响应于驾驶者的 车辆加速要求的增加的扭矩输出。在这种情况下，该控制器可以支持一个更高的 LPEGR百分比，该百分比允许更好的涡轮增压器的提速以降低涡轮增压滞后。在 另一个实例中，这种超越取代可以提供一个不同的HPEGR/LPEGR比率以保护发 动机系统10，例如，避免一个涡轮增压器超速的情形或过高的压缩机尖端温度， 或者降低涡轮增压器冷凝物的形成或类似的情况。在另一个的实例中，这种超越 取代可以提供另一个HPEGR/LPEGR比率以便(例如)通过影响进气子系统或排 气子系统温度来维护发动机系统10。例如，可以增加排气子系统的温度以便再次 产生一个柴油微粒过滤器，并且可以降低进气温度以冷却发动机12。作为另一个 的实例，可以控制进气温度以降低在该入口进气通道中水冷凝物形成的可能性。
在任何情况下，优化框402根据其一个或多个模型对这些输入进行处理以确 定目标HP EGR/LP EGR比率并在之后产生一个HP EGR设置点420，该优化框在 下游被々贵入HP EGR控制框74和一个算术节点422,该优化框还接收来自顶级发 动机控制模块62的总EGR分数设置点418以产生一个LPEGR设置点424。
第三，并且仍参见图4,总EGR分数闭环控制框406可以是任何适当的闭环 控制装置，例如一个PID控制器模块或类似装置，用于控制该总EGR分数。闭环 控制框406包括用于接收来自顶级发动机控制模块62的目标总EGR设置点的一 个设置点输入406a,并且进一步可以包括用于接收来自估算框404的实际总EGR 分数估算值的一个过程变量输入406b。总EGR分数控制框406可以处理这些输入 值，以生成一个反馈控制信号或者微调命令406c，用于在另一个算术节点426处 与LP EGR设置点424求和，以便在LP EGR控制框72下游输入。这种微细调节 还可以被计算为或被替代地计算为对该LP EGR阀门和/或排气节流阀百分比开放 命令的一个调节值，并且被加在LPEGR开环控制框72之后。相应地，控制框406 和多个关联的节点将^皮传递到其下游侧的开环控制框72，以调整用于该阀门和节流阀开放百分比的适当的设置点。
因为该HP EGR流量仅可以进行开环控制，所以该LP EGR流量或分数可以 由闭环控制框406来调节，以实现目标总EGR分数。更确切地说，因为排气排放 与发动机燃料经济均高度依赖于总EGR分数并且在一个较小的程度上依赖于该 HP EGR/LP EGR比率，所以为了最大值控制，该总EGR分数可以是闭环控制的， 然而为了最高的成本效益和效率，该HP和/或LP EGR分数和/或该HP/LP EGR比 率可以是至少部分开环控制的。这些开环控制框72、 74提供了良好的响应时间、 降低控制器的互相依赖，并且减小传感器信号中的瞬态效应和扰动的影响。而这 只是一个示例性方案，以下参见图8至图IO来讨论其他方案。
第四，除了涡轮增压提升压力409和发动机负载以及速度输入407、 408之外， LP EGR和HP EGR控制框72 、 74可以接收其对应的LP和HP EGR设置点。LP EGR 和HP EGR控制框72、 74可以接收这些输入，用于其对应的LP EGR和HP EGR 致动器的开环或前馈控制。例如，LP EGR和HP EGR控制框72、 74可以输出LP EGR阀和/或排气节流阀命令430、 432以及HP EGR阀和/或进气节流阀命令438、 440 。 LP EGR和HP EGR控制框72 、 74可以使HP EGR和LP EGR流量与适合的 HP EGR和LP EGR阀和/或使用 一个或多个模型的节流阀位置相关联。
如图6A和6B所示，LP EGR和HP EGR控制框72、 74可以包括不同的开环 控制模型。例如，LP EGR控制框72可以包括任何适当的一个或多个模型426来 使LP EGR设置点424与LP EGR阀门位置相关联，以帮助实现目标HP EGR /LP EGR比率。同样，LP EGR控制框72可以包括任何适当的一个或多个模型428来 使LP EGR设置点424与该排气节流位置相关联，以帮助实现目标HP EGR /LP EGR比率。模型426、 428可以接收任何适当的输入，如发动机负载407、发动机 速度408以及涡轮增压器提升压力409。可以分别执行模型426、428以生成LP EGR 阀门命令430和/或排气节流阀命令432，以由对应的致动器使用。注意，这些致 动器可以在一个开环模式下工作，或者可以与任何适当的传感器操作性地连接以 测量致动器位置并调节这些命令来实现这些目标百分比。
同样，HP EGR控制框74可以包括任何适当的一个或多个模型434来使得HP EGR设置点420与HP EGR阀门位置相关联，以帮助实现目标HP EGR /LP EGR比率。而且，HP EGR控制框74可以包括任何适当的一个或多个模型436来使得 HP EGR设置点420与进气节流阀位置相关联，以帮助实现目标HP EGR /LP EGR 比率。此外，才莫型434、 436可以接收任何适当的输入，例如，发动机负载407、 发动机速度408以及涡轮增压器提升压力409。模型434、 436被各自执行以产生 一个HP EGR阀门命令438和/或一个进气节流命令440,以由对应的致动器使用。
图7示出了 LP EGR阀门和排气节流阀开》文百分比与目标总EGR分数的一个 示例性曲线。如图所示，节流阀42可以在约0°/。 EGR处基本上是100%打开的并 且保持打开直到约70%的EGR。 LP EGR阀门54从约0% EGR到约70% EGR逐 渐地打开并且此后是基本上100%打开的。可以使用 一个单一的组合LP EGR和排 气节流阀来代替两个单独的阀门，只要这样一个单阀门装置能够基本上实现刚刚 说明的这些阀门打开。
再次参见图4，涡轮增压器增压控制框76可以是任何适当的闭环控制装置(例 如适当的PID控制框)，用于调节多个涡轮增压器致动器以便在安全的涡轮增压工 作范围内实现一个目标提升压力。控制框76可以包括一个设置点输入76a来从顶 级发动机控制模块62接收增压设置点，并且从该涡轮增压器增压传感器接收一个 实际提升压力输入76b。控制框76可以处理这些输入并且生成任何适当的涡轮增 压器命令输出(例如， 一个可变涡轮几何形状命令444)来调节涡轮增压器18的 可变叶片。
现在参见图8,可以使用 一个替代的控制流程800来代替优选的控制流程400。 这个实施方案在许多方面类似于图4的实施方案，并且这些实施方案之间的相同 数字贯穿这些附图的几个视图总体上表示类似的或相应的元件。此外，此前的实 施方案的说明通过引用结合在此并且其共同的主题总体上可以不在这里重复。
替代控制流程800可以包括HP EGR而不是LP EGR的闭环调节。换言之， 可以调节一个HP EGR设置点420，而不是一个LP EGR设置点424，来控制该总 EGR分数。相应地，闭环控制框406可以生成一个控制信号来调节该HP EGR分 数而不是该LP EGR分数。为了在控制策略中包容这种变化，可以提供一个优化 框402，用来输出一个LPEGR设置点424，而不是HPEGR设置点420。这种微细调 节还可以被计算为或替代地计算为对HP EGR阀和/或进气节流阀百分比打开命令的一个调节值并且被附加在HP EGR开环控制框74之后。相应地，控制框406和 关联的多个节点将在其下游侧与开环控制框74相联通来调节用于该阀门和节流阀 开放百分比的适当的设置点。在其他方面，流程800基本上与流程400类似。
现在参见图9,可以使用一个第二控制流程900来代替优选的控制流程400。 这个实施方案在许多方面类似于图4的实施方案，并且这些实施方案之间的相同 数字贯穿这些附图的几个视图总体上表示相同或对应的元件。此外，此前的实施 方案的说明通过引用结合并且共同的主题总体上可以不在这里重复。
在第二控制流程900中，能够以与HP EGR和LP EGR设置点相同的比例对 HPEGR和LPEGR分数分配闭环控制。换言之，对HPEGR和LPEGR分数均与 它们对应的HP EGR和LP EGR设置点成比例地进行闭环调节。
为了便于在控制策略中的这种改变，闭环控制框406可以不像在流程400中 那样将其微调命令406c经由上游算术节点426仅输出到LP EGR控制框72上。 而是该微调命令可以被输出到LP EGR和HP EGR控制框72、 74。为了进一步便 于这种改变，比例算术框950、 952可以接收对应的HP EGR和LP EGR设置点和 总EGR设置点418。来自算术框950、 952的比例输出可以在乘法算术框954、 956 处被接收，用于闭环微调命令406c到那里的比例分配。在下游算术节点426、 926 处通过LP EGR和HP EGR设置点对这些乘法输出求和，以用于在LP EGR和HP EGR控制框72、 74下游处输入。适当的^^查可以在这些算术框之内实现，以避免 当总EGR分数设置点为0时被0除。在其他方面，流程900基本上类似于流程400 和/或800。
现在参见图IO，可以使用一个第三示例性控制流程IOOO来代替优选的控制流 程400。这个实施方案在许多方面类似于图4的实施方案，并且这些实施方案之间 的相同数字贯穿这些附图的几个视图总体上表示相同的或对应的元件。此外，此 前实施方案的说明通过引用结合并且共同的主题可能总体上可以不在这里重复。
在第三控制流程1000中，取决于任何给定时刻的发动机运转状态，闭环控制 可以在LP与HP EGR开环控制框72、 74之间来回切换。换言之，可以使用闭环 控制来调节HP EGR或者是LP EGR设置点。例如，可以对HP EGR进行闭环控 制，以避免当发动机系统温度相对较高、或者当所需的总EGR分数的一个迅速变化、或者当该涡轮增压器性能是不太重要的或不需要时的涡轮增压器的冷凝。
为了实现控制策略中的改变， 一个闭环控制框1006可以不像在流程400中那 样将输出经由上游算术节点426仅提供给LP EGR控制框72。而是控制框1006可 以将输出提供给LP EGR和HP EGR控制框72 、 74 。闭环控制框1006可以包括一 个设置点输入1006a，以接收来自顶级发动机控制模块62的目标总EGR分数设置 点418，并且进一步可以包括一个过程变量输入1006b，以接收来自估算器框404 的实际总EGR分数估算值。总EGR分数控制框1006可以处理这些输入值来生成 替代的微调命令 一个LP EGR微调命令1006c,用于在算术节点426处与LP EGR 设置点424求和，用于LPEGR控制框72的下游处输入；以及一个HPEGR微调 命令1006d，用于在另一个算术节点1026处与HP EGR^殳置点420的求和，用于 HP EGR控制框74的下游输入。控制框1006可以在两个输出1000c 、 1000d之间 进行切换，这样，LP EGR分数或者HP EGR分数可以通过闭环控制框1006来调 节，以实现该目标总EGR分数。在其他方面，流程1000基本上与流程400和/或 800类似。
以上不同的说明性实施方案中的一个或多个可以包括以下一个或多个优点。 第一， 一个总目标EGR分数可以被分配到HPEGR和LP EGR通道上，其方式为 首先符合排放法规，其次优化发动机燃料经济与性能并保护和维护发动机系统。 第二，不要求使用单独的总EGR、 HPEGR、或者LP EGR流量传感器，这些传感 器成本高、使发动机系统复杂化并且引入故障模式。第三，可以使用一个标准的 闭环控制装置来控制一个目标总EGR分数以及这些单独的HP EGR和LP EGR流 量，由此允许在当前的发动机控制结构中的实用而有成本效益的实施。第四，可 以使用由一个单个的共同的致动器控制的一种组合的LP EGR阀与排气节流阀， 同样地，也可以使用由一个单个的共同的致动器控制的一种组合的HP EGR阀与 进气节流阀。
HP EGR/LP EGR比率优化 图11至图15B展示了控制涡轮增压压缩点火系统中的排气再循环(EGR)的 一种方法内的HP EGR/LP EGR比率优化，该系统包括一个高压(HP) EGR和一 个低压(LP)EGR通道。参见图4和图11，优化框402可以接收和处理不同的发动机系统输入，如发动机速度、发动机负载和/或总EGR分数设置点，以便标识和
HPEGR和LPEGR设置点。例如，在稳定状态系统操作过程中在任何给定的时刻， LP EGR和HP EGR设置点之和可以对应于总EGR分数设置点。更确切地说，如 果总EGR分数设置点是35%，那么HP EGR设置点可以是25%而LP EGR设置点 可以是10%,即HP EGR与LP EGR的比率为2.5:1。优选框402可以在几个不同 的系统目标或指标(包括涡轮增压器保护、排气排放、燃料经济性以及发动机性 能)中区分优先次序。更确切地说，优化框402可以才艮据减少的优先性对以上所 列出的次序中的那些指标区分优先次序。
如图ll所示，优化框402可以包括一个比率确定框478,该框接收系统输入 (例如，发动机速度和负载407、 408)并且确定基于这些输入的一个HPEGR/LP EGR比率。该优化框还可以包括一个用于校正EGR反应性中的滞后时间的 一个 HPEGR/LPEGR比率动态补偿框480,以及在框478、480的下游用来产生LPEGR 和HP EGR设置点的算术节点496、 497。优化框402还可以包括其他任何适当的 框、算术节点或类似结构。
比率确定框478可以确定将分配给LPEGR以及分配给HP EGR的总EGR分 数设置点的百分比。因为LP EGR和HP EGR是EGR的仅有的两个来源，所以它 们的百分比份额至少在稳定状态系统操作过程中合计为100%。例如，在冷发动机 操作过程中，比率确定框478可以将总EGR分数的仅约10%分配给LP EGR而将 该总EGR分数的约90%分配给HP EGR (通常比LP EGR更热)，从而使发动机更 快地暖机。在其他操作模式过程中，比率确定框478可以根据其他任何HPEGR/LP EGR比率(例如50/50、 20/80,等等)来分配该总EGR分数。
现在参见图12，比率确定框478可以包括几个模型，这些模型包括一个基础 模型482,它可以是基于稳定状态系统运行状态的一个模型。基础模型482可以接 收对应于不同的系统运行状态的多个信号或多个值，例如，发动机速度和发动机 负载，以及总EGR信息(例如总EGR设置点)。在此使用时，术语"信号，，包括 来自传感器的电气或电子信号、来自存储器的值，等等。多个实际参数值可以从 一个直接对应的参数传感器测量，或者可以从其他参数传感器或者从^t型和/或类
23似的器件的测量值来估算。基础模型482可以使用一个或多个公式、表格、映射
图或者类似的形式来处理这类输入，以产生一个基础的EGR值，例如， 一个基础 的HP EGR /LP EGR比率值、指示一个基础LP EGR份额百分比的一个基础LP EGR 值和/或指示一个基础HP EGR〗分额百分比的一个J^出HP EGR值。
可以开发基础模型482用于稳定状态热发动机运行条件并且可以包括一个或 多个目的。例如， 一个目的可以包括基于提供经过涡轮增压器的空气和排气的最 佳流量的燃料经济性的最大化。另一个目的(例如在高发动机负荷过程中)可以 包括选择经过涡轮增压涡轮机的排气的适当量，以便达到充足的排气歧管压力， 以产生发动机的峰值功率和转矩。
虽然基础模型482可以接收指示任何系统运行状态的信号，但优选接收有限 的一组信号，如以上所提及的信号。由于如此多的变量相互作用，所以与包括更 多变量和更大复杂性的模型相比，这使得基础模型482能够相对地简单并因此而 相对可靠。例如，模型482还可以包括其他变量，这些变量包括涡轮增压器速度、 涡轮增压器的一个温度或多个温度、涡轮增压器提升压力、发动机冷却剂的一个 温度或多个温度、进气温度等。然而，优选地是，这些变量可以使用在比率确定 框478的调节模型中，例如一个瞬态负载调节模型484、 一个进气温度调节模型 486以及一个涡轮增压器保护调节模型488。这些调节模型484、 486、 488可以输 出调节值，这些调节值可以修改或调节来自基础模型482的基础EGR值。例如， 这些调节模型可以输出 一个调节HP EGR /LP EGR比率值、指示对LP EGR份额百 分比的调节的一个调节LP EGR值和/或指示对HP EGR份额百分比的调节的一个 调节HP EGR值。
现在参见图13，可以提供瞬态负载调节模型484用来改进一个速率，例如在 发动机加速期间，燃烧气体(空气和/或EGR气体)可以被以此速率输送到该发动 机。因为在瞬时操作过程中柴油发动机可以传送的能量和转矩量通常受限于可供 发动机使用的空气，所以改进空气输送响应导致更好的发动机功率或加速度反应 性。 一个涡轮增压器通常是被用来改变空气到发动机的输送的主要装置，例如经 由废气门阀调节、涡轮机或压缩机叶片调节或类似的调节。但是，影响涡轮增压 压缩机可以泵送到发动机中的空气量的主要因素是气体流量、温度以及包含在流经该涡轮增压涡轮机排气中的压力形式的能量数量。因为HP EGR不向涡轮增压 涡轮机提供动力，而LP EGR可以做到，所以，例如，当确定一个目标提升压力 (发动机空气)高于实际的被传送到发动机的空气时，这个调节模型484可以产 生一个对LPEGR值的正的调节值。
仍参见图13,调节模型484可以包括 一个目标负载响应模型484a,用于确 定一个目标涡轮增压器提升压力和/或一个目标进气流量值； 一个算术节点484b, 用于将这些目标值与一个实际的涡轮增压器提升压力或进气流量值进行比较；以 及一个涡轮增压器提升压力和/或进气流量调节模型484c,用于确定一个基于该目 标与实际提升或进气值之间的变化的LP EGR调节值。目标负载响应模型484a可 以是任何公式、查询表、映射图或类似的形式，它接收系统运行状态输入(例如 发动机负载407或者发动机速度408或类似的输入)，并且它处理这种输入，以将 一个对应目标提升或进气流量值输出到算术节点484b。算术节点484b可以是一个 减法节点，它减去一个实际，提升压力或者进气流量值，并且当目标提升压力或进 气流量大于该实际提升压力或进气流量时，它将一个差值传递到调节模型484c。 调节模型484c可以接收该差值和其他任何适当系统参数并且使用一个或多个公 式、映射图、表格、或类似的方法处理这些数据以产生一个笫一LPEGR调节值。 相应地，这些HP EGR和LP EGR值可以^皮调整朝向更大的LP EGR，以允许更快 速地建立提升压力。
现在参见图14，进气温度调节模型486可以被提供以通过改变该HP EGR/LP EGR比率来修改进气温度。这个目标通常是相对易于达到的，因为HP EGR温度 通常明显地高于LP EGR温度。调节模型486可以包括用于确定一个目标进气温 度值的一个目标进气温度模型486a、用于将该目标值与一个实际的进气温度值进 行比较的一个算术节点486b以及用于确定基于该目标值与这些实际值之间的变化 的一个LPEGR调节值的一个LPEGR调节模型486c。目标进气温度模型486a可 以是任何公式、查询表、映射图或类似的形式，它接收系统运行状态输入(例如 发动机冷却剂温度等)，并且它可以处理这种输入以将一个对应的优选的进气温度 值输出到算术节点486b。算术节点486b可以是一个减法节点，该节点减去实际进 气温度值并且当目标进气温度大于该实际进气温度时，它将一个差值传递到调节
25模型486a。调节模型486a接收该差值和其他任何适当的系统参数并且可以通过一 个或多个公式、映射图、表格或类似的方式进行处理，以产生一个第二 LP EGR 调节值。
调节模型486还可以在一个进气子系统中的不同点处控制进气温度。例如， 可能希望在LP EGR与涡轮增压压缩机的上游入口空气相混合的情况下控制进气 温度。这在运行状态过程中可能正是这样，其中如果LP EGR温度太低，则会出 现有害的冷凝物。在一个具体的实例中，2005年12月9日提交的美国临时申请号 60/748,894披露了 一个策略，以在有害冷凝物出现时计算并控制一个LP EGR旁通 阀以避免这些情况。上述专利申请被转让给本申请的受让人并且通过引用整体结 合在本申请中。调节模型486可以使用与上述专利申请相同的计算，以调节HP EGR/LP EGR比率而不是控制LP EGR旁通阀或者另外控制LP EGR旁通阀。相应 地，HP EGR值和LP EGR值可以被调整以避免在EGR冷却器和/或在涡轮增压压 缩机中的冷凝物，并且向发动机提供更暖的进气。
现在参见图15A，可以提供涡轮增压器保护调节模型488以保护涡轮增压器 不受超速和过高的温度的影响。例如，调节模型488可以包括一个调节LP EGR 的涡轮增压器超速保护模型488a,以避免对该涡轮增压器的损害。超速保护模型 488a可以从一个算术节点488b接收一个差值，该节点可以接收一个最大涡轮增压 器速度信号并且将其与一个实际的涡轮增压器速度信号进行比较。算术节点488b 可以是一个减法节点，其中，该实际涡轮增压器速度信号可以从最大涡轮增压器 速度信号中被减去，以产生被发送到保护模型488a的差值。该最大涡轮增压器速 度信号可以来自顶级发动机控制模块或者任何其他适当的位置中的存储器，或者 来自某些其他模型或类似的装置。该实际涡轮增压器速度信号可以来自 一个涡轮 增压器速度传感器或者其他任何适当的速度传感器，或者来自 一个顶级发动机控 制模块或其他位置。保护模型488a可以从算术节点488b接收该差值以及任何其 他适当的系统参数(例如，发动机速度)，并且可以被用这些数据进行处理以产生 一个第三LPEGR调节(例如)以降低涡轮增压器的速度。
在另一个实例中，并且现在参见图15B, —个替代的调节模型488，可以包括 一个涡轮增压器的压缩机顶端保护模型488c，该模型可以调节LP EGR以避免对该涡轮增压器的压缩机的损害。压縮机顶端保护模型488c可以接收来自另一个算 术节点488d的一个差值，该算术节点可以接收一个最大的压缩机尖端温度信号以 及一个实际的压缩机尖端温度信号。算术节点488d可以是一个减法节点，其中， 该实际的压缩机尖端温度可以从该最大的压缩机尖端温度信号中被减去，以产生 被发送到顶端保护模型488c的差值。该最大压缩机尖端温度信号可以来自一个顶 级发动机控制模块或其他任何适当位置的存储器，或者来自其他的某个模型或者 类似的装置。该实际的压缩机尖端温度信号可以来自一个压缩机温度传感器或其 他任何适当的温度传感器，或者来自一个顶级发动机控制模块或其他位置。顶端 保护模型488c可以接收来自算术节点488d的差值以及其他任何适当的系统参数 (例如，发动机速度)，并且可以被用这些数据进行处理以产生一个替代的第三 LP EGR调节值(例如)以降低该压缩机尖端温度。相应地，HP EGR值和LP EGR 值能够被调整以避免一个涡轮增压器中过高的系统温度和速度。
可以提供任何其他比率调节模型以改进用于任何其他适当的参数的系统性 能。例如，该LP EGR可以进一步地进行调节以改进后处理再生。更确切地说， 该LP EGR可以被进一步地调节以减少经过排气后处理系统的气体流量和/或提高 经过其的排气温度。这些改进可能是所希望的，以提供用于过滤器再生的相对较 低的流量和较高的温度。
再次参见图12,来自调节模型484、 486、 488的LP EGR调节值可以被传递 到基础模型482下游的多个算术节点上。例如，该瞬态负载调节值可以由一个第 一算术调节节点490与该基础LP EGR值进行比较，该第一算术节点可以是一个 加法节点，该加法节点将这两个信号相加以产生一个瞬态负载调节的EGR值。在 另一个实例中，该进气温度调节值可以由一个第二算术调节节点491传递到该瞬 态负栽调节的EGR值，该第二算术节点可以是一个减法节点，该减法节点将该进 气温度值从该瞬态负载调节的EGR值中减去，以产生一个温度和瞬态负载调节的 EGR值。在另一个实例中，该保护调节值可以由一个第三算术调节节点492传递 到该温度和负载的调节的EGR值，该第三算术调节节点也可以是一个减法节点， 该减法节点将该保护调节值从该温度和瞬态负载调节的EGR值中减去，以产生一 个最终的LP EGR值。比率确定框478还可以包括一个限制框494,用于将一个LP EGR值与LP EGR 的上限和/或下限值进行比较，以防止不足的和/或过高的LPEGR水平。例如，限 制框494可以包括用于LP EGR的一个上限值和/或用于LP EGR的一个下限值。 用于LP EGR的一个示例性上限值可以是90%,且用于LP EGR的一个示例性下 限值可以是10%。相应地，如果一个最终的LPEGR值包括95。/。的LPEGR,那么 限制框494将取代该值而替代地输出 一个90%的LP EGR值。类似地，如果一个 最终调节的EGR值包括一个5%的LP EGR,则限制框494将取代该值而输出一个 10。/。的LPEGR值。才艮据另一个实施方案，可以在任何适当的位置中提供另一个限 制框(未示出)来类似地限制HPEGR。
该LP EGR值通过两个分支被传递到比率确定框478之外； 一个分支包括该 LP EGR值，且另一个计算并输出一个HPEGR值。在后一个分支中，该LP EGR 值可以;故传递到一个算术节点495上，该算术节点^^人该LP EGR值计算一个HP EGR值。算术节点495可以是一个减法节点，该减法节点将该LP EGR值从一个 100%的固定值减去，以产生一个对应的HPEGR值。相应地，比率确定框478产 生一个LP EGR值以及一个对应的HP EGR值。
再次参见图11, HP EGR值可以从比率确定框478被传递到HP/LP动态补偿 框480,该补偿框可以延迟该HP EGR值，以便将该系统中的EGR时间滞后计算 在内。在稳定状态系统操作中，将HP和LP EGR之一的 一个设置点降低一个给定 量而使另 一个的设置点升高相同的量将会导致该总EGR没有改变。但在HP EGR 与LPEGR之间存在一个时间滞后，其中，在LPEGR变化之前，HPEGR的变化 到达发动机，因为与HP排气相比，LP排气行进了相对较大的距离。换言之，因 为LP EGR环比HP EGR环更长，所以LP EGR中的变化比HP EGR中变化所用的 时间更长。相应地，如果HP EGR和LP EGR设置点被同时改变相同的量，那么 总EGR将在短期时间中是不正确的。这个时间表示当HP EGR中的变化到达发动 机时以及当LP EGR中的变化到达发动机时之间的延迟。
在一个特定的实例中，如果20%的总EGR在HP EGR与LP EGR之间被50/50 分开，则HP EGR和LP EGR将均为10%。如果HP EGR /LP EGR比率被改变为 40/60,则HPEGR将减少到8%而LPEGR将逐渐增加到12%,以在长时间内产生该20°/。的总EGR分数。但是在一个较短的期限中，虽然该HP EGR将相对快速地 减少到8%，但该LP EGR将相对緩慢地增加，并且发动机在某些时间将经历小于 12%的LP EGR。因此，该发动机将暂时经历小于20%的总EGR，并且介于18% 至20。/。之间的某处的总EGR。换言之，该发动机将在总EGR中经历短期的降低， 并带有伴随的对排放性能的影响。
因此，当HP EGR/LP EGR比率改变时，动态补偿框480可以校正总EGR分 数中的此类瞬态，因为该总EGR分数趋于具有比HPEGR/LPEGR比率更高的优 先权，以在所有时间保持尽可能低级别的排气排放。相应地，动态补偿框480可 以确保HP EGR /LP EGR比率变化被尽可能快速地执行，同时基本上维持该总EGR 分数。更确切地说，补偿框480可以延迟HP EGR值的下游联系，以使HPEGR 和LP EGR的变化基本上同时到达该发动机。
例如，补偿框480可以执行一个固定的延迟，该延迟等效于到达该发动机的 HP EGR与LP EGR的变化之间的一个典型的延迟。但是，因为该延迟可以取决于 系统运行状态的变化而改变，所以该延迟根据一个模型可以是可变的。在任何情 况下，虽然该延迟可以暂时产生一个不准确的HP EGR /LP EGR比率，但它将允 许LP EGR基本上与HP EGR同时到达发动机，从而确保一个基本上恒定的总EGR 分数。补偿框480可以包括在其他位置，例如进一步地在该控制流程的下游，但 反应时间也许不那么快。
仍参见图11, LP EGR和HP EGR值然后可以被传递到对应的算术框496、497， 这些算术框可以是乘法框，这些乘法框可以使该LP EGR值和该HP EGR值与总 EGR分数设置点418相乘。LP EGR设置点可以通过将LP EGR值与总EGR分数 相乘来确定。在一个特定的实例中，可以将一个10%的LP EGR应用到一个200/。 的总EGR分数以产生一个2%的LP EGR设置点(相反地， 一个18%的HP EGR 设置点)。如果20%的总EGR增加到30%，则相同的HP EGR /LP EGR比率将产 生一个3%的LPEGR以及一个27。/。的HPEGR。但是，如以上所述，目标总EGR 分数到HP EGR值的应用可能相对于该目标总EGR分数到LP EGR值的应用被延 迟，以便将决LP EGR与HP EGR之间的滞后时间计算在内。
虽然已经就一个基础LP EGR值以及多个LP EGR调节值对比率确定框478进行了描述，但其他实施方案可以是等效的。例如，比率确定框478还可以包括 或替代地包括用来产生一个HP EGR基础信号的一个基础模型以及用来产生HP EGR调节值的多个调节模型。在另一个实例中，比率确定框478还可以包括或替 代地包括一个用来产生HP EGR /LP EGR比率基础信号的基础模型以及用来产生 HP EGR /LP EGR比率调节值的多个调节模型。
根据另一个实施方案，这些调节模型484、 486、 488中的一个或多个可能在 任何给定的时间和/或在任何给定的系统运行状态下被禁用。例如， 一旦发动机在 正常运行温度以下运转，则进气温度调节模型486可以被禁用。示例性的正常运 行温度范围可以包括用于发动机冷却剂的75-85°C、用于发动机油的70-110。C以 及用于发动机输入气体的10-50°C。
冲艮据另一个的实施方案，这些调节模型484、 486、 488中的一个或多个可以 超越取代其他调节模型中的一个或多个。例如，如果一个保护调节值超过一个预 定量值，则该瞬态负载调节模型484可能被禁用。
虽然已经结合一个典型的HP EGR /LP EGR结构说明了这些示例性系统和方 法，但可以使用任何适当的两个或更多的EGR通道结构。例如，该EGR结构可 以包括一个发动才几的内部HP EGR流量通道、 一个双级涡轮增压EGR流量通道、 没有冷却器的EGR流量通道和/或类似的通道。
这种或这些方法或者其任何部分可以作为一个产品(例如图1的系统IO)的 一部分和/或作为一个计算机程序的一部分。该计算机程序能以既包括动态也包括 非动态的多种形式存在。例如，该计算机程序可以作为一个或多个软件程序而存 在(包括处于源代码、目标代码、可执行代码或其他格式中的程序指令)；或者作 为硬件描述语言(HDL)文件而存在。以上任何形式可以在一个计算机可用介质 上实现，该介质包括处于压缩的或未压縮形式的多个存储装置和信号。示例性计 算机可用存储装置包括常规的计算机系统RAM (随机存取存储器)、ROM (只读 存储器)、EPROM (可擦可编程ROM)、 EEPROM (可电擦除可编程ROM)、以 及磁盘或光盘或带。
本发明的实施方案的以上说明在本质上仅仅是示例性的，因此，其变体不得 被认为脱离本发明的3^青神和范围。
权利要求
1.在包括一个高压(HP)EGR通道和一个低压(LP)EGR通道的一个涡轮增压的压缩点火发动机系统中控制的排气再循环(EGR)的一种方法，该方法包括确定符合排气排放指标的一个目标总EGR分数；并且在所确定的目标总EGR分数的约束下确定一个目标HP/LP EGR比率来优化其他发动机系统指标，并且包括使用至少发动机速度和负载作为一个基础模型的输入，以输出一个基础EGR值；使用至少另一个发动机系统参数作为到至少一个调节模型的输入，以输出至少一个EGR调节值；并且用该至少一个EGR调节值来调节该基础EGR值，以产生一个经过调节的EGR值。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，该至少一个调节模型包括用于调节该基础 EGR值的一个瞬态负载调节模型，用于改进能够将燃烧气体输送到一台发动机的一个比率o
3. 如权利要求2所述的方法，其中该瞬态负载调节模型包括 确定一个目标涡轮增压器提升压力值；将该目标涡轮增压器提升压力与 一个实际的涡轮增压器的提升压力值进行比 较；并且基于该目标提升压力值与实际提升压力值之间的差异来确定该至少一个EGR 调节值。
4. 如权利要求2所述的方法，其中该瞬态负载调节模型包括 确定一个目标进气流量值；将该目标进气流量值与一个实际的进气流量值进行比较；并且基于该目标进气流量值与实际进气流量值之间的差异来确定该至少一个EGR 调节值。
5. 如权利要求1所述的方法，其中该至少一个调节模型包括用于修改多个进气 温度的一个进气温度调节模型。
6. 如权利要求5所述的方法，其中该进气温度调节模型包括 确定一个目标进气温度值；将该目标进气温度值与一个实际的进气温度值进行比较；并且 基于该目标进气温度值与实际进气温度值之间的差异来确定该至少一个EGR 调节值。
7. 如权利要求l所述的方法，其中该至少一个调节模型包括一个涡轮增压器保 护调节模型，用于保护一个涡轮增压器免于超速或过高温度中的至少一个。
8. 如权利要求7所述的方法，其中该涡轮增压器保护调节模型包括 将一个最大涡轮增压器速度信号与一个实际的涡轮增压器速度信号进行比较以产生一个差别速度信号；并且用除了涡轮增压器速度之外的至少另 一个发动机系统参数来处理该差别速度 信号，以产生该至少一个EGR调节值。
9. 如权利要求7所述的方法，其中该涡轮增压器保护调节模型包括 将一个最大涡轮增压压缩机尖端温度信号与一个实际的涡轮增压压缩机尖端温度信号进行比较，以产生一个差别温度信号；并且用除涡轮增压压縮机尖端温度之外的至少另一个发动机系统参数来处理该差 别温度信号以产生该至少一个EGR调节值。
10. 如权利要求1所述的方法，其中，这些其他的发动机系统指标包括涡轮增压 器保护、燃料经济性以及发动机性能，并且其中对EGR进行调节以便按照以下降低的优先顺序在这些指标中区分优先次序涡轮增压器保护；排气的排放；燃料 经济性；以及发动机性能。
11. 如权利要求1所述的方法，其中这些调节模型中的一个或多个在预定系统运 行条件下被禁用。
12. 如权利要求11所述的方法，其中当一台发动机在正常的运行温度下运转时一 个进气温度调节模型被禁用。
13. 如权利要求1所述的方法，其中这些调节模型中的一个或多个超越取代其他 调节模型中的一个或多个。
14. 如权利要求13所述的方法，其中如果一个涡^^增压器保护调节值超过一个预 定的量值时， 一个瞬态负载调节模型被禁用。
15. 如权利要求l所述的方法，进一步包括将该被调节的EGR值与EGR的上限或下限中的至少一个进行比较，以防止 过度的或不充足的EGR中的至少一个。
16. 如权利要求1所述的方法，其中该被调节的EGR值是一个被调节的LPEGR 值。
17. 如权利要求16所述的方法，进一步包括使用该被调节的LP EGR值来计算一个HP EGR值；并且 延迟该HPEGR值的下游联通以便将HPEGR与LPEGR之间的EGR时间滞 后计算在内。
18. 如权利要求17所述的方法，进一步包括将该目标总EGR分数应用到该HP EGR值和该被调节的LP EGR值上，以产生HP EGR和LP EGR设置点。
19. 一种控制包括一个高压(HP ) EGR通道和一个低压(LP ) EGR通道的一个 涡轮增压的压缩点火发动机系统中的排气再循环(EGR)的方法，该方法包括确定符合排气的排;故指标的一个目标总EGR分数；在所确定的目标总EGR分数的约束下通过至少使用至少一个模型中的发动 机速度和负载来输出 一个LP EGR值和一个HP EGR值，来确定一个目标HP EGR /LP EGR比率以优化其他发动机系统指标；将该目标总EGR分数应用到该LP和HP EGR值上，以设立LP EGR和HP EGR设置点；并且延迟该HP EGR值的下游联通，以便将LP EGR与HP EGR之间的滞后时间 计算在内。
20. 如权利要求19所述的方法，其中该延迟步骤包括延迟该目标总EGR分数到 该HPEGR值上的应用。
21. —种计算机种可用的介质，该介质上体现了由一个处理器可执行的、以使权 利要求1的方法能够进行的多条指令。
22. —种计算机种可用的介质，该介质上体现了由一个处理器可执行的、以使权 利要求19的方法能够进行的多条指令。
23. —种产品，包括用于实施权利要求1的方法的装置。
24. —种产品，包括用于实施权利要求19的方法的装置。
全文摘要
本发明的一个实施方案可以包括一种方法，该方法控制包括在高压(HP)EGR通道和低压(LP)EGR通道的一个涡轮增压的压缩点火发动机系统中的排气再循环(EGR)。该方法可以包括确定符合排气排放指标的一个目标总EGR分数，以及在所确定的该目标总EGR分数的约束下确定一个目标HP/LP EGR比率来优化其他发动机系统指标。该目标HP/LP EGR比率的确定可以包括至少将发动机速度和负载用作到一个基础模型的输入以输出一个基础EGR值、将至少另一个发动机系统参数用作到至少一个调节模型的输入以输出至少一个EGR调节值，以及通过至少一个EGR调节值对该基础EGR值进行调节以产生至少一个被调节的EGR值。
文档编号F02M25/07GK101627204SQ200880007347
公开日2010年1月13日 申请日期2008年3月14日 优先权日2007年3月28日
发明者J·舒蒂, V·乔尔格 申请人:博格华纳公司