具有废气再循环的柴油机系统的制作方法

专利名称：具有废气再循环的柴油机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油机系统，更具体地，涉及减小来自柴油机的废气中的诸如Nox (氧化氮)禾11PM (微粒物质)的污染物。
技术背景来自柴油机的废气部分地再循环到进气管的废气再循环(EGR)作为 一种用于减小废气中的氧化氮的方法已经公知。废气不包括氧气或包括低 浓度的氧气。因此，当废气再循环到进气管时，燃烧在低氧气浓度的状态 下进行。因此，燃烧温度下降，从而抑制NOx的产生。例如，废气再循环 公开在日本专利第3448862号、日本专利第3092547号、日本已经公开的专 利申请(JP-A-Heisei第11-50917号)以及日本已经公开的专利申请 (JP-A誦Heisei第11 -280525号)。采用废气再循环的柴油机的结构如下进行简要说明。EGR路径(废气 再循环通道)设置在柴油机的排汽口和进汽口之间。沿着EGR路径，废气 再循环到吸入路径。用于控制再循环废气的流量的EGR阀(废气再循环控 制阀)设置到EGR路径上。此外，用于控制吸入空气的流量的节流阀(进 气节流阀)设置到吸入路径上。EGR阀和节流阀的开度控制为使得过量空气比(系数)与期望值一致。 具体地，当过量空气比高于期望值时，EGR阀的开度设置为增加，从而使 再循环废气的流量增加。当EGR阀完全打开后，节流阀的开度设置为减小。 在此控制中，再循环废气的流量设置为增加，而作为吸入空气的外部空气 的流量根据需要设置为减小，因此，使过量空气比减小到期望值。另一方 面，当过量空气比低于期望值时，节流阀的开度设置为增加，当节流阀完 全打开且过量空气比依然低于期望值时，EGR阀的开度设置为减小。在此 控制中，外部空气的流量被增加，而再循环废气的流量根据需要被减小， 因此，过量空气比设置为增加到期望值。为了有效地减小氧化氮，EGR阀和节流阀的开度需要根据柴油机的负载控制是非常重要的。因为达到期望过量空气比的EGR阀和节流阀的开度 根据发动机的负载变化。即使EGR阀的开度恒定，再循环废气的流量也根 据柴油机的负载变化，特别是，根据发动机的发动机速度(发动机的旋转 数)变化。具体地，当柴油机的负载较小时(即，当发动机的速度较低时)，吸 入空气的压力很低。因此，即使EGR阀的开度较小，再循环废气的流量也 可以很高。因此，当柴油机的负载较小时，EGR阀的开度设置为较小，而 节流阀的开度设置为较大。另一方面，当柴油机的负载较大时，EGR阀的 开度需要较大以使废气以期望的流量再循环。因此，当柴油机的负载较大 时，EGR阀的开度设置为较大，或节流阀的开度设置为较小。这样的控制 可以最大限度地减小氧化氮。此控制存在的一个问题是，在柴油机的负载增加期间，产生大量的烟。 换言之，在负载增加期间，产生大量的微粒物质。从保证再循环废气的流 量以减小氧化氮的观点看，优选使EGR阀的开度随着柴油机负载的增加而 增加。除了增加EGR阀的开度外，更优选使节流阀的开度根据需要减小。 然而，此控制具有的副作用在于，在柴油机的负载增加期间，不能保证吸 入空气的需要流量。随着柴油机负载的增加，吸入空气的需要流量也增加。 然而，为了减小氧化氮，EGR阀的开度设置为增加或节流阀的开度设置为 减小，供给到柴油机的外部空气减小，因此，不能保证吸入空气的需要流 量。在此情况下，在柴油机的燃烧室中出现不完全燃烧，并产生烟雾。由 于柴油机负载的增加具有促使吸入空气的流量增加的作用，所以，当柴油 机负载的增加结束后(即，当柴油机速度的增加结束后)，不能保证吸入 空气的需要流量的问题不严重。然而，促使吸入空气的流量增加的作用在 负载增加期间不是有效的。因此，在负载增加期间，当EGR阀的开度设置 为增加或当节流阀的开度设置为减小时，问题很严重，不能保证吸入空气 的需要流量并产生烟雾。从此背景看，需要抑制在发动机的负载增加期间烟雾的产生，而不抑 制氧化氮的减小。附带地，日本已经公幵的专利申请(JP-A-Heise滞6-74070号)公开了控制用于发动机的空气燃料比的空气燃料比控制器。由来自发动机的废 气驱动的涡轮增压器通过吸入路径连接到发动机。吸入路径设置有气体混 合器和节流阀。节流阀设置在气体混合器和发动机之间。气体混合器通过 节流阀将燃料和吸入空气混合后的混合气体供给到发动机。在涡轮增压器 和气体混合器之间的一部分吸入路径通过旁路阀连接到气体混合器和节 流阀之间的另一部分吸入路径。空气燃料比控制器包括第一延迟电路和第二延迟电路。第一延迟电路平均(average)表示废气中氧气浓度的电压信号。第二延迟电路延迟平均 电压信号和期望值信号之间的差信号。期望值信号根据废气的温度设定。 控制器根据延迟的差信号控制旁路阀。发明内容本发明的一个目的是抑制在发动机的负载增加期间烟雾的产生，而不 抑制氧化氮的减小。在本发明的一个方面，柴油机系统包括柴油机；节流阀，所述节流 阀配置用于控制吸入到柴油机的空气流量；EGR (废气再循环)路径，废 气沿所述EGR路径从柴油机的排汽口再循环到进汽口； EGR阀，所述EGR 阀配置用于控制废气的流量；以及控制器，所述控制器配置用于控制节流 阀和EGR阀，使得当柴油机的负载增加时，节流阀的开度减小，而EGR阀 的开度增加。控制器配置用于控制EGR阀，使得EGR阀的开度在第一预定 保持时间内保持恒定后增加。根据以上配置，由于EGR阀的开度在第一预定保持时间内保持恒定， 所以，不抑制柴油机的负载增加造成吸入空气流量增加的作用。因此，在 柴油机系统中，在柴油机的负载增加期间，保证了吸入空气的需要流量并 抑制烟雾的产生。优选地，第一保持时间为从1秒到5秒。从抑制烟雾产生的观点看，控制器优选配置用于控制节流阀，使得节 流阀的开度在第二预定保持时间内保持恒定后减小。优选地，第二保持时 间从1秒到5秒。当柴油机系统设置有测量吸入空气的流量的空气流量表时，优选吸入 空气流量的期望值由负载确定，节流阀和EGR阀的开度根据期望值和通过空气流量表获得的吸入空气的流量的测量值之间的误差，通过反馈控制确 定。具体地，优选第一控制参数根据误差值通过PID (比例积分微分)或 PI (比例积分)控制来确定，第二控制参数通过将延迟逻辑应用于第一控制参数确定，第三控制参数通过将饱和(saturation)计算应用于第二控制 参数确定，且节流阔和EGR阀的开度由第三控制参数确定。在此情况下， 延迟逻辑被定义为当EGR阀的开度被增加时，第二控制参数在第一保持时 间内保持。优选对PID或PI控制执行抗饱和(anti-windup)关系，以改进 控制的响应。抗饱和关系根据第一控制参数和第三控制参数之间的差进 行。还优选节流阀和EGR阀的开度根据柴油机的负载通过前馈控制确定。 当执行前馈控制时，EGR阀的开度在第一预定保持时间内保持恒定后增加 的控制特别有效。在本发明的另一方面，柴油机系统包括柴油机；节流阀，所述节流 阀配置用于控制吸入到柴油机的空气流量；EGR (废气再循环)路径，废 气沿所述EGR路径从柴油机的排汽口再循环到进汽口； EGR阀，所述EGR 阀配置用于控制废气的流量；以及控制器，所述控制器配置用于控制节流 阀和EGR阀，使得当柴油机的负载增加时，节流阔的开度减小，而EGR阀 的开度增加。控制器配置用于控制节流阀，使得节流阀的开度在预定保持 时间内保持恒定后减小。根据以上结构，由于节流阀的开度在预定保持时间内保持恒定，所以， 不抑制柴油机的负载增加造成吸入空气流量增加的作用。因此，在柴油机 系统中，在柴油机的负载增加期间，保证吸入空气的需要流量并防止烟雾 的产生。


图1A是显示根据本发明实施例的柴油机系统的结构； 图1B是显示图1A的柴油机系统的控制系统的结构的方框图； 图2A是显示节流阀的开度的改变的例子的图示； 图2B是显示EGR阀的开度的改变的例子的图示；图3是显示通过控制器执行的控制逻辑的例子的方框图；图4是显示在图3的控制逻辑中使用的控制图的概念图示；图5是显示在图3的控制逻辑中使用的函数的图示；图6A是显示当执行在预定保持时间期间节流阀的开度和/或EGR阀的开度保持恒定的控制时，发动机的速度改变的图示； 图6B是显示当执行控制时扭矩改变的图示；图6C是显示当执行控制时吸入空气流量改变的图示； 图6D是显示当执行控制时在废气中的氧气浓度改变的图示；图6E是显示当执行控制时废气的不透明性(opacity)改变的图示；图7是显示通过控制器执行的控制逻辑的另一例子的方框图； 图8是显示在图7的控制逻辑中执行的抗饱和补偿的例子的方框图；及图9是显示通过控制器执行的控制逻辑的另一例子的方框图。
具体实施方式
图1A显示根据本发明实施例的柴油机系统1的结构。柴油机系统l包 括柴油机2、吸入路径3、排出路径4、涡轮增压器5、废气处理器6和EGR 路径7。吸入路径3连接到柴油机2的进汽口2a，而排出路径4连接到柴油机 2的排汽口2b。涡轮增压器5通过从柴油机2排出到排出路径4的废气驱动并 压縮吸入的空气。废气处理器6从废气中去除污染物，例如NOx和PM。 EGR 路径7设置为连接排汽口2b和进汽口2a。吸入路径3设置有涡轮增压器5的压缩机叶轮5a、中间冷却器ll和节流 阀12。通过涡轮增压器5压縮的吸入空气通过中间冷却器11被冷却，然后 通过节流阀12供给到柴油机2。节流阀12用于控制吸入空气的流量。排出路径4设置有VGT (可变几何构造涡轮增压器)致动器13和涡轮 增压器5的涡轮机叶轮5b。 VGT致动器13用于控制引入到涡轮增压器5的涡 轮机叶轮5b内的废气的流量。涡轮机叶轮5b通过引入的废气被驱动，并驱 动设置在吸入路径3中的压縮机叶轮5a。因此，压縮吸入路径3中的吸入空 气。从涡轮增压器5的涡轮机叶轮5b排出的废气被引入到废气处理器6中。废气处理器6包括还原剂喷射器14、 DOC (柴油机氧化催化剂)15、 LNT (贫(lean) N0x捕集器)16和DPF (柴油机微粒过滤器)17。还原剂喷射器14将还原剂喷射到废气中以将废气还原。DOC 15、 LNT 16和DPF 17用于从废气中去除NOx和微粒物质(PM)。废气沿EGR路径7从排汽口2b再循环到进汽口2a，以减小NOx到外部 的排放。EGR路径7设置有EGR冷却器18和EGR阀19。 EGR冷却器18冷却 再循环的废气。EGR阀19控制再循环的废气的流量。为了适当地控制节流阀12、 VGT致动器13、还原剂喷射器14和EGR 阀19，在柴油机系统l的各个位置设置了各种测量仪器和传感器。具体地， 柴油机2设置有用于测量其发动机速度(转数)N的发动机速度传感器21。 吸入路径3设置有用于测量吸入空气流量Gair (即，在吸入路径3中的吸入 空气的流量)的空气流量计22。空气流量计22被定位于涡轮增压器5的上 游。此外，进汽口2a设置有吸入空气压力传感器23和吸入空气温度传感器 24，而排出路径4设置有空气燃料比传感器25和NOx传感器26。此外，废 气处理器6设置有废气温度传感器27a到27d和DPF差压传感器28以及NOx 传感器29。如图1B所示，将发动机速度传感器21、空气流量计22、吸入空气压 力传感器23、吸入空气温度传感器24、空气燃料比传感器25、 NOx传感器 26、废气温度传感器27a到27d、 DPF差压传感器28以及NOx传感器29的输 出信号供给到控制器8。控制器8根据输出信号控制节流阀12、 VGT致动器 13、还原剂喷射器14和EGR阀19的开度。如上所述，节流阀12和EGR阀19的控制对氧化氮和烟雾(或微粒物质) 的产生具有影响。根据本实施例的柴油机系统l的一个特征在于对节流阀 12和EGR阀19的适当控制有效地抑制了在发动机的负载增加期间烟雾的 产生，而不抑制氧化氮的减小。具体地，在根据本实施例的柴油机系统l中，节流阀12和EGR阀19被 控制为使得当其开度设定为增大时以及其开度减小时的响应速度不同。具 体地，如图2A所示，对于节流阀12，当其开度XT/v被设定为减小时，在开度XT/v在预定保持时间内保持恒定后，开始减小开度XT/v。当开度XT/y设定 为增大时，立即使开度XT/v增大(不用等待经过保持时间)。另一方面，对于EGR阀19，如图2B所示，当其开度XEM设定为增大时，当开度XE^在预 定保持时间内保持恒定后，开始增大开度XEcm。当开度XE③减小时，立即使开度XE^减小(不用等待经过保持时间)。根据这种控制，在柴油机2的负载增加期间，有效地抑制烟雾的产生而不抑制氧化氮的减小。当柴油机2的负载增加时，EGR阀19的开度最终 设定为增大，以便抑制氧化氮的产生，而除了EGR阀19的开度增大外，节 流阀2的开度根据需要减小。EGR阀19的幵度增大或节流阀12的开度减小 促使来自外部的吸入空气的流量减小。因此，这可能造成产生烟雾的不完 全燃烧。然而，在本实施例中，节流阀12和EGR阀19的开度在预定保持时 间内保持恒定。因此，在柴油机2的负载增加期间，不可能抑制柴油机2的 负载增加造成吸入空气流量增加的作用。因此，即使在负载增加期间，也 可以保证吸入空气的所需流量并抑制烟雾的产生。另一方面，当柴油机2的负载减小时，节流阀12的开度立即增大(不 用等待经过保持时间)，而除了节流阀12的开度增大外，EGR阀19的开度 根据需要减小。因此，最佳地控制过量空气比，导致抑制烟雾的产生。对于节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEcm的保持时间优选从l 秒妾U5秒。当对于节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEGR的保持时间太 短时，在柴油机2的负载增加期间不能保证吸入空气的所需流量。另一方 面，当对于节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEM的保持时间太长时， 导致不希望有的产生氧化氮的增加。下面将说明执行以上控制的具体控制逻辑。图3显示用于节流阀12和 EGR阀19的开度的控制逻辑。该逻辑在控制器8中执行。将扭矩命令丁*和 通过发动机速度传感器21测量的发动机速度N发送到控制器8。扭矩命令 丁*是指定通过柴油机2输出的扭矩的信号。当将柴油机系统1安装在车辆中 时，例如，可以由响应加速器踏板的运动产生的加速器信号或指定燃料的 喷射量的喷射量命令产生扭矩命令T、另外，可以使用加速器信号或喷射 量命令来代替扭矩命令T、' 此外，通过空气流量计22测量的吸入空气流量Gair被输入控制器8。 吸入空气流量Gair通过空气流量计22获得。吸入空气流量Gair用于控制节 流阀12和EGR阀19的开度。低通过滤处理31和33分别应用到发动机速度N和扭矩命令T^ 。此外， 在吸入路径3中流动的吸入空气的流量的期望值Gai产由应用低通过滤处理的发动机速度N和扭矩命令T"角定。控制图(control map) 33用于确定 期望值Gair、图4是显示控制图33的图示。控制图33说明了期望值Gai一以及发动机 速度N和扭矩命令TP的组合之间的对应关系。控制图33限定期望值Gai产 随着发动机速度N的增加而增加，或随着扭矩命令丁*的增加而增加。此外，确定的期望值Gaii^和通过空气流量计22测量的吸入空气流量 Gair之间的误差e通过减法处理34计算，根据误差e进行PID (比例积分微 分)控制35。控制参数e通过PID控制35确定。控制参数e用于确定节流阀 12的开度X^和EGR阀19的幵度XK^。随着发动机的负载的增加，期望值 Gai一增加，因此，控制参数0减小。吸入空气流量Gair是对应于柴油机2的过量空气比的参数。因此，响 应吸入空气流量Gair的节流阀12和EGR阀19的开度的控制等效于响应柴 油机2的过量空气比的节流阀12和EGR阀19的开度的控制。因此，可以使 用柴油机2的过量空气比来代替吸入空气流量Gair。在此情况下，控制图 33说明了所需的过量空气比期望值以及发动机速度N和扭矩命令T^的组 合之间的对应关系。然后，根据柴油机2的过量空气比和过量空气比期望 值之间的误差e进行PID控制35 。控制器8储存用于由控制参数e确定节流阀12的开度XT/v的函数37、以 及用于由控制参数e确定EGR阀19的开度XEM的函数38。控制器8使用函数 37和38确定节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEc^。图5是显示控制 参数e和通过函数37规定的节流阀12的开度XT/v之间的关系以及控制参数e 和通过函数38规定的EGR阀19的开度XECR之间的关系的图示。在本实施例 中，当控制参数e为微小值eo或更小时，节流阀12的开度XT/v控制为恒定值Xo (%)。当控制参数e为从eo到i时，开度乂^设定为随着9的增加从乂00% 到100%单调增大。当e为i或更大时，开度XT/y保持在ioox。另一方面，当控制参数e为l或更小时，EGR阀19的开度XEGR保持在100X。当e为i或更大时，开度XEOT设定为随着e的增加从ioox到ox单调减小。在本实施例中，通过PID控制35计算的控制参数e不直接用于通过函数 37和38对节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEOT的确定。控制器8将 延迟逻辑36应用到控制参数e，并将函数37和38应用到应用了延迟逻辑36的控制参数e，以确定节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEM。在以下说明中，当应用延迟逻辑36后，控制参数的尔为控制参数ed。延迟逻辑36用于执行当预定保持时间经过后使节流阀12和EGR阀19 的开度减小或增大的控制。延迟逻辑36如下确定。当控制参数e减小时， 在控制参数0d在预定的保持时间内保持恒定后，减小控制参数0d以跟随控制参数e的减小。控制参数ed的减小率限定到预定的范围。由于当控制参 数e减小时，控制参数ed在预定的保持时间内保持恒定，所以，当节流阀12的开度XT/v减小时，开度XT/v在预定的保持时间内保持恒定，此外，当 EGR阀19的开度XECK设定为增大时，开度XEM在预定的保持时间内保持恒定。另一方面，当控制参数e设定为增大时，确定控制参数ed等于控制参数e。因此，开度XT/v设定为当节流阀12的开度XT/V设定为增大时立即增 大(不用等待经过保持时间)，而开度XECK设定为当EGR阀19的开度XE^ 减小时立即减小(不用等待经过保持时间)。根据这种控制，如上所述， 有效地抑制在发动机的负载增加期间烟雾的产生，而不抑制氧化氮的减 小。在以上说明中，执行当经过预定的保持时间后使节流阀12和EGR阀19 两者的开度减小或增大的控制。可以执行当经过预定的保持时间后仅使节 流阀12和EGR阀19的开度中的一个减小或增大的控制。艮口，在另一实施例中，当节流阀12的开度X，设定为减小时，当开度XT/v在预定的保持时间内保持恒定后，开始开度XT/v的减小，当幵度Xt/v设定为增大时，开度X，立即增大(不用等待经过保持时间)。另一方面， 对于EGR阀19，开度XEM减小和增大无需等待经过保持时间。例如，可以 通过将函数37应用于施加延迟逻辑36的控制参数ed以计算节流阀12的开 度Xt,v、以及通过将函数38应用于控制参数e (不施加延迟逻辑36)以计算 EGR阀19的开度XEM实现上述操作。同样在此控制中，保证了在负载增加 期间的吸入空气的需要流量，同时抑制烟雾的产生。在再一实施例中，当EGR阀19的开度XEcm增加时，当开度XE^在预定的保持时间内保持恒定后，开始开度XEC^的增加，当开度XEcm减小时，开度XE^设定为立即减小(不等待经过保持时间)。另一方面，对于节流阀 12，开度XT/v减小和增加而不等待经过保持时间。例如，可以通过将函数1337应用于控制参数e (不施加延迟逻辑36)以计算节流阔12的开度XT/v、以 及通过将函数38应用于施加了延迟逻辑36的控制参数ed以计算EGR阀19的开度XEcm实现此操作。用于节流阀12的开度XT/y的保持时间和用于EGR阀19的开度XEcm的 保持时间可以不同。当在延迟逻辑36中相对节流阀12的开度XT/v施加的保 持时间不同于相对EGR阀19的开度XEOT施加的保持时间时，可以实现此控制。图6A到图6E是显示施加用于确定节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的 开度XEw的延迟逻辑36效果的图示。图6A到图6E是显示当柴油机2的负载增加时，根据本实施例的柴油机系统l的响应。用于节流阔12的开度XTw和EGR阀19的开度XEM的保持时间设定为4 秒。具体地，图6A显示了柴油机2的发动机速度的改变，图6B显示了柴油 机2的输出扭矩的改变，图6C显示了吸入空气流量的改变，图6D显示了废 气中的氧气浓度的改变，而图6E显示了废气的不透明性(叩acity)的改变。 在图6D中显示的废气中的氧气浓度对应用于柴油机2中的燃烧的氧气量， 而废气中的低氧气浓度意味着出现不完全燃烧。另一方面，在图6E中显示 的不透明性对应烟雾的产生，而高不透明性意味着烟雾产生。当柴油机2的负载增加时，吸入空气流量Gair也增加。至于不使用延 迟逻辑36的比较例，当柴油机2的负载增加时，EGR阀19的开度增加以抑 制氧化氮的产生，而节流阀12的开度减小。因此，延迟吸入空气流量Gair 的增加。吸入空气流量Gair增加的延迟造成如图6D所示柴油机2中的不完 全燃烧，以及如图6E所示长时间地产生烟雾。烟雾长时间的产生以废气的 不透明性长时间连续高的现象出现。另一方面，从图6C可以理解，当使用根据本发明的延迟逻辑36时， 吸入空气流量Gair快速增加。吸入空气流量Gair在以下所有的情况都快速增加延迟逻辑36只应用于确定节流阀12的开度XTyv、延迟逻辑36只应用于确定EGR阀19的开度XE⑩、以及延迟逻辑36应用于确定以上两个开度。 由于吸入空气流量Gair快速增加，所以，如图6D所示，防止了柴油机2中 的不完全燃烧，并抑制了烟雾的产生。烟雾产生的抑制以废气的不透明性 高的持续时间缩短的现象出现。由图6C可以理解，确定节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEGR 应用延迟逻辑36导致吸入空气流量Gair最快速地增加。这表明对节流阀12 的开度XT/v和EGR阀19的开度XEGR两者施用延迟逻辑36的效果。然而，由 图6A到图6E可以理解，只将延迟逻辑36应用于其中之一也是有效的。图7显示了由控制器8执行的控制逻辑的另一例子。在图7的控制逻辑 中，相对节流阀12和EGR阀19中的饱和(即，完全打开位置和完全关闭位 置)，将饱和计算39增加到控制逻辑。在本实施例中，饱和计算39应用于 施用延迟逻辑36的控制参数ed以计算控制参数A。具体地，当控制参数ed为从o到2时，控制参数^设定为等于控制参数ed，当控制参数ed为o或更小 时，控制参数0s设定为o，当控制参数ed为2或更多时，控制参数es设定为2。然后，将函数37和38应用于控制参数es以计算节流阀12的开度XTw和EGR阀19的开度XEGR。存在的问题是节流阀12和EGR阀19的饱和导致积分饱禾口(windup)。当 节流阀12或EGR阀19完全打开或完全关闭时，控制误差持续存在。另一方 面，由于在PID控制中使用的误差e保持为不是O，所以，在PID控制35中的 积分值持续增加到控制的响应变的更差的程度。当施用延迟逻辑36时，积 分饱和的问题显著。为了有效地避免积分饱和的问题，在本实施例中，将延迟逻辑36应用于控制参数e以获得控制参数ed，将饱和计算39应用于控制参数ed以获得控 制参数&，并根据控制参数es执行抗饱和补偿41 。图8是显示PID控制35和抗饱和补偿41的控制方框图。在PID控制35 中，将误差e、微分42的结果和积分44的结果加到一起以获得总和。并执 行总和乘以比例增益Kp的乘法46。在此，将积分44应用于减去抗饱和补偿 41的结果的误差e。在减法40中，在通过PID控制35 (在本控制步骤之前的 一个步骤的前述控制步骤中)获得的控制参数e和通过饱和计算39 (在前 面的控制步骤中)获得的控制参数es之间计算差值。抗饱和补偿41根据该 差值执行。以下等式用作抗饱和补偿41的传递函数FAwu (s)。在此，Kp为PID控制35的比例增益，而TD为PID控制35的求导时间。抗饱和补偿41防止了积分饱和使控制的响应变差。抗饱和补偿41不仅在进行如本实施例中说明的PID控制35的情况中有 效，而且在代替PID控制35进行PI (比例积分)控制的情况中也有效。如图3和图8所示，控制参数e根据吸入空气流量Gair通过反馈控制确定。如图9所示，也可以根据柴油机2的负载通过前馈控制确定控制参数e。即，可以通过前馈控制确定节流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEGR。 在前馈控制中，由于当柴油机2的负载的改变开始后，在短时间内控制节 流阀12的开度XT/v和EGR阀19的开度XE^，所以烟雾的产生比在反馈控制 中更显著。因此，当执行前馈控制时，在预定的保持时间后将节流阀12的 开度XT/v和EGR阀19的开度XECR增加或减小的控制特别有效。具体地，将发动机速度N和扭矩命令T^给予控制器8，并对发动机速 度N和扭矩命令P执行低通过滤处理31和33。控制参数e通过利用来自执 行了低通过滤处理的发动机速度N和扭矩命令P^的控制图33A确定。控制 图33A说明了控制参数e以及发动机速度N和扭矩命令P^的组合之间的对 应关系。控制图33A限定控制参数e随着发动机速度N的增加而减小或随着 扭矩命令丁*的增加而减小。将延迟逻辑36应用于通过利用控制图33A获得的控制参数e以计算控 制参数9d。然后，将函数37和38应用于控制参数ed (已经施用延迟逻辑36) 以确定节流阔12的开度XT/v和EGR阀19的开度XEGR。函数37用于由控制参 数ed确定节流阀12的开度XT/y，而函数38用于由控制参数0d确定EGR阀19的开度XE(jn。如同图9所示的控制一样，延迟逻辑36的应用可以有效地抑制在发动 机的负载增加期间烟雾的产生，而不抑制氧化氮的减少。具体地，当控制参数e减小时，控制参数ed在预定的保持时间内保持恒定后随着控制参数e 减小。由于当控制参数e减小时，控制参数0d在预定的保持时间内保持恒定，所以，当节流阀12的开度XT/v减小时，开度XT/v在预定的保持时间内保持恒定，此外，当EGR阀19的开度XEM增加时，开度XEM在预定的保持时间内保持恒定。另一方面，当控制参数e增加时，确定控制参数9d等于控制参数e。因此，开度XT/v当节流阀12的开度XT/v增加时立即增加(不等待经过保持时间)，而开度XEGR当EGR阀19的开度XEGR减小时立即减小(不等待经过保持时间)。根据此控制，如上所述，可以有效地抑制在发动机 的负载增加期间烟雾的产生，而不抑制氧化氮的减小。当执行图9的前馈控制时，保持时间优选为比在执行图3的反馈控制的 情况下的保持时间长。在反馈控制中，检测吸入空气流量(或过量空气比)，节流阀12和EGR阀19根据吸入空气流量(或过量空气比)控制。因此，保 证用于发动机的当前驱动状态的需要吸入空气流量相对容易。换言之，相 对短的保持时间足够保证需要的吸入空气流量。另一方面，在前馈控制中， 控制节流阀12和EGR阀19不考虑吸入空气流量(或过量空气比)。因此， 易于在发动机的负载增加期间出现吸入空气流量的极度短缺。为此，为了 充分地抑制烟雾的产生，当执行图9的前馈控制时，保持时间优选设定为 比在执行图3的反馈控制的情况下的保持时间长。具体地，当执行图9的前馈控制时，用于节流阀12的开度XT/v和EGR 阀19的开度XE^的保持时间优选从1秒到10秒，更优选从3秒到10秒。当节 流阀12的开度XT,v和EGR阀19的幵度Xem的保持时间太短时，不能保证在 发动机2的负载增加期间的吸入空气的需要流量。另一方面，当节流阀12 的开度XT/v和EGR阀19的
权利要求
1.一种柴油机系统，包括柴油机；节流阀，所述节流阀配置用于控制吸入所述柴油机的空气的流量；EGR路径，废气沿所述EGR路径从所述柴油机的排汽口再循环到进汽口；EGR阀，所述EGR阀配置用于控制所述废气的流量；以及控制器，所述控制器配置用于控制所述节流阀和所述EGR阀，使得当所述柴油机的负载增加时，所述节流阀的开度减小，而所述EGR阀的开度增加，其中所述控制器配置用于控制所述EGR阀，使得所述EGR阀的所述开度在第一预定保持时间内保持恒定后增加。
2. 根据权利要求l所述的柴油机系统，其中所述控制器配置用于控制 所述节流阀，使得所述节流阀的所述开度在第二预定保持时间内保持恒定 后减小。
3. 根据权利要求2所述的柴油机系统，其中所述第一保持时间为从l 秒到5秒。
4. 根据权利要求3所述的柴油机系统，其中所述第二保持时间为从l 秒到5秒。
5. 根据权利要求l所述的柴油机系统，还包括空气流量表，所述空气流量表配置用于测量所述吸入空气的所述流其中所述控制器配置用于由所述负载确定所述吸入空气的所述流量 的期望值，并根据所述期望值和通过所述空气流量表获得的所述吸入空气 的所述流量的测量值之间的误差，通过反馈控制确定所述节流阀的所述开度和所述EGR阀的所述开度。
6. 根据权利要求5所述的柴油机系统，其中所述控制器配置用于根据 所述误差通过PID或PI控制确定第一控制参数，通过将延迟逻辑应用于所 述第一控制参数来确定第二控制参数，通过将饱和计算应用于所述第二控制参数来确定第三控制参数，并由所述第三控制参数确定所述节流阀的所述开度和所述EGR阀的所述开度，所述延迟逻辑被定义为当所述EGR阀的所述开度被增加时，所述第二控制参数在所述第一保持时间内保持，所述控制器配置用于对所述PID或PI控制执行抗饱和关系，以及所述抗饱和关系根据所述第一控制参数和所述第三控制参数之间的 差执行。
7. 根据权利要求l所述的柴油机系统，其中所述控制器配置用于根据 所述负载通过前馈控制确定所述节流阀的所述开度和所述EGR阀的所述开度。
8. 根据权利要求7所述的柴油机系统，其中所述第一保持时间为从l 秒到10秒。
9. 一种柴油机系统，所述柴油机系统包括 柴油机；节流阀，所述节流阀配置用于控制吸入到所述柴油机的空气流量； EGR路径，废气沿所述EGR路径从所述柴油机的排汽口再循环到进汽EGR阀，所述EGR阀配置用于控制所述废气的流量；以及控制器，所述控制器配置用于控制所述节流阀和所述EGR阀，使得当所述柴油机的负载增加时，所述节流阀的开度减小，而所述EGR阀的开度增加，其中所述控制器配置用于控制所述节流阀，使得所述节流阀的所述开 度在预定保持时间内保持恒定后减小。
10. —种柴油机系统的控制方法，所述柴油机系统包括柴油机；节 流阀，所述节流阀配置用于控制吸入所述柴油机的空气流量；EGR路径， 废气沿所述EGR路径从所述柴油机的排汽口再循环到进汽口 ；以及EGR 阀，所述EGR阀配置用于控制所述废气的流量，所述柴油机系统的控制方 法包括控制所述节流阀和所述EGR阀，使得当所述柴油机的负载增加时，所 述节流阀的开度减小，而所述EGR阀的开度增加，其中执行对所述EGR阀的所述控制，使得当所述EGR阀的所述开度在预定保持时间内保持恒定后增加。
11. 一种柴油机系统的控制方法，所述柴油机系统包括柴油机；节 流阀，所述节流阀配置用于控制吸入到所述柴油机的空气流量；EGR路径， 废气沿所述EGR路径从所述柴油机的排汽口再循环到进汽口；以及EGR 阀，所述EGR阀配置用于控制所述废气的流量，所述柴油机系统的控制方 法包括控制所述节流阀和所述EGR阀，使得当所述柴油机的负载增加时，所 述节流阀的开度减小，而所述EGR阀的开度增加，其中执行对所述节流阀的所述控制，使得所述节流阀的所述开度在预 定保持时间内保持恒定后减小。
全文摘要
一种柴油机系统(1)，包括柴油机(2)、节流阀(12)、EGR(废气再循环)路径(7)、EGR阀(19)和控制器(8)。节流阀控制吸入到柴油机的空气流量。废气沿EGR路径从柴油机的排汽口(2b)再循环到进汽口(2a)。EGR阀控制废气的流量。控制器控制节流阀和EGR阀，使得当柴油机的负载增加时，节流阀的开度减小，而EGR阀的开度增加。控制器控制EGR阀，使得EGR阀的开度在第一预定保持时间内保持恒定后增加。
文档编号F02D21/08GK101255822SQ20081000994
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月15日 优先权日2007年2月28日
发明者井手和成, 佐藤进一, 冈岛昭英, 远藤浩之 申请人:三菱重工业株式会社