Egr流量测量的制作方法
【专利摘要】一种用于测量用于发动机的EGR流速的系统和方法，发动机具有EGR阀和文丘里传感器，EGR阀具有可选择EGR阀位置，文丘里传感器适于相对于再循环的废气进行压差测量，所述方法包括基于EGR阀位置确定EGR阀有效面积，基于有效面积确定加权因子，基于有效面积计算第一EGR流量评估，以及基于文丘里传感器的压差测量计算第二EGR流量评估。基于加权因子、第一EGR流量评估和第二EGR流量评估确定最终EGR流速。
【专利说明】EGR流量测量【技术领域】
[0001 ] 本发明整体涉及内燃发动机，更具体地涉及具有流量控制的废气再循环系统且流量测量改善的内燃发动机。
【背景技术】
[0002]废气再循环系统可用来减少内燃发动机操作过程中不希望的污染气体的生成。废气再循环系统通常使燃烧过程期间生成的废气再循环到内燃发动机的进气供应中。引入发动机汽缸中的废气取代一定体积的本来可得到氧气的进气供应。减小的氧气浓度降低了汽缸内的最大燃烧温度并减慢了燃烧过程的化学反应，从而减少氮氧化物(NOx)的形成。
[0003]具有这样的废气再循环系统的许多内燃发动机也具有一个或多个涡轮增压器。来自燃烧汽缸的废气被通常用来驱动涡轮增压器的涡轮，涡轮进而驱动涡轮增压器的压缩机以压缩随后被供应至燃烧汽缸的流体。一部分废气也可从用来驱动涡轮增压器的排气系统转向并进入废气再循环系统。
[0004]过去已经尝试了 EGR流量测量。例如，美国专利申请N0.US20100145598A1公开一种废气再循环测量系统，其中通过测量发动机进口处的温度和压力来计算发动机的总气体流量。新鲜气流在引入EGR流量之前通过用于由发动机燃烧的新鲜空气的流动路径中的文丘里装置测量。计算的总流量和新鲜气流之间的差是用来相对于总流量设定EGR的实际EGR流量。
[0005]前面的背景讨论只旨在帮助读者。不打算将这里描述的创新限制为限制或扩张讨论的现有技术。因此，前面的讨论不应用来表明现有系统的任何特定元件不适于与这里描述的创新一起使用，也不旨在表明任何元件、包括解决诱发问题的元件对于实施这里描述的创新来说是重要的。这里描述的创新的实施和应用通过权利要求限定。
【发明内容】
[0006]在本发明的一方面，提供一种用于测量用于发动机的EGR流速的方法，发动机具有EGR阀并具有文丘里传感器，EGR阀具有可选择EGR阀位置，文丘里传感器适于相对于再循环的废气进行压差测量。所述方法包括基于EGR阀位置确定EGR阀有效面积、基于EGR阀有效面积确定加权因子、基于EGR有效面积计算第一 EGR流量评估以及基于文丘里传感器的压差测量计算第二 EGR流量评估。基于加权因子、第一 EGR流量评估和第二 EGR流量评估确定最终EGR流速。
[0007]在另一方面，提供一种发动机废气再循环系统，其具有EGR阀以及文丘里压力传感器，EGR阀用于经由流动路径将发动机废气选择性地重新引导到发动机的进气口，EGR阀具有位置和与其相关的 位置传感器，文丘里压力传感器定位在流动路径中用于至少部分基于被重新引导的发动机废气的流量感测压差。用于确定再循环的发动机废气的流速的流量计算器包括用于基于EGR阀的位置生成第一流量评估的低阀面积流量计算模块和用于基于通过文丘里传感器感测的压差生成第二流量评估的高阀面积计算模块以及用于基于EGR阀位置对第一流量评估和第二流量评估进行加权的加权模块。
[0008]在又一方面，提供一种非暂时性计算机可读介质，其上具有用于确定发动机系统中的EGR流量的计算机可执行指令，发动机系统具有EGR阀和文丘里传感器，EGR阀具有可选择EGR阀位置，文丘里传感器适于相对于再循环的废气进行压差测量。计算机可执行指令包括用于基于EGR阀位置确定EGR阀有效面积的指令、基于EGR有效面积确定加权因子的指令、用于基于EGR阀有效面积计算第一 EGR流量评估的指令以及用于基于文丘里传感器的压差测量计算第二EGR流量评估的指令。所述指令还包括用于基于加权因子、第一EGR流量评估和第二 EGR流量评估确定最终EGR流速的指令。
[0009]从结合附图的详细描述可明白所描述的系统和方法的其他特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是根据本发明的内燃发动机的示意说明；
[0011]图2是根据本发明的排气歧管和废气平衡管的立体图；
[0012]图3是图2的排气歧管和废气平衡管的一部分的放大底视图；
[0013]图4是具有单组燃烧汽缸的替代实施方式的内燃发动机的示意说明；
[0014]图5是显示根据本发明的原理的一种实施方式用于确定有效阀面积的过程的数据流程图；
[0015]图6是显示根据一种实施方式的一方面的EGR流量计算的过程流程图；和
[0016]图7是显示根据本发明的多项式变量及其系数单位的图。
【具体实施方式】
[0017]图1描绘一种具有多个燃烧汽缸11的内燃发动机10，多个燃烧汽缸11构造为第一汽缸组12和大体平行于第一汽缸组的第二汽缸组13。第一废气线路20流体连接到第一汽缸组12，第二废气线路30流体连接到第二汽缸组13。压缩空气通过进气口 50供应到第一汽缸组12和第二汽缸组13。废气再循环系统40设置用于将废气再循环到进气口 50，以减少内燃发动机10的排放物。
[0018]第一汽缸头14与第一汽缸组12相邻固定到内燃发动机10，第二汽缸头15与燃烧汽缸的第二汽缸组13相邻固定到内燃发动机。第一汽缸组12包括第一汽缸分组16和第二汽缸分组17。第二汽缸组13包括第一汽缸分组18和第二汽缸分组19。虽然第一汽缸组12的第一汽缸分组16和第二汽缸组13的第一汽缸分组18均被描绘成具有7个燃烧汽缸11，且第一汽缸组12的第二汽缸分组17和第二汽缸组13的第二汽缸分组19均被描绘成具有I个燃烧汽缸11，但每个汽缸组的燃烧汽缸可按照希望分组以限定或形成具有不同数量燃烧汽缸的汽缸分组。
[0019]第一废气线路20包括与第一汽缸组12流体连接的第一排气歧管21。第一排气歧管21具有第一端22和相对的排气端23，两端之间具有第一区段24和第二区段25。废气控制阀26定位在第一区段24和第二区段25之间。第一延伸管27在第一排气歧管21的排气端23和第一涡轮增压器60之间延伸并将第一排气歧管流体连接到第一涡轮增压器。
[0020]第二废气线路30包括流体连接到第二汽缸组13的第二排气歧管31。第二排气歧管31大体平行于第一排气歧管并具有第一端32和相对的排气端33,两端之间具有第一区段34和第二区段35。第二延伸管37在第二排气歧管31的排气端33和第二涡轮增压器61之间延伸并将第二排气歧管流体连接到第二涡轮增压器。
[0021]来自第一汽缸组12的第一汽缸分组16的废气被接收到第一排气歧管21的第一区段24内，并且根据废气控制阀26和废气再循环阀44的位置，可被引导经过废气再循环系统40。废气再循环系统40包括流体连接到第一废气线路20的第一端22的废气再循环管道41，使得来自第一汽缸组12的第一汽缸分组16的废气可被引导或再循环经过废气再循环系统并被引入燃烧进气口 50。
[0022]经过废气再循环管道41的废气通过一个或多个冷却部件42冷却。经过废气再循环管道41的流速通过流量计43监控，在一种实施方式中，流量计43是一种文丘里类型的流量计。这种流量计通过感测由流体或气体的速度形成的压差操作，从而允许速度和因此流速得以计算。虽然这种传感器在一些流态中会高度精确，但它们在低流速下不足够精确，从而不允许精确的废气计量和阀控制。稍后将更加详细地讨论这个问题。
[0023]废气再循环阀44沿着废气再循环管道41设置，以控制流经废气再循环系统40的废气流量。废气再循环阀44与废气控制阀26 —起控制与在空气进入第一进气歧管51和第二进气歧管52之前已经被第一涡轮增压器60和第二涡轮增压器61压缩的空气混合的废气的量。废气再循环系统40的废气再循环管道41分成两个单独的分支45，每个分支45分别在后冷却器58与第一进气歧管51之间以及后冷却器58与第二进气歧管52之间流体连接到进气口 50。
[0024]进气口 50包括第一进气口 53、第二进气口 54和压缩空气线路55，大气经过第一进气口 53进入第一涡轮增压器60，大气经过第二进气口 54进入第二涡轮增压器61，压缩空气经压缩空气线路55供应到燃烧汽缸11。大气通过第一涡轮增压器60和第二涡轮增压器61压缩并经过第一压缩空气线路56到后冷却器58。冷却的压缩空气离开后冷却器58并进入均流体连接到第一进气歧管51和第二进气歧管52中的相应一个的第二压缩空气线路57。废气再循环系统40的每个分支45在后冷却器58与第一进气歧管51和第二进气歧管52之间与第二压缩空气线路57的相应一个交叉并与其流体连接。这样，废气可与提供给燃烧汽缸11的进气混合。
[0025]来自第一汽缸组12的第一汽缸分组16的一部分废气有时被引导经过废气再循环系统40而不经过第一废气线路20。因此，管道或废气平衡管65流体连接在第一废气线路20和第二废气线路30之间以按可控的程度平衡或均衡经过第一涡轮增压器60和第二涡轮增压器61的废气的量。更具体地，第二排气歧管31在第二排气歧管31的第一区段34和第二排气歧管的第二区段35之间包括上游平衡管连接口 66 (图1-3)。
[0026]第一排气歧管21包括定位在废气控制阀26和第一排气歧管21的第二区段25之间的下游平衡管连接口 67。换言之，上游平衡管连接口 66将废气平衡管65的一端流体连接到第二排气歧管31，下游平衡管连接口 67将废气平衡管的相对端流体连接到第一排气歧管21，以允许废气从第二废气线路30到第一废气线路20。废气平衡管65为废气提供从第二废气线路30朝着第一废气线路20行进的路径，以平衡经过第一涡轮增压器60和第二涡轮增压器61的流量。
[0027]应注意，虽然上游平衡管连接口 66被描绘成定位在第二排气歧管31的第一区段34和第二排气歧管的第二区段35之间，但上游平衡管连接口可替代地定位在沿着第二排气歧管31的其他位置以提供经过废气平衡管65的希望量的废气。例如，将上游平衡管连接口 66向上游或者朝着第二排气歧管31的第一端32移动将造成第二汽缸组13的第一汽缸分组18包括更少的燃烧汽缸11，并且因此来自更少燃烧汽缸的废气将可用于经过废气平衡管65到第一废气线路20。
[0028]下游平衡管连接口 67被描绘成定位在废气控制阀26和第一排气歧管21的第二区段25之间。但是，下游平衡管连接口 67可定位在沿着第一排气歧管21的其他位置以及沿着第一废气线路20的其他位置，例如在图1中以虚线描绘的65’，并在第一排气歧管和第一涡轮增压器60之间连接到第一延伸管27。
[0029]废气平衡管65和上游平衡管连接口 66相对于第二排气歧管31的中心线92以角度“ β ”接合或遇到第二废气线路30。为了使经过废气平衡管65的压力降最小，相信将角度“ β ”设定为小于90度的角度将导致可接受的流动特性，将角度“ β ”设定为小于大约80度将进一步减小压力降，更小的角度将类似地更大程度地减小压力降。确切的角度可以根据空气的流动特性和废气平衡管65在内燃发动机的物理空间限制内的希望排布设定。
[0030]废气平衡管65和下游平衡管连接口 67相对于第一排气歧管21的中心线91以角度“ α ”接合或遇到第一废气线路20。通过该构造，从第二废气线路30经废气平衡管65流入第一废气线路20的废气不相对于第一废气线路20以垂直形式进入第一废气线路20，因此减小经过废气平衡管65的压力降。另外，由于在下游经过第一废气线路20的废气驱动第一涡轮增压器60，希望经过废气平衡管65进入第一废气线路20的废气在其经过下游平衡管连接口 67时使对来自第一汽缸组12的第一汽缸分组16的废气的流动或动量的任何扰动最小。通过相对于第一废气线路20的中心线将下游平衡管连接口 67定位在合适角度，可以减小或最小化经过第一废气线路的流动扰动。相信将角度“ α ”设定成小于90度将造成可接受的流量特性。进一步相信将角度“ α ”设定成小于大约75度将得到将使第一废气线路20内的空气流动扰动最小的构造。确切的角度可以根据空气流动特性和废气平衡管65在内燃发动机的物理空间限制内的希望排布设定。应当注意，角度“ α ”和“ β ”不必相对于内燃发动机10在水平或竖直的平面内，它们也不必是相同的角度。
[0031]来自第一汽缸组12和第二汽缸组13的废气分别经过第一涡轮增压器60和第二涡轮增压器61并经涡轮增压器废气线路62离开涡轮增压器。涡轮增压器废气线路62流体连接到过滤器63，使得废气在经废气出口 64排放或者释放到大气之前被过滤。
[0032]在某些操作条件下，希望减小第一涡轮增压器60和第二涡轮增压器61的轴速，使得涡轮增压器可保持在希望的操作范围。为此，经过第一废气线路20和第二废气线路30的废气的量可通过从废气线路放出或释放希望量的废气来减小。这样的废气可通过利用废气门70以相对一致的方式从第一废气线路20和第二废气线路30释放，废气门70在废气门互连74处流体连接到废气平衡管65以允许废气从废气门释放。废气门阀71控制或调整经过废气门70的废气流量。通过将废气门70流体连接到废气平衡管65，第一废气线路20和第二废气线路30内的废气可以相对统一的方式减小，使得第一涡轮增压器60和第二涡轮增压器61的轴速也将以相对统一的方式减小。
[0033]在某些其他操作条件下，可能希望减小压缩空气线路55内的压力。在这种情况下，压缩机旁通72及其相关的压缩机旁通阀73可用来控制或调整压缩空气从压缩空气线路55的放出或释放。为了增加内燃发动机10的效率，压缩机旁通72将后冷却器58处的压缩空气线路55 (但在压缩空气在后冷却器内冷却之前)流体连接到压缩机旁通互连75处的废气平衡管65。在一种替代设计中，压缩机旁通可从压缩空气线路55的任何部分延伸，包括定位在后冷却器58后的部分。另外，压缩机旁通可排布成在废气平衡管65之外的位置流体连接到废气系统，包括第一废气线路20和第二废气线路30之一或两者。
[0034]参考图2-3，第一排气歧管21和第二排气歧管31均由多个互连的排气歧管元件80形成。更具体地，第一排气歧管21包括7个方向不特定的排气歧管元件81，它们均流体连接到第一汽缸分组16的一个燃烧汽缸11。第一排气歧管21进一步包括一个模块化脉冲排气歧管元件82，其相邻第一排气歧管21的排气端23定位并流体连接到第一汽缸组12的第二汽缸分组17的单个燃烧汽缸11。每个方向不特定的排气歧管元件81和模块化脉冲排气歧管元件82通过连接构件83机械地并流体地连接到相邻歧管元件。
[0035]连接构件83可形成有波纹管、滑动配合接头或者能够膨胀和收缩以补偿排气歧管元件80的热膨胀的其他结构。每个排气歧管元件80包括大体柱形的中空管道部件84和用于将燃烧汽缸11流体连接到管道部件84的中空管部件85。排气歧管元件80的管道部件84以阵列间隔开，并通过连接构件83连接以形成第一排气歧管的大体线性的管状管道部分88，用于将来自每个燃烧汽缸11的废气朝着第一排气歧管的排气端23引导。换言之，每个连接构件83和管道部件84沿着大体线性的管状管道部分88定位并形成其一区段。
[0036]方向不特定的排气歧管元件81和模块化脉冲排气歧管元件82都具有大体相同的管道部件84，除了下面所述的。方向不特定的排气歧管元件81具有通常从第一汽缸头14以大体直的方式延伸到管道部件84的方向不特定的管部件86。在描述的实施方式中，方向不特定的管部件86通常垂直于第一排气歧管21的中心线91，使得方向不特定的排气歧管元件具有大体“T形的”构造。
[0037]模块化脉冲排气歧管元件82具有通常从第一汽缸头14延伸并将第一汽缸组12的第一汽缸分组17的燃烧汽缸11流体连接到模块化脉冲排气歧管元件82的管道部件84的弯曲的模块化脉冲管部件87。模块化脉冲管部件87被构造成将来自燃烧汽缸11的废气在特定方向或者以方向偏置的废气流动形式引导到第一排气歧管，所述废气流动形式包括生成一系列废气脉冲。另外，模块化脉冲管部件87结合管道部件84的形状将废气朝着第一排气歧管21的排气端23并因此朝着第一润轮增压器60引导。
[0038]第二排气歧管31以与第一排气歧管21类似的方式构造并且也具有8个排气歧管元件80。但是，所有的排气歧管元件都是模块化脉冲排气歧管元件82，以引导来自第二汽缸组13的废气朝着第二涡轮增压器61经过第二废气线路30。
[0039]在图1-3所示的实施方式中，与第一汽缸组12的第一汽缸分组16相关的第一排气歧管21的每个排气歧管元件是方向不特定的排气歧管元件81，而与第一汽缸组12的第二汽缸分组17相关的排气歧管元件是模块化脉冲排气歧管元件82。这样，第一排气歧管21具有方向不特定的排气歧管元件81和模块化脉冲排气歧管元件82两者。
[0040]通过将第一排气歧管的第一区段24的排气歧管元件构造为方向不特定的排气歧管元件，废气可更容易朝着第一排气歧管21的排气端23以及朝着废气再循环系统40流动。如果第一排气歧管的第一区段24的排气歧管元件是模块化脉冲排气歧管元件，则来自第一区段的废气会主要朝着第一歧管的排气端23引导。
[0041]对于这种模块化脉冲构造，为了增加经过废气再循环系统40再循环的废气的量，废气控制阀26可以比如果第一排气歧管包括方向不特定的排气歧管元件和模块化脉冲排气歧管元件两者(如这里描述的)更大的程度闭合。结果，第一排气歧管21的构造得到用于废气再循环的更加有效的结构。
[0042]排气歧管元件也可包括另外的特征和功能。例如，与第一排气歧管21的第一端22相邻的方向不特定的排气歧管元件81-1具有用于将第一排气歧管21流体连接到废气再循环管道41的开口 89。方向不特定的排气歧管元件81-7包括废气控制阀26以限定第一汽缸分组16和第二汽缸分组17。第一排气歧管21的模块化脉冲排气歧管元件82-9包括用于流体连接到废气平衡管65的下游平衡管连接口 67，也包括用于流体连接到第一涡轮增压器60的弯曲端部件形状的第一延伸管27。
[0043]第二排气歧管31的模块化脉冲排气歧管元件82-7包括用于流体连接到废气平衡管65的上游平衡管连接口 66。第二排气歧管31的模块化脉冲排气歧管元件82-8(图3)包括用于流体连接到第二涡轮增压器61的弯曲端部件形状的第二延伸管37。
[0044]虽然图1-3中描绘的内燃发动机10及相关部件包括或涉及一对汽缸组，但本发明的某些方面可与具有单个、直列燃烧汽缸组的内燃发动机一起使用。图4描绘出与图1的内燃发动机10类似的内燃发动机210，但只具有单个直列汽缸组212。图1中描绘的实施方式的相同或类似部件用相同的附图标记表示。
[0045]虽然描述的EGR系统构造和得到的操作用于极大地增加发动机效率并降低发动机排放，但系统在精确控制再循环以提供新鲜和再循环充气的最佳混合物时最有利地操作。如上讨论的，所描述的系统包括位于燃烧汽缸11之间的发动机EGR阀44以及废气限制阀(ERV) 26，两者影响再循环发生的程度。例如，任一者完全关闭，将排除再循环，而如果两者都打开，则再循环最大。
[0046]但是，两种状态对于系统效率而言都不是理想的。例如，ERV26针对再循环目的起到转向功能，但也提供背压以改善某些运行条件下的发动机操作。而且，在某些其他运行条件下，可能需要消除背压，而不受限制的废气再循环会不利地影响发动机性能、效率和排放。
[0047]为此，在一种实施方式中，针对低EGR流动条件，EGR阀44用来控制EGR流速，且ERV26完全打开。对于更高的流量水平，EGR阀44完全打开，并且通过调节ERV26的状态控制再循环。在一种实施方式中，当流量需求落入关于低流量控制状态和高流量控制状态之间的划分的预定范围时，EGR阀44在接通状态和断开状态之间平顺地转变以提供平顺的转变。
[0048]虽然描述的构造可对废气再循环提供良好的控制，但如果能够精确地测量转向废气的流量，则可提供更加精确的控制。但是，很难在从低到高的所有可能速率上都精确地测量废气流速。如上所述，经过废气再循环管道41的流速通过流量计43监控，在一种实施方式中，流量计43是文丘里类型的流量计。遗憾的是，文丘里类型的流量计虽然在高流速时很精确，但在较低的流速时具有差的信噪比(S/N)。因此，很难精确控制低流速时转向中涉及的各种阀，因为位置速率反馈差，不能以良好精度知道低速率时的流速。
[0049]在一种实施方式中，流量计43在一定流量范围中通过辅助流量测量技术来补充。特别是，发明人已经注意到，在低流量状态中，虽然文丘里计可能不精确，但EGR44的位置本身可被处理以提供再循环废气的流速的良好估计。在另一实施方式中，当控制低流速时，调整EGR阀44，ERV26保持打开。因此，在该实施方式中，在低流速过程中，使用EGR阀44的位置而不是文丘里计读数来确定精确流速。EGR阀44位置如图5所示转换成阀有效面积。
[0050]特别是，图5示出了基于EGR阀44的位置的用于废气再循环流量评估的数据流过程250。过程250接受反映EGR阀44打开的百分比值的百分比打开值251作为输入。该百分比打开值251可基于定位EGR阀44所给出的定位指令或者可以基于经由与EGR阀44相关的转动传感器或其他传感器感测阀位置。
[0051]将百分比打开值251提供给阀表征模块252，其体现为反映作为百分比打开的函数的阀面积的数据。阀表征模块252因此产生几何阀面积评估253，例如以mm2或其他合适的量度。虽然阀面积评估253密切地反映实际几何阀面积，但在实施方式中结合实际气体流动状态的特征以对经过EGR阀44获得的实际流量更好地建模。
[0052]因此，几何阀面积评估253作为输入提供到排放调节模块254的系数。由于流动形式和特别是阀闭合条件下的空气提升发生的损失，排放调节模块254的系数应用排放调节系数映射以从几何阀面积转换到有效阀面积。因此，一旦已经应用排放调节系数映射，就可生成有效阀面积值255。
[0053]如上所述，有效阀面积的这种计算结合已知的排气压力和其他参数允许导出实际废气流量，例如质量流量。但是，这种流量计算的精确性随着EGR流速增加而降低。但是，也如上所述，随着EGR流速增加，文丘里压差也增加。在这些条件下，文丘里压差开始呈现适用于精确测量流量的S/N比。
[0054]另外，在高流量状态，EGR阀44上的压力降非常低以致可以忽略，因为阀实质上很宽地打开。因此，考虑到文丘里压差是多项中的一项，基于感测的文丘里压差的流量多项式评估在此状态效果很好。发明人的流量数据分析表明当数据在低和高EGR流速之间是分离的时回归相关更好，而不是全程匹配一种模型。下面将参考图7讨论每种计算的多项式。
[0055]两种多项计算的输出经过加权因子以允许作为EGR阀44有效阀面积的函数在低流速和高流速之间转变。多项式的结构使得其可通过针对高流速使所有EGR阀面积变量系数归零以用作文丘里压差多项式。类似地，对于低流速来说，文丘里压差变量系数归零，留下EGR阀面积和其他压力和温度项来确定流速。
[0056]为了利用描述的分叉多项式方法如上所述提供高低流速和低流速时的高精度EGR测量，可以使用图6中所示的控制体系300。特别是，图6示出了用于计算不同流速状态上的EGR流量的控制和数据流量体系。可以以硬件控制器或软件控制器(经由如下所述的计算机可执行指令)实施的控制体系300将许多值(包括发动机速度301、文丘里δ压力302、EGR绝对压力303、进气歧管压力304、EGR冷却器出口温度305和EGR阀44有效面积306)作为输入。
[0057]将前述的输入值提供给两个计算模块，即低阀面积流量计算模块307和高阀面积流量计算模块308。每个低阀面积流量计算模块307和高阀面积流量计算模块308也将多项系数作为输入。如上所述，通过使文丘里压差变量系数归零并允许EGR阀面积和其他压力和温度项确定流速，多项式在低阀面积(低流量)计算中使用，而通过使EGR阀面积变量系数归零针对文丘里压差(高流量)计算使用多项式。
[0058]低阀面积流量计算模块307输出第一流量评估309，而高阀面积流量计算模块308输出第二流量评估310。同时，EGR阀44有效面积306通过加权模块311处理以产生反映系统更接近高流量状态还是低流量状态的加权因子312。例如，如果权重是0.5，可以说系统的状态平均地位于低流量状态和高流量状态之间。
[0059]在一种实施方式中，加权因子312引入百分比最大EGR阀44位置角或有效面积，低于此，第一流量评估309比第二流量评估310的权重大，高于此，第二流量评估310比第一流量估计309的权重大。在一种实施方式中，用来在主导的高流量评估和主导的低流量评估之间转换的百分比最大EGR阀44位置或有效面积306在10%和15%之间。
[0060]因此，例如在所示例子中，加权因子312可在EGR阀44有效面积306大约为其最大可能值的10% -15%时达到0.5。在另一实施方式中，加权因子312通过大约20%的EGR阀44有效面积306或位置角基本达到其为O的最低值(因此完全有利文丘里测量)。
[0061]如图所示，第一流量评估309现在通过加权因子312加权以产生第一加权流量基值313，第二流量评估310通过I减去加权因子312来加权以产生第二加权流量基值314。第一加权流量基值313和第二加权流量基值314接着相加以得到最终流量值315。[0062]如上所述，通过在每种计算中使不可用项的系数归零，相同的多项式在低流量评估和高流量评估中使用。该多项式为一阶多项式，形式为:
[0063]AxABxJCx3….+ 常量 t.= EGR 流量
[0064]图7的表350中显示出了多项式变量和系数单位。特别是，表350包含变量351的列表和系数单位352的关联列表。因此，例如，发动机速度项353的系数具有(Kg/Hr)/rpm的单位，而EGR文丘里温度项354的系数具有(Kg/Hr) /K的单位。这样，发动机速度项353及其系数的乘积以及EGR文丘里温度项354及其系数的乘积都具有(Kg/Hr)的单位。对于多项式中的每一项都是如此，从而组合表达式的最终单位是Kg/Hr。
[0065]给定实施中的多项式中使用的变量不需要与所示的匹配。另外，将会认识到，根据选择的实施，每个模块可接收其他输入(未显示)。而且，虽然描述了执行各种步骤和功能的体系参考模块，这些模块不必严格地在硬件中实施。例如，在一种实施方式中，一个或多个模块可以是软件模块，即从非暂时性的计算机可读介质读取的计算机可执行代码的计算机指令。计算机可读介质是非暂时性的介质，例如但不限于RAM、ROM、EPROM、盘存储器、闪存、光学存储器等。
[0066]虽然已经借助具体的硬件布置对描述的原理进行了说明，但将认识到，描述的原理同等地适用于任何这样的发动机或发动机系统，即其具有包括可定位EGR阀和文丘里传感器以感测再循环系统中的废气流量的废气再循环系统。
[0067]工业实用性
[0068]为了精确地控制废气再循环并实现效率和排放目标，需要精确测量EGR流量。虽然文丘里装置可用来提供EGR流量的基于压力的测量，但这种系统并非对于所有可能的流量水平都精确。当EGR流速低时，EGR阀44某种程度关闭，从而提供流动限制。在这种情况下，文丘里压差将特别低，因此S/N也很低，从而防止精确的文丘里压力读数。另一方面，在这些条件下，EGR阀44上的压力降很大。
[0069]因此，在实施描述的原理时，提供一种组合的测量系统，其中从文丘里压差导出的流量评估针对高流速(更加打开的EGR阀44)的权重更大，针对低流速(不太打开的EGR阀44)的权重更小。结合这种测量和加权，从EGR阀44的位置导出的流量评估针对高流速(更加打开的EGR阀44)的权重较轻，针对低流速(不太打开的EGR阀44)权重较大。这些评估的加权组合在不论高还是低的所有可能流动状态上都提供精确的流量确定。
[0070]描述的原理能够应用于许多内燃发动机。这样的内燃发动机的一个示例种类是利用废气再循环系统的内燃发动机。但是，将认识到，前面的描述只提供本发明的系统和技术的例子。可以想到本发明的其他实施可在细节上与前面的例子不同。对本发明或其例子的所有引用旨在指当时正在讨论的特定例子，并不更一般地表明对本发明的范围的任何限制。关于特定特征的任何区别和不利语言意在表明对这些特征缺少偏好，但除非另外指明，并不将其排除在本发明的范围外。
[0071]这里记载的数值范围仅意图用作对落入该范围的每个单独数值进行单独提及的简便方法，除非另外指明，每个单独的数值像它们被单独记载在这里一样结合在说明书中。除非这里另外指明或者与上下文明显矛盾外，这里描述的方法可以任何合适的顺序执行。
[0072]因此，如适用法允许的，本发明包括权利要求书中记载的主题的所有变型和等同。而且，除非这里另外指明或者明显与上下文矛盾外，本发明包括上述元件的所有可能变型的任何组合。
【权利要求】
1.一种测量用于发动机(10)的废气再循环(EGR)流速的方法，所述发动机(10)具有EGR阀(44)并具有文丘里传感器(43)，所述EGR阀(44)具有可选择的EGR阀位置，所述文丘里传感器(43)适于相对于再循环的废气进行压差测量，所述方法包括: 基于所述EGR阀(44)位置计算第一 EGR流量评估(309)； 基于文丘里传感器(43)的压差测量计算第二 EGR流量评估(310);以及 基于所述第一 EGR流量评估(309)和第二 EGR流量评估(310)确定最终EGR流速(315)。
2.根据权利要求1所述的测量EGR流速的方法，其中，基于所述EGR阀(44)位置计算第一 EGR流量评估(309)包括基于所述EGR阀(44)位置确定EGR阀(44)有效面积(255)并基于所述EGR阀(44)位置和一个或多个EGR阀(44)特征导出评估的阀面积。
3.根据权利要求2所述的测量EGR流速的方法，其中，基于EGR阀(44)位置确定EGR阀有效面积(306)包括基于流动状态调节评估的阀面积以确定EGR阀(44)有效面积(306)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量EGR流速的方法，其中，基于第一EGR流量评估(309)和第二 EGR流量评估(310)确定最终EGR流速(315)包括导出限定百分比最大EGR阀(44)有效面积(306)的加权因子(312)，低于该加权因子，第一 EGR流量评估(309)比第二 EGR流量评估(310)的权重大，高于该加权因子，第二 EGR流量评估(310)比第一EGR流量评估(309)的权重大。
5.根据权利要求4所述的测量EGR流速的方法，其中，所述百分比最大EGR阀(44)有效面积(306)在10% -15%之间。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的测量EGR流速的方法，其中，所述第一EGR流量评估(309)和第二 EGR流量评估(310)都由公共的多项式计算。
7.根据权利要求6所述的测量EGR流速的方法，其中，所述公共的多项式包括多个变量(351)，并且所述多个变量(351)的第一部分涉及文丘里压力，所述多个变量(351)的第二部分涉及EGR阀(44)位置。
8.根据权利要求7所述的测量EGR流速的方法，其中，第一EGR流量评估(309)通过使所述多个变量(351)的第二部分的系数归零由所述公共的多项式计算。
9.根据权利要求7所述的测量EGR流速的方法，其中，第二EGR流量评估(310)通过使所述多个变量(351)的第一部分的系数归零由所述公共的多项式计算。
10.一种发动机废气再循环系统，包括: 废气再循环(EGR)阀(44)，用于经由流动路径将发动机废气选择性地重新引导到发动机(10)的进气口(50)，所述EGR阀(44)具有位置和与其相关的位置传感器； 文丘里压力传感器(43)，其定位在所述流动路径中用于至少部分基于被重新引导的发动机废气的流量感测压差；以及 流量计算器(300)，用于确定被重新引导的发动机废气的流速，所述流量计算器(300)包括用于基于EGR阀(44)的位置生成第一流量评估(309)的低阀面积流量计算模块(307)和用于基于通过文丘里压力传感器(43)感测的压差生成第二流量评估(310)的高阀面积计算模块(308)以及用于基于EGR阀(44)位置对第一流量评估(309)和第二流量评估(310)进行加权的加权模块(311)。
【文档编号】F02D21/08GK103917768SQ201280055532
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2011年9月13日
【发明者】G·甘布希尔, R·桑卡, T·巴恩斯, Z·格特 申请人:卡特彼勒公司