專利名稱：排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于控制內(nèi)燃機的排氣再循環(huán)閥的方法及系統(tǒng)。
背景技術：
這里對背景技術的描述用于總體描述本發(fā)明的背景情況。在此背景 技術部分中描述的目前署名發(fā)明人的工件成果以及在遞交申請時否則 不足以構成現(xiàn)有技術的描述的各個方面均并非明確或暗示地承認作為 本發(fā)明的現(xiàn)有技術。
渦輪增壓發(fā)動機通常包括排氣驅動渦輪增壓器，渦輪增壓器通過增 加至汽缸的空氣流來增加發(fā)動機輸出。因此，渦輪增壓發(fā)動機可提供高 于同等尺寸的自然進氣發(fā)動機的馬力。
一種渦輪增壓器設計包括可變噴嘴渦輪增壓器(VNT) 。 VNT包括 可變位置葉片，所述葉片調(diào)節(jié)通過VNT傳輸?shù)目諝饬?。葉片位置的范 圍從完全打開位置至完全關閉位置。在完全關閉位置，VNT向發(fā)動機傳 輸最大的氣流量。在完全打開位置，VNT向發(fā)動機傳輸最小的氣流量。 葉片可定位在完全打開位置與完全關閉位置之間以向發(fā)動機提供中等 的氣流量。葉片致動器基于控制信號來調(diào)節(jié)葉片位置，并且葉片位置傳 感器為反饋控制產(chǎn)生表示實際葉片位置的信號。
在高溫條件下及/或高背壓條件下,會抑制葉片的運動。上述條件可 負面地影響渦輪增壓器的性能及發(fā)動機系統(tǒng)的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容
因此， 一種排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)，包括壓力狀態(tài)評估模塊及保護模 塊。該壓力狀態(tài)評估^t塊對渦輪增壓器的葉片運動及發(fā)動機壓力中的至 少 一者進行評估。該保護模塊基于所述渦輪增壓器的所述葉片運動以及所述發(fā)動機壓力中的所述至少 一 者來選擇性地控制排氣再循環(huán)閥。
根據(jù)其他特征，所述壓力狀態(tài)評估模塊對所述渦輪增壓器的所述葉
片運動以及所述發(fā)動機壓力中的所述至少一者進行評估以檢測慢速葉 片運動及葉片卡死事件中的至少 一者。
根據(jù)其他特征，所述保護模塊選擇性地控制排氣再循環(huán)閥以在渦輪
增壓器過增壓、發(fā)動機超速、以及氣缸壓力中的至少一者大于各自閾值 時保護所述渦輪增壓器。
根據(jù)其他特征，該排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)還包括允許模塊，所述允許 模塊基于發(fā)動機速度、發(fā)動機負載、以及發(fā)動機溫度中的至少一者來允 許所述壓力狀態(tài)評估模塊對所述葉片運動及所述發(fā)動機壓力中的所述
至少一者進^f亍"i平估。
根據(jù)其他特征，所述發(fā)動纟幾溫度取決于發(fā)動纟幾冷卻劑溫度。 根據(jù)其他特征，所述壓力狀態(tài)評估模塊基于渦輪增壓器控制指令、
電流信號、以及渦輪增壓器位置來對所述渦輪增壓器的所述葉片運動進 行評估。
根據(jù)其他特征，所述壓力狀態(tài)評估模塊基于增壓壓力來對所述發(fā)動 才幾壓力逸4t評估。
根據(jù)其他特征，所述壓力狀態(tài)評估模塊基于來自背壓傳感器及渦輪 機入口壓力傳感器中至少一者的壓力傳感器信號來評估所述發(fā)動機壓 力狀態(tài)。
根據(jù)其他特征，所述保護模塊基于對所述排氣再循環(huán)閥的選擇性控 制來選擇性地控制顆粒過濾器的再生。
根據(jù)其他特征，所述保護模塊基于對所述排氣再循環(huán)閥的選擇性控
制來選擇性地控制排氣制動增壓器。
一種用于控制排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)的方法，包括對渦輪增壓器的 葉片運動及發(fā)動機壓力中的至少一者進行評估；并且基于所述渦輪增壓 器的所述葉片運動以及所述發(fā)動機壓力中的所述至少 一者來選擇性地 控制排氣再循環(huán)閥。
根據(jù)其他特征，所述評估還包括對所述渦輪增壓器的所述葉片運動 以及所述發(fā)動機壓力中的所述至少 一者進行評估以檢測慢速葉片運動 及葉片卡死事件中的至少 一者。
根據(jù)其他特征，所述選擇性控制所述排氣再循環(huán)閥包括選擇性控制
5所述排氣再循環(huán)閥以在渦輪增壓器過增壓、發(fā)動機超速、以及氣缸壓力 中的至少一者大于各自閾值時保護所述渦輪增壓器。
根據(jù)其他特征，該方法還包括基于發(fā)動機速度、發(fā)動機負載、以及 發(fā)動機溫度中的至少一者來允許所述壓力狀態(tài)評估模塊對所述葉片運 動及所述發(fā)動機壓力中的所述至少一者進行評估。
根據(jù)其他特征，該方法還包括基于發(fā)動機冷卻劑溫度來確定所述發(fā) 動才幾溫度。
根據(jù)其他特征，基于渦輪增壓器控制指令、電流信號、以及渦輪增 壓器位置來對所述渦輪增壓器的所述葉片運動進行所述評估。
根據(jù)其他特征，基于增壓壓力來對所述發(fā)動機壓力進行所述評估。
根據(jù)其他特征，基于來自背壓傳感器及渦輪機入口壓力傳感器中的 至少 一者的壓力傳感器信號來評估所述發(fā)動機壓力狀態(tài)。
根據(jù)其他特征，該方法還包括基于選擇性控制所述排氣再循環(huán)閥來 選擇性地控制顆粒過濾器的再生。
根據(jù)其他特征，該方法還包括基于選擇性控制所述排氣再循環(huán)閥來 選擇性地控制排氣制動增壓器。
通過以下給出的詳細說明將理解本發(fā)明的其他可應用領域。應當理 解，這里的詳細說明及具體示例僅用于說明目的，而不意在限制本發(fā)明 的范圍。


通過詳細描述及附圖，將更全面地理解本發(fā)明，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個方面包括排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)的發(fā)動機系 統(tǒng)的功能框圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的各個方面的排氣再循環(huán)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程 圖；而
圖3是流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的各個方面可由圖2的排氣再循 環(huán)控制系統(tǒng)執(zhí)行的排氣再循環(huán)控制方法。
具體實施例方式
以下描述僅用于說明而并不意在限制本發(fā)明、其應用或使用。為了 清楚起見，將在圖中使用相同的參考標號來表示類似的元件。在這里，術語A, B及C中的至少一者應被解釋為指使用非排他邏輯"或"的邏 輯(A或B或C)。應當理解，可以不同順序來"^丸行方法中的步驟而不 改變本發(fā)明的原理。
在這里，術語模塊指執(zhí)行一種或多種軟件或固件程序的專用集成電 路(ASIC)、電子電路、處理器(共用、專用或群組)，以及存儲器， 組合邏輯電路，以及/或提供希望的功能的其他合適的部件。
現(xiàn)參考圖1,示出了示例性發(fā)動^L控制系統(tǒng)10。發(fā)動;fe/L控制系統(tǒng)10 包括發(fā)動機12以及控制模塊14。發(fā)動機12還包括進氣歧管15、燃料 噴射系統(tǒng)16、排氣系統(tǒng)17以及渦輪增壓器18。示例性發(fā)動機12包括 以V形布局布置在相鄰氣缸列22， 24中的六個氣缸20。盡管圖1示出 了六個氣缸(N=6),但可以理解發(fā)動機12可包括更多或更少的氣缸 20。例如，可構思出具有2、 4、 5、 8、 10、 12及16個氣缸的發(fā)動才幾。 此外，發(fā)動機12也可具有直列氣缸結構。
空氣因在發(fā)動機進氣沖程產(chǎn)生的入口真空而被吸入進氣歧管15?？?氣從進氣歧管15被吸入各個氣缸20并在其內(nèi)被壓縮。燃料由燃料噴射 系統(tǒng)16噴射并與空氣混合?？諝?燃料混合物被壓縮，并且壓縮熱及/ 或電能引火空氣/燃料混合物。排氣通過排氣導管26從氣缸20排出。排 氣驅動渦輪增壓器18。渦輪增壓器18將來自排氣的額外空氣(增壓) 傳輸返回至進氣歧管15。如以下詳述，選擇性地控制排氣再循環(huán)(EGR) 閥28以使排氣中的一部分再循環(huán)回到進氣歧管15。
渴輪增壓器18優(yōu)選地是可變噴嘴渦輪增壓器(VNT)。渦輪增壓 器18包括多個可變位置葉片19,葉片19基于來自控制模塊14的信號 來調(diào)節(jié)從車輛排氣向發(fā)動機12輸送的空氣量。具體而言，葉片19在完 全打開位置與完全關閉位置之間可移動。當葉片19處于完全關閉位置 時，渦輪增壓器18將最大空氣量輸送進入進氣歧管15由此進入發(fā)動機 12。當葉片19處于完全打開位置時，渦輪增壓器18將最小空氣量輸送 進入發(fā)動機12。通過選擇性地將葉片19定位在完全打開位置與完全關 閉位置之間來調(diào)節(jié)輸送的空氣量。
渦輪增壓器18包括電子控制葉片螺線管29,電子控制葉片螺線管 29控制液壓流體向葉片致動器(未示出)的流動。葉片致動器控制葉片 19的位置。葉片位置傳感器30基于葉片19的物理位置來生成葉片位置 信號。增壓傳感器31基于通過渦輪增壓器18輸送至進氣歧管15的額外空氣來生成增壓信號。雖然這里使用的渦輪增壓器被描述為VNT，但 也可采用使用電子控制方法的其他渦輪增壓器。
控制模塊14基于各種感應及/或模型參數(shù)(例如，發(fā)動機速度、冷 卻劑溫度、渦輪位置以及增壓)來控制發(fā)動機控制系統(tǒng)10的工作。在 各個實施例中，發(fā)動機速度傳感器32生成發(fā)動機速度信號。冷卻劑溫 度傳感器34生成冷卻劑溫度信號?；谶@些參數(shù)，控制^t塊14通過調(diào) 節(jié)到葉片螺線管29的電流來調(diào)節(jié)渦輪增壓器18的工作?？刂芧t塊14 還選擇性地控制EGR閥28的開閉以在過增壓、超速及當葉片19慢速 運動或被卡死(停止)時過大的峰值氣缸壓力情況下保護渦輪增壓器18。
具體而言，如圖2所示，數(shù)據(jù)流圖示出了可嵌入控制模塊14中的 排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)的各個實施例。根據(jù)本發(fā)明的排氣再循環(huán)控制系統(tǒng) 的各個實施例可包括嵌入控制模塊14中的任何數(shù)量的子模塊?？梢岳?解，可以組合及/或進一步劃分子模塊以類似地控制EGR閥28 (圖1 ) 以保護渦輪增壓器18 (圖1)。如上所述，到系統(tǒng)的輸入可從發(fā)動機控 制系統(tǒng)10 (圖1 )感應到，從其他控制模塊(未示出)接收，并/或由控 制模塊14中的其他子模塊(未示出)確定。在各個實施例中，圖2的 控制模塊包括允許條件評估模塊40、壓力評估模塊42、以及保護模塊 44。
允許條件評估才莫塊40例如接收發(fā)動機冷卻劑溫度46、發(fā)動機速度 48、以及發(fā)動機負載50作為輸入?；谳斎?6-50,允許條件評估模塊 40評估允許條件以判定是否允許排氣再循環(huán)控制策略。例如，允許條件 評估模塊40監(jiān)控發(fā)動機控制系統(tǒng)10 (圖1 )以防熱發(fā)動機狀態(tài)、高發(fā) 動機速度狀態(tài)、以及高負載狀態(tài)。僅舉例而言，當發(fā)動機冷卻劑溫度46 大于預定溫度(例如，225.0° F)時，發(fā)生熱發(fā)動機狀態(tài)。例如當發(fā)動 機速度48大于預定速度(例如，2000RPM)時，發(fā)生高發(fā)動機速度狀 態(tài)。例如當發(fā)動機負載50大于預定負載(例如，最大發(fā)動機負載的80% ) 時，發(fā)生高負載狀態(tài)。
當熱發(fā)動機狀態(tài)存在、高發(fā)動機速度狀態(tài)存在、以及高發(fā)動機負載 狀態(tài)存在時，允許條件評估模塊40設置允許狀態(tài)52以表明允許排氣再 循環(huán)控制策略(例如，是)。當并不存在熱發(fā)動機狀態(tài)，發(fā)動機速度48 并不高，或者發(fā)動機負載50并不高時，允許條件評估模塊40設置允許 狀態(tài)52,以表明不允許排氣再循環(huán)控制策略(例如，否)。壓力評估模塊42例如接收VNT控制指令54、電流信號56、渦輪 增壓器位置58、以及增壓60作為輸入。壓力評估模塊42判定是否存在 過壓狀態(tài)，并由此設置壓力狀態(tài)62。
在各個實施例中，壓力評估模塊42評估來自背壓傳感器(未示出) 或渦輪機入口壓力傳感器(未示出)的壓力傳感器信號，以判定是否存 在過壓狀態(tài)。在其他各個實施例中，如圖1及圖2所示，如果不存在背 壓傳感器及/或渦輪機入口壓力傳感器，則可由渦輪增壓器18的控制狀 態(tài)來推斷過壓狀態(tài)。
例如，可由VNT控制指令54、電流信號56、實際渦輪增壓器位置 58與目標位置之間的差異、以及/或增壓60來推斷過壓狀態(tài)。僅舉例而 言，如果VNT控制指令54表明命令最小占空比，命令最大程度打開噴 嘴葉片，或命令最小增壓性能，則可能存在過壓狀態(tài)。如果電流信號56 表明執(zhí)行到致動器螺線管的最小電流或執(zhí)行最大葉片打開力，則也可能 存在過壓狀態(tài)。此外中，如果在最大打開命令及執(zhí)行最大打開力執(zhí)行的 情況下，實際上渦輪增壓器位置58并未跟隨目標位置并且實際位置與 目標位置之間的差異較大(例如，大于預定最大值)，且為負值，超過 正常的VNT渦輪位置響應時間，則可能存在過壓狀態(tài)。如果增壓大于 預定壓力(例如，12.0psi),則也可能存在過壓狀態(tài)。當存在過壓狀態(tài) 時，壓力狀態(tài)62被設置為是。否則壓力狀態(tài)62保持設置為否。
保護模塊44接收壓力狀態(tài)62作為輸入。當壓力狀態(tài)62表明存在 過壓狀態(tài)時(例如，被設置為是)，則保護模塊44確定用于控制EGR 閥28 (圖1)的打開的量及時間。在一個示例中，確定該量作為過增壓 水平的函數(shù)。在另一示例中，持續(xù)時間被設置為預定值或被確定直至葉 片停止或過增壓消除。
在慢速葉片運動及過增壓狀態(tài)下打開EGR閥28 (圖1 )會通過使 排氣的一部分循環(huán)至進氣歧管15 (圖1 )并減小作用在葉片19 (圖1 ) 上的氣動力而減小通過渦輪增壓器18 (圖1 )的空氣流。在渦輪機氣流 減小時減小到渦輪增壓器18的總排氣能量會迅速地降低增壓容量并改 進過增壓狀態(tài)。通過打開EGR閥28以向低壓進氣歧管釋放排氣歧管壓 力，減小過多的背壓或渦輪機入口壓力，由此形成葉片自由運動的彎曲 力。
在各個實施例中，如果發(fā)動機系統(tǒng)包括柴油機顆粒過濾器(DPF)
9(未示出)以及/或排氣制動增壓系統(tǒng)(未示出)，則在控制EGR閥28 (圖1 )的過程中，保護模塊44通過設置DPF再生控制狀態(tài)66來控制 柴油機顆粒過濾器再生并通過設置排氣制動模式狀態(tài)68來控制排氣制 動模式。因為再生涉及的油稀釋會改變后續(xù)缸內(nèi)后噴射，故防止進行 DPF再生。類似的，因為制動增壓涉及的制動馬力減小會打開EGR閥， 故防止進行排氣制動。
現(xiàn)參考圖3,流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明的各個方法可由排氣再循環(huán) 控制系統(tǒng)執(zhí)行的排氣再循環(huán)控制方法。可以理解，在不脫離該方法的精 神的前提下，可以改變執(zhí)行排氣再循環(huán)控制方法的步驟的順序。該方法 可在控制模塊14的操作過程中周期性地執(zhí)行，或排定為基于特定事件 而執(zhí)行。
在一個示例中，該方法始于100。在110評估上述允許條件。例如， 如果在110存在熱發(fā)動機狀態(tài)，存在高發(fā)動機速度狀態(tài)，及存在高發(fā)動 機負載狀態(tài)，則方法繼續(xù)進行以在120評估壓力狀態(tài)。否則，如果在110 不存在熱發(fā)動機狀態(tài)，不存在高發(fā)動機速度狀態(tài)，或不存在高發(fā)動機負 載狀態(tài)，則方法在160結束。
在120評估壓力狀態(tài)。如果在120存在過壓狀態(tài)，例如，如上所述， 則在130確定EGR閥打開量及持續(xù)時間并在140基于該量及持續(xù)時間 來控制EGR閥打開。僅舉例而言，打開量可以是預定量，而EGR閥28 可以保持在該位置達預定時間段。在150, DPF再生及排氣制動模式被 控制停止以防止對特征性能的影響。隨后，方法可在160結束。
根據(jù)以上描述，本領域的技術人員現(xiàn)可理解可以各種不同形式來應 用本發(fā)明的總的教導。因此，雖然本發(fā)明包含具體示例，但本發(fā)明的實 際范圍不應受限于此，因為基于對附圖、說明書及所附權利要求的理解， 本領域的技術人員可構思出其他各個變化。
權利要求
1.一種排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)，包括壓力狀態(tài)評估模塊，所述壓力狀態(tài)評估模塊對渦輪增壓器的葉片運動及發(fā)動機壓力中的至少一者進行評估；以及保護模塊，所述保護模塊基于所述渦輪增壓器的所述葉片運動以及所述發(fā)動機壓力中的所述至少一者來選擇性地控制排氣再循環(huán)閥。
2. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力狀態(tài)評估模塊對所述渦輪增壓器的所述葉片運動以及所 述發(fā)動機壓力中的所述至少 一者進行評估以檢測慢速葉片運動及葉片 卡死事件中的至少一者。
3. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述保護模塊選擇性地控制 排氣再循環(huán)閥，以在渦輪增壓器過增壓、發(fā)動機超速、以及氣缸壓力中 的至少一者大于各自閾值時保護所述渦輪增壓器。
4. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括允許模塊，所述允許模塊基 于發(fā)動機速度、發(fā)動機負載、以及發(fā)動機溫度中的至少一者來允許所述 壓力狀態(tài)評估模塊對所述葉片運動及所述發(fā)動機壓力中的所述至少一 者進行評估。
5. 根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機溫度基于發(fā)動機冷 卻劑溫度。
6. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述壓力狀態(tài)評估模塊基于渦 輪增壓器控制指令、電流信號、以及渦輪增壓器位置來對所述渦輪增壓 器的所述葉片運動進行評估。
7. 根據(jù)權利要求1所迷的系統(tǒng)，其中所述壓力狀態(tài)評估模塊基于增 壓壓力來對所述發(fā)動機壓力進行評估。
8. 根據(jù)權利要求1所迷的系統(tǒng)，其中所述壓力狀態(tài)評估模塊基于來 自背壓傳感器及渦輪機入口壓力傳感器中的至少一者的壓力傳感器信 號來評估所述發(fā)動機壓力狀態(tài)。
9. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述保護模塊基于對所述排氣 再循環(huán)閥的選擇性控制來選擇性地控制顆粒過濾器的再生。
10. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述保護模塊基于對所述排 氣再循環(huán)閥的選擇性控制來選擇性地控制排氣制動增壓器。
11. 一種用于控制排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)的方法，包括對渦輪增壓器的葉片運動及發(fā)動機壓力中的至少一者進行評估；并且基于所述渦輪增壓器的所述葉片運動以及所述發(fā)動機壓力中的所 述至少 一者來選擇性地控制排氣再循環(huán)閥。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中評估還包括對所述渦輪增壓 器的所述葉片運動以及所述發(fā)動機壓力中的所述至少 一者進行評估以 檢測慢速葉片運動及葉片卡死事件中的至少 一者。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中選擇性控制所述排氣再循環(huán) 閥包括選擇性控制所述排氣再循環(huán)閥以在渦輪增壓器過增壓、發(fā)動機超 速、以及氣缸壓力中的至少一者大于各自閾值時保護所述渦輪增壓器。
14. 根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括基于發(fā)動機速度、發(fā)動機 負載、以及發(fā)動機溫度中的至少一者來允許所述壓力狀態(tài)評估模塊對所 述葉片運動及所述發(fā)動機壓力中的所述至少一者進行評估。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，還包括基于發(fā)動機冷卻劑溫度來 確定所述發(fā)動機溫度。
16. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中基于渦輪增壓器控制指令、 電流信號、以及渦輪增壓器位置來進行對所述渦輪增壓器的所述葉片運 動的評估。
17. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中基于增壓壓力來對所述發(fā)動 機壓力進行評估。
18. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中基于來自背壓傳感器及渦輪 機入口壓力傳感器中的至少一者的壓力傳感器信號來評估所述發(fā)動機壓力。
19. 根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括基于對所述排氣再循環(huán)閥 的選擇性控制來選擇性地控制顆粒過濾器的再生。
20. 根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括基于對所述排氣再循環(huán)閥 的選擇性控制來選擇性地控制排氣制動增壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)及方法。一種排氣再循環(huán)控制系統(tǒng)，包括壓力狀態(tài)評估模塊及保護模塊。該壓力狀態(tài)評估模塊對渦輪增壓器的葉片運動及發(fā)動機壓力中的至少一者進行評估。該保護模塊基于所述渦輪增壓器的所述葉片運動以及所述發(fā)動機壓力中的所述至少一者來選擇性地控制排氣再循環(huán)閥。
文檔編號F02M25/07GK101586495SQ20091020389
公開日2009年11月25日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權日2008年5月22日
發(fā)明者K·薩庫默托, Y·肖 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司