用于控制柴油发动机中的涡轮出口温度的方法技术

本发明专利技术揭示一种用于控制内燃发动机的排气温度的方法和系统。所述方法和系统包括确定所述内燃发动机内的可接受充气流的范围以满足所需的排气温度。所述方法和系统进一步包括将所述充气流控制到落入所述范围内。本发明专利技术揭示了利用所述充气流作为杠杆来控制涡轮出口温度的控制策略。所述策略利用气缸出口温度虚拟传感器以及新的涡轮出口温度虚拟传感器的反演，以在给出当前涡轮入口和出口压力、ＳＯＩ、充气压力、充气温度、加油和发动机速度的情况下，确定为实现所述所需的涡轮出口温度而需要的充气流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及柴油发动机且更具体来说涉及控制柴油发动机的涡轮出口温度 以使排放物降到最低。
技术介绍
当燃烧发生于具有过量氧的环境中时，峰值燃烧温度增加，从而导致形成有害排放物，例如氮的氧化物(NOx)。当所述燃烧事件期间或之后温度为高时，此问题因使 用可操作以增加新鲜空气流的质量且因此增加存在于燃烧室中的氧和氮的浓度的涡轮 增压器机械而加重。一种用于降低有害排放物(例如NOx)的已知技术涉及将化学惰性气体引入到新 鲜流动空气串流中以供随后燃烧。因此，通过降低待燃烧的所得充气的氧浓度，燃油 燃烧得较慢且可使峰值燃烧温度相应地降低，由此使NOx的产生下降。在内燃发动机 环境中，此类化学惰性气体易于以排气的形式大量存在。 一种用于实现上述结果的已 知方法是通过使用所谓的排气再循环(EGR)系统以可控方式将排气引入到进气歧管， 所述废气再循环(EGR)系统可操作以可控方式将来自排气歧管的排气引入(即，再循 环)到流向进气歧管的新鲜空气串流中。通过使用机载微处理器，通常根据由若干发 动机工作传感器供应的信息来完成对EGR阀门的控制。尽管上述类型的EGR系统通常在降低由燃烧过程所致的有害排放物方面有效， 但由此所付出的是以所得发动机效率损失形式的代价。在典型的发动机控制策略中， NOx产生水平与发动机操作效率之间存在折衷，且与管理所述折衷相关联的困难已经 因政府颁发的排放物标准的越来越严格的要求而十分恼人。为了实现在各种负载条件下将NOx排放物的产生限制到可接受的低水平同时最大化发动机操作效率的两个截然相反的目标，必须致力于以高准确度来确定构成燃烧 充气的空气、燃油和废气的正确比例。因此，为此目的，优选地必须以低成本获得若 干与EGR系统相关的操作参数的准确实时值。然后，必须开发控制策略以使用所述信 息来准确地控制发动机、EGR系统和/或涡轮增压器。因此，本专利技术针对用于控制发动 机操作以将发动机的排气温度维持在所需的操作限制内的技术。
技术实现思路
本专利技术揭示一种用于控制内燃发动机的排气温度的方法和系统。所述方法和系统包括确定所述内燃发动机内的可接受充气流的范围以满足所需的排气温度。所述方法 和系统进一步包括将所述充气流控制到落入所述范围内。本专利技术揭示利用所述充气流作为杠杆来控制涡轮出口温度的控制策略。所述策略 利用气缸出口温度虚拟传感器以及新的涡轮出口温度虚拟传感器的反演，以在给出当 前涡轮入口和出口压力、SOI、充气压力、充气温度、加油和发动机速度的情况下， 确定为实现所述所需的涡轮出口温度需要的充气流。附图说明图1图解说明重载排气温度分布图。图2图解说明用来将涡轮效率(0)与通常测量的参数联系起来的图表。 图3图解说明根据方程式1的涡轮出口虚拟传感器的平均误差曲线。 图4图解说明根据本专利技术的用于控制发动机排气温度的系统的一个优选实施例。 图5是流程图，其图解说明用以控制排放物的适当排气温度(ETE)的软件算法的 一个优选实施例。图6图解说明后置EGR混合器进气节流阀。图7图解说明后置充气空气冷却器进气节流阀。图8图解说明后置涡轮排气节流阀。图9图解说明排气歧管节流阀。图10图解说明带有可变几何形状涡轮的废气门。具体实施例方式本专利技术通常涉及柴油发动机且更具体来说涉及柴油发动机的涡轮出口温度以使 排放物降到最低。呈现以下说明旨在使所属领域的技术人员能够制作及使用本专利技术， 且以专利申请案及其要求的上下文提供所述说明。所属领域的技术人员将易于了解对本文所述的优选实施例和一般原理及特征的各种修改。因此，并不打算将本专利技术限定 于所示的实施例，而是赋予其与本文所述的原理及特征相一致的最广泛范围。建议的重载发动机具有可变几何形状和/或废气门控涡轮发动机架构，所述重载发 动机需要坚固耐用的过滤器后处理系统以降低系统外微粒水平来满足法律规定的要 求。所述坚固耐用过的滤器需要周期性地再生以使过滤器介质上存储的积碳氧化。所 述再生事件需要发动机能够提供足够高的涡轮出口排气温度以允许发生积碳的氧化。可能需要约为300摄氏度{572 F)或更高的涡轮出口温度持续延长的周期以促进此再 生。图1图解说明重载发动机的排气温度分布图。如所看到的那样，在重载发动机的 大多数操作空间内，涡轮出口温度将大于再生所需的最小温度。然而，存在一其中需 要热控制策略以提升涡轮出口温度来促进后处理产生的区域。基本上，一部分的燃油能量被用来加热排气。对于固定的膨胀比(固定的阀门定时)来说，可通过经由喷射定时和压力、进气条件来操控燃烧过程的总热效率，经由EGR 来操控惰性气体的浓度以及经由燃油量和/或充气质量来操控当量比而改变所述部分。 为了增加排气温度，必须增加消耗的燃油和/或变更转移到排气的能量的部分。根据本 专利技术的方法和系统针对将排气温度调整到重型发动机架构中的一合适点处以允许排放 物的最小化。根据本专利技术的方法和系统的优点在于一个发动机控制器中有两个虚拟传感器一 个虚拟传感器用于涡轮出口温度，且第二个虚拟传感器用于涡轮入口温度，以允许将温度驱动到所述合适点。于2003年4月22日颁布的名称为用于控制发动机排气温 度的系统(System for Controlling Engine Exhaust Temperature)的美国专利6 ， 550 ，464中揭示了可用于促进排气温度的调整的涡轮入口温度虚拟传感器，且所述专利受让于本申请案的受让人。涡轮出口虚拟传感器是涡轮入口虚拟传感器的延伸。已知可从涡轮入口温度、涡轮入口压力、涡轮出口压力加上质量流速率来估计涡轮出口温度。同样，已经确定出口温度是通过以下方程式与涡轮入口温度相关的。f 「 ，、、〈 〃X尺其中Tout-涡轮出口温度、Tin-涡轮入口温度、T]t-涡轮操作效率、Pr-涡轮入口压力/ 涡轮出口压力、0.252=(y~l)/y，其中Y 1.337且Fc二校正最终输出的斜度的校正系数。 显然可通过图2中所示的绘图的二阶多项式拟合(强制通过O，O)来找出涡轮效率 (rlt)，其中m-总质量流，空气加上燃油 如上定义所有其它参数 所述二阶多项式拟合将产生方程式2中所示形式的的相关(注意c=0)其中-x-来自图2中的横坐标的质量值。 如方程式1中定义所有其它参数。关于ilt，其现在是容易测量的参数的函数，另一选择是，为了对所述算法产生最 小影响，可将Tit固定为一表示涡轮效率的常数。可将方程式2回代到方程式1中以根 据标准输入产生涡轮出口温度。实际上，可通过改变参数Fc证明所述线是正确的。 在所述证明之后，将平均误差曲线显示于图3中。因此，基于所示的涡轮出口温度要求，针对涡轮入口温度反演及求解涡轮出口虚 拟传感器。 一旦知道了所需的涡轮入口温度，便利用美国专利第6，550，464中所述的涡 轮入口虚拟传感器来提供用于控制排气发动机温度的数据。为了更详细地描述所述特征及其操作，现在结合附图参考以下说明。现在参考图4，图中显示根据本专利技术的用于控制发动机排气温度的系统IO的一个优选实施例。系 统10包含内燃发动机12，所述内燃发动机具有与其耦合的进气歧管14。进气歧管温 度传感器16设置于歧管14内，或以其它方式设置成与歧管14流体连通。传感器16 优选地是己知结构的温度传感器，其可操作以传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制内燃发动机的排气温度的方法，其包括：　确定所述内燃发动机内的可接受充气流的范围以满足所需的排气温度；及　将所述充气流控制到落入所述范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-2-16 11/356,3631、一种用于控制内燃发动机的排气温度的方法，其包括确定所述内燃发动机内的可接受充气流的范围以满足所需的排气温度；及将所述充气流控制到落入所述范围内。2、 如权利要求l所述的方法，其中通过方程式(l)确定所述可接受充气流的范围 f f !、、V1—p。加，其中Tout^呙轮出口温度、Tin-涡轮入口温度、 市=涡轮操作效率、Pr-涡轮入口压力/涡轮出口压力、及Fe校正最终输出的斜度以确 保维持所述所需的排气温度的校正系数。3、 如权利要求2所述的方法，其中限制所述可接受充气流的范围以便限制所述 所需的排气温度。4、 如权利要求l所述的方法，其中控制所述充气流包括改变充气与燃油比。5、 如权利要求4所述的方法，其中通过进气节流方法改变所述充气与燃油比。6、 如权利要求5所述的方法，其中所述进气节流方法包括后置排气再循环(EGR) 混合器进气节流阀和后置充气空气冷却器(CAC)进气节流阀中的任一者或其任一组合。7、 如权利要求4所述的方法，其中通过排气节流方法改变所述充气与燃油比。8、 如权利要求7所述的方法，其中所述排气节流方法包括后置排气歧管节流阀 和带有可变几何形状涡轮的废气门致动器中的任一者或其任一组合。9、 如权利要求4所述的方法，其中通过进气节流方法和排气节流方法的任一组合来充气所述充气与燃油比。10、 如权利要求9所述的方法，其中所述进气节流方法包括后置排气再循环(EGR)混合器进气节流阀和后置充气空气冷却器(CAC)进气节流阀中的任一者或其任一组 合。11、 如权利要求10所述的方法，其中所述排气节流方法包括后置排气歧管节流 阀和带有可变几何形状涡轮的废气门致动器中的任一者或其任一组合。12、 一种内燃发动机系统，其包括内燃发动机；及耦合到涡轮增压器的后处理系统；及用于控制所述内燃发动机的 排气温度的机构，所述机构进一步包括确定所述内燃发动机内的可接受充气流的范围 以满足所需的排气温度；及将所述充气流控制到落入所述范围内。13、 如权利要求12所述的内燃发动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰N池，托马斯A多尔迈耶，珍妮弗W拉姆齐，拉里J布拉克尼，B杰里宋，J史蒂夫威尔斯，约翰M马洛伊，
申请(专利权)人：康明斯知识产权公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]