[发明专利]EGR冷却器状况模块及相关系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及采用排气再循环（EGR）技术的内燃发动机系统，更具体地涉及确定内燃发动机的EGR冷却器的状况。

背景技术

使用排气再循环（EGR）技术减少内燃发动机产生的排气中的氮氧化物含量在本领域是众所周知的。一般情况下，EGR技术包括将由发动机燃烧室内的燃烧事件产生的排气的一部分再循环到燃烧室以用于后续的燃烧事件。再循环的排气在燃烧之前降低了燃烧组分的温度。燃烧组分的较低温度促进由燃烧过程产生的氮氧化物含量的减少。

为了进一步降低燃烧组分的温度，并增加排气中氮氧化物的减少量，EGR冷却器被采用以在再循环排气进入燃烧室之前将其冷却。EGR冷却器还能够使更高EGR流速进入发动机燃烧室。EGR冷却器降低排气温度的有效性根据发动机系统的工况变化。例如，EGR冷却器的有效性随着增加的EGR流速而趋于降低。相反，EGR冷却器的有效性随着增加的排气温度而趋于增加。

令人遗憾地是，EGR冷却器易于结垢（即，EGR冷却器状况退化）。当未燃烧的碳氢氧化物（UHC）和/或颗粒物堆积在EGR冷却器壁上时，会发生结垢。EGR冷却器内UHC和PM的沉积降低EGR冷却器的有效性（例如，热量传递效率），并阻碍排气流通过冷却器。其他可以促进EGR冷却器结垢的因素包括极端边界条件（例如，极端排气温度、极端冷却剂温度、以及极端排气流速）、发动机工作模式的频率和持续时间（例如，稳态、瞬态以及关机）、冷却器的设计以及冷却器内的化学反应和酸形成。不论什么原因，EGR结垢退化EGR冷却器降低排气温度的有效性，消除了由冷却器提供的增加的EGR流速的优势，并引起排气系统内的背压问题。因此，尽管EGR冷却器的有效性基于发动机系统的工况变化，但是当EGR冷却器结垢时，每个工况的冷却器有效性按比例下降。

一些现有系统试图基于不同工况建立EGR冷却器的有效性模型。这些模型在可以估计EGR冷却器有效性的同时，不能提供EGR冷却器结垢或状况的任何指示。因此，为了确定EGR冷却器结垢或状况，现有技术包括物理地将EGR冷却器从系统中移出，然后目视检查冷却器的结垢现象。当然，物理移出和检查EGR冷却器需要大量的车辆停用时间和劳动量，所有这些会导致成本增加和生产力损失。

发明内容

本发明主题对应现有技术而研发，更具体地对应于本领域还没有被现有EGR冷却器监测技术完全解决的问题和需求。例如，现有技术不能提供在不将EGR冷却器从发动机系统移出的情况下连续监测EGR冷却器的结垢状况和物理状况（例如，退化水平）的定量方法。因此，在某些实施例中，本申请主题被研发以提供用于在原位或在发动机系统工作时连续确定、监测、以及报告EGR冷却器结垢状况的方法和系统。用于确定EGR冷却器结垢状况的定量方法采用基于发动机的预测和测量工况的归一化EGR有效性计算。

根据一个实施例，用于确定内燃发动机排气再循环（EGR）冷却器状况的装置包括干净EGR冷却器模块，其被配置为估计离开干净EGR冷却器的排气温度。该装置还包括结垢EGR冷却器模块，其被配置为估计离开结垢EGR冷却器的排气温度。另外，该装置包括EGR冷却器有效性模块，其被配置为根据估计的离开干净EGR冷却器的排气温度和估计的离开结垢EGR冷却器的排气温度，确定EGR冷却器归一化有效性。此外，该装置包括EGR冷却器状况模块，其被配置为根据EGR冷却器归一化有效性确定EGR冷却器的状况。

在该装置的一些实施中，EGR冷却器有效性模块确定的EGR冷却器归一化有效性根据EGR冷却器归一化有效性值被确定。EGR冷却器有效性模块可以被配置为确定多个EGR冷却器归一化有效性值，其中EGR冷却器的状况基于多个EGR冷却器归一化有效性值。EGR冷却器状况模块还能被配置为将多个EGR冷却器归一化有效性值存储为分布曲线，其中EGR冷却器的状况对应分布曲线的中心。在某些情况下，EGR冷却器状况基于与结垢EGR冷却器的预先标记和干净EGR冷却器的预先标记对应的分布曲线中心的位置。EGR冷却器状况模块可被配置为根据平均技术确定分布曲线中心。分布曲线可以是贝尔曲线，其中心是贝尔曲线的近似顶点。

根据该装置的某些实施，EGR冷却器有效性模块根据下述方程确定EGR冷却器归一化有效性：