專利名稱：控制排氣閥再循環(huán)的裝置及方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于控制內(nèi)燃機(jī)中廢氣再循環(huán)(EGR)的裝置及方法。
已公知了多種用于控制內(nèi)燃機(jī)中廢氣再循環(huán)的方法及裝置及它們已被廣泛地用作減少廢氣中NOx濃度的一個(gè)途徑。典型地，這些系統(tǒng)使用背壓傳送閥控制廢氣再循環(huán)，但不能檢測實(shí)際的廢氣再循環(huán)率。其結(jié)果是，當(dāng)背壓傳送閥失效或損壞時(shí)，廢氣再循環(huán)率可能增大并導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)能力變差及廢氣中的NOx濃度增加。
變換地，在EGR控制中也使用進(jìn)氣管中的空氣量或排氣管中的氧濃度。
在低EGR率的情況下，廢氣排放特性非常敏感地依賴于EGR率如何精確地被建立。使用存在的空氣量控制環(huán)僅可間接地確定EGR率。作為譬如發(fā)動(dòng)機(jī)中氣體通過量容差或傳感器容差的結(jié)果，實(shí)際建立的EGR率可能很大地偏離所需的EGR率。當(dāng)EGR率用作控制變量時(shí)則不允許發(fā)生EGR率的誤差。
德國專利DE 42 22 414描述了一種EGR控制裝置，它部分地基于來自位于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管中的氧濃度傳感器的信號(hào)控制廢氣再循環(huán)率。該專利使用來自氧傳感器的讀數(shù)，并根據(jù)表示EGR率的典型值與進(jìn)氣管中氧濃度幅值的特性曲線圖估價(jià)實(shí)際EGR率。但是實(shí)際的EGR率還依賴于空氣/燃料比。某些氧傳感器表現(xiàn)對壓力、例如進(jìn)氣管壓力的依賴性。因此，它們的輸出信號(hào)必需被壓力校正。
用于系統(tǒng)控制的控制變量可以是進(jìn)氣區(qū)段中的氧濃度或由它計(jì)算出的EGR率。
本發(fā)明涉及用于控制機(jī)動(dòng)車中廢氣再循環(huán)的裝置，該機(jī)動(dòng)車具有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣管，以使空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)；一個(gè)排氣管，以使廢氣離開發(fā)動(dòng)機(jī)；一個(gè)廢氣再循環(huán)通道，它將進(jìn)氣管與排氣管連接，用于使廢氣從排氣管進(jìn)入進(jìn)氣管；及一個(gè)EGR閥，用于調(diào)節(jié)通過廢氣再循環(huán)通道的廢氣通過量，其特征在于在進(jìn)氣管上、在進(jìn)氣管及再循環(huán)通道的連接點(diǎn)的下游的點(diǎn)上設(shè)有一個(gè)氧傳感器；設(shè)有一個(gè)壓力傳感器，用于檢測進(jìn)氣管內(nèi)部的壓力；及設(shè)有一個(gè)EGR控制器，用于根據(jù)來自氧傳感器的信號(hào)及來自壓力傳感器的信號(hào)使EGR閥致動(dòng)。
進(jìn)氣管中的氧濃度O2ist由來自氧傳感器-有時(shí)也稱為λ探頭-的信號(hào)(電壓信號(hào)UO2)來確定。

圖1是表示氧傳感器的信號(hào)UO2(測量為電壓值)及氧濃度O2ist之間關(guān)系的特性圖。該圖中的曲線是根據(jù)在試驗(yàn)室內(nèi)在壓力為1013mbar及外部溫度為25°的情況下N2/O2混合物的試驗(yàn)中所觀察到的下列參考點(diǎn)描繪的2.50V＝0.00％O2，3.10V＝3.00％O2，3.69V＝6.00％O2，4.17V＝8.36％O2，及4.91V＝12.00％O2。
圖1中的特性曲線僅對大氣壓力有效。但是，來自氧傳感器的信號(hào)是與壓力相關(guān)的及當(dāng)增壓起作用時(shí)進(jìn)氣管中的壓力P可達(dá)到3bar。因此，為了確定進(jìn)氣管中的真實(shí)氧濃度O2ist，來自氧傳感器的電壓信號(hào)UO2必需相對壓力P來校正。如圖2a及2b概要地所示，可在運(yùn)用特性曲線前或后對信號(hào)作出校正?；蛉鐖D2c概要地所示，可在考慮壓力值的傳感器特性圖中對信號(hào)校正。
以點(diǎn)火頻率發(fā)生的壓力波動(dòng)使得進(jìn)氣管中的氧濃度必需與發(fā)動(dòng)機(jī)速度同步地被計(jì)算。如果每點(diǎn)火周期僅有與發(fā)動(dòng)機(jī)速度同步的一個(gè)計(jì)算，則對每試樣進(jìn)行一次氧濃度O2ist計(jì)算。如果每點(diǎn)火周期具有與發(fā)動(dòng)機(jī)速度同步的兩個(gè)計(jì)算，取新的氧濃度O2akt，k及舊的氧濃度O2akt，k-1的平均值來得到在每次發(fā)動(dòng)機(jī)速度中斷時(shí)的平均氧濃度O2ist，如圖2d概要地所示。
變換地，可以比EGR控制器的計(jì)算更頻繁地對氧濃度估值。如圖2e概要地所示。例如在進(jìn)氣區(qū)段中的氧濃度可每1ms計(jì)算一次。根據(jù)在一個(gè)點(diǎn)火周期上平均的氧濃度值O21ms，可計(jì)算出對于控制器的實(shí)際值信號(hào)O2ist。這改進(jìn)了氧濃度信號(hào)的精確度，尤其是基于氧傳感器的非線性特性曲線圖。
根據(jù)進(jìn)氣管中的氧濃度譬如使用下列等式來計(jì)算EGR率EGRist＝(1+0.21/3)/(1+0.21/3)*(1-(O2ist/0.21))λ為化學(xué)計(jì)量的空氣流量比率。對于λ＞1.5該等式可簡化為
EGRist≈λ*(1-[O2ist/0.21])對于EGR率計(jì)算所需的化學(xué)計(jì)量的空氣流量比率λ可用各種方式確定。例如用位于排氣路徑中的第二氧傳感器或λ探頭可根據(jù)下式得到λ的值λ=1/3O2+11-4,76O2]]>其中O2代表廢氣中的氧濃度。變換地，λ可根據(jù)下列公知的公式使用空氣量MA及燃料量MF的值進(jìn)行計(jì)算λ＝MA/(14.5*MF)空氣量例如可使用安裝在進(jìn)氣管內(nèi)部的空氣流量計(jì)來確定。燃料量例如可通過圖表使用噴射時(shí)間及噴射壓力作為輸入量來確定。
因此，使用電子控制單元、例如由PI控制器組成的EGR控制器可在任何給定時(shí)間上部分地基于來自進(jìn)氣管中氧傳感器的讀數(shù)確定出當(dāng)前的EGR率EGRist。
圖3a表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)程序的例子，它使用當(dāng)前EGR率EGRist作為反饋信號(hào)來改善傳統(tǒng)的EGR控制系統(tǒng)的控制。參見該流程圖，程序開始于步驟301。在步驟302上，以傳統(tǒng)方式，譬如基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度、燃料量及另外的輸入量如空氣溫度及大氣壓力確定EGR率的設(shè)置點(diǎn)EGRSOLL。在下一步驟中如上述地部分基于來自氧傳感器的信號(hào)UO2來確定當(dāng)前EGR率EGRist。接著，在步驟304中將這些值彼此比較。如果當(dāng)前EGR率EGRist等于EGR率的設(shè)置點(diǎn)EGRSOLL，該程序重新在301上開始，而不調(diào)整EGR的值。如果這些值彼此不同，則在步驟305上確定是否EGR率的設(shè)置點(diǎn)EGRSOLL大于當(dāng)前EGR率EGRist。如果是的話，則在步驟306上EGR控制器通過至少依賴EGR率的設(shè)置點(diǎn)EGRSOLL與實(shí)際EGR率EGRist之間的偏差的量在打開方向上調(diào)節(jié)EGR閥。該調(diào)節(jié)趨向于增加EGR率，及程序再重新在301上開始。如果EGR率的設(shè)置點(diǎn)EGRSOLL不大于當(dāng)前EGR率EGRist，則在步驟307上EGR控制器通過至少依賴EGR率的設(shè)置點(diǎn)EGRSOLL及實(shí)際EGR率EGRist之間的偏差的量在關(guān)閉方向上調(diào)節(jié)EGR閥。該調(diào)節(jié)具有減小當(dāng)前EGR率EGRist的作用，及程序再重新在301上開始。
圖3a中所示程序也可使用進(jìn)氣管中的氧濃度值來執(zhí)行。在步驟302中可基于包括當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)速度，燃料量，及其它輸入的輸入量來確定氧濃度設(shè)置點(diǎn)O2soll。然后基于來自氧傳感器的信號(hào)UO2確定當(dāng)前氧濃度O2ist。然后在步驟304中將氧濃度設(shè)置點(diǎn)O2soll與當(dāng)前氧濃度O2ist相比較。如果它們不相同，則在步驟305中確定氧濃度設(shè)置點(diǎn)O2soll是否小于當(dāng)前氧濃度O2ist。如果是的話，則EGR控制器在打開方向上調(diào)節(jié)EGR閥，這趨向于增加再循環(huán)的廢氣量，及因此減小了進(jìn)氣管中的當(dāng)前氧濃度。在步驟306中作出調(diào)節(jié)后，程序再重新在301上開始。如果氧濃度設(shè)置點(diǎn)O2soll不小于當(dāng)前氧濃度O2ist，則EGR控制器在閉合方向上調(diào)節(jié)EGR閥，這趨向于減小再循環(huán)的廢氣量，及因此增大了氧濃度O2ist。只要發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行，圖3a中的程序恒定及重復(fù)地進(jìn)行。
圖3b概要地表示如圖3a所述地工作的EGR/氧濃度控制線路。為了更快地調(diào)節(jié)，來自主導(dǎo)控制步驟3.4的設(shè)置信號(hào)可疊加在控制器的設(shè)置信號(hào)上。用于計(jì)算主導(dǎo)值的輸入變量是與形成設(shè)置點(diǎn)所需變量相同的變量。因此，在EGR/O2控制步驟3.3后，在求和點(diǎn)3.5上將主導(dǎo)控制值加在EGR/O2控制值上及其和被用于在步驟3.6中調(diào)節(jié)EGR閥。
圖4概要地表示傳統(tǒng)的EGR控制系統(tǒng)是如何使用當(dāng)前EGR率EGRist的值或當(dāng)前氧濃度O2ist的值被校正的。圖3b中所示的EGR/氧濃度控制線路被疊加在公知的用于控制進(jìn)氣管空氣量的控制線路上。該EGR/氧濃度控制線路起到減小開環(huán)或閉環(huán)EGR控制系統(tǒng)(例如，空氣量控制EGR系統(tǒng))中與容差相關(guān)的偏差。
因此，如圖4中所示，在傳統(tǒng)的EGR控制系統(tǒng)中，空氣量設(shè)置點(diǎn)MAsoll在步驟4.5中決定。在比較點(diǎn)4.4上從該值中減去當(dāng)前空氣量MAist及在步驟4.6中該差值被用于控制空氣量。根據(jù)空氣量設(shè)置點(diǎn)MAsoll的和(ΔMAsoll)及當(dāng)前空氣量MAist之間的差值對EGR閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至空氣量設(shè)置點(diǎn)MAsoll及當(dāng)前空氣量MAist相等為止。通過疊加EGR/O2控制回路，在EGR/O2控制步驟4.3中計(jì)算空氣量設(shè)置點(diǎn)MAsoll的Δ值ΔMAsoll。
該Δ值ΔMAsoll是信號(hào)EGRist及EGRsoll之間或信號(hào)O2ist及O2soll之間的偏差值。EGR/O2控制器4.3類似于圖3a中步驟306及307所示的方式地控制EGR閥。
然后在求和點(diǎn)4.4處將空氣量設(shè)置點(diǎn)MAsoll的Δ值ΔMAsoll加到空氣量設(shè)置點(diǎn)MAsoll及當(dāng)前空氣量MAist上，及其結(jié)果在空氣量控制步驟4.6中被處理并在步驟4.7中調(diào)節(jié)EGR閥。
使用來自進(jìn)氣管的O2信號(hào)改善開環(huán)或閉環(huán)的EGR控制系統(tǒng)的另一可能性是學(xué)習(xí)由從屬閉環(huán)或開環(huán)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差及將習(xí)得的值提供給從屬結(jié)構(gòu)。
圖5概要地表示使用在步驟5.7上建立的校正面(correctionplane)來改善傳統(tǒng)的EGR控制系統(tǒng)的控制線路。如圖4中那樣，使用空氣量值MA的EGR控制的傳統(tǒng)控制周期被表示在步驟5.9，5.10，及5.11(分別相應(yīng)于圖4中步驟4.5，4.4及4.6)中。開關(guān)5.8僅是概念性的表示，即使用在步驟5.7上建立的校正面值的校正可在空氣量控制步驟5.11前或后(即在求和點(diǎn)5.10或求和點(diǎn)5.12上)施加。這些校正面值是由各個(gè)EGR率設(shè)置點(diǎn)(EGRsoll)及當(dāng)前EGR率值(EGRist)之間的差值來求得(或根據(jù)氧濃度設(shè)置點(diǎn)(O2soll)及當(dāng)前氧濃度值(O2ist)之間的差值來求得)。如上所述，設(shè)置點(diǎn)值根據(jù)步驟5.1上發(fā)動(dòng)機(jī)速度、燃料量及其它輸入量來確定。接著，在比較點(diǎn)5.2上，從設(shè)置點(diǎn)EGR率或氧濃度值中減去當(dāng)前EGR率或氧濃度值。內(nèi)部邏輯，例如位于EGR控制器中的邏輯電路或軟件將來自比較點(diǎn)5.2的差值根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度及燃料量值的范圍傳送通過積分器5.4，5.5及5.6中的一個(gè)。例如積分器5.4可處理低范圍值，積分器5.5可處理中等范圍值及積分器5.6可處理高范圍值。每個(gè)范圍被稱為學(xué)習(xí)區(qū)域。每組校正值的結(jié)果被存儲(chǔ)在每個(gè)積分器中。對于每個(gè)學(xué)習(xí)區(qū)域采集的長期結(jié)果被用來在步驟5.7上計(jì)算校正面。應(yīng)指出，如果使用4個(gè)積分器來建立來自4個(gè)學(xué)習(xí)區(qū)域的4個(gè)校正點(diǎn)，則在步驟5.7上可建立兩個(gè)校正面。
圖6概要地表示如何參照三個(gè)軸來建立校正面。X軸代表發(fā)動(dòng)機(jī)速度，Z軸代表燃料量MF，及Y軸代表校正值。學(xué)習(xí)范圍指示燃料量及發(fā)動(dòng)機(jī)速度輸入，對于它基于學(xué)習(xí)區(qū)域內(nèi)的設(shè)置點(diǎn)值及當(dāng)前值之間的差值來計(jì)算校正值。然后基于來自三個(gè)學(xué)習(xí)區(qū)域的三個(gè)校正值來建立一個(gè)校正面。該校正面允許對于另外的燃料量及發(fā)動(dòng)機(jī)速度值來內(nèi)插和/或外插校正值，因此可以對落在三個(gè)學(xué)習(xí)區(qū)域之一以外的值作出校正。
該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，一旦校正值被建立及校正面被計(jì)算，該校正值可被立即應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)工作點(diǎn)(對于每個(gè)速度及燃料量)。如圖3及4所示的EGR率或氧濃度調(diào)節(jié)所需的時(shí)間由此被減小，因?yàn)閭€(gè)別的計(jì)算將不再需要。
另一可能的方案使用校正圖來代替校正面。在此情況下，具有多于三個(gè)的不同學(xué)習(xí)區(qū)域。然后通過學(xué)習(xí)區(qū)域的校正值之間的內(nèi)插來計(jì)算校正值。
權(quán)利要求
1.用于控制機(jī)動(dòng)車中廢氣再循環(huán)的裝置，該機(jī)動(dòng)車具有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣管，以使空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)；一個(gè)排氣管，以使廢氣離開發(fā)動(dòng)機(jī)；一個(gè)廢氣再循環(huán)通道，它將進(jìn)氣管與排氣管連接，用于使廢氣從排氣管進(jìn)入進(jìn)氣管；及一個(gè)EGR閥，用于調(diào)節(jié)通過廢氣再循環(huán)通道的廢氣通過量，其特征在于在進(jìn)氣管上、在進(jìn)氣管及再循環(huán)通道的連接點(diǎn)的下游的點(diǎn)上設(shè)有一個(gè)氧傳感器；設(shè)有一個(gè)壓力傳感器，用于檢測進(jìn)氣管內(nèi)部的壓力；及設(shè)有一個(gè)EGR控制器，用于根據(jù)來自氧傳感器的信號(hào)及來自壓力傳感器的信號(hào)使EGR閥致動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于來自氧傳感器的信號(hào)及來自壓力傳感器的信號(hào)代表當(dāng)前EGR率或進(jìn)氣管中的當(dāng)前氧濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于EGR控制器至少每點(diǎn)火周期一次與發(fā)動(dòng)機(jī)速度同步地校正其輸出和/或來自氧傳感器的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于EGR控制器基于在單個(gè)點(diǎn)火周期中的多個(gè)氧濃度測量值的平均值來校正其輸出和/或來自氧傳感器的信號(hào)。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于EGR控制器基于來自氧傳感器的信號(hào)及λ值確定當(dāng)前廢氣再循環(huán)率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于λ值由位于排氣管中的第二氧傳感器來確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于λ值由空氣量MA及燃料量MF來確定。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于EGR控制器計(jì)算氧濃度設(shè)置點(diǎn)及將它與當(dāng)前氧濃度相比較。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于EGR控制器至少基于燃料量及發(fā)動(dòng)機(jī)速度變量來計(jì)算氧濃度設(shè)置點(diǎn)。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于EGR控制器計(jì)算EGR率設(shè)置點(diǎn)及將它與當(dāng)前EGR率相比較。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于EGR控制器使EGR閥致動(dòng)，直至當(dāng)前EGR率接近EGR率設(shè)置點(diǎn)為止或直至氧濃度接近氧濃度設(shè)置點(diǎn)為止。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于EGR控制器計(jì)算校正面及根據(jù)從校正面得到的校正值使EGR閥致動(dòng)。
13.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于EGR控制器還計(jì)算一個(gè)校正圖表及使用來自校正圖表的值使EGR閥致動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制機(jī)動(dòng)車中廢氣再循環(huán)的裝置，該機(jī)動(dòng)車具有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣管，以使空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)；一個(gè)排氣管，以使廢氣離開發(fā)動(dòng)機(jī)；一個(gè)廢氣再循環(huán)通道，它將進(jìn)氣管與排氣管連接，用于使廢氣從排氣管進(jìn)入進(jìn)氣管；及一個(gè)EGR閥，用于調(diào)節(jié)通過廢氣再循環(huán)通道的廢氣通過量，其特征在于在進(jìn)氣管上、在進(jìn)氣管及再循環(huán)通道的連接點(diǎn)的下游的點(diǎn)上設(shè)有一個(gè)氧傳感器；設(shè)有一個(gè)壓力傳感器，用于檢測進(jìn)氣管內(nèi)部的壓力；及設(shè)有一個(gè)EGR控制器，用于根據(jù)來自氧傳感器的信號(hào)及來自壓力傳感器的信號(hào)使EGR閥致動(dòng)。
文檔編號(hào)F02D21/08GK1415049SQ00818066
公開日2003年4月30日 申請日期2000年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月30日
發(fā)明者格哈德·恩格爾, 曼弗雷德·比爾克, 彼德·魯普 申請人:羅伯特·博施有限公司