專利名稱：柴油發(fā)動機的排氣再循環(huán)控制單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種用于柴油發(fā)動機的EGR(排氣再循環(huán))控制單元。
背景技術(shù)：
EGR(排氣再循環(huán))方法是已知的技術(shù)，其用于使從柴油發(fā)動機放出的排放氣體中 的有問題的NOx (氧化氮)降低。而且，當(dāng)應(yīng)用EGR方法時，在發(fā)動機快速加速或發(fā)動機的燃料進口快速增加時，由 發(fā)動機吸入的新鮮空氣的量(新鮮進入氣流速)相對地降低，這會趨向于使得在發(fā)動機的 燃燒室內(nèi)產(chǎn)生缺乏02 (缺乏氧氣)的氣氛。具體說，當(dāng)發(fā)動機的進氣節(jié)流閥和EGR閥同時使用以便增加EGR率(通常是吸入 到發(fā)動機汽缸中的空氣_氣體混合物中EGR氣體的比例)時，足夠的EGR率不能僅通過完 全打開EGR閥來實現(xiàn)。由此，除了 EGR閥之外，進氣節(jié)流閥被沿關(guān)閉的方向激活，以便減少 吸入的新鮮空氣并增加EGR率(EGR氣體流速)。結(jié)果，趨向于在發(fā)動機的燃燒室內(nèi)發(fā)生02 缺乏(氧氣缺乏)氣氛。在同時使用發(fā)動機的進氣節(jié)流閥和EGR閥的情況下，EGR閥控制和節(jié)流閥控制通 常獨立地執(zhí)行，既以非耦聯(lián)的模式。例如，專利參考文獻l(JP2006-90204)中描述了一種示 例性技術(shù)，通過該技術(shù)EGR閥和進氣節(jié)流閥被不同的命令信號獨立地控制。由此，在參考文 獻1的技術(shù)中，與閥控制操作有關(guān)的自由度的數(shù)變大。因此，用于確定最優(yōu)控制條件的校準 工時必然增加。為了簡化校準工作，公知的是EGR閥運動與節(jié)流閥的運動關(guān)聯(lián)，有如兩個閥整合 成一個閥那樣；即，如圖11和12所示，一組EGR閥打開命令和節(jié)流閥命令響應(yīng)于單一的控 制命令信號而發(fā)出。圖12(也是已知技術(shù))顯示了上述單一控制命令信號的例子，該信號相當(dāng)于圖中 的信號θ ；由此，該信號θ是控制流程圖(圖12本身)中的控制命令信號，其為反饋系統(tǒng) 的一部分，在該反饋系統(tǒng)中目標進氣流速的信號與真實進氣流速的信號一起產(chǎn)生控制命令 信號。為了更精確，目標空氣流速計算裝置01計算與發(fā)動機速度和每次噴射的燃料噴射 質(zhì)量適應(yīng)的目標空氣流速；，目標空氣流速與空氣流動表檢測的真實空氣流速進行比較； 流速之間的差異通過加減器03產(chǎn)生；給予該差異，PI控制計算裝置04輸出控制命令信號 θ ；所輸出的控制命令信號θ通過EGR閥打開命令產(chǎn)生器05被轉(zhuǎn)換成EGR閥打開命令信 號(見圖12)；信號θ還通過節(jié)流閥打開命令產(chǎn)生器06被轉(zhuǎn)換成進氣節(jié)流閥打開命令信 號(見圖12)。但是，通過單一控制命令信號將EGR閥和進氣節(jié)流閥的運動互鎖以便如圖11和12 所示那樣將兩個閥如一個閥一樣操作存在下述困難。閥的每種函數(shù)(打開和空氣/氣體流速之間的關(guān)系)具有死區(qū)(圖11)，在該死區(qū) 中，空氣/氣體流速不會在打開程度超過一定水平時改變；因而，在進氣節(jié)流閥打開的情況 下，控制命令信號從圖11中的θχ點向右運動，且節(jié)流閥被沿從點P2(圖11)到完全打開的點的方向被促動；由此，EGR閥從點PJ圖11)向右運動，并持續(xù)到完全在死區(qū)Q(圖11)中 打開一段時間；因此，除非EGR閥打開程度變窄到一定程度，否則EGR流速不會降低；以這 種方式，即使在進氣節(jié)流閥被朝向完全打開促動時，也不會有足夠量的空氣快速吸入到燃 燒室中；結(jié)果，存在的困難是，發(fā)動機受到不充分響應(yīng)性能的不良影響。而且，在EGR閥打開的情況下，控制命令信號從圖11中的Θ γ點向左運動，且EGR 閥被沿從點ρ2’ (圖11)向無安全打開點的方向促動；由此，節(jié)流閥的打開從點P1'(圖11) 向左運動，并持續(xù)到在死區(qū)Q(圖11)中完全打開一段時間；因此，除非節(jié)流閥打開程度變窄 到一定程度，否則進氣流速不會降低；以這種方式，即使在EGR閥被朝向完全打開促動時， 也不會有足夠量的EGR氣體(足夠的EGR率)快速地增加；結(jié)果，存在的困難是，發(fā)動機受 到不充分響應(yīng)性能的不良影響。由此，在EGR發(fā)運動與節(jié)流閥關(guān)聯(lián)的情況下，如同兩個閥被整合成一個閥那樣的 運動，由于EGR閥和進氣節(jié)流閥固有的死區(qū)特點，發(fā)動機加速的響應(yīng)性能以及EGR氣體流速 會趨向于劣化 。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述傳統(tǒng)技術(shù)及其所采用的解決方案，本發(fā)明的目的是提供一種EGR控制單 元，該單元構(gòu)造為能用單一(simple)控制命令信號來控制EGR閥和進氣閥，該單一控制命 令信號使得這兩個閥以關(guān)聯(lián)的模式工作，由此在加速過程中發(fā)動機有關(guān)的以及與EGR氣體 流速有關(guān)的響應(yīng)性能能夠通過對進氣節(jié)流閥和EGR閥中固有的死區(qū)進行補償而被增強。本發(fā)明具體的目的是提供一種用于內(nèi)燃機的EGR控制單元，由此，EGR系統(tǒng)可以響 應(yīng)劇烈加速而從較大EGR流速狀態(tài)的時刻在一瞬間內(nèi)停止。由此，應(yīng)注意，該較大的EGR流 速狀態(tài)是這樣一種狀態(tài)EGR閥處于完全打開，進氣節(jié)流閥沿關(guān)閉方向作動以便減少吸入 的新鮮空氣，且有大量的EGR氣體吸入到發(fā)動機中。為了實現(xiàn)所述的目標，本說明書公開了一種用于柴油發(fā)動機的EGR控制單元，該 發(fā)動機包括EGR閥，發(fā)動機的EGR流速通過該EGR閥調(diào)整，進氣節(jié)流閥，發(fā)動機的進氣通過該進氣節(jié)流閥調(diào)整，和機構(gòu)，在該機構(gòu)中EGR閥的打開與空氣節(jié)流閥的打開關(guān)聯(lián)操作；其中，與EGR閥和空氣節(jié)流閥的打開有關(guān)的打開決定線(特征曲線)每一個具有死區(qū)部 分，在該死區(qū)部分中，即使閥的打開程度超過一定的打開水平，流速也會保持不變；EGR控制單元設(shè)置有死區(qū)評估裝置，該裝置考慮EGR氣體中的殘余氧氣來計算估 計過量空氣比例λ ；由此，當(dāng)估計過量空氣比例λ小于預(yù)定水平時，基于經(jīng)計算的估計過 量空氣比例λ來判斷EGR閥和空氣節(jié)流閥中的至少一個在死區(qū)中打開；和該EGR控制單元設(shè)置有死區(qū)補償裝置，該裝置對與EGR閥和進氣節(jié)流閥有關(guān)的打 開命令信號作出修正，以使得當(dāng)死區(qū)評估裝置判斷出EGR閥和空氣節(jié)流閥中的至少一個工 作在死區(qū)中且發(fā)動機處在瞬時響應(yīng)狀態(tài)下時，死區(qū)不會妨礙與關(guān)聯(lián)打開操作有關(guān)的機構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，通過使用與估計過量空氣比例λ來判斷這些閥是否工作在死區(qū)，該 過量空氣比例是考慮到從發(fā)動機的排氣系統(tǒng)返回到進氣系統(tǒng)的EGR氣體中殘余空氣(氧 氣)而計算的；即，該判斷不僅是根據(jù)EGR氣體流速而且考慮到EGR氣體中的殘余空氣(流速)而作出的；由此，與流速變化有關(guān)的檢測準確性增強，且可以作出與死區(qū)有關(guān)的準確判 斷。進而提供一種死區(qū)補 償裝置，由此，在死區(qū)評估裝置判斷出EGR閥和空氣節(jié)流閥 中的至少一個工作在死區(qū)狀態(tài)下的情況下，該裝置作出與EGR閥和進氣節(jié)流閥有關(guān)的打開 命令信號有關(guān)的修正，以使得死區(qū)不會妨礙關(guān)聯(lián)打開操作的機構(gòu)；例如，在進氣節(jié)流閥打開 的情況下，控制命令信號從圖11中的θ χ點向右移動，且節(jié)流閥被沿從P2點(圖11)到完 全打開點的方向作動；由此，EGR閥的打開從P1點(圖11)向右移動，且持續(xù)到完全在死區(qū) Q (圖11)中打開一段時間；由此，除非EGR閥打開被縮窄到一定程度，EGR氣體流速不會降 低；以這種方式，甚至在進氣節(jié)流閥被朝向完全打開作動時，足夠量的空氣也不能快速地吸 入到燃燒室中；結(jié)果，困難的是，發(fā)動機受到不充分的響應(yīng)性能的不良影響。但是，根據(jù)本發(fā) 明，死區(qū)補償裝置對與EGR閥有關(guān)的打開命令信號作出修正，以使得EGR閥從P1點運動，而 不受死區(qū)Q的影響；由此，在進氣節(jié)流閥打開時，響應(yīng)性能通過EGR閥的快速關(guān)閉來增強。而且，例如，在EGR閥打開的情況下，控制命令信號從圖11中的θ 向左移動，且 EGR閥被沿從Ρ2’點(圖11)到完全打開點的方向作動；由此，節(jié)流閥的打開從P1'點(圖 11)向左移動，且持續(xù)到完全在死區(qū)Q (圖11)中打開一段時間；由此，除非節(jié)流閥打開被縮 窄到一定程度，進氣流速不會降低；以這種方式，設(shè)置在EGR閥被朝向完全打開作動時，足 夠量的EGR氣體(足夠的EGR率)也不會快速地增加；結(jié)果，存在的困難是，發(fā)動機受到不 充分的響應(yīng)性能的不良影響。但是，根據(jù)本發(fā)明，死區(qū)補償裝置對與進氣節(jié)流閥有關(guān)的打開 命令信號作出補償，以使得節(jié)流閥從P1'點運動，而不受到死區(qū)Q的影響；由此，在EGR閥打 開時，通過快速關(guān)閉進氣節(jié)流閥來增強響應(yīng)性能(EGR氣體平穩(wěn)地流入燃燒室)。根據(jù)上述實施例的優(yōu)選模式是EGR控制單元控制柴油發(fā)動機，該單元還包括EGR 和節(jié)流閥打開水平設(shè)置裝置，在該裝置中，EGR閥打開命令信號和空氣節(jié)流閥打開命令信號 用單一控制命令信號產(chǎn)生，由此，用于每個閥的打開命令決定線被設(shè)定為是該單一控制命 令信號的函數(shù)；其中，在該單一控制命令信號增加時，與進氣節(jié)流閥打開命令線有關(guān)的打開決定線持續(xù) 其線性向上的路線，而在該單一控制命令信號增加時，與EGR閥打開命令信號有關(guān)的打開命令線持續(xù) 其線性向下的路線；進氣節(jié)流閥打開命令信號的向上的線性部分和EGR閥打開命令信號的向下的線 性部分彼此相交；在死區(qū)補償裝置中，與進氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線和與EGR閥打 開命令信號有關(guān)的打開決定線響應(yīng)于單一控制命令信號的增加或減小而沿與單一控制命 令信號有關(guān)的軸線方向移位。根據(jù)上述優(yōu)選模式，在死區(qū)補償裝置中，與進氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開 決定線和與EGR閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線作為與單一控制命令信號有關(guān)的函數(shù) 產(chǎn)生；進而，打開決定線彼此相交；且，決定線響應(yīng)于單一控制命令信號的增加或減小而沿 與單一控制命令信號有關(guān)的軸線方向移位；由此，與進氣節(jié)流閥和EGR閥有關(guān)的死區(qū)的影 響被去除。根據(jù)以上模式的優(yōu)選變化例是EGR控制單元控制柴油發(fā)動機，其中，基于作為用于進氣節(jié)流閥的信號的單一控制命令信號的指令，響應(yīng)于沿其打開決定線運動的進氣節(jié)流 閥的打開程度的增加，死區(qū)補償裝置將與EGR閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線沿EGR閥 死區(qū)變窄的方向移位。
與上述變化例有關(guān)的進一步的優(yōu)選變化例是用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單 元，其中，在用作與進氣節(jié)流閥有關(guān)的單一控制命令信號達到一定點之后，以及在用作進氣 節(jié)流閥的信號的單一控制命令信號沿增加的方向經(jīng)過該點之后，死區(qū)補償裝置將與EGR閥 打開命令信號有關(guān)的打開命令線移位回與EGR閥有關(guān)的死區(qū)未變窄的原始位置，其中，所 述點是與死區(qū)變窄的EGR閥打開命令線有關(guān)的向下的線性部分和與單一控制命令信號有 關(guān)的水平軸線相交的點。根據(jù)以上優(yōu)選變化例，與EGR閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線向左移位SE量， 如圖3所示，由此，虛線顯示了與EGR閥有關(guān)的修正的決定線；根據(jù)基于該修正線的控制指 令，EGR閥打開運動可免于死區(qū)Q的影響；由此，EGR閥能加速其自身的關(guān)閉開始動作，而沒 有死區(qū)的影響。以這種方式，EGR閥的關(guān)閉運動加速，以使得流過空氣節(jié)流閥的氣流可以平 穩(wěn)地執(zhí)行；結(jié)果，可以在進氣節(jié)流閥打開過程中增強發(fā)動機速度響應(yīng)。如果在與EGR閥打開命令信號移位以使得EGR閥打開命令決定線變窄之后單一控 制命令信號增加時EGR閥完全關(guān)閉的情況下，EGR閥打開從增加樣式變成減小樣式，則需要 的是EGR閥打開增加；但是，在單一控制信號將要在圖3中的θ ^ 9b的區(qū)域中減小的上 述情況下，EGR閥打開命令水平保持為零；結(jié)果，所造成的問題時，即使在EGR閥需要打開時 該閥也將不會打開。根據(jù)上述后一種變化例，該問題可以解決。原因如下。在單一控制命令信號θ大于或等于θ b的上述情況下，響應(yīng)于單一控制命令信號 的值，EGR閥打開決定線向原始位置(見圖4)返回。換句話說，當(dāng)單一控制命令信號θ存
在于圖4的水平軸線上且超過點θ b，例如在點Θ。、0d......時，按順序，EGR閥打開決定
線響應(yīng)于單一控制命令信號θ向原始位置返回，如圖4所示；由此，甚至在閥打開程度從增 加樣式變?yōu)闇p小樣式時，EGR閥也可以立即打開。因此，與EGR率(EGR氣體流速)有關(guān)的 響應(yīng)性能增強且排氣排放性改善。根據(jù)上述模式的優(yōu)選變化例是用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，其中，基于 作為用于EGR閥的信號的單一控制命令信號的指令，響應(yīng)于沿打開決定線運動的EGR閥的 打開程度的增加，死區(qū)補償裝置將與進氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線沿進氣節(jié) 流閥的死區(qū)變窄的方向移位。與上述變化例有關(guān)的進一步的優(yōu)選變化例是用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單 元，其中，在用作與進氣節(jié)流閥有關(guān)的信號的單一控制命令信號達到一定點之后，以及在用 作進氣節(jié)流閥的信號的單一控制命令信號沿減小的方向經(jīng)過該點之后，死區(qū)補償裝置將與 進氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開命令線移位回與進氣節(jié)流閥有關(guān)的死區(qū)未變窄的原 始位置，其中，所述點是與死區(qū)變窄的進氣節(jié)流閥打開命令線有關(guān)的向上的線性部分和與 單一控制命令信號有關(guān)的水平軸線相交的點。根據(jù)上述優(yōu)選變化例，與進氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線向右移位ST 的量，如圖5所示，由此，實線顯示了與進氣節(jié)流閥有關(guān)的修正決定線；根據(jù)基于該修正線 的控制指令，進氣節(jié)流閥打開運動可以不受死區(qū)Q的影響；因此，進氣節(jié)流閥可加速其自身的關(guān)閉動作，而不受死區(qū)的影響。這種方式，進氣節(jié)流閥的關(guān)閉運動被加速，以使得EGR氣 流可以平穩(wěn)地流入燃燒室；結(jié)果，與EGR率(EGR氣體流速)有關(guān)的發(fā)動機速度響應(yīng)可以增強。
如果在與進氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線移位以使得進氣節(jié)流閥打 開決定線的死區(qū)變窄之后單一控制命令信號減小時進氣節(jié)流閥完全打開的情況下，進氣節(jié) 流閥打開從減小樣式返回到增加樣式，則需要的是增加進氣節(jié)流閥打開；但是，在單一控制 信號將要在圖6中θ ^ θ b的區(qū)域中增加的情況下，進氣節(jié)流閥打開命令水平保持為零； 結(jié)果，所導(dǎo)致的問題是，即使需要進氣節(jié)流閥打開，該閥也不會打開。根據(jù)上述進氣節(jié)流閥的后一變化例，該問題可得到解決。原因如下。在單一控制命令信號θ變?yōu)樾∮诨虻扔讦?上述情況下，進氣節(jié)流閥打開決定 線響應(yīng)于單一控制命令信號的值向原始位置(見圖6)返回。換句話說，在單一控制命令信
號θ位于圖6中的水平軸線上，在θ 之后，例如在Θ。、ΘΛ......上時，按順序，進氣節(jié)
流閥打開命令線響應(yīng)于單一控制命令信號θ向原始位置返回，如圖6所示；由此，甚至在進 氣節(jié)流閥打開從減小樣式變?yōu)樵黾訕邮綍r，進氣節(jié)流閥也可立即打開。因此，與進氣節(jié)流閥 打開有關(guān)的響應(yīng)性能和發(fā)動機加速性能增強。根據(jù)前述實施例的優(yōu)選模式是一種用于柴油發(fā)動機的EGR控制單元，該單元在與 EGR通道和進氣道有關(guān)的匯合部下游側(cè)處的空氣或氣體通道處設(shè)置有氧氣濃度計，其中，通過使用經(jīng)計算的估計過量空氣比例的死區(qū)評估裝置被用這樣一種死區(qū)評 估裝置代替，這種死區(qū)評估裝置并不基于經(jīng)計算的估計過量空氣比例而是基于被氧氣濃度 計檢測的氧氣濃度來判斷進氣節(jié)流閥和EGR閥中的至少一個是否工作在死區(qū)中。根據(jù)本發(fā)明的上述模式，吸入到燃燒室的空氣或氣體的氧氣濃度由設(shè)置在進氣歧 管處的氧氣濃度計檢測，該進氣歧管是在與EGR通道和進氣道有關(guān)的匯合部處下游側(cè)的空 氣或氣體通道；進而，基于氧氣濃度變化率，可以判斷，這些閥是否工作在它們的死區(qū)中； 即，該判斷不是基于進入燃燒室的氣流的空氣/氣體流動的變化，而是基于空氣/氣體流動 的經(jīng)檢測的氧氣濃度的變化率。因此，可以實現(xiàn)準確的判斷。進而，在作出上述判斷時，僅采用來自氧氣濃度計的信號；由此，與進入的空氣/ 氣體壓力和溫度都被檢測以通過預(yù)定公式來計算估計過量空氣比例λ s的方式相比，閥打 開控制可以被簡化。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，該單元構(gòu)造為能用 單一控制命令信號控制ERR閥和進氣節(jié)流閥，該單一控制命令信號使得這兩個閥工作在關(guān) 聯(lián)模式下，由此，與加速過程中發(fā)動機速度和EGR氣體流速有關(guān)的響應(yīng)性能能通過對進氣 節(jié)流閥和EGR閥中固有的死區(qū)作出補償而得到增強。具體說，在本發(fā)明中，可以提供一種用于內(nèi)燃機的EGR控制單元，由此，EGR系統(tǒng)可 以響應(yīng)于劇烈加速而從較大EGR流速狀態(tài)的時刻在一瞬間內(nèi)停止，該較大的EGR流速狀態(tài) 是這樣一種狀態(tài)EGR閥處于完全打開，進氣節(jié)流閥沿關(guān)閉方向作動以便減少吸入的新鮮 空氣，且有大量的EGR氣體吸入到發(fā)動機中。由此，本發(fā)明能應(yīng)用到諸如柴油機這樣的內(nèi)燃 機


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于柴油發(fā)動機的EGR(排氣再循環(huán))控制單元 的整體結(jié)構(gòu)；圖2顯示了與進氣節(jié)流閥打開和EGR閥打開有關(guān)的基本特征控制命令線；圖3顯示了與EGR閥打開控制命令線有關(guān)的移位過程；圖4顯示了與EGR閥打開控制命令線有關(guān)的返回移位過程；圖5顯示了與進氣節(jié)流閥看到控制命令線有關(guān)的移位過程；圖6顯示了與進氣節(jié)流閥打開控制命令線有關(guān)的返回移位過程；圖7顯示了 EGR閥打開控制命令線和進氣節(jié)流閥打開控制命令線的移位過程有關(guān) 的主控制流程圖；
圖8顯示了與EGR閥打開控制命令線有關(guān)的移位過程的控制流程圖；圖9顯示了與進氣節(jié)流閥打開控制命令線有關(guān)的移位過程的控制流程圖；圖10顯示了與死區(qū)評估裝置有關(guān)的另一變化例的整個構(gòu)造；圖11顯示已知技術(shù)；圖12顯示了已知技術(shù)。
具體實施例方式后文中，將參照附圖所示的實施例詳細描述本發(fā)明。但是，這些實施例中所述的部件 的尺寸、材料、形狀和相對位置等不應(yīng)被認為是對本發(fā)明范圍的限制，除非特別地具體提到。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于柴油發(fā)動機的排氣再循環(huán)控制單元的 整個結(jié)構(gòu)。如圖ι所示，四沖程循環(huán)的柴油發(fā)動機1被設(shè)置有活塞5，該活塞在汽缸3中執(zhí) 行往復(fù)運動，以便活塞外周在汽缸的內(nèi)壁上滑動；發(fā)動機還設(shè)置有經(jīng)由連接桿7連接到活 塞5的曲軸(未示出)，通過該曲軸，活塞5的往復(fù)運動被轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。在發(fā)動機1中，燃燒室9形成在活塞5的頂表面上方且在汽缸的內(nèi)表面中；進氣道 13經(jīng)由進入進氣(氣體)口連接到燃燒室9，該進氣口通過進氣閥5而打開和關(guān)閉。進而， 排氣道19經(jīng)由排氣口連接到燃燒室9，該排氣口通過排氣閥21而打開和關(guān)閉。在排氣道9的途中上，分支出EGR(排氣再循環(huán))通道23，以使得通道23與進氣節(jié) 流閥29的下游側(cè)處的進氣道13合并；由此，在通道23上設(shè)置EGR冷卻器25，該冷卻器能冷 卻通過通道23流入的EGR氣體；還有，在EGR冷卻器25下游側(cè)處的通道上設(shè)置EGR閥27， 該EGR閥能調(diào)節(jié)EGR氣體的流速。發(fā)動機1設(shè)置有排氣渦輪增壓器12，該增壓器的壓縮機將周圍空氣增壓并將增壓 的空氣通過進氣道13送到中冷器33 ；被中冷器冷卻的增壓空氣通過進氣道13被吸入到發(fā) 動機中(即燃燒室9中)。進氣節(jié)流閥29的打開程度被控制，以便調(diào)劑吸入到燃燒室9中的進入空氣的流 速。在柴油發(fā)動機的情況下，節(jié)流閥29通常被保持在全開狀態(tài)；且，當(dāng)執(zhí)行EGR控制時，空 氣節(jié)流閥的打開程度被沿關(guān)閉閥29的方向操作。進氣節(jié)流閥29的打開程度以及閥27的 打開程度受到排氣再循環(huán)控制單元40的控制，如下所述。燃燒室9設(shè)置有安裝在發(fā)動機1的每個汽缸中的燃料噴射閥42，以使得燃料噴射 閥能將被燃料噴射泵(未示出)增壓的燃料噴射到燃燒室9中；每次噴射的燃料噴射質(zhì)量和燃料的噴射正時受到燃料控制單元44的控制。
氣流計50被安裝配在進氣道13的途中上且在渦輪增壓器12的壓縮機的上游，該 氣流計測量被吸入到燃燒室9中的新鮮進入空氣的流速；從該氣流計50，新鮮空氣流速的 信號被輸入到EGR (排氣再循環(huán))控制單元40中。類似地，EGR氣流計52被裝配在EGR氣 體通道23的途中上且在EGR閥27上游，該EGR氣流計測量通過EGR氣體通道23流入到進 氣道13中的EGR氣體的(體積)流速。進而，發(fā)動機設(shè)置有檢測發(fā)動機進氣歧管壓力的進氣歧管壓力傳感器54、以及檢 測進氣歧管溫度的進氣歧管溫度傳感器56、和檢測發(fā)動機的發(fā)動機速度的發(fā)動機速度傳感 器58 ；從傳感器54、56和58，壓力信號、溫度信號和發(fā)動機速度信號被輸入到EGR(排氣再 循環(huán))控制單元40。接下來，將描述EGR (排氣再循環(huán))控制單元40。EGR (排氣再循環(huán))控制單元40 包括EGR和節(jié)流閥打開程度設(shè)置裝置60、估計過量空氣比例λ計算裝置62、死區(qū)評估裝置 64、死區(qū)補償裝置66。在EGR和節(jié)流閥打開程度設(shè)置裝置60中，通過作為參數(shù)的單一控制命令信號θ， 產(chǎn)生EGR閥打開命令信號和進氣節(jié)流閥打開命令信號，由此關(guān)聯(lián)于進氣節(jié)流閥29的打開來 操作EGR閥27的打開；在產(chǎn)生EGR閥打開命令信號和進氣節(jié)流閥打開命令信號時，引入打 開命令決定線(函數(shù))；換句話說，使用兩種函數(shù)，以使得一種函數(shù)將單一的控制命令信號 θ轉(zhuǎn)換成EGR閥打開命令信號，而另一種函數(shù)將單一控制信號θ轉(zhuǎn)換成進氣節(jié)流閥打開命 令信號。在描述了傳統(tǒng)技術(shù)的圖12的情況中，控制命令信號θ是響應(yīng)于發(fā)動機運行狀態(tài) 而從EGR (排氣再循環(huán))控制單元輸出的命令信號，就如同是在反饋控制應(yīng)用到真實空氣流 速以滿足基于發(fā)動機速度和燃料流速(燃料噴射量)計算的目標空氣流速時所產(chǎn)生的控制 命令信號。進而，圖2顯示了有關(guān)空氣節(jié)流閥打開命令信號的打開決定線(函數(shù))L1以及有 關(guān)EGR閥打開命令信號的打開決定線(函數(shù))L2 ；圖2還顯示了打開命令線Ll和L2之間 的關(guān)系，所述兩線被認為是與本發(fā)明的閥打開有關(guān)的基線。在圖2中，橫軸和縱軸分別代表控制命令信號θ和閥打開程度；在縱軸上，數(shù)字 1 (100% )和0 (0% )分別對應(yīng)于完全打開和完全關(guān)閉狀態(tài)。如圖2中實線所示的，隨著參數(shù) (控制命令信號)θ從θ^增加到Q1，與空氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線(函 數(shù))Ll持續(xù)其直線向上的路線(即打開程度增加)；在θ = Q1處，空氣節(jié)流閥處于完全 打開狀態(tài)；當(dāng)θ ^ Q1時，完全打開狀態(tài)持續(xù)。另一方面，隨著參數(shù)(控制命令信號)θ從 Qtl增加到Q1，關(guān)于EGR閥打開命令信號的打開決定線(函數(shù))L2是對應(yīng)于完全打開狀態(tài) 的平坦水平(flat level)；當(dāng)θ彡θ工時，隨參數(shù)(控制命令信號)θ增加超過Q1，關(guān)于 EGR閥打開命令信號的線L2持續(xù)其線性向下的路線(即打開程度降低)；在θ = θ2處， 控制節(jié)流閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)θ ^ θ 2時，完全關(guān)閉狀態(tài)持續(xù)。如圖2所示，關(guān)于EGR閥27和進氣節(jié)流閥29的打開程度的每個打開決定線(函 數(shù))Ll和L2具有死區(qū)部分，在該部分中，甚至在閥的打開程度增加超過一定打開程度時流 速也會保持不變。為了檢測死區(qū)，死區(qū)評估裝置64計算在EGR氣體中包括的殘余空氣(燃燒中未使用的空氣(氧氣))的估計過量空氣比例λ。基于計算的估計過量空氣比例的變化率，當(dāng)估 計過量空氣比例λ的變化率小于預(yù)定水平時，可以判斷EGR閥27和進氣節(jié)流閥29中的至 少一個處于死區(qū)狀態(tài)。估計過量空氣比例λ的計算通過使用以下公式、通過估計過量空氣比例λ計算 裝置62來執(zhí)行
權(quán)利要求
一種用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，該發(fā)動機包括EGR閥，發(fā)動機的EGR流速通過該EGR閥來調(diào)整，進氣節(jié)流閥，發(fā)動機的進氣流速通過該進氣節(jié)流閥調(diào)整，和機構(gòu)，在該機構(gòu)中EGR閥的打開與空氣節(jié)流閥的打開關(guān)聯(lián)操作；其中與EGR閥和空氣節(jié)流閥的打開有關(guān)的打開決定線(特征曲線)每一個具有死區(qū)部分，在該死區(qū)部分中，即使閥的打開程度超過一定的打開水平，流速也會保持不變；EGR控制單元設(shè)置有死區(qū)評估裝置，該裝置考慮EGR氣體中的殘余氧氣來計算估計過量空氣比例λ；由此，當(dāng)估計過量空氣比例λ小于預(yù)定水平時，基于經(jīng)計算的估計過量空氣比例λ來判斷EGR閥和空氣節(jié)流閥中的至少一個在死區(qū)中工作；和該EGR控制單元設(shè)置有死區(qū)補償裝置，該裝置對與EGR閥和進氣節(jié)流閥有關(guān)的打開命令信號作出修正，以使得當(dāng)死區(qū)評估裝置判斷出EGR閥和空氣節(jié)流閥中的至少一個工作在死區(qū)中且發(fā)動機處在瞬時響應(yīng)狀態(tài)下時死區(qū)不會妨礙與關(guān)聯(lián)打開操作有關(guān)的機構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，該單元還包括EGR和節(jié) 流閥打開水平設(shè)定裝置，在該裝置中，EGR閥打開命令信號和空氣節(jié)流閥打開命令信號由單 一控制命令信號產(chǎn)生，由此，用于每個閥的打開命令決定線被設(shè)定為該單一控制命令信號 的函數(shù)；其中在該單一控制命令信號增加時，與進氣節(jié)流閥打開命令線有關(guān)的打開決定線持續(xù)其線 性向上的路線，而在該單一控制命令信號增加時，與EGR閥打開命令信號有關(guān)的打開命令線持續(xù)其線 性向下的路線；進氣節(jié)流閥打開命令信號的向上的線性部分和EGR閥打開命令信號的向下的線性部 分彼此相交；在死區(qū)補償裝置中，與進氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線和與EGR閥打開命 令信號有關(guān)的打開決定線響應(yīng)于單一控制命令信號的增加或減小而沿與單一控制命令信 號有關(guān)的軸線的方向移位。
3.如權(quán)利要求2所述的用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，其中，基于作為用于進氣 節(jié)流閥的信號的單一控制命令信號的指令，響應(yīng)于沿其打開決定線運動的進氣節(jié)流閥的打 開程度的增加，死區(qū)補償裝置將與EGR閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線沿EGR閥死區(qū)變 窄的方向移位。
4.如權(quán)利要求3所述的用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，其中，在用作與進氣節(jié)流閥有關(guān)的信號的單一控制命令信號達到一定點之后，以及在 用作進氣節(jié)流閥的信號的單一控制命令信號沿增加的方向經(jīng)過該點之后，死區(qū)補償裝置將 與EGR閥打開命令信號有關(guān)的打開命令線移位回與EGR閥有關(guān)的死區(qū)未變窄的原始位置， 其中，所述點是與死區(qū)變窄的EGR閥打開命令線有關(guān)的向下的線性部分和與單一控制命令 信號有關(guān)的水平軸線相交的點。
5.如權(quán)利要求2所述的用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，其中，基于作為用于EGR閥的信號的單一控制命令信號的指令，響應(yīng)于沿其打開決定 線運動的EGR閥的打開程度的增加，死區(qū)補償裝置將與進氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打 開決定線沿進氣節(jié)流閥死區(qū)變窄的方向移位。
6.如權(quán)利要求5所述的用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，其中，在用作與進氣節(jié)流閥的信號的單一控制命令信號達到一定點之后，以及在用作 進氣節(jié)流閥的信號的單一控制命令信號沿減小的方向經(jīng)過該點之后，死區(qū)補償裝置將與進 氣節(jié)流閥打開命令信號有關(guān)的打開決定線移位回與進氣節(jié)流閥有關(guān)的死區(qū)未變窄的原始 位置，其中，所述點是與死區(qū)變窄的進氣節(jié)流閥打開決定線有關(guān)的向上的線性部分和與單 一控制命令信號有關(guān)的水平軸線相交的點。
7.如權(quán)利要求1所述的用于控制柴油發(fā)動機的EGR控制單元，該單元在與EGR通道和進氣道有關(guān)的匯合部下游側(cè)處的空氣或氣體通道處設(shè)置有氧 氣濃度計，其中，通過使用經(jīng)計算的估計過量空氣比例的死區(qū)評估裝置被用這樣一種死區(qū)評估裝 置代替，這樣一種死區(qū)評估裝置并不基于經(jīng)計算的估計過量空氣比例而是基于由氧氣濃度 計檢測的氧氣濃度來判斷進氣節(jié)流閥和EGR閥中的至少一個是否工作在死區(qū)中。
全文摘要
一種排氣再循環(huán)控制器，該控制器構(gòu)造為能用一個控制命令信號使得EGR閥和進氣節(jié)流閥彼此關(guān)聯(lián)工作，由此加速響應(yīng)和EGR率(EGR氣體的量)的控制性可通過對進氣節(jié)流閥和EGR閥固有的死區(qū)進行補償而被增強排氣再循環(huán)控制器的特征在于包括死區(qū)判斷裝置(64)用于在通過EGR氣體中包括的未燃燒空氣的量估計的過量空氣率小于預(yù)定值時判斷EGR閥(27)或進氣節(jié)流閥(29)處于死區(qū)，和死區(qū)補償裝置(66)用于修正EGR閥(27)或進氣節(jié)流閥(29)的打開命令值，使得當(dāng)判斷EGR閥(27)或進氣節(jié)流閥(29)處于瞬時工作中且處于死區(qū)時，死區(qū)不影響EGR閥(27)和進氣節(jié)流閥(29)的關(guān)聯(lián)操作。
文檔編號F02D41/04GK101970837SQ20098010066
公開日2011年2月9日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者井手和成, 巖崎聰 申請人:三菱重工業(yè)株式會社