CN102770655A - 用于控制机动车辆发动机中的废气再循环管路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制机动车辆内燃机的废气再循环管路的方法。发动机连接到空气进气管路和排气管路，该排气管路通过再循环管路连接到气体进气管路。第一阀控制再循环管路上游的空气流量，第二阀控制再循环管路中再循环的废气的流量。该方法包括以下步骤：a）第一阀打开，第二阀逐渐打开；b）如果第二阀打开的角度大于25°至35°之间的值，第一阀逐渐关闭并伴随有第二阀的打开。作为本发明的结果，EGR流速可被容易地控制。

Description

用于控制机动车辆发动机中的废气再循环管路的方法

技术领域

本发明涉及控制机动车辆内燃机的废气再循环管路的方法。

背景技术

机动车辆内燃机包括燃烧腔室，通常由多个汽缸形成，在燃烧腔室中，氧化剂和燃料的混合物被燃烧以产生发动机功。氧化剂包括空气，其可以或可以不压缩，这取决于发动机是否具有压缩机；当其被压缩时，其可以称为增压空气。此外，空气（通常称为“新鲜空气”）还可与废气混合；这些称为再循环废气，这种操作模式通常被本领域的技术人员已知为EGR（按照英语首字母缩写），其表示“废气再循环”。进入燃烧腔室的气体已知为进气气体；进气气体可因此只由新鲜空气制成，或可以是由新鲜空气和废气的混合物制成；进气气体的流量可以通过蝶形阀式的阀调节，该阀按照车辆油门踏板被按压的程度被控制以调节发动机速度。

在发动机具有压缩装置（诸如压缩机或涡轮压缩机）的情况下，进入发动机进气管路的空气被压缩机压缩，被冷却并进入汽缸，在那里，其与燃料一起燃烧，然后经由排气管路离开。废气驱动涡轮，涡轮附连到压缩机并与之一起形成涡轮压缩机。废气再循环可以是已知为“低压”再循环的废气再循环，即当在涡轮之后排出并在压缩机之前重新注入的废气上进行废气再循环时的废气再循环，或废气再循环可以是“高压”再循环，即当在涡轮之前排出并在压缩机之后重新注入的废气上进行废气再循环时的废气再循环；两种类型的再循环可以结合。作为例子，在汽油发动机的情况下，低压再循环使得可以减小废气温度（并因此减小燃料消耗，因为不需要使燃烧混合物的浓度过大）且避免在高发动机压缩比时的敲缸现象；在柴油发动机的情况下，其允许污染减少，以便满足环境标准。

在例如低压废气再循环回路的情况下，通常设置已知为“三通阀”的阀，以控制EGR水平，这表示进入发动机的进气气体的总流速中的再循环废气的比例。这样的三通阀具有两个入口管，一个用于新鲜空气，另一个用于再循环废气（以下，再循环废气将有时被称为“EGR气体”）；EGR气体通常在它们与新鲜空气混合之前被冷却。三通阀还包括出口管，其与入口管连通，以接收新鲜空气和/或EGR气体；该出口管例如通向压缩机，气体在进入发动机之前从那里被引导到冷却器（或沿旁通该冷却器的路径）中。当然，三通阀可以被两个简单的阀替代，其中一个阀定位在新鲜空气进气管中，而另一阀在废气再循环管中。通过阀的气体的流速通过关闭装置调节，诸如关闭器或蝶形件。

已经看出，可以设想三通阀以及由此发动机的多个操作模式。发动机可以只接收新鲜空气，而没有EGR气体，或接收新鲜空气和EGR气体的混合物，发动机的排气和进气侧压力的压力差足以导致废气的再循环。当压力差不足够大以导致废气的再循环和以便确保EGR的正确水平时，可以通过对EGR管路下游的排气路径进行节流以产生背压，以由此将一些废气驱动到发动机进气路径。但是由于这种方案的复杂性，其因此不是非常令人满意，且本发明是对产生背压的问题的另一种方案，以便确保正确的EGR流速。

发明内容

由此，本发明涉及一种控制机动车辆内燃机的废气再循环管路的方法，发动机连接到空气进气管路和排气管路，该排气管路通过再循环管路连接到气体进气管路，第一阀调节再循环管路上游的空气流速，第二阀调节再循环管路中的再循环废气的流速，该方法的特征在于，其包括以下步骤：

a）在第一阀打开时，第二阀逐渐打开；

b）如果第二阀打开的角度大于25°至35°之间的值，第一阀逐渐关闭并伴随有第二阀的打开。

借助本发明，EGR水平可通过空气阀的关闭可感知地增加，这产生吸入EGR气体的现象。在该EGR水平上的控制也变得简单。具体地，选择25°至35°之间的开始关闭空气关闭器时所处的角具有恒定增加EGR水平对EGR阀的开度角的曲线的效果，而没有可感知的减慢，这意味着，其第二导数几乎总是正数。因此可以直接使用EGR阀的打开控制EGR水平，且是以有效的方式。

本发明对于控制柴油发动机中的低压废气再循环特别有利。它允许EGR水平作为阀开度的函数的更线性和渐进的调节，由此改善阀和因此EGR水平可被控制的精确度。

根据一个实施例，第二阀的打开在65至85°之间的开度角处被中断，第一阀则完全关闭。

由此，第一阀的关闭范围是快的。

根据一个实施例，第一阀被设计为使得，当关闭时，其允许泄露空气流通过。

这使得可以确保用于发动机运行的新鲜空气的最低水平。

根据一个实施例，第一和第二阀被设置在三通阀中，该三通阀包括具有第一阀的进气口、具有第二阀的进气口，和排气口，该排气口与允许气体进入发动机的进气歧管直接或间接地连通。

这样的实施例是紧凑且容易操作的。

根据一个实施例，在该情况下，三通阀具有用于驱动第一阀和第二阀的单个驱动马达时，三通阀具有至少两个操作模式：

-第一模式，其中，马达的旋转导致第二阀的打开或关闭，而没有驱动第一阀，其中，该第一阀是打开的，和

-第二模式，其中，马达的旋转导致第一阀的关闭并伴随有第二阀的打开，第一阀的关闭在第二阀的开度角通过25°至35°之间的角时开始。

附图说明

借助本发明的控制方法的优选实施例的以下描述并参考附图，将更好地理解本发明，在附图中:

-图1是发动机及其进气、排气和再循环管路的示意图，该发动机允许实施本发明的控制方法的优选实施例；

-图2a、2b、2c和2d示出图1的EGR阀的四种使用模式，用于实施本发明的控制方法的优选实施例；

-图3是在图1的EGR阀的关闭器处对气体可用的孔截面作为EGR气体流速调节关闭器的角位置的函数的图表形式的显示，用于实施本发明的控制方法的优选实施例；

-图4是在实施本发明的控制方法的优选实施例的背景下，EGR水平作为EGR气体流速调节关闭器的角位置的函数的图表形式的显示；

-图5a和5b分别是图1的EGR阀的透视图，和

-图6a和6b是上文中图1的EGR阀的两种使用模式的俯视图。

具体实施方式

参考图1，机动车辆内燃机M包括具有多个汽缸的燃烧腔室1，在这种情况下是四个汽缸，该燃烧腔室旨在接收氧化剂和燃料（在这种情况下是柴油）的混合物，该混合物在汽缸中的燃烧产生发动机M的功。发动机M的运行是常规的:气体进入燃烧腔室1，在那里它们被压缩、燃烧并然后以废气的形式排出；这些是内燃机的常规的四个冲程（进气、压缩、做功、排气）。

允许气体进入发动机M的进气管路2a包括允许增压空气或新鲜空气（其流动通过箭头F1指示）进入的空气进气管道3、用于增压气体的压缩机4（其在此情况下是涡轮压缩机）和热交换器5，该热交换器用于冷却离开压缩机4的气体。该热交换器5通常被本领域的技术人员按照其首字母缩写已知为“CAC”，这代表“增压空气冷却器”；其功能是有效地冷却进气气体，特别是空气，其被称为是增压的，因为其被压缩。在离开CAC5时，气体进入进气歧管6，其允许气体进入发动机M的燃烧腔室1，形成用于发动机M汽缸盖中的气体的集管箱。在该特定情况下，进气管路2a包括旁通部14，其旁通包含CAC5的路径，进入被冷却路径的气体和进入不冷却路径14的气体通过阀13调节，以本领域已知的方式。在允许气体进入发动机M的进气歧管6上游，进气管路包括阀17，该阀包括蝶型关闭器，该阀的功能是在汽油发动机的情况下调节气体流速，以便调节发动机速度。在柴油发动机的情况下，蝶形件17通常被称作“阻气门”；该蝶形阀17被发动机控制单元（通常按其英语首字母缩写为ECU）控制，这是本领域的技术人员已知的。

排气管路2b在自发动机M的燃烧腔室1的出口处包括，排气歧管7，该排气歧管连接到用于排出气体的路径或管道8。排气管路2b还包括涡轮机10，与进气气体压缩机4一起旋转，且与之形成涡轮压缩机。涡轮机10被排气路径8的废气驱动，其流动通过箭头F2示意地指示。

最后，排气管路2b被连接到废气再循环管路2c，其包括管线11，用于引导再循环废气（“EGR气体”），以便使废气从排气管路2b在其出口附近离开，且将它们重新注入到进气管路2a中，在该例子中，在压缩机4上游，在阀9处，该阀在该情况下是三通阀9，其将在以下被称为EGR阀9，且其形成再循环管路2c连接到进气管路2a的连接区域或连接点。这样的废气再循环被称为低压再循环，因为其在离开排气管路2b（涡轮机10下游）的相对较低压力的废气上进行。用于这些再循环废气的冷却器12也设置在再循环管路2c中。没有再循环的那些气体形成车辆的废气，其流动用箭头F3表示。

EGR阀9具有增压空气进气口9a（或管9a），EGR气体进气口9b（或管9b）以及排气口9c（或管9c），用于形成进气气体的气体（且其成分按照来自空气和EGR气体进气口9a、9b的气体流速而变化）。EGR阀9包括在其空气进气口9a中的关闭器15（以后称为“空气关闭器15”）和在其EGR气体进气口9b中的关闭器16（以后称为“EGR气体关闭器16”）。功能上，且如在图2a至2c中特别清楚地看到，EGR阀9因此执行两个阀的功能，其中一个是调节新鲜空气流速，而另一个是调节EGR气体流速。

EGR阀9的四种操作模式在以下被大体地阐述，取决于EGR阀9的实施例，这些操作模式的实施，且特别是关闭器15、16的打开程度之间的比例可以变化。

在EGR阀9的第一操作模式中，该模式在图2a中示出，且对应于发动机M在没有废气再循环（使用，例如，如果发动机在特别冷的环境下工作）的情况下操作，空气关闭器15是打开的（全开或部分开），且EGR气体关闭器16是关闭的，由此完全阻断再循环管线11。

在EGR阀9的第二操作模式中，该模式在图2b中示出，且对应于发动机M利用废气再循环的操作的开始，EGR气体关闭器16被逐渐打开，而空气关闭器15保持全开。一些废气由此与进气气体中的新鲜空气混合。

在EGR阀9的第三操作模式中，该模式在图2c中示出，EGR气体关闭器16被逐渐打开，而空气关闭器15伴随着逐渐地关闭。空气关闭器15的部分关闭与EGR关闭器16的打开结合，以通过EGR气体由于新鲜空气流速减小而被吸入的现象来增加EGR气体流量。按照本发明，该第三操作模式从EGR关闭器16的25°至35°之间的开度角开始，在该情况下，是28°，如将在以下看到的。

在EGR阀9的第四操作模式中，该模式在图2d中示出，EGR气体关闭器16被部分地打开（且在指配给它的动力学最大开度的情况下），且空气关闭器15是关闭的。EGR水平由此在其最大值。根据所描述的实施例，空气关闭器15被构造为使得，其直径小于其延伸跨过的管线的直径，以便在其边缘和所述管线的壁的内表面之间留下间隙“J”。该间隙J允许泄露新鲜空气流通过，由此确保到发动机M的空气的最小流量，以允许其在该EGR阀9的第四操作模式下工作。

在本发明的优选实施例中，其参考图5a、5b、6a和6b设定，EGR阀9包括单个马达18，用于操作其两个关闭器15、16；在该情况下，其是DC马达。EGR阀9包括齿轮机构，其从马达18的轴19延伸直到两个驱动轴20、21，这两个驱动轴分别驱动空气关闭器15和EGR气体关闭器16的旋转。在该特定情况下，这些驱动轴20、21彼此平行，且平行于马达18的轴19。

固定到马达18的轴19的是小齿轮22，其驱动中间齿轮23，该中间齿轮承载周边轮齿24和中央轮齿25（这些轮齿24、25是叠置的且同心）。中间轮23的周边轮齿24与机构28的环齿轮26啮合，该环齿轮26驱动空气关闭器15的旋转。中间轮23的中央轮齿25与环齿轮27啮合，用于驱动EGR气体关闭器16的旋转。

在所考虑的示例中，马达18，经由其小齿轮22，如果沿逆时针方向被驱动，则沿顺时针方向驱动中间轮23。在其旋转中，中间轮23，经由其轮齿24、25，驱动环齿轮26、27，它们又进而沿逆时针方向转动两个关闭器15、16。

EGR关闭器16通过其驱动轮齿27的旋转而被连续地驱动旋转，无论其位置在哪里都没有断开啮合。其可以占据在其关闭位置（对应于其驱动轮齿27抵靠第一端部止挡件33）和打开位置之间的所有位置，在该情况下，在打开位置时的开度角等于68°（对应于其驱动轮齿27抵靠第二端部止挡件34）。

驱动空气关闭器15的驱动机构28包括断开系统，其被设计为使得环齿轮26的旋转不引起驱动关闭器15的驱动轴20在其行程的第一部分上旋转，且使其在其行程的第二半部上旋转。为此，在该特定情况下，机构28包括轮29，该轮承载环齿轮27，其中，在轮29中形成有开口，该开口形成扇区，该扇区产生承载驱动表面30。机构28还包括驱动指31（通常已知为“驱动器”31），其与驱动轴21一体旋转，该驱动轴驱动关闭器16。空气关闭器15只在轮29的驱动表面30抵靠指31且驱动其旋转时而被驱动旋转。由此，在图6a的位置，轮29沿逆时针方向的旋转没有导致指31的运动或由此引起关闭器15的运动，因为指的这种抵靠没有实现；相对地，一旦轮29的驱动表面30抵靠指31，例如如图6b的位置，轮29驱动关闭器15旋转。如果轮29沿顺时针方向从一位置旋转，在该位置中，驱动表面30和指31彼此抵靠，则关闭器15由于弹簧伴随轮29的运动，该弹簧将指31复位为抵靠驱动表面30，直到用于指31的端部止挡件32，该端部止挡件限定其缺省位置，即，空气关闭器15的打开位置。

管理关闭器15、16被马达18驱动所借助的运动学的规律通过图3的图表示出，图3在坐标轴上表示在关闭器15、16处气体可用的孔截面S（曲线C1用于在空气关闭器15处空气可用的孔截面，曲线C2用于在EGR气体关闭器16处EGR气体可用的孔截面），作为EGR关闭器16的旋转角α的函数（其实际上是与其直接啮合的马达18的轴19的角的线性函数）。气体可用的孔截面S表示为相应最大孔截面的百分比。应指出，曲线C1、C2不是直线部分，因为孔截面S不是机构的轴19，20、21的旋转的线性函数。

如图3可见，在第一区域I中，在该情况下在EGR关闭器16的开度的0°至28°之间延伸，仅EGR关闭器16被驱动旋转，自其关闭位置至其部分打开位置打开28°。EGR水平因此随EGR关闭器16的打开而增加。当齿轮机构处于图6a的位置（EGR关闭器16的环齿轮27抵靠第一端部止挡件33），EGR关闭器16是关闭的，但是空气关闭器15打开；这是参考图2a描述且对应于图3中的第一点（左侧）的操作模式；在该第一区域I中的图3的曲线的其余部分对应于EGR关闭器16的旋转驱动而空气关闭器15不旋转驱动（对应于参考图2b所示的模式），用于驱动空气关闭器15的驱动轮29的驱动表面30尚未与驱动指31接触。

在第二区域II中，该第二区域在该情况下在EGR关闭器16的开度的28°至68°之间延伸，两个关闭器15、16被驱动旋转，EGR关闭器16继续其逐渐打开，且空气关闭器15在另一方面伴随地逐渐关闭，借助通过轮29的驱动表面30导致的其驱动指31的旋转驱动；这是参照图2c描述的操作模式。图6b的齿轮机构的位置对应于EGR关闭器16全开且空气关闭器15完全关闭，即，到图3的最后一点（右侧），其中EGR关闭器16打开到68°；该位置对应于驱动EGR关闭器16抵靠第二端部止挡件34的环齿轮27；这是参考图2d描述的模式。应指出，在图3中，在空气关闭器15的这个关闭点处，空气可用的孔截面是非零的，因为围绕该关闭器15的间隙J流出泄露空气流可用的通道。

EGR关闭器16的开度角（在此为28°）对应于该第二区域II的开始–即空气关闭器15被开始朝向其关闭位置驱动–通过指31相对于轮29的驱动表面30的位置调节，且因此使用用于该指31的端部止挡件32；这实际上是空气关闭器15和因此指31的旋转驱动的开始，这与该区域II的开始同步。根据本发明，该角被选择在25°至35°之间，且在该情况下等于28°。

将注意在图3中用灰色阴影表示的第三区域III（且因此在图4中示出），且该区域对应于没有被所述EGR阀9使用的值，即，对应于这样的孔截面，该孔截面应对应于驱动EGR关闭器16超过第二端部止挡件34的环齿轮27的继续旋转。通过设定该端部止挡件34的位置，EGR关闭器停止的角度，在该情况下为68°，被调节。

空气关闭器15在25°至35°之间的EGR关闭器16的开度角上和超过该开度角的初始关闭的选择提供EGR水平增加、并具有在EGR关闭器16开度范围内的增加的导数的优点，如图4所示。在0°至48°之间的EGR关闭器16开度，EGR水平以相对线性的方式作为EGR关闭器16的开度的函数增长。在48°处，曲线梯度改变，更尖锐地增加；该值对应于图3的孔截面曲线的交点C1、C2。但是，无论曲线上的哪一点（除了在该情况下的最开始那几度），该曲线的第二导数几乎总是正数或零。由此通过EGR关闭器16开度的直接控制容易控制EGR水平。

总而言之，对于EGR阀9的关闭器15、16的开度，存在三种主要的阶段或操作模式：

-第一模式I，其中，马达18的旋转驱动EGR关闭器16的打开或关闭，空气关闭器15保持全开，和

-第二模式II，其中，马达18的旋转驱动EGR关闭器16的打开，伴随有空气关闭器15的关闭，当EGR关闭器16的开度角通过25°至35°之间的角度（在该特定情况下为28°）时，空气关闭器15的打开开始。

EGR阀9操作的方式（不论其是如何具体实施的），附带地，是传统的，发动机M及其进气2a、排气2b和再循环2c回路的方式也一样。所有这些都通过ECU调节，特别是借助于跨过EGR关闭器16的压力差的测量，该测量通过本发明的阀9和控制方法而变得可行和容易。

本发明已经关于和关闭器装配的阀进行描述，但是阀当然可以和其他其他关闭装置装配，诸如蝶形件。此外，如早先已经设想的，三通阀可以通过两个简单的阀代替。

本发明已经关于一些优选实施例进行描述，但不必说，其他实施例也是可设想的。特别是，所述各个实施例的特征可以彼此结合，只要没有不兼容问题即可。

Claims (5)

1.一种控制机动车辆内燃机（M）的废气再循环管路（2c）的方法，发动机（M）连接到空气进气管路（2a）和排气管路（2b），该排气管路通过再循环管路（2c）连接到气体进气管路（2a），第一阀（15）调节再循环管路（2c）上游的空气流速，第二阀（16）调节再循环管路（2c）中的再循环废气的流速，该方法的特征在于，其包括以下步骤：

a）在第一阀（15）打开时，第二阀（16）逐渐打开；

b）如果第二阀（16）打开的角度大于25°至35°之间的值，第一阀（15）逐渐关闭并伴随有第二阀（16）的打开。

2.如权利要求1所述的方法，其中，第二阀（16）的打开在65至85°之间的开度角处被中断，然后第一阀（15）完全关闭。

3.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，第一阀（15）被设计为使得，当其关闭时，允许泄露空气流通过。

4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，第一和第二阀（15、16）被设置在三通阀（9）中，该三通阀包括具有第一阀（15）的进气口（9a）、具有第二阀（16）的进气口（9b），和排气口（9c），该排气口与允许气体进入发动机（M）的进气歧管（6）直接或间接地连通。

5.如权利要求4所述的方法，其中，三通阀（9）具有用于驱动第一阀（15）和第二阀（16）的单个驱动马达（18）时，三通阀（9）具有至少两个操作模式：

-第一模式（I），其中，马达（18）的旋转驱动第二阀（16）的打开或关闭，而没有驱动第一阀（15），该第一阀是打开的，和

-第二模式（II），其中，马达（18）的旋转驱动第一阀（15）的关闭并伴随有第二阀（16）的打开，第一阀（15）的关闭在第二阀（16）的开度角通过在25°至35°之间的角时开始。

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