CN102797571B - 用于估计废气再循环量的装置 - Google Patents

Abstract

在EGR系统中，通过EGR阀模型（42）的方式计算通过EGR阀（31）的废气量，其中，所述EGR阀模型（42）模拟再循环废气通过EGR阀（31）的行为。通过EGR气体延迟模型（43）的方式计算流入汽缸中的废气量，其中，所述EGR气体延迟模型（43）模拟废气通过EGR阀（31）和节流阀（21）然后流入汽缸的行为。EGR气体延迟模型（43）包括：汇合延迟模型（44），该汇合延迟模型（44）模拟EGR气体通过EGR阀（31）并且流入节流阀（21）上游的进气通道的行为；进气管延迟模型（45），该进气管延迟模型（45）模拟EGR气体流入进气通道并且通过节流阀（21）的行为；以及进气歧管延迟模型（46），该进气歧管延迟模型（46）模拟EGR气体通过节流阀（21）然后流入节流阀（21）下游的进气通道的行为。

Description

用于估计废气再循环量的装置

技术领域

本发明涉及一种用于估计流入内燃机的汽缸中的废气再循环量（EGR-量）的装置。

背景技术

JP-2008-101626A示出了具有废气再循环（EGR）系统的内燃机。在EGR系统中，从引擎中发出的废气的一部分通过EGR通道再循环到节流阀下游的进气通道中。再循环的废气量是由EGR阀控制的。在该EGR系统中，通过EGR阀的废气量（EGR-量）是通过EGR阀模型的方式来计算的，其中，EGR阀模型模拟再循环的废气通过EGR阀的行为。当引擎稳定运行时，认为通过EGR阀的废气的量等于流入汽缸中的废气的量。当引擎处于过渡运行状况时，流入汽缸中的废气量（EGR-量）是通过EGR扩散模型（时间延迟+一阶滞后）的方式基于通过EGR阀的废气量来计算的，其中，EGR扩散模型模拟废气朝向引擎的进气端口流入进气管的行为。

为了改善配备有EGR系统的引擎的燃料经济性，必须控制流入汽缸中的再循环废气的量，使得包括废气的气体在汽缸中高效地燃烧。因此，必须以较高的准确度来估计流入汽缸中的再循环废气的量。

EGR系统包括两种类型的系统。在一个系统中，EGR气体再循环到节流阀下游的进气通道中。在另一系统中，EGR气体再循环到节流阀上游的进气通道中。在EGR气体再循环到节流阀上游的进气通道的系统中，因为进气通道的内部体积相对较大，因此EGR-量的变化相对于EGR阀打开的变化较慢。

即使JP-2008-101626A中所示的EGR-量的估计方法应用于EGR气体再循环到节流阀上游的进气通道中的系统，也难以准确地估计EGR-量。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够准确地估计流入系统中的内燃机的汽缸中的废气再循环量的装置，其中，在该系统中，废气再循环到节流阀上游的进气通道中。

根据本发明，提供了一种用于估计具有EGR阀的内燃机的废气再循环量的装置，其中，EGR阀调节通过EGR通道从排气通道再循环到节流阀上游的进气通道的废气的量。

该装置包括：通过EGR阀模型的方式计算通过EGR阀的废气量的计算部分，其中，EGR阀模型模拟再循环废气在EGR通道中通过EGR阀的行为。计算部分还通过EGR气体延迟模型的方式基于通过EGR阀的废气量来计算流入汽缸中的废气量，其中，EGR气体延迟模型模拟废气通过EGR阀和节流阀然后进入汽缸的行为。

在EGR气体再循环到节流阀上游的进气通道的系统中，计算部分可以通过EGR气体延迟模型的方式基于通过EGR阀的废气的量来计算流汽缸中的废气的量，其中，EGR气体延迟模型模拟废气通过EGR阀和节流阀然后进入汽缸的行为。因此，即使流入汽缸中的EGR气体量的变化相对于EGR阀的打开程度的变化较慢，也可以准确地估计出流入汽缸中的废气的量。

附图说明

通过下面参考附图给出的详细描述，本发明的以上和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的具有增压器的引擎控制系统的示意图；

图2是用于解释用于计算流入汽缸中的气体的总量和流入汽缸中的废气的量的方法的方框图；

图3是用于解释根据第一实施例的EGR阀模型的图；

图4是用于解释EGR气体延迟模型的方框图；

图5是用于解释进气管延迟模型的图；

图6是示出了用于计算流入汽缸中的再循环废气的量的处理的流程图；

图7是用于解释根据第二实施例的用于校正通过节流阀的再循环废气的量的方法的方框图；以及

图8是用于解释根据第三实施例的EGR阀模型的图。

具体实施方式

将在下文中描述应用于配备有增压器的内燃机的本发明的实施例。

[第一实施例]

将参照图1至图6在下文中描述第一实施例。

将参照图1示意性地解释引擎控制系统。在内燃机11的进气管12（进气通道）的上游放置了空气过滤器13。在空气过滤器13的下游提供了检测进入气的流速的气流计14（进气流速获取部分）。引擎11的排气管15（排气通道）具有三向催化转换器16，该三向催化转换器16减少了废气中包含的CO、HC、NOx等等。

引擎11具有涡轮增压器17。涡轮增压器17包括在排气管15中被放置在催化转换器16上游的废气涡轮18以及在进气管12中被放置气流计14下游的压缩机19。该涡轮增压器17具有对进入燃烧室中的进入空气进行增压的公知配置。

在压缩机19的下游提供了由DC-发动机20驱动的节流阀21和检测节流位置（节流打开程度）的节流位置传感器22。

此外，在节流阀21的下游提供了检测进气管压强的进入真空传感器48。在调压室23中提供了中间冷却器（未示出）。中间冷却器被放置在调压室23和节流阀21的上游。在调压室23的下游提供了将空气引入到引擎11的每个汽缸中的进气歧管24（进气通道），并且针对每个汽缸提供了喷射燃料的燃料喷射器（未示出）。火花塞（未示出）安装在引擎11的与每个汽缸对应的汽缸盖上，以点燃每个汽缸中的空气-燃料混合物。

排气歧管25（排气通道）连接到汽缸的每个排气端口。排气歧管25的汇合部分连接到废气涡轮18上游的排气管15。绕过废气涡轮18的排气旁路通道26连接到排气管15。废气闸阀（WGV）27被放置在排气旁路通道26中以打开/关闭排气旁路通道26。

引擎11具有废气再循环（EGR）装置28，该EGR装置28用于将来自排气管15的废气的一部分再循环到进气管12中。该EGR装置28被称作低压环（LPL）型。EGR装置28具有EGR管29，该EGR管29将催化转换器16上游的排气管15与压缩机19和节流阀21上游的进气管12相连。在EGR管29中提供了用于冷却EGR气体的EGR冷却器30和用于调节废气再循环量（EGR-量）的EGR阀31。通过发动机（未示出）来调节EGR阀31的打开程度。当EGR阀31打开EGR管29时，废气（EGR气体）的一部分通过EGR管29从排气管15再循环到进气管12中。

引擎11具有调节进气阀（未示出）的阀定时的进气侧可变阀定时控制器32以及调节排气阀（未示出）的阀定时的排气侧可变阀定时控制器33。

此外，引擎11具有检测冷却液温度的冷却液温度传感器34和每当曲柄轴（未示出）旋转特定的曲柄角时输出脉冲信号的曲柄角传感器35。基于曲柄角传感器35的输出信号，来检测曲柄角和引擎速度。

将上述传感器的输出发送到电子控制单元（ECU）36。ECU 36包括微计算机，该微计算机执行存储在只读存储器（ROM）中的引擎控制程序以控制燃料喷射量、点燃定时、节流位置（进入空气的流速）等等。

当在引擎操作期间建立了空气-燃料比反馈控制执行条件时，ECU 30基于废气传感器（空气-燃料比传感器或氧气传感器：未示出）的输出来计算空气-燃料比反馈校正值，使得废气中的空气-燃料比与目标空气-燃料比（例如，化学计量比）一致。通过使用空气-燃料比反馈校正值来执行空气-燃料比反馈控制，以校正燃料喷射器21的燃料喷射量。

当引擎驱动区域与EGR执行区域对应时，打开EGR阀31以将EGR气体的一部分再循环到进气管12中。此时，ECU 36执行图6中所示的EGR量计算例程以计算流入汽缸中的EGR-量。在下文中，这种流入汽缸中的EGR-量是由“QEGR”来表示的。ECU 36以计算出的“QEGR”与目标“QEGR”相一致的方式来对EGR阀31的打开程度进行反馈控制。可替换地，ECU 36基于计算出的“QEGR”来计算EGR比，并且以EGR比与目标EGR比相一致的方式来对EGR阀31的打开程度进行反馈控制。

EGR比=QEGR/QTOTAL=QEGR/(QINTAKE+QEGR)

其中，“QINTAKE”表示流入汽缸中的进入的新鲜空气的流速，而“QTOTAL”表示流入汽缸中的气体的总流速。

可替换地，可以基于计算出的“QEGR”，来控制点燃定时、进气阀定时和排气阀定时。

如图2所示，总气体量计算部分37计算“QTOTAL”，EGR量计算部分38计算“QEGR”。“QINTAKE”是通过从“QTOTAL”中减去“QEGR”获得的。基于“QINTAKE”来进行燃料喷射控制。

总气体量计算部分37通过使用节流模型39来计算流过节流阀21的总气体量，其中，节流模型39模拟气体通过节流阀21的行为。流过节流阀21的总气体量是由“QTHR”来表示的。可以将JP-2008-101626A中所示的节流模型用作节流模型39。

在本实施例中，计算出的“QTHR”是通过气流计14的检测值来校正的。具体地说，当建立了指定的校正值学习条件时，气流计14的检测值与计算出的“QTHR”之间的差作为气体量校正系数“Cgas”存储在存储器中。计算出的“QTHR”是通过使用“Cgas”来校正的，从而可以以较高的准确度获得“QTHR”。

进气歧管模型40模拟气体通过节流阀21并且流入调压室23和进气歧管24的行为。进气歧管模型40基于“QTHR”和“QTOTAL”的先前值来计算进气歧管的压强（节流阀21下游的进气通道的压强）。可以将JP-2008-101626A中所示的进气管模型用作进气歧管模型40。

进气阀模型41模拟气体流入汽缸的行为。进气阀模型41基于进气歧管的压强来计算“QTOTAL”。可以将JP-2008-101626A中所示的进气阀模型用作进气阀模型41。

EGR量计算部分38通过EGR阀模型42的方式计算通过EGR阀31的废气的量，其中，EGR阀模型42模拟再循环废气通过EGR管29中的EGR阀31的行为。通过EGR阀31的废气的量是由“Megr”来表示的。

如图3中所示，通过定义了EGR阀31的打开程度、“QTHR”和“Megr”之间的关系的映射来配置EGR阀模型42。该映射是基于实验数据和设计数据预先形成的，并且被存储在ECU 36的ROM中。

EGR气体延迟模型43（图2）基于计算出的“Megr”来计算“QEGR”。EGR气体延迟模型43模拟废气通过EGR阀31和节流阀21并且流入汽缸的行为。

如图4中所示，EGR气体延迟模型43包括如下四个模型44、45、46和47：即，汇合延迟模型44模拟EGR气体通过EGR阀31并且流入节流阀21上游的进气通道的行为。进气管延迟模型45模拟EGR气体流入进气通道并且通过节流阀21的行为。进气歧管延迟模型46模拟EGR气体通过节流阀21并且流入调压室23和进气歧管24的行为。进气端口延迟模型47模拟EGR气体通过进气端口流入汽缸的行为。

根据上面的EGR气体延迟模型43，来计算EGR气体流入节流阀21上游的进气通道中的延迟、EGR气体通过节流阀21的流动延迟、EGR气体流入节流阀21下游的进气通道的装载延迟（charge delay）以及EGR气体通过进气端口流入汽缸的流动延迟。“QEGR”可以基于上述延迟来进行计算，从而可以以较高的准确度来计算“QEGR”。

当计算“QEGR”时，汇合延迟模型44基于通过EGR阀31的“Megr”来计算流入节流阀21上游的进气通道中的EGR气体量“MegrB”。

可以通过以下公式（1）来近似汇合延迟模型44：

MegrB＝{K1/(τ1+1)}×Megr    …(1)

其中，“K1”是系数，“τ1”是时间常量，其均是通过实验预先获得的。“K1”和“τ1”取决于EGR管29的长度和内径以及进气管12的内径。

然后，进气管延迟模型45基于“MegrB”和“QTHR”来计算通过节流阀21的EGR气体量“MegrC”。

如图5中所示，进气管延迟模型45是由矩阵形成的，所述矩阵用任意时间使EGR气体流入所述节流阀21上游的进气通道然后通过所述节流阀21的行为离散化。例如，模型45是由每隔18μsec离散化的32矩阵形成的。通常，因为EGR气体在进气管12中的流动速率比ECU 36的计算速度更慢，因此进气管延迟模型45可以由用任意时间离散化的矩阵形成。在进气管延迟模型45中使用的各个系数是通过实验预先获得的。这些系数取决于进气管12的长度和内径。

如图4中所示，进气歧管延迟模型46基于“MegrC”来计算装载到节流阀的进气通道中的EGR气体量“MegrD”。

通过以下公式（2）来近似进气歧管延迟模型46：

MegrD＝{K2/(τ2+1)}×MegrC  …(2)

其中，“K2”是系数，“τ2”是时间常量，其均是通过实验预先获得的。“K2”和“τ2”取决于节流阀21下游的进气通道的长度、内径以及体积。

然后，进气端口延迟模型47基于“MegrD”和“QTOTAL”的先前值来计算流入汽缸中的EGR气体量“QEGR”。

进气端口延迟模型47是由矩阵形成的，所述矩阵用任意时间使EGR气体流入节流阀21下游的进气通道然后通过进气端口流入汽缸的行为离散化。在进气端口延迟模型47中使用的各种系数是通过实验预先获得的。这些系数取决于进气端口的长度和内径。

ECU 36执行图6中所示的EGR量计算例程，从而实现总气体量计算部分37和EGR量计算部分38的功能。图6中所示的例程是在引擎运行的同时在指定的时间间隔执行的。在步骤101中，节流模型39计算“QTHR”。然后，通过气流计14的检测值来校正计算出的“QTHR”。在步骤102中，进气歧管模型40基于“QTHR”和“QTOTAL”的先前值来计算进气歧管的压强。然后，在步骤103中，进气阀模型41基于进气歧管的压强来计算“QTOTAL”。

然后，在步骤104中，EGR阀模型31根据EGR阀31的打开程度和“QTHR”来计算“Megr”。

然后，在步骤105中，汇合延迟模型44基于“Megr”来计算“MegrB”。然后，在步骤106中，进气管延迟模型45基于“MegrB”和“QTHR”来计算“MegrC”。

在步骤107中，进气歧管延迟模型46基于“MegrC”来计算“MegrD”。然后，在步骤108中，进气端口延迟模型47基于“MegrD”和“QTOTAL”的先前值来计算“QEGR”。

在本实施例中，如上所述，使用了被称作低压环（LPL）型EGR装置28的EGR装置28。在该EGR系统中，基于模拟EGR气体流过EGR管29的行为的EGR阀模型42来计算“Megr”。然后，EGR气体延迟模型43基于计算出的“Megr”来计算“QEGR”。

EGR气体延迟模型43包括：模拟EGR气体通过EGR阀31并且流入节流阀21上游的进气通道的行为的汇合延迟模型44；模拟EGR气体流入进气通道并且通过节流阀21的行为的进气管延迟模型45；模拟EGR气体通过节流阀21并且流入调压室23和进气歧管24的行为的进气歧管延迟模型46；以及模拟EGR气体通过进气端口流入汽缸的行为的进气端口延迟模型47。

从而，即使流入汽缸中的EGR气体量的变化相对于EGR阀31的打开程度的变化更慢，也可以准确地估计出“QEGR”。

此外，根据第一实施例，通过矩阵定义了进气管延迟模型45。因此，可以在减少ECU 36的存储器使用的同时改进EGR气体量的估计的准确度。此外，在矩阵方面，可以估计在EGR气体流入汽缸之前的EGR气体量。

[第二实施例]

将参照图7在下文中描述第二实施例。在第二实施例中，用相同的附图标记表示与第一实施例中的部分和组件相同的部分和组件，并且将不再重申相同的描述。

在第二实施例的系统中，未提供气流计14。如图7中所示，总气体量计算部分37具有新鲜空气量估计部分49，该新鲜空气量估计部分49基于进气管压强传感器48的检测值来估计新鲜空气量。基于估计出的新鲜空气量来校正计算出的“QTHR”。

具体地说，当建立了指定的校正值学习条件时，新鲜空气量估计部分49基于由进气管压强传感器48检测到的进气管压强来计算新鲜空气量。此外，估计部分49基于空气-燃料比校正值来计算新鲜空气量的校正值。估计部分49基于新鲜空气量的校正值来校正基于进气管压强估计出的新鲜空气量。

由于系统的个体差异以及老化退化，进气管压强与新鲜空气量之间的关系可能变化。根据进气管压强估计出的新鲜空气量的误差差别很可能增加。根据本实施例，通过使用根据空气-燃料比反馈量获得的校正值来校正新鲜空气量，其中，个体差异和老化退化反映在空气-燃料比反馈量上。因此，可以以较高的准确度获得新鲜空气量。

然后，估计出的新鲜空气量与计算出的“QTHR”之间的差作为气体量校正值“Cgas”进行存储。通过使用“Cgas”来校正计算出的“QTHR”。从而，即使在不具有气流计的系统中，也可以以较高的准确度获得“QTHR”。

根据第二实施例，可以实现与第一实施例基本上相同的优点。

[第三实施例]

将参照图8在下文中描述第三实施例。在第三实施例中，用相同的附图标记表示与第一实施例中的部分和组件相同的部分和组件，并且将不再重申相同的描述。

如图8中所示，用物理公式来定义EGR阀模型42，所述物理公式定义了EGR阀31的打开程度、EGR阀31的上游压强“Pin”、EGR阀31的下游压强“Pout”以及通过EGR阀31的EGR气体量“Megr”之间的关系。

具体地说，通过公式（3）来近似EGR阀模型42。

$\mathrm{Megr}=C\·A\·\frac{\mathrm{Pin}}{\sqrt{R\·\mathrm{Tegr}}}\·\mathrm{\Φ}(\mathrm{Pout}/\mathrm{Pin})\·\·\·\left(3\right)$

其中，“C”是流速系数，“A”是EGR管29的打开横截面积，“R”是气体常数，“Tegr”是EGR阀31上游的EGR气体的温度，Φ(Pout/Pin)是(Pout/Pin)的函数。

根据第三实施例，“Megr”是根据上面的公式（3）基于EGR阀31的打开程度、压强“Pin”和“Pout”以及EGR气体温度“Tegr”来计算的。因此，可以以较高的准确度来计算“Megr”。

根据第三实施例，可以实现与第一实施例基本上相同的优点。

在EGR气体通过进气端口的流动延迟可忽略的情况下，进气端口延迟模型47并不总是必需的。

本发明可以应用于具有机械增压器或电子增压器的引擎。

此外，只要引擎具有EGR装置，则上述增压器就并不总是必需的。

Claims (5)

1.一种用于估计内燃机(11)的废气再循环量的装置，所述内燃机(11)具有EGR阀(31)，所述EGR阀(31)调节通过EGR通道(29)从排气通道(15)再循环到节流阀(21)上游的进气通道(12)的废气的量，所述装置包括：

计算部分(38)，其用于通过EGR阀模型(42)的方式计算通过所述EGR阀(31)的废气的量，其中，所述EGR阀模型(42)模拟再循环废气在所述EGR通道(29)中通过所述EGR阀(31)的行为；

所述计算部分(38)用于通过EGR气体延迟模型(43)的方式基于通过所述EGR阀(31)的废气的量来计算流入汽缸的废气的量，其中，所述EGR气体延迟模型(43)模拟所述废气通过所述EGR阀(31)和所述节流阀(21)并且流入汽缸的行为，其中：

所述EGR气体延迟模型(43)包括：

汇合延迟模型(44)，其模拟EGR气体通过所述EGR阀(31)并且流入所述节流阀(21)上游的所述进气通道(12)的行为；

进气管延迟模型(45)，其模拟EGR气体流入所述节流阀(21)上游的所述进气通道(12)然后通过所述节流阀(21)的行为；以及

进气歧管延迟模型(46)，其模拟EGR气体通过所述节流阀(21)然后被填充到所述节流阀(21)下游的进气通道(22、24)的行为。

2.根据权利要求1所述的用于估计内燃机(11)的废气再循环量的装置，其中：

所述进气管延迟模型(45)是由矩阵定义的，所述矩阵使EGR气体流入所述节流阀(21)上游的所述进气通道(12)然后通过所述节流阀(21)的行为离散化。

3.根据权利要求1所述的用于估计内燃机(11)的废气再循环量的装置，其中：

所述EGR阀模型(42)是由物理公式定义的，所述物理公式定义了所述EGR阀(31)的打开程度、所述EGR阀(31)的上游压强(Pin)、所述EGR阀(31)的下游压强(Pout)以及通过所述EGR阀(31)的EGR气体量之间的关系。

4.一种用于估计内燃机(11)的废气再循环量的装置，所述内燃机(11)具有EGR阀(31)，所述EGR阀(31)调节通过EGR通道(29)从排气通道(15)再循环到节流阀(21)上游的进气通道(12)的废气的量，所述装置包括：

计算部分(38)，其用于通过EGR阀模型(42)的方式计算通过所述EGR阀(31)的废气的量，其中，所述EGR阀模型(42)模拟再循环废气在所述EGR通道(29)中通过所述EGR阀(31)的行为；

所述计算部分(38)用于通过EGR气体延迟模型(43)的方式基于通过所述EGR阀(31)的废气的量来计算流入汽缸的废气的量，其中，所述EGR气体延迟模型(43)模拟所述废气通过所述EGR阀(31)和所述节流阀(21)并且流入汽缸的行为，其中：

所述EGR阀模型(42)是由映射定义的，所述映射定义了所述EGR阀(31)的打开程度、通过所述节流阀(21)的总气体量以及通过所述EGR阀(31)的废气量之间的关系。

5.根据权利要求4所述的用于估计内燃机(11)的废气再循环量的装置，还包括：

总气体量计算部分(37)，其用于通过节流模型(39)的方式计算通过所述节流阀(21)的气体的总量，所述节流模型(39)模拟气体在所述进气通道(12)中通过所述节流阀(21)的行为；

进入空气流速获取部分(14、49)，其用于检测或估计流过所述进气通道(12)的新鲜空气量；以及

校正部分(37)，其用于基于所述进入空气流速获取部分(14、49)所检测或所估计的新鲜空气量来校正计算出的通过所述节流阀(21)的总气体量。