CN103649515B - 排气气体再循环量的异常检测方法及装置 - Google Patents

排气气体再循环量的异常检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种排气气体再循环量的异常检测方法及装置，求出在当前的发动机（1）的运转状态中计算出的实际EGR率与基于当前的发动机（1）的运转状态决定的目标EGR率的偏差的绝对值，将EGR阀（12）的开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益乘以上述偏差的绝对值，将由此得到的积接近于“0”的情况判定为正常，并且上述积越是远离“0”，判定为异常的程度越高。

Description

排气气体再循环量的异常检测方法及装置
技术领域
本发明涉及汽车的发动机等的排气气体再循环量的异常检测方法及装置。
背景技术
以往，在汽车的发动机等中，进行从排气侧将排气气体的一部分抽取而向吸气侧送回、通过用该回到吸气侧的排气气体抑制发动机内的燃料的燃烧而降低燃烧温度、将NOx的发生降低的所谓排气气体再循环（EGR：ExhaustGasRecirculation）。
一般而言，在进行这种排气气体再循环的情况下，将从排气歧管到排气管的排气通路的适当位置与从吸气管到吸气歧管的吸气通路的适当位置之间通过EGR管连接，经过该EGR管使排气气体再循环。
另外，如果将向发动机再循环的排气气体在EGR管的中途冷却，通过排气气体的温度下降且其容积变小，能够不怎么使发动机的输出下降而降低燃烧温度、有效地减少氮氧化物的产生，在EGR管的中途装备有水冷式的EGR冷却器。
例如，在这种EGR冷却器中，有可能热交换用的管通过排气气体中含有的烟尘的堆积而发生堵塞，在发生了这样的堵塞的情况下，有可能不再能够实施想要的量的排气气体的再循环而不能达到目标EGR率，所以需要采取某种方法来检测不能达到目标EGR率的异常的状况。
另外，作为与本发明关联的先行技术文献信息，有下述专利文献1等。
专利文献1：特开2003－161207号公报。
发明内容
但是，在近年来的汽车的发动机中，作为改善燃耗的方法，推进了小型化和高Pme化（高平均有效压力化），有能够承受高温高压条件而直接检测排气气体的再循环量那样的传感器的开发很困难、即便能够也不能避免大幅的成本增加的问题。
本发明是鉴于上述实际情况而做出的，目的是提供一种能够不新追加直接检测排气气体的再循环量的特别的传感器而以较高的准确度检测排气气体的再循环量的异常。
本发明关于排气气体再循环量的异常检测方法，其特征在于，求出在当前的发动机的运转状态下计算出的实际EGR率与基于当前的发动机的运转状态决定的目标EGR率的偏差的绝对值，将EGR阀开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益乘以上述偏差的绝对值，将由此得到的积接近于“0”的情况判定为正常，并且上述积越是远离“0”，判定为异常的程度越高。
于是，如果这样，则即使不新追加能够直接检测排气气体的再循环量那样的特别的传感器，通过基于已经在现状的发动机控制中使用的各种信息求出实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值，也能够掌握实际EGR率相对于目标EGR率背离的程度。
例如，当计算实际EGR率时，基于吸气歧管内的温度、压力和发动机的转速计算每单位时间各气筒能吸入的动作气体量，并且实测每相同单位时间流过吸气管的新气量，从上述动作气体量将该新气量减去而求出排气气体的再循环量，能够将该再循环量用上述动作气体量除而求出实际EGR率。
此外，当决定目标EGR率时，能够基于当前的发动机的转速及负荷从控制表读出并决定与当前的运转状态符合的目标EGR率。
并且，如果求出实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值的结果是实际EGR率相对于目标EGR率较大地背离，则能够判断为在EGR冷却器的热交换用的管中发生堵塞等、不能实施想要的量的排气气体的再循环。
但是，当在高地等的空气密度较低的环境下使用发动机时，有可能为了确保良好的燃烧而需要的新气在量上不足（从质量看的新气的填充效率下降），所以可采取根据高度（由高度计等实测）降低目标EGR率以便能够确保需要的量的新气的措施，所以根据高度而降低的目标EGR率向在EGR冷却器的热交换用的管中发生堵塞等而下降的异常时的实际EGR率接近，结果，实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值在正常时和异常时难以成为显著的差别而呈现，有可能难以进行排气气体的再循环量是正常还是异常的判别。
所以，如果将EGR阀的开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益乘以上述偏差的绝对值，则得到其积作为在正常时和异常时成为显著的差而呈现的新的指标，使排气气体的再循环量是正常还是异常的判别容易化。
即，将EGR阀的开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商为表示施加反馈控制的程度的值，在正常时由于不需要施加反馈控制，所以上述商为接近于“0”的值，另一方面，在异常的程度较显著时，由于需要将反馈控制施加到上限附近，所以上述商成为接近于“1”的值。
由此，如果将上述商作为无量纲化了的增益乘以上述偏差的绝对值，则在正常的情况下，其积大致收敛为“0”，相对于此，在异常的程度较高的情况下，为实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值和不较大地变化的值的积，所以容易进行排气气体的再循环量是正常还是异常的判别。
此外，作为具体地实施本发明的方法的装置，优选的是，具备检测吸气歧管内的温度的温度传感器、检测吸气歧管内的压力的压力传感器、检测流过吸气管的新气量的吸气传感器、检测发动机的转速的旋转传感器、检测发动机的负荷的负荷传感器、和从这些各种传感器输入检测信号而判定排气气体的再循环量的异常的控制装置；该控制装置构成为，基于吸气歧管内的吸气的温度、压力和发动机的转速计算每单位时间各气筒能够吸入的动作气体量，并且从上述动作气体量将每相同的单位时间流过吸气管的新气量减去而求出排气气体的再循环量，求出将该再循环量用上述动作气体量除得到的实际EGR率与基于当前的发动机的转速及负荷决定的目标EGR率的偏差的绝对值，将EGR阀开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益乘以上述偏差的绝对值，将由此得到的积接近于“0”的情况判定为正常，并且上述积越是远离“0”，判定为异常的程度越高。
根据上述本发明的排气气体再循环量的异常检测方法及装置，不新追加能够直接检测排气气体的再循环量那样的特别的传感器，基于已经在现状的发动机控制中使用的各种信息求出实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值，通过将EGR阀开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益乘以上述偏差的绝对值，能够得到该积作为在正常时和异常时成为显著的差而呈现的新的指标，由此能够起到能够可靠地进行排气气体的再循环量是正常还是异常的判别的良好的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的概略图。
图2是表示图1的控制装置的具体的控制方法的流程图。
图3是表示由本实施例的控制装置计算的各种值的具体例的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示搭载有用来进行排气气体再循环的EGR装置的发动机的一例的图，图1中的1表示作为柴油机的发动机，该发动机1具备涡轮增压器2，将从未图示的空气净化器引导的吸气3经过吸气管4向上述涡轮增压器2的压缩器2a输送，将由该压缩器2a加压的吸气3向中间冷却器5输送并冷却，从该中间冷却器5再将吸气3向吸气歧管6引导，对发动机1的各气筒7（在图1中例示了串联6气筒的情况）分配。
此外，将从该发动机1的各气筒7排出的排气气体8经由排气歧管9向上述涡轮增压器2的涡轮2b输送，将驱动该涡轮2b后的排气气体8经由排气管10向车外排出。
并且，排气歧管9的各气筒7的排列方向的一端部与连接在吸气歧管6上的吸气管4的一端部之间通过EGR管11连接，能够从排气歧管9将排气气体8的一部分抽出而向吸气管4引导。
这里，在上述EGR管11中，装备有将该EGR管11适当地开闭的EGR阀12、和用来将再循环的排气气体8冷却的EGR冷却器13，在该EGR冷却器13中，通过使未图示的冷却水与排气气体8经由未图示的热交换用的管热交换，能够降低排气气体8的温度。
此外，在上述吸气歧管6中，具备用来计测该吸气歧管6内的温度的温度传感器14、和用来检测压力的压力传感器15，在比上述压缩器2a靠上游的吸气管4中，具备检测在该吸气管4中流动的新气量的吸气传感器16，在上述发动机1的需要位置上，具备检测发动机1的转速的旋转传感器17，这些温度传感器14、压力传感器15、吸气传感器16、旋转传感器17的检测信号14a、15a、16a、17a被对于构成发动机控制计算机（ECU：ElectronicControlUnit）的控制装置18输入。
并且，在上述控制装置18中，基于吸气歧管6内的温度、压力和发动机1的转速，计算每单位时间各气筒7能够吸入的动作气体量（质量流量），另一方面，将每相同单位时间流过吸气管4的新气量（质量流量）从上述动作气体量中减去而求出排气气体8的再循环量，通过将该再循环量用上述动作气体量除，求出实际EGR率。
即，由于各气筒7的容积已决定，所以只要知道发动机1的转速，就知道各气筒7能吸入的动作气体的每单位时间的体积流量，只要将其换算为质量流量、施加吸气歧管6内的温度和压力的修正，就能求出动作气体量（质量流量）。另外，一般而言，在现有的吸气传感器16中内置有温度传感器，输出新气的质量流量。
此外，该控制装置18还承担关于发动机1中的燃料喷射的控制，不仅是来自旋转传感器17的检测信号17a，还被输入来自检测加速器开度作为发动机1的负荷的加速器传感器19（负荷传感器）的检测信号19a，基于发动机1的转速和负荷，朝向对发动机1的各气筒7喷射燃料的燃料喷射装置20输出控制信号20a。
这里，上述燃料喷射装置20由按照各气筒7装备的未图示的多个喷射器构成，这些各喷射器的电磁阀被上述控制信号20a开阀控制，适当地控制燃料的喷射时机及喷射量。
此外，将此时的燃料喷射控制的喷射量的指示值作为发动机1的负荷，基于该负荷和上述发动机1的转速，从控制表将与当前的运转状态相符的目标EGR率读出，输出向上述EGR阀12指示开度的控制信号12a以便达到该目标EGR率，监视上述实际EGR率，对于上述EGR阀12的开度加以反馈控制，以达到目标EGR率。
并且，在本实施例中，上述控制装置18还起到判定排气气体8的再循环量的异常的作用，由该控制装置18进行的异常判定的具体的方法为在图2的流程图中表示那样的。
即，在步骤S1中，基于吸气歧管6内的温度、压力和发动机1的转速，计算每单位时间各气筒7能够吸入的动作气体量，并且将每相同单位时间流过吸气管4的新气量从上述动作气体量中减去，求出排气气体8的再循环量，将该再循环量用上述动作气体量除，求出实际EGR率。
此外，在步骤S2中，基于当前的发动机1的转速及负荷（燃料喷射控制的喷射量的指示值）求出目标EGR率，在接着的步骤S3中，求出在之前的步骤S1中得到的实际EGR率与在之前的步骤S2中得到的目标EGR率的偏差的绝对值。
进而，在步骤S4中，将在上述关于EGR阀12的开度的反馈控制中决定的EGR阀12的开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到商，在接着的步骤S5中，将在之前的步骤S4中得到的商作为增益，乘以在之前的步骤S3中得到的偏差的绝对值，得到由此得到的积作为判定排气气体8的再循环量的异常的指标。
并且，在接着的步骤S6中，在之前的步骤S5中得到的积接近于“0”的情况下向步骤S7前进，判定为正常，在上述积远离“0”的情况下向步骤S8前进，判定为异常，由于上述积越是远离“0”则能够判定为异常的程度越高，所以只要决定适当的阈值、在高于该阈值的情况下判定为异常就可以。
于是，如果这样，则即使不新追加能够直接检测排气气体8的再循环量那样的特别的传感器，通过基于已经在现状的发动机控制中使用的各种信息求出实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值，也能够掌握实际EGR率相对于目标EGR率背离的程度（参照图3）。即，如果实际EGR率相对于目标EGR率较大地背离，则能够判断出在EGR冷却器13的热交换用的管中发生堵塞等、不能实施想要的量的排气气体8的再循环。
但是，当在高地等的空气密度较低的环境下使用发动机1时，有可能为了确保良好的燃烧而需要的新气在量上不足（从质量看的新气的填充效率下降），所以可采取根据高度（由高度计等实测）降低目标EGR率以便能够确保需要的量的新气的措施，所以根据高度而降低的目标EGR率向在EGR冷却器13的热交换用的管中发生堵塞等而下降的异常时的实际EGR率接近，结果，实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值在正常时和异常时难以成为显著的差别而呈现，难以进行排气气体8的再循环量是正常还是异常的判别。
所以，如果将EGR阀12的开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益、乘以上述偏差的绝对值，则得到其积作为在正常时和异常时成为显著的差而呈现的新的指标，使排气气体8的再循环量是正常还是异常的判别容易化。
即，将EGR阀12的开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商为表示施加反馈控制的程度的值，在正常时由于不需要施加反馈控制，所以上述商为接近于“0”的值，另一方面，在异常的程度较显著时，由于需要将反馈控制施加到上限附近，所以上述商成为接近于“1”的值（参照图3）。
由此，如果将上述商作为无量纲化了的增益乘以上述偏差的绝对值，则在正常的情况下，其积大致收敛为“0”，相对于此，在异常的程度较高的情况下，为实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值和不较大地变化的值的积，所以容易进行排气气体8的再循环量是正常还是异常的判别（参照图3）。
因而，根据上述实施例，不新追加能够直接检测排气气体8的再循环量那样的特别的传感器，而基于已经在现状的发动机控制中使用的各种信息求出实际EGR率与目标EGR率的偏差的绝对值，通过将EGR阀12的开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益乘以上述偏差的绝对值，能够得到其积作为在正常时和异常时成为显著的差而呈现的新的指标，由此能够可靠地进行排气气体8的再循环量是正常还是异常的判别。
另外，本发明的排气气体再循环量的异常检测方法及装置并不仅由上述实施例限定，例示了在EGR冷却器的热交换用的管中发生堵塞等、不能实施想要的量的排气气体的再循环的状况进行了说明，但在采用能够调整涡轮的喷嘴开度的可变喷嘴涡轮作为涡轮增压器的发动机中，关于下述异常也能够检测到，所述异常指涡轮的喷嘴开度在过于缩小的状态下固定等而排气气体的再循环量成为过剩，除此以外，当然在不脱离本发明的主旨的范围内能够加以各种变更。
附图标记说明
1发动机
3吸气
4吸气管
6吸气歧管
7气筒
8排气气体
12EGR阀
14温度传感器
14a检测信号
15压力传感器
15a检测信号
16吸气传感器
16a检测信号
17旋转传感器
17a检测信号
18控制装置
19加速器传感器（负荷传感器）
19a检测信号。

Claims (3)

1.一种排气气体再循环量的异常检测方法，其特征在于，
求出在当前的发动机的运转状态下计算出的实际EGR率与基于当前的发动机的运转状态决定的目标EGR率的偏差的绝对值，将EGR阀开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益乘以上述偏差的绝对值，将由此得到的积接近于“0”的情况判定为正常，并且上述积越是远离“0”，判定为异常的程度越高。
2.如权利要求1所述的排气气体再循环量的异常检测方法，其特征在于，
基于吸气歧管内的温度、压力和发动机的转速计算每单位时间各气筒能够吸入的动作气体量，并且实测每相同的单位时间流过吸气管的新气量，从上述动作气体量将该新气量减去而求出排气气体的再循环量，将该再循环量用上述动作气体量除，求出实际EGR率。
3.一种排气气体再循环量的异常检测装置，其特征在于，
具备检测吸气歧管内的温度的温度传感器、检测吸气歧管内的压力的压力传感器、检测流过吸气管的新气量的吸气传感器、检测发动机的转速的旋转传感器、检测发动机的负荷的负荷传感器、和从这些各种传感器输入检测信号而判定排气气体的再循环量的异常的控制装置；
该控制装置构成为，基于吸气歧管内的吸气的温度、压力和发动机的转速计算每单位时间各气筒能够吸入的动作气体量，并且从上述动作气体量将每相同的单位时间流过吸气管的新气量减去而求出排气气体的再循环量，求出将该再循环量用上述动作气体量除得到的实际EGR率与基于当前的发动机的转速及负荷决定的目标EGR率的偏差的绝对值，将EGR阀开度的反馈修正量用该反馈修正量的上限值除而得到的商作为增益乘以上述偏差的绝对值，将由此得到的积接近于“0”的情况判定为正常，并且上述积越是远离“0”，判定为异常的程度越高。
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