CN104564379B - 确定热力发动机的排气再循环率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种确定发动机(M)中EGR率(τEGR)的方法，包括：‑发动机为热力发动机(M)，其具有连接于进气回路(3)的入口和连接于排气回路(4)的出口，和，‑再循环流路(20)在排气回路(4)的入口(22)和进气回路(4)的出口(23)之间延伸，以能够使在排气回路(4)中流通的排气被回注到进气回路(3)中，流路(20)包括至少一个阀门(29)，其中：‑测量再循环流路(20)的阀门(29)的端口压力差值，‑比较测量的压力差值与预设值，和‑当测量的压力差值大于预设值时，利用压力差值确定发动机(M)的EGR率，和当测量的压力差值小于预设值时，利用再循环流路(20)的阀门(29)的位置来确定发动机(M)的EGR率，而无需使用测量的压力差值。

Description

确定热力发动机的排气再循环率的方法
技术领域
本发明涉及热力发动机的ERG(“recyclage des gaz d’échappement”，排气再循环)率的测量，也称为EGR(英文为“exhaust gas reirculation”)率，热力发动机的入口被连接到进气回路以及热力发动机的出口被连接到排气回路。该EGR率对应于呈现在进气中的排气的比例，该进气借助在排气回路入口和进气回路出口之间延伸的再循环流路进入发动机进气分配器。
在本发明的范围内，“发动机的EGR率”表示“进入发动机进气分配器的EGR率”。
背景技术
希望估算热力发动机中的EGR率，这是因为该率值部分决定要应用于发动机的设置，例如热力发动机的提前点火、燃油率或阀门位置或蝶形空气回路。申请人已在专利申请WO 2012/038639中描述了一种利用St Venant公式确定进入热力发动机进气分配器的EGR质量流的方法。该公式考虑了设置在再循环流路中的阀门的上游和下游的压力值且控制该流路中的气体流量，为了应用该公式，需要两个压力值之间的差值足够大。否则，利用StVenant公式得到的质量流的值不够准确。
如专利申请WO 2010/010246所教导的，一种用于保证在宽操作范围发动机的阀门端口有足够压力差的解决方法是使用附加定量给料器，该附加定量给料器设置在再循环流路入口下游处的排气回路中。然而，由于需要添加专用构件，这种解决方法成本较高。
存在能够以可靠和低成本的方式确定热力发动机EGR率的需求。
发明内容
针对该需求，根据本发明的一个方面，利用确定组件的发动机中的EGR率的方法来实现所述目的，包括：
-所述发动机为热力发动机，该热力发动机具有连接于进气回路的入口和连接于排气回路的出口，和，
-再循环流路在排气回路的入口和进气回路的出口之间延伸，以能够使在排气回路中循环的全部或部分排气被回注到进气回路中，所述流路包括至少一个阀门，该阀门配置用于从防止排气回注到进气回路的闭合位置通向能够回注排气的至少一个开启位置，
在所述方法中：
-测量再循环流路的阀门的端口压力差值，
-比较所述测量的压力差值与预设值，和
-当所述测量的压力差值大于预设值时，利用所述压力差值来确定发动机的EGR率，和当所述测量的压力差值小于预设值时，利用再循环流路的阀门的位置来确定发动机的EGR率，而无需使用所述测量的压力差值。
根据上述方法，仅在所述值大于预设值时执行通过使用阀门端口的压力差值对热力发动机的EGR率的确定。在其它情况下，不采用阀门端口的压力差值而使用阀门位置来确定EGR率。
而且，不需要利用上面提及的附加构件人为地保证再循环流路的阀门端口的最小压力差值，这是因为在该压力差值较小时，以不同方式计算EGR率。
所述方法能够保证发动机的EGR率值具有的不精确度的绝对值在发动机稳定状态下最多2％且在发动机瞬间状态下最多3％。这种精确度能够保证例如对提前点火控制这样的发动机控制与呈现在热力发动机中的实时EGR率相匹配。
用于选择将要确定发动机中EGR率的某种方式而使用的预定值在5mbar和25mbar之间，尤其为15mbar。所述预定值取决于用于测量再循环流路阀门端口压力差值的传感器的精确度。使用这种预定值，在加载热力发动机时，例如在空档加速时，可利用再循环流路阀门端口压力差值确定EGR率，以及在正常行驶而没有明显加载热力发动机的情况下，可利用所述阀门位置而无需使用所述压力差值来确定EGR率。
当利用在再循环流路阀门端口测量的压力差来确定发动机EGR率时，使用在再循环流路的EGR的质量流值，利用St Venant公式计算该流量：
TEGR表示在所述阀门上游的再循环流路中的排气温度，
SEGR表示在所述阀门位置处的再循环流路中的排气通道截面面积，
Pe为再循环流路的所述阀门上游的排气压力，
Pf为再循环流路的所述阀门下游的排气压力，
r为气体常数，值为287，和
γ为气体绝热指数，值为1.37。
还可以应用St Venant公式来确定再循环流路中和因此在热力发动机中的排气质量流。
可利用测量值来执行对阀门上游处排气压力Pe的确定，以用于所述阀门的端口压力差，其中：
-确定所述阀门下游的排气压力Pf，和
-通过相加所述阀门下游的压力Pf和再循环流路阀门的端口压力差来确定所述阀门上游处排气压力Pe。
换句话说，无需采用在阀门上游的再循环流路中设置的压力传感器来执行所述阀门上游处排气压力Pe的值。设置在所述阀门下游的压力传感器，例如在再循环流路出口和发动机进气分配器之间的进气回路中，且测量所述阀门端口压力差的压力传感器可为单个压力传感器，其用于确定发动机的EGR率。
得到了发动机排气的质量流QEGR，可利用如下等式计算EGR率：
τEGR表示发动机的EGR率，
Qadm表示热力发动机进气的质量流。
可利用在热力发动机进气分配气上游的进气回路中设置的流量计来确定Qadm。
在一种变化形式中，当涡轮增压机的压缩机插设于再循环流路出口和热力发动机进气分配器之间时，可利用压缩机的质量流来确定热力发动机的进气质量流。一旦得到压缩机的旋转速度、压缩机入口处的压力、又称为进料压力Pa、压缩机出口处的压力、又称为增压压力Ps，即可获得压缩机的质量流，而且在压力比Pa/Ps、旋转速度、和压缩机质量流之间关联有压缩机的特征曲线。
压缩机质量流例如等于Qadm。
根据本方法，利用再循环流路的阀门位置来确定发动机的EGR率，可使用如下等式执行
τEGR表示发动机的EGR率，
SEGR表示在再循环流路的阀门位置处的再循环流路中排气的通道截面面积，
Tair表示在再循环流路的出口上游的进气回路中的空气温度，和
Sair表示在再循环流路的出口上游的进气回路中的空气通道截面面积。
在所有上述内容中，可利用所述阀门的位置来确定阀门位置处的再循环流路中排气的通道截面面积值SEGR，该位置例如已知为在所述阀门上设置的位置传感器的夹角。
例如，阀门位置由形成于再循环流路的选择闭阀的活门阀和沿容纳阀门的再循环流路段延伸的轴线之间的角来表征。在阀门关闭时，即在不能将排气回注到热力发动机进气口时，该角度例如为90°，而在阀门在完全开启位置上时，该角度基本上等于0°。
所述组件可包括涡轮增压机，由联结在压缩机上的涡轮形成。
此外，所述组件包括可在过渡阶段使用的电动压缩机，用于根据其响应时间协助涡轮增压机和轴承。
所述再循环流路可为低压EGR流路，即再循环流路的排气回路入口可设置在涡轮增压机的涡轮的下游，以及再循环流路的排气回路的出口可设置在涡轮增压机的涡轮的上游。
可变化地，所述再循环流路可为高压流路，即再循环流路的排气回路入口可设置在涡轮增压机的涡轮的上游，以及再循环流路的排气回路的出口可设置在涡轮增压机的涡轮的下游。热力发动机例如为汽油发动机。可变化地，为柴油发动机或多燃料发动机。可用“弹性燃料”、生物燃料或gpl(液化气)运行所述发动机。
所述热力发动机可为机动车辆的发动机。
再循环流路的阀门例如为独立阀门，又称为“双向阀门”。
再循环流路可包括散热器，尤其是水冷散热器。该散热器可设置在所述流路的入口和所述流路的阀门之间。
另外，散热器可设置在再循环流路的出口和发动机进气分配器之间的进气回路上。
而且，传感器能够测量再循环流路的阀门端口的压力差，所述流路可包括如设置在所述流路和所述阀门之间的热电偶这样的温度传感器。当再循环流路包括散热器时，温度传感器可被安放在散热器和所述阀门之间。
在所有上述内容中，在再循环流路中使用的这些单个传感器为：
-提供所述阀门端口压力差值的传感器，
-提供所述阀门上游温度值的传感器，和
-能够确定所述阀门位置的传感器，尤其是能够确定形成于活门阀和阀门之间的角度的传感器，如前所提及的，该角度为再循环流路的选择闭阀的活门阀和沿容纳阀门的再循环流路段延伸的轴线之间的夹角。
上面提及的这些单个传感器与关联于再循环流路排气流动的量直接相互影响。
所述组件可不设置设置在再循环流路入口下游的排气回路中的阀门，并适用于增加再循环流路的阀门端口压力差。
可变化地或与上述内容相结合，所述组件可不设置有设置在再循环流路出口上游的进气回路中的阀门，并适用于增加再循环流路的阀门端口压力差。
根据其又一方面，本发明的又一目的在于，提供一种装置，用于实施上面定义的方法，配置所述装置用于：
-比较所述再循环流路的所述阀门的端口压力差值与预设值，和，
-当所述测量的压力差值大于预设值时，利用所述压力差值来确定发动机中EGR率，和当所述测量的压力差值小于预设值时，利用再循环流路的阀门的位置来确定发动机中EGR率，而无需使用所述测量的压力差值。
上面提及的全部或部分特征与应用所述装置的方法相关。
附图说明
通过对接下来的非限制其实施的实例的详细描述的阅读和对所附附图的研究，将更好地理解本发明，其中：
-图1以示意性地表示出可实施本发明的组件，和
-图2为图1的发动机的“扭矩/速度”图表，表示出根据再循环流路的阀门端口的压力差值来确定发动机EGR率的区域，以及根据所述阀门位置来确定发动机EGR率的区域。
具体实施方式
在图1表示的组件1中，可根据本发明实施确定热力发动机M的EGR率。在实施例中的该组件1被整合到车辆上且包括内燃热力发动机M。发动机M包括具有多个汽缸的燃烧室2，在所描述的实施例中为四个，且燃烧室2被用于容纳助燃剂和燃料的混合物。在所描述的实施例中，所述燃料为汽油，但是本发明不限于这种燃料的实施例，而例如可应用如柴油作为燃料。
发动机M具有与进气回路3相连接的入口和与排气回路4相连接的出口。
在所考虑的实施例中，进气回路3具有空气过滤器6和用于新鲜空气的进气通道7。在该实施例中，进气回路3还包括涡轮增压机的压缩机8、能够冷却来自压缩机8的气体的散热器9。该散热器9通常称为“RAS”，其表示“refroidisseur d’air de suralimentation，增压空气散热器”。散热器9的出口连接到发动机M的进气分配器10，并能够使气体占用发动机M的燃烧室2。
排气回路4在发动机M的燃烧室2的出口处具有排气分配器12，排气分配器12连接到排气通道13。此外，排气回路4包括涡轮增压机的涡轮机14，旋转联结于进气回路的压缩机8。由排气回路4中流通的排气驱动涡轮机14。涡轮机14的出口于此处被连接有催化剂15，催化剂15本身被连接于排气回路4的出口。
组件1还包括的再循环流路20，其能够使流通在排气回路4中的排气全部或部分地回注到发动机M中。该再循环流路具有的通道21在排气回路3的入口22和进气回路3的出口23之间延伸。通过再循环流路20的入口22抽取排气回路4的排气，在考虑的实施例中再循环流路20的入口22设置在催化剂15的下游。
通过再循环流路的出口23将排气回注到发动机M的上游，再循环流路的出口23在考虑的实施例中设置在空气过滤器6和压缩机8之间。在本实施例中，再循环流路20为低压流路，这是因为在该流路20中流通的排气被在涡轮机14下游的排气回路4的出口处抽取，此处的压力相对较低。
如图1所示，在考虑的实施例中流路20包括在流路20中流通的排气的散热器26。
在考虑的实施例中流路20还包括温度传感器28且此处其设置在散热器26的下游，在阀门29的上游，阀门29能够控制流路20中的排气流量。
在图1的实施例中，阀门29为独立阀门，又称为“单阀”。配置该阀门29用于从没有任何气体在再循环流路20中流通的关闭位置通向多个开启位置，多个开启位置彼此的不同之处在于阀门29的开启程度。例如配置阀门29用仅呈现一定数量的预设开启位置，例如三个或四个。该阀门29具有图1未表示出的活门阀。
阀门29设置在通道21的直线段，且该阀门29的位置可由活门阀与通道21的所述段的轴线之间的角度表征。在所考虑的实施例中，当阀门29在关闭位置上时，在活门阀和所述轴线之间形成的角度为90°，且当阀门29在完全开启的位置上时，该角度可为零度。
为了确定阀门29的位置，可使用传送了代表阀门29位置量值的传感器30。该量能够例如确定阀门的开启程度，如上面所解释的，用活门阀与所述轴线之间的角度表达。
如图1所表示的，可使用测量阀门29的端口压力差的传感器31。
再循环流路20可不设置所有其它传感器，而仅设置温度传感器28，能够确定阀门29的位置的传感器30，和测量所述阀门29的端口压力差的传感器31。
在进气回路3中呈现了未表示出的另一传感器，该传感器尤其设置在压缩机8的上游和再循环流路20的出口23的下游。
组件包括确定EGR率的装置35，装置35可以整合或不整合到车辆的发动机控制单元(ECU)。装置35例如设置有数字处理单元，例如是一个或多个微控制器。
为了确定发动机M的EGR率，装置35首先执行由传感器31提供的压力差值与预设值之间的比较，尤其是由车辆发动机控制单元施加的压力。该预设值例如为15mbar。
当由传感器31提供的压力差值大于预设值时，使用该由传感器31提供的值来配置装置35，以用于确定发动机M的EGR率。
例如，该确定基于对再循环流路20的EGR的质量流的确定，尤其利用St Venant公式计算该流量：
TEGR表示在所述阀门29上游的再循环流路20中的排气温度，此处该温度由温度传感器28提供，
SEGR表示在所述阀门29位置处的再循环流路20中的排气通道截面面积，
Pe为所述阀门29上游的排气压力，
Pf为所述阀门29下游的排气压力，例如通过设置在进气回路3中的在流路20的出口23和压缩机8之间的压力传感器确定该压力，
r为气体常数，值为287，和
γ为气体绝热指数，值为1.37。
可利用由传感器31提供的值来执行对阀门29的上游排气压力Pe的确定，以用于所述阀门29的端口压力差，通过：
-使用所述阀门29下游的排气压力值Pf，该值通过利用设置在进气回路3中的和上面提及的压力传感器得到，和
-通过相加所述阀门下游的压力Pf和由传感器31提供的值来确定所述阀门29的上游处的排气压力Pe。
该质量流QEGR等于发动机M中的来自再循环流路20的排气质量流，可利用如下等式计算EGR率：
τEGR表示发动机的EGR率，
Qadm表示热力发动机M的进气的质量流。
在所描述的实施例中，尤其利用压缩机8的质量流来确定Qadm。利用测量压缩机8的旋转速度的传感器和分别测量压缩机8的入口压力Pa和出口压力Ps的传感器，可使用表达连接于它们之间的压缩机的曲线：压缩机的压力比Pa/Ps、旋转速度、和质量流。
得到了压缩机8的压力Pa、Ps和旋转速度，可推导出压缩机的质量流。考虑到该压缩机质量流等于Qadm，可推导出发动机的EGR率。
而且，配置装置35用于在由传感器31提供的压力差值小于预设值时，利用该压力差值来确定发动机的EGR率。
在这种情况下，利用阀门29的位置来执行确定发动机M的EGR率。
为了确定发动机的EGR率τEGR，使用如下等式：
Qair表示再循环流路20的出口23上游的进气回路3中的新鲜空气的质量流。
根据Bernoulli公式，质量流Q关联于通道截面面积S、体积量ρ和压力变化ΔP，如：
认为ΔPEGR和ΔPair是基本相等的，且认为空气和排气是理想气体，发动机的EGR率的表达等式可简化为
SEGR总是表示阀门29位置处流路20的排气通道截面面积，
Tair表示流路20的出口23上游的进气回路3的空气温度，和
Sair表示流路20的出口23上游的进气回路3的新鲜空气的通道截面面积。
已知通道截面面积Sair，且由于温度传感器28已知温度Tair和温度TEGR，已知SEGR值，足以确定发动机的EGR率。
利用阀门29的位置通过装置35确定该SEGR值，后者是例如通过已经提及的传感器30而已知。
在该目的中，例如使用形成于阀门29的活气阀和沿容纳阀门29的管道21的一段延伸的轴线之间的角度值。
当阀门29的端口压力差值很小时，还可无需使用阀门29的端口压力差值而以可靠的方式确定EGR率。
图2以图形表示出“发动机的扭矩/速度”：
-在区域40中利用阀门29的端口压力差值来执行确定发动机的EGR率，和
-在区域41中利用阀门29的位置来执行确定发动机的EGR率。如可见到的，区域40主要涉及对应于需要大扭矩的情况，而区域41主要涉及对应于需要小扭矩的情况。
本发明不限于所描述的实施例。
表达“包括一个”应理解为类似的表达“包括至少一个”，除非有相反的特指。

Claims (10)

1.一种确定组件(1)的发动机(M)的EGR率(τEGR)的方法，包括：
-所述发动机为热力发动机(M)，该热力发动机具有连接于进气回路(3)的入口和连接于排气回路(4)的出口，和，
-再循环流路(20)在排气回路(4)的入口(22)和进气回路(4)的出口(23)之间延伸，以能够使在排气回路(4)中循环的全部或部分排气被回注到进气回路(3)中，所述流路(20)包括至少一个阀门(29)，配置用于从防止排气回注到进气回路(3)的闭合位置通向能够回注排气的至少一个开启位置，
其中：
-测量再循环流路(20)的阀门(29)的端口压力差值，
-比较所述测量的压力差值与预设值，和
-当所述测量的压力差值大于预设值时，利用所述压力差值确定发动机(M)的EGR率，和当所述测量的压力差值小于预设值时，利用再循环流路(20)的阀门(29)的位置确定发动机(M)的EGR率，而无需使用所述测量的压力差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预设值在5mbar和25mbar之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当利用在再循环流路(20)的阀门(29)的端口测量的压力差来确定发动机的EGR率时，使用在再循环流路(20)中的排气的质量流(QEGR)的值，利用如下公式计算该质量流：
QEGR表示在再循环流路(20)中的排气的质量流，
TEGR表示在所述阀门(29)上游的再循环流路(20)中的排气温度，
SEGR表示在所述阀门(29)位置处的再循环流路(20)中的排气通道截面面积，
Pe为所述阀门(29)上游的排气压力，
Pf为所述阀门(29)下游的排气压力，
r为气体常数，值为287，和
γ为气体绝热指数，值为1.37。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，当利用再循环流路(20)的阀门(29)的位置来确定发动机(M)的EGR率时，使用等式
τEGR表示发动机的EGR率，
SEGR表示在所述阀门(29)位置处的再循环流路(20)中的排气通道截面面积，
Tair表示再循环流路(20)的出口(23)上游的进气回路(3)中的空气温度，和
Sair表示再循环流路(20)的出口(23)上游的进气回路(3)中的空气通道截面面积。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，利用所述阀门(29)的位置确定所述阀门(29)位置处的再循环流路(20)中的排气通道截面面积(SEGR)值。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述再循环流路(20)为低压流路。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述热力发动机(M)为汽油发动机。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述热力发动机为机动车辆的发动机。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预设值大于15mbar。
10.一种用于实施根据前面任意一项权利要求所述的方法的装置(35)，配置所述装置用于：
-比较所述再循环流路(20)的所述阀门(29)的端口压力差值与预设值，和，
-当所述测量的压力差值大于预设值时，利用所述压力差值确定发动机(M)的EGR率，和当所述测量的压力差值小于预设值时，利用再循环流路(20)的阀门(29)的位置来确定发动机(M)的EGR率，而无需使用所述测量的压力差值。
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