CN1416541A - 求出流经控制阀的物流量和模型化进气管压力的方法和装置 - Google Patents

Abstract

求出流经控制阀的物流量和模型化进气管压力的方法和装置为提高精度，即便阀被污染了，也要如此适应性调整阀的流量特性曲线，即用一个可变的偏差值来加权阀位置输入值。为计算进气管压力的稳固模型(psaugm)，应求出模型化的循环废气分压(pagr)，这种分压与循环废气的实际分压之差尽可能小。为此，根据阀位置地由在废气再循环管道里的阀的流量特性曲线推导出模型化的循环废气分压(pagr)。根据模型化进气管压力(psaugm)与所测进气管压力(psaug)之差(ΔPs)，适应性地修正(19)由流量特性曲线推导出的模型化循环废气分压。

Description

求出流经控制阀的物流量和模型化进气管压力的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于求出在具有废气再循环系统的内燃机中的流经控制阀的物流量和模型化进气管压力的方法及装置，其中形成由新鲜气体分压与循环废气分压之和。

背景技术

在汽车控制领域的许多应用场合中，了解流经控制阀的物流量是非常重要的。例如，要确定分压，准确了解流经废气循环控制阀的物流量对于确定分压是很重要的。由于阀位置与控制阀中物流量的关系随着时间推移而因各种不同因素如老化、污染等而变化，因此必须要适应这种关系，以便提高物流量测定精度，尤其是在阀受到污染时。

例如，从专利DE19756919A1中知道了，进气管压力是由新鲜气分压和循环废气分压之和算出的。

尤其是在汽油直喷式奥托发动机的情况下，必须有一个外部废气再循环系统，以便遵守废气NOx排放的法定要求极限值。废气NOx排放量的提高主要出现在发动机分层运转时，其空气/燃油比λ＞1。通过其中从废气管路中获取废气量并通过废气循环阀将其又供给内燃机的废气再循环系统，降低了燃烧过程的最高温度并因而减少了NOx排放。

循环废气分压在废气再循环管道里是无法测量的。因而，只能求出循环废气的一个模型。现在，为了能够实现尽可能没有误差的且与循环废气分压有关的稳固的进气管压力模型，为循环废气分压建立一个误差尽可能少的模型是很关键的。

发明内容

所述任务通过独立权利要求所述的特征来完成。

为了提高精度，借助一个偏差值来调适阀的流量特性曲线，由该特性曲线求出流经阀的物流量，所述偏差值与阀位置有关。当阀被程度不同地污染时，这种偏差值相对阀位置上保持不变。相反地，若是一个与物流量有关的偏差值，则可以发现，在阀开口度变小的某种污染程度情况下，偏差值减小。

当被用在一个废气再循环控制阀上时，就得到了突出的优点。不过，在其它控制阀(例如节流阀等)中也获得了这些优点，其中这些控制阀的流量是在一条特性曲线的基础上根据阀位置地求出的。

有利的是，模型化的再循环废气分压是由一个位于废气再循环管道里的阀的流量特性曲线并根据阀位置而推导出来的，根据模型化进气管压力于所测进气管压力之差，对由该流量特性曲线推导出的模型化循环废气分压进行适应性修正。

本发明的其它有利改进方案见从属权利要求。

合理的是，与废气循环阀的流量特性曲线相关地求得流经废气循环阀的物流量；然后，将物流量除以发动机转速，由此由物流量算出进气管的相对进气程度，最后，由进气管里的相对进气程度推导出循环废气分压。

更合理的是，如此由流经进气管中的节流阀的空气流量求出进气管里的新鲜气体相对进气程度，即将空气流量除以发动机转速，然后，由新鲜气体相对进气程度推导出新鲜气体分压。

附图说明

以下，结合附图所示的实施例来详细描述本发明，其中：

图1是具有废气再循环系统的内燃机的示意图；

图2是用于计算模型化进气管压力的功能图；

图3表示图2所示功能图的一个细节，它用于适应性地调节废气循环阀的流量特性曲线；

图4是用一个与阀位置有关的偏差值来修正流量特性曲线的流程图。

实施例的描述

图1示意地表示一台内燃机1，它具有一条废气道2和一根进气管3。从废气道2中分出一条废气再循环管道4，它通入进气管3。在废气再循环管道4里有一个阀5。通过废气循环阀5，可控制再循环的废气量或循环废气分压pagr。在废气再循环管道4的通口的后面，在进气管3里设有一个压力传感器6，它测量进气管压力psaug。在废气再循环管道4的通口的前面有一个节流阀7，它具有一个测定节流阀位置wdk的电位计8。在节流阀7前面，在进气管3里设有一个空气量传感器9，它测量流经节流阀7的空气流量msdk。此外，在进气管3里，在节流阀7前面有一个测量在节流阀前的进气管中压力pvdk的压力传感器10和一个测量进气温度TANS的温度传感器11。在废气再循环管道4里，在废气循环阀之前有一个测量在废气循环阀5前的废气压力Pvagr的压力传感器12和一个测量在废气循环阀5前的废气温度Tabg的温度传感器13。

所有上述检测值都输送给一个控制装置14，其中包括测量的进气管压力psaug、节流阀位置wdk、在节流阀前的空气流量msdk、在节流阀前的压力Pvdk、进气温度Tans、废气循环阀5的位置vs、由一个传感测得的发动机转速nmot、在废气循环阀前的废气压力Pvagr和在废气循环阀前的废气温度Tabg。这些值Pvdk，Tabg和Pvagr也可以通过模型计算而由发动机的其它工作参数求得。控制装置14还根据上述输入值求出新鲜气体分压pfg和循环废气分压pagr。

如图2的功能图所示，通过新鲜气体分压pfg和模型化循环废气分压pagr的一个加法逻辑电路16形成所希望的模型化进气管压力psaugm。以下要说明控制装置14是如何导出新鲜气体分压Pfg和循环废气分压pagr的。

为了求出循环废气分压pagr，首先按公式(1)计算流过废气循环阀的流量msagr。 $\mathrm{msagr}=\mathrm{fkmsagr}\·[\mathrm{msnagr}\left(\mathrm{vs}\right)+\mathrm{msnagro}]\·\mathrm{pvagr}/1013\mathrm{hPa}\·\sqrt{273/\mathrm{Tagr}})$ $\·\mathrm{KLAF}(\mathrm{psaug}/\mathrm{pvagr})---\left(1\right)$

在公式(1)中，msnagr(vs)表示当在废气循环阀前的废气压力Pvagr为1013hpa、Tagr＝213K、psaug/Pvagr＜0.52时的流经废气循环阀的标准流量。该标准流量msnagr对应于通常由阀厂家提供使用的并存储在功能块17里(见图2)的废气循环阀5的流量特性曲线。该标准流量msnagr(vg)也是一个根据流量特性曲线而与阀位VS相关地推导出来的值。流量特性曲线只考虑了废气循环阀5的功能，而没有考虑由加工误差和老化引起的流量变化以及废气再循环管道4的流量特性。因此，在公式(1)中，为流经废气循环阀的流量msagr规定了修正项fkmsagr和msnagro，它们可被相应地改变。修正项msnagro考虑了流量特性曲线的偏差。KLAF是一个从特性曲线中取出的值，它以与声速成比例的流经废气循环阀的流速作为在废气循环阀后的压力psaug与在废气循环阀之前的压力Pvagr的压力比的函数。当psaug/Pvagr＜0.52时，出现声速，当psaug/Pvagr＞0.52时，流速降到声速以下。

在按照公式(1)算出流经废气循环阀的流量msagr后，在功能块17中换算出进气管中的循环废气相对进气程度rfagr。

rfagr＝msagr/(nmot·K)                        (2)

常数K与气缸工作容积和空气标准密度有关。

最后，按照公式(3)，根据通过进气管中的循环废气而得到的循环废气相对进气程度来计算出分压pagr。

pagr＝rfagr/(KFURL·ftsr)                     (3)

综合特性曲线参数KFURL说明了有效气缸工作容积与气缸工作容积之比。参数ftsr反映了273K与燃烧室内气体温度的温度比。

为确定进气管内的新鲜气体分压pfg，首先要按公式(4)求出进气管内的新鲜气体相对进气程度rlfg。

rlfg＝msdk/(nmot·K)                          (4)

进气管内的新鲜气体相对进气程度rlfg可以由在节流阀前的空气流量msdk除以发动机转速nmot和常数k(见公式(2))而算出。

在算出新鲜气体相对进气程度rlfg后，在功能块18中按公式(5)由此推导出新鲜气体分压pfg。

pfg＝rlfg/(KFURL·ftsr)                       (5)

新鲜气体分压Pfg也由新鲜气体相对进气程度rlfg除以与公式(3)有关地已说过的参数KFURL和ftsr而求出。

在节流阀前的空气流量msdk或是用传感器9来测量，或是按公式(6)根据其它工作参数推导出来。 $\mathrm{msdk}=\mathrm{msndk}\left(\mathrm{wdk}\right)\·\mathrm{pvdk}/1013\mathrm{hPa}\sqrt{273/\mathrm{Tans}}\·\mathrm{KLAF}(\mathrm{psaug}/\mathrm{pvdk})---\left(6\right)$

msndk(wdle)表示流经节流阀的标准流量，此时，在节流阀前的压力pvdk为1013hpa，进气温度Tans＝273K，节流阀前后的压力比psaug/Pvdk＜0.52。KLAF值来源于一条特性曲线并作为节流阀处的压力比psaug/Pvdk函数地提供了与声速成比例的流经节流阀的流速。当psaug/Pvdk＜0.52时，出现声速，当psaug/Pvdk＞0.52时，流速就低于声速。

如上所述，在功能块17里，由流量特性曲线导出的循环废气分压pagr是有误差的，这是因为废气循环阀5的这种流量特性曲线没有考虑制造公差、由老化引起的流量变化以及废气再循环管道4的流量特性等因素。为了减小循环废气分压pagr的误差，设置一个功能块19，在该功能块里，对循环废气分压进行修正。修正的目的就是要使在修正后提供使用的模型化循环废气分压pagr尽可能准确地对应于废气再循环管道中的实际分压，从而使得由新鲜气体分压pfg和循环废气分压pagr之和而得到的模化进气管压力psaugm尽可能真实。为了对循环废气分压pagr进行误差修正，通过产生模型化进气管压力psaugm与压力传感器6所测得的进气管压力psaug之差值20而形成一个修正值Δps，该修正值被输送给一个功能块19。

如图3所示，修正值Δps经过一个开关21被送给一个积分器22或一个积分器23。积分器22提供了在公式(1)中出现的修正项fkmsagr，而积分器23提供了偏差修正项msnagro。积分器22、23使修正项fkmsagr、msnagro如同修正参数Δps所规定的那样增长。通过修正项fkmsagr和msnagro，就在功能块20里使循环废气分压pagr适应性变化，直到所测的进气管压力psaug与模型化进气管压力psaugm之差达到最小为止。在控制块21里，进行阈值判定，它确定所测进气管压力psaug是否超出了阈值400hpa。若所测进气管压力psaug位于阈值400hpa之上，则只有用于修正项msnagro的积分器23受修正值Δps的控制。若所测进气管压力psaug低于阈值400hpa，则修正值Δps就转换到用于修正项fkmsagr的积分器22。

为确定分压，需要流经阀的流量。这种流量是在一个可适应的特性曲线的基础上与阀位置相关地确定的。一条这样的特性曲线也可能与其它应用场合相关地是很重要的，因而所描述的特性曲线适应作用不仅仅被用在废气循环场合。因而，例如同样也按照一条流量特性曲线来确定流经一个节流阀的空气流量，该特性曲线同样可能由于阀污染而变化。偏差值如图3所示地例如通过积分由一个在用特性曲线算出的值与一个测量值之差形成。

图4表示适应一个这样的流量特性曲线的流程图。输入值是阀位置vp。在逻辑电路点25处，使阀位置与求得的偏差值off(在一个AGR阀的实施例中为ofvpagr，例如见图3，偏差值msnagro)逻辑联接(相加)。该结果用于标明流量特性曲线MSNTAG26的地址，特性曲线的输出值就是流经控制阀的标准流量msnv(在AGR阀的实施例中，为msnagrv)，该标准流量在必要时通过逻辑电路27(除)与其中一个标准流量斜率适应系数msn(在AGR阀的实施例中，为msnagr)逻辑联接。

在上面的实施例中，借助流经AGR阀的流量特性曲线来确定分压，偏差值如公式(1)所述地与流量有关。更有利的是，在这里，也使其与阀位置有关。于是，就得出如下的流量计算公式： $\mathrm{msagr}=1/\mathrm{fkmsagr}\·\left[\mathrm{msnagr}\right]\·\mathrm{pvagr}/1013\mathrm{hPa}\·\sqrt{273/\mathrm{Tagr}}$ $\·\mathrm{KLAF}(\mathrm{psaug}/\mathrm{pvagr})---\left(7\right)$

该公式表示与阀污染有关的流经AGR阀的流量的准确物理特性。与公式(1)不同，无法再知道偏差。在标明流量特性曲线地址时，对偏差进行分析，特性曲线的输出信号就是参数msnagr(在标准条件下的流量)。输出值就不再调适了，确切地说，通过特性曲线输入值的偏差即阀位置来使输出值相适应。

Claims (7)

1.一种用于求得流经一个控制阀的物流量的方法，

-掌握阀的位置；

-其中按照一条特性曲线并与该位置相关地确定所述物流量，

-其中通过一个可变的偏差值使该特性曲线相适应，其特征在于，

-用该偏差值来修正阀位置并由特性曲线并根据修正后的阀位置确定所述物流量。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，由一个基于该物流量算出的值与测量值之差来推导出所述偏差值。

3.一种用于求得具有废气再循环系统的内燃机的模型化进气管压力的方法，其中新鲜气体分压(pfg)与循环废气分压(pagr)相加，其特征在于，模型化的循环废气分压(pagr)由一个位于废气再循环管道(4)里的阀(5)的流量特性曲线并根据阀位置(vs)推导得出；根据模型化进气管压力(psaugm)与所测进气管压力(psaug)之差(Δps)来适应性修正(20)所述的由流量特性曲线导出的模型化循环废气分压(pagr)。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，根据废气循环阀(5)的流量特性曲线来求出流经废气循环阀(5)的流量，通过用发动机转速来除所述物流量，由所述物流量计算出进气管(3)中的相对进气程度；由进气管(3)中的相对进气程度推导出循环废气分压(pagr)。

5.按权利要求3所述的方法，其特征在于，如此由流经进气管(3)中的节流阀(7)的空气流量(msdk)求出进气管(3)中的新鲜气体相对进气程度，即用发动机转速(nmot)去除空气流量(msdk)；由新鲜气体相对进气程度推导出新鲜气体分压(pfg)。

6.一种用于求出流经一个控制阀的物流量的装置，它有一个检测该控制阀的位置的控制单元，该控制单元按照一条特性曲线并根据所述位置来确定该物流量并且它通过一个可变的偏差值来调适该特性曲线，其特征在于，该控制单元具有用所述偏差值来修正阀位置的并由所述特性曲线且根据修正后的阀位置来确定物流量的装置。

7.一种用于求得具有废气再循环系统的内燃机的模型化进气管压力的装置，它形成了新鲜气体分压(pfg)与循环废气分压(pagr)之和，其特征在于，设有装置(17)，它由一条一个位于一条废气再循环管道(4)里的阀(5)的流量特性曲线并根据阀位置(vs)推导出模型化循环废气分压(pagr)；设有其它装置(19)，这些装置根据模型化进气管压力(psaug)与所测进气管压力(psaug)之差(Δps)对由该流量特性曲线导出的模型化循环废气分压(pagr)进行适应性修正。

Images