JP2004011643A - Method and device for determining secondary air mass flow rate in internal combustion engine - Google Patents

Method and device for determining secondary air mass flow rate in internal combustion engine Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for determining secondary air mass flow rate in internal combustion engine, which enables further rapid and precise determination of secondary air mass flow rate. <P>SOLUTION: This method and device for determining secondary air mass flow rate (msl) in an internal combustion engine 1 enables the further rapid and precise determination of the secondary air mass flow rate (msl). In this case, secondary air is branched from an air mass flow supplied to the internal combustion engine 1, and carried into an exhaust system 5. The first air mass flow rate value to the air mass flow in front of the branch point of secondary air and the second air mass flow rate value to the air mass flow in rear of the branch point of secondary air are determined. The secondary air mass flow rate (msl) is determined from the difference between both the air mass flow rate values. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関における二次空気質量流量の決定方法および装置に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二次空気質量流量の決定は、排気系内のラムダ・センサ（Ｏ２センサ）により測定されたλ値に基づいて行われてきた。この場合、一方で、二次空気質量流量の決定は、排気系内に存在する触媒の加熱過程の間に行われる。しかしながら、二次空気質量流量を十分正確に決定するためにラムダ・センサが作動可能状態となるのは、一般に、内燃機関の始動後きわめて遅くなるので、二次空気質量流量の決定は、さらに遅い時点に、再度、行われなければならない。これは、一般に、暖機状態の内燃機関におけるアイドリング状態において行われる。この場合、機関空気質量流量は、低温始動の間よりも小さくなるので、排気ガスのλ値は、それに対応して、よりリーンである。λ値のこの範囲において、ラムダ・センサの許容誤差は、排気ガスのλが値１の場合よりも、大きくなる。
【０００３】
二次空気の診断において、ラムダ・センサのλ値から、実際に排気系内に流入された二次空気が計算される。さらに、二次空気質量流量の計算のために、機関空気質量流量およびλ制御のλ制御係数の平均値が必要となる。
【０００４】
λ値から決定された二次空気質量流量を、バッテリ電圧、排気ガス背圧並びに空気密度から計算された二次空気質量流量で除算することにより、いわゆる相対二次空気質量流量が得られ、この相対二次空気質量流量は、診断を行うために、所定のしきい値と比較される。
【０００５】
この方法において、一方で、ラムダ・センサは、露点終端温度の関数としてのある時間後に、はじめて作動可能状態となり、他方で、ラムダ・センサの測定許容誤差は、λ値の上昇と共にしたがって、排気ガスのリーン化の上昇と共に大きくなる、という欠点がある。
【０００６】
露点終端温度とは、いわゆる露点終端に到達したときの温度、即ち排気系５内の排気ガスの流れ方向におけるラムダ・センサ７０の手前に、もはや液状の水が存在していないときの温度である、と理解される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、二次空気質量流量のより迅速且つより正確な決定を可能にする、内燃機関における二次空気質量流量の決定方法および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
内燃機関における二次空気質量流量に関する本発明による決定方法および本発明による決定装置は、従来技術に比較して、二次空気の分岐点の手前における空気質量流れに対する第１の空気質量流量値と二次空気の分岐点の後方における空気質量流れに対する第２の空気質量流量値とが決定され、二次空気質量流量が、両方の空気質量流量値の差から決定されるという利点を有している。このようにして、実際に排気系内に流入された二次空気質量流量の決定は、ラムダ・センサのλ値とは無関係である。したがって、二次空気質量流量は、特に低温始動における始動過程の間に予め早期に、したがって触媒の加熱過程の間に既に、決定することができる。このとき、追加診断、ないし、のちの時点（例えば内燃機関の暖機状態）における二次空気質量流量の決定は、もはや必要ではない。二次空気質量流量の決定は、ラムダ・センサとは無関係に行われるので、決定された二次空気質量流量は、特にリーンな排気ガス混合物におけるラムダ・センサの測定許容誤差の影響を、もはや受けることはない。したがって、二次空気質量流量の決定を、より高い精度で行うことができる。
【０００９】
従属請求項に記載の手段により、主請求項に記載の方法の有利な拡張および改善が可能である。
第１の空気質量流量値が、特にホット・フィルム空気質量流量計により測定されるとき、それは特に有利である。このように、内燃機関に供給される空気質量流量のための既存の測定装置を、二次空気質量流量の測定に使用できるので、二次空気質量流量の決定のための追加費用は、必要ではない。
【００１０】
他の利点は、第２の空気質量流量値が、二次空気の分岐点の後方における内燃機関への空気供給管内の空気圧、特に吸気管圧力センサにより測定された空気圧から、導かれることにある。これにより、第２の空気質量流量値を決定するために、既存の測定装置を共用し、追加費用を節約することができる。
【００１１】
このことは、空気質量流れに対する第２の空気質量流量値が、特に第２のホット・フィルム空気質量流量計により、測定されるときにも当てはまる。
他の利点は、空気質量流れに対する第２の空気質量流量値が、二次空気の分岐点の後方における内燃機関への空気供給管内の操作要素の状態から、導かれるときに得られる。この場合においても、操作要素の状態を測定するための既存の測定装置が、第２の空気質量流量値の決定に対して共用されるので、追加費用が節約される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施態様が図面に示され、以下にこれを詳細に説明する。
図１において、符号１は、内燃機関（例えば、オットー・サイクル機関またはディーゼル・エンジン）を示す。内燃機関１に、空気供給管２０を介してフレッシュ・エアが供給され、空気供給管２０は、この例においては吸気管として形成されるべきものである。吸気管２０内に、図１に記号で表わされているように、絞り弁５５も、配置されている。吸気管２０は、分岐点３０を含み、分岐点３０において、吸気管２０から二次空気配管が分岐する。二次空気配管６０内に、二次空気ポンプ６５が配置されている。二次空気ポンプ６５は、最も簡単な場合、一定ポンプ出力で作動し、スイッチのオン・オフだけである。しかしながら、可変ポンプ出力を有する二次空気ポンプ６５が、使用されてもよい。二次空気配管６０は、供給点３５において、内燃機関１の排気系５内に合流する。排気ガスの流れ方向において供給点３５の後方の排気系５内に、ラムダ・センサ７０が設けられている。排気系５内で、ラムダ・センサ７０に、触媒７５が後続している。吸気管２０は、内燃機関に供給される空気の流れ方向において分岐点３０の手前に、第１の空気質量流量測定装置を含み、この第１の空気質量流量測定装置は、例えばホット・フィルム空気質量流量計として形成されていてもよい。吸気管２０は、流れ方向において分岐点３０の後方に、空気圧測定装置１５を含み、この空気圧測定装置１５は、例えば吸気管圧力センサとして形成されていてもよい。この場合、空気圧測定装置は、流れ方向において絞り弁５５の後方の吸気管２０内に、配置されている。絞り弁５５も同様に、流れ方向において分岐点３０の後方に、配置されている。絞り弁５５は、吸気管２０内の空気質量流れを調節するための操作要素を示す。さらに、吸気管２０の手前で、二次空気配管６０を介して分岐された二次空気の二次空気質量流量ｍｓｌを決定するための装置２５が設けられている。センサ１００（例えばポテンショメータ）は、当業者に既知のように、絞り弁５５の位置を決定し且つ決定値を装置２５に出力する。装置２５は、以下において、制御ユニットとも呼ばれる。制御ユニット２５に、第１の空気質量流量測定装置１０の測定信号と空気圧測定装置１５の測定信号とが供給される。この場合、第１の空気質量流量測定装置１０の測定信号は、フレッシュ・エアの流れ方向において分岐点３０の手前の空気質量流れに対する第１の空気質量流量値を示す。空気圧測定装置１５の測定信号は、残存フレッシュ・エアの流れ方向において分岐点３０の後方の空気質量流れに対する第２の空気質量流量値を表わす。制御ユニット２５は、内燃機関１を操作し、また、可変ポンプ出力を有する二次空気ポンプ６５において、追加態様または代替態様として、二次空気ポンプ６５ないしそのポンプ出力を操作することができる。
【００１３】
図２に、制御ユニット２５内で実行される過程を説明するために、制御ユニット２５が、ブロック回路図の形で示されている。制御ユニット２５は、第１の空気質量流量測定装置１０の測定信号から第１の空気質量流量値ｍｓｈｆｍを決定するための手段４０を含む。第１の空気質量流量測定装置１０として例えばホット・フィルム空気質量流量計を使用する場合のように、第１の空気質量流量測定装置１０が、測定信号として予め第１の空気質量流量値ｍｓｈｆｍを提供するとき、手段４０によるこの値の後処理は必要ではない。この場合にはむしろ、手段４０は、第１の空気質量流量測定装置１０から受け取られた第１の空気質量流量値ｍｓｈｆｍを素通りさせ、即ち変換または後処理を行うことなく、二次空気質量流量ｍｓｌを決定するための後続の手段５０に転送することができる。この場合、手段５０は、制御ユニット２５の一部でもある。さらに、制御ユニット２５は、空気圧測定装置１５により提供された測定信号から第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓを決定するための手段４５を含む。この測定信号は、吸気管圧力であるので、手段４５により第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓへ変換することが必要である。この場合、吸気管圧力から空気質量流量を導くことは、当業者に既知のように行うことができる。このとき、吸気管圧力の測定信号から、次の方程式
ｒｌ［％］＝（ｐｓ−ｐｂｒｉｎｔ）＊ｆｕｐｓｒｌ
により、シリンダ内の相対空気充填量ｒｌが計算される。ここで、ｐｓは、吸気管圧力であり、ｐｂｒｉｎｔは、内部残留ガスの分圧であり、ｆｕｐｓｒｌは、圧力を充填量に換算するための係数である。
【００１４】
相対空気充填量ｒｌから、次の方程式
ｍｓｐｓｄｓｓ＝ＫＯＮＳＴＡＮＴＥ＊ｎｍｏｔ＊ｒｌ
により、シリンダ内に流入する空気質量流量が計算される。この場合、ＫＯＮＳＴＡＮＴＥは、
【００１５】
【数１】

Figure 2004011643
のように計算される。ここで、ｎｍｏｔは、機関回転速度［１／分］であり、ＫＷＵは、作業サイクルごとのクランク軸の回転数であり、ＮＷＵは、作業サイクルごとのカム軸の回転数であり、Ｚｙｌｚａは、シリンダ数であり、ＶＨは、すべてのシリンダの行程容積である。
【００１６】
このとき、手段４５は、吸気管圧力から計算された第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓを、同様に手段５０に出力する。手段５０は、第１の空気質量流量値ｍｓｈｆｍと第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓとの差から、二次空気質量流量ｍｓｌを計算する。
【００１７】
供給される二次空気質量流量ｍｓｌが多少減少した場合、二次空気ポンプ６５の劣化または二次空気配管６０内の絞り損失を、推測することができる。二次空気ポンプ６５と供給点３５との間の破断は、二次空気質量流量ｍｓｌの供給量の著しい偏差に基づいて検出することができ、このとき、二次空気ポンプ６５は、排気ガス圧力を背圧とする代わりに、周囲圧力を背圧として作動する。二次空気ポンプ６５と供給点３５との間の二次空気配管６０の欠陥ないし故障は、追加態様または代替態様として、ラムダ・センサ７０により決定された排気系５内の燃空比から決定されてもよい。制御ユニット２５はさらに、制御８０を含み、この制御８０に、決定された二次空気質量流量ｍｓｌが供給されている。制御８０は、二次空気質量流量ｍｓｌの関数として、内燃機関１と特に燃料噴射量とを操作する。可変ポンプ出力を有する二次空気ポンプ６５において、追加態様または代替態様として、制御８０が、二次空気ポンプ６５ないしそのポンプ出力を操作するように設計されていてもよい。これが、図１においてと同様に、図２においても破線で示されている。
【００１８】
代替態様として、空気圧測定装置１５の代わりに、第２の空気質量流量測定装置が使用され、この第２の空気質量流量測定装置が、測定信号として第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓを直接に、制御ユニット２５およびその中の手段４５に出力するように設計されていてもよい。この場合、手段４５に対しても、他の換算が必要ではないので、第２の空気質量流量測定装置から受け取られた第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓを、手段５０に直接転送することができる。
【００１９】
代替態様として、制御ユニット２５が、絞り弁５５の位置に関するセンサ１００の位置フィードバックから、第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓを決定するように設計されていてもよい。このために、図２に破線で示されているように、センサ１００は、制御ユニット２５のブロック１０５と結合されている。ブロック１０５において、絞り弁５５の状態ないし位置から、第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓが決定される。さらに、絞り弁５５の状態ないし位置は、当業者に既知のように、最初にメーカーから提供された特性曲線に基づいて、標準空気質量流量に換算され、それに続いて、吸気管２０内の実際温度およびそこに支配している空気密度に基づいて、同様に当業者に既知のように補正され、これにより、第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓが得られる。この場合、吸気管２０内の温度および空気密度は、同様に当業者に既知のように測定され、又は、測定された他の運転特性変数からモデル化される。
【００２０】
次に、このように決定された第２の空気質量流量値ｍｓｐｓｄｓｓは、上記のように二次空気質量流量ｍｓｌを決定するために、手段５０に転送される。
ここで、制御８０により、排気系５内のλ値の先行制御を行うことができる。この先行制御は、特に触媒７５の加熱過程の間に行われることが有利であり、この触媒７５の加熱過程において、ラムダ・センサは、まだ完全には作動可能状態にはない。これは、特に低温始動に該当する。ここで、本発明により二次空気質量流量ｍｓｌを決定するために、第１の空気質量流量測定装置１０と空気圧測定装置１５ないし第２の空気質量流量測定装置ないしセンサ１００とが作動可能状態にあることが必要であり、この作動可能状態は、一般に、内燃機関１の始動から０．５−１秒後に存在する。これにより、二次空気質量流量ｍｓｌは、触媒７５の加熱過程の間に決定することができ、触媒７５の加熱過程は、一般に、始動時点から約２０−４０秒継続する。このとき、内燃機関１の暖機状態における二次空気質量流量ｍｓｌの追加決定は、もはや必要ではない。特にリーンな排気ガス混合物において、第１の空気質量流量測定装置１０および空気圧測定装置１５ないし第２の空気質量流量測定装置の測定許容誤差が、ラムダ・センサ７０の測定許容誤差に比較して小さいことにより、二次空気質量流量ｍｓｌは、二次空気質量流量ｍｓｌの決定のためにラムダ・センサ７５が使用される場合よりも、高い精度で決定することができる。
【００２１】
触媒５５の手前における排気ガスの、場合によっては起こり得る自己点火ないし後反応と触媒７５内における排気ガスの後処理とを可能にして排気ガス・エミッション値を低減させるために、制御８０は、決定された二次空気質量流量ｍｓｌの関数として、二次空気配管６０を介して排気系５内の排気ガスに十分な酸素が供給されるかどうかを特定する。この先行制御は、上記のように、内燃機関１の操作により、燃料組成が変化されるように行われる。二次空気質量流量ｍｓｌがきわめて小さい場合、燃料供給量は低減され、排気ガス混合物はリーン化される。しかしながら、この場合、混合物のリーン化は、内燃機関の実際運転状態の関数として、場合により制限されなければならない。このようにして、排気系内の必要な酸素過剰は、測定された二次空気質量流量ｍｓｌにより形成することができる。二次空気ポンプ６５が可変ポンプ出力を有する場合、追加態様または代替態様として、制御８０は、必要な酸素過剰が適切なポンプ出力したがって適切な二次空気質量流量ｍｓｌにより達成されるように、二次空気ポンプ６５を操作することができる。
【００２２】
図１において、内燃機関１から放出される機関空気質量流量が、ｍｌｂｂで示されている。この機関空気質量流量ｍｌｂｂに、供給点３５において、二次空気質量流量ｍｓｌが加えられ、これにより、排気ガスの流れ方向において供給点３５の後方に、全排気ガス質量流量ｍｓａｂｇが得られ、全排気ガス質量流量ｍｓａｂｇは、ラムダ・センサ７０を経て触媒７５に供給される。
【００２３】
図２に示されているように、制御８０はさらに、診断出口８５を有していてもよく、診断のために、診断出口８５を介して、例えば診断ユニット９０に二次空気質量流量ｍｓｌを出力可能である。このとき診断ユニット９０において、上記のように、手段５０により決定された二次空気質量流量ｍｓｌを、バッテリ電圧、排気ガス背圧並びに空気密度から計算された標準二次空気質量流量により除算することができ、これにより、いわゆる相対二次空気質量流量が得られ、相対二次空気質量流量は、所定のしきい値と比較され、このようにして、触媒７５の加熱の間に、したがって始動過程の間に早期に、例えば法規に基づく二次空気質量流量ｍｓｌが存在するかどうかの診断を可能にする。さらに、決定された二次空気質量流量ｍｓｌから、診断ユニット９０において、二次空気ポンプ６５のポンプ出力を推定し、二次空気ポンプ６５の所定の目標ポンプ出力が達成されたかどうかを検査することができる。
【００２４】
第１の空気質量流量測定装置１０と空気圧測定装置１５ないし第２の空気質量流量測定装置ないしセンサ１００とがエラーなく機能している場合、上記のように前記装置の測定値から計算された二次空気質量流量ｍｓｌは、メーカーから提供された二次空気質量流量特性曲線の補正ないし適応にも使用することができる。この場合、二次空気ポンプ６５のメーカーは、例えば二次空気配管６０内の圧力が１００ミリバールおよび温度が２０℃という標準条件において車両バッテリの電圧の関数として標準二次空気質量流量を与える特性曲線を提供する。このとき、標準二次空気質量流量は、例えば機関試験台上で二次空気配管６０内の実際空気密度の関数として、内燃機関１の１つまたは複数のシリンダの相対充填量および機関回転速度の関数としての特性曲線により、実際に吹き込まれる二次空気に適合される。このようにしてモデル化二次空気質量流量が得られる。計算二次空気質量流量ｍｓｌとモデル化二次空気質量流量との間のパーセント偏差は、次に追加適応値内に記憶され、車両群に関して制御を考慮する。この場合、機関回転速度および機関負荷に関する特性曲線は、排気ガス背圧の吹込み二次空気質量流量への影響を表わす。二次空気質量流量の診断ないし適応は、定常運転状態において、例えばアイドリングにおいて、および触媒７５の加熱過程の終了後において、並びにラムダ・センサ７０が作動可能状態にあるときにおいて行われるべきである。
【００２５】
標準二次空気質量流量の診断ないし適応の過程において、二次空気ポンプ６５の投入前に、空気圧測定装置１５から、ないし第２の空気質量流量測定装置から、ないしセンサ１００により決定された絞り弁５５の状態から計算された第２の空気質量流量値が、第１の空気質量流量測定装置１０により決定された第１の空気質量流量値で検定される。これが行われたときにはじめて、二次空気ポンプが投入され且つ二次空気質量流量ｍｓｌが決定され且つ標準二次空気質量流量により診断され、ないし標準二次空気質量流量が適応ないし補正される。
【００２６】
一般に内燃機関１の始動直後に開始される触媒７５の加熱過程の間において、二次空気ポンプ６５が投入されるので、第２の空気質量流量値を第１の空気質量流量値で検定することは不可能である。第２の空気質量流量値がセンサ１００により絞り弁５５の状態から決定される場合、計算された第２の空気質量流量値の許容誤差は、絞り弁５５の小さい開度において、きわめて大きいものである。したがって、この場合、排気系５内に供給された二次空気質量流量は、バッテリ電圧、排気ガス背圧および空気密度から決定された標準二次空気質量流量により決定される。
【００２７】
二次空気質量流量ｍｓｌを決定するために、第１の空気質量流量測定装置１０および空気圧測定装置１５ないし第２の空気質量流量測定装置を使用する場合、さらに、第１の空気質量流量測定装置１０の使用する場合に内燃機関１内を流れる空気質量流量が直接測定可能であり、および空気圧測定装置１５を使用する場合に吸気管圧力に関する正確な情報が存在し、これにより、内部残留ガス部分の、排気ガス戻し弁が存在する場合にそれを介しての質量流量の、タンク通気弁が存在する場合にそれを介しての質量流量の、並びに絞り弁５５を介しての流量の、より正確な決定が可能であることが有利である。さらに、空気質量流量測定装置１０および空気圧測定装置１５により、例えば周囲圧力のような内燃機関１の制御のための他の情報を決定することができる。
【００２８】
他の利点は、二次空気配管６０に対する特定の空気質量流量装置が必要ではなく、したがってこの測定装置の診断も必要ではないことにある。したがって、第１の空気質量流量測定装置１０および空気圧測定装置１５ないし第２の空気質量流量測定装置ないしセンサ１００を使用する場合、その他の診断費用は必要ではない。第１の空気質量流量測定装置１０および／または空気圧測定装置１５ないし第２の空気質量流量測定装置ないしセンサ１００が二次空気質量流量ｍｓｌの決定機能とは無関係に吸気管２０内に既に設けられ、この理由から例えば法規により予め診断がなされなければならないとき、両方の測定装置により二次空気質量流量ｍｓｌの追加決定を行ったとしても、追加診断費用を発生することはない。
【００２９】
一般に、測定された第１の空気質量流量値から、二次空気質量流量ｍｓｌまたは標準二次空気質量流量が決定されるほかに、機関回転速度および換算係数の関数として内燃機関１のシリンダ充填量を計算することができる。このとき、この充填量に基づいて、当業者に既知のように、供給されるべき燃料質量流量を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置を有するブロック回路図である。
【図２】同時に本発明による方法の経過を表わす、本発明による装置のブロック回路図である。
【符号の説明】
１　内燃機関
５　排気系
１０　第１の空気質量流量測定装置
１５　空気圧測定装置
２０　吸気管
２５　制御ユニット（二次空気質量流量決定装置）
３０　分岐点
３５　供給点
４０　第１の空気質量流量値決定手段
４５、１０５　第２の空気質量流量値決定手段
５０　二次空気質量流量決定手段
５５　絞り弁
６０　二次空気配管
６５　二次空気ポンプ
７０　ラムダ・センサ
７５　触媒
８０　制御
８５　診断出口
９０　診断ユニット
１００　ポテンショメータ
ｍｌｂｂ　機関空気質量流量
ｍｓａｂｇ　全排気ガス質量流量
ｍｓｈｆｍ　第１の空気質量流量値
ｍｓｌ　二次空気質量流量
ｍｓｐｓｄｓｓ　第２の空気質量流量値[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and a device for determining a secondary air mass flow rate in an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the determination of the secondary air mass flow rate has been performed based on a λ value measured by a lambda sensor (O 2 sensor) in the exhaust system. In this case, on the one hand, the determination of the secondary air mass flow is made during the heating process of the catalyst present in the exhaust system. However, the determination of the secondary air mass flow is much slower because the lambda sensor is ready for operation to determine the secondary air mass flow sufficiently accurately, generally after starting the internal combustion engine. At that point, it must be done again. This is generally performed in an idling state of the internal combustion engine in a warmed-up state. In this case, since the engine air mass flow is smaller than during cold start, the λ value of the exhaust gas is correspondingly leaner. In this range of lambda values, the tolerance of the lambda sensor is greater than when the lambda of the exhaust gas has a value of one.
[0003]
In the secondary air diagnosis, the secondary air actually introduced into the exhaust system is calculated from the lambda value of the lambda sensor. Further, for calculating the secondary air mass flow rate, an average value of the engine air mass flow rate and the λ control coefficient of λ control is required.
[0004]
By dividing the secondary air mass flow determined from the λ value by the secondary air mass flow calculated from the battery voltage, exhaust gas back pressure and air density, a so-called relative secondary air mass flow is obtained, The relative secondary air mass flow is compared to a predetermined threshold to make a diagnosis.
[0005]
In this way, on the one hand, the lambda sensor becomes operational only after a certain time as a function of the dew point end temperature, and on the other hand, the measurement tolerance of the lambda sensor increases with the increase of the λ value and therefore the exhaust gas However, there is a drawback in that it increases with an increase in the leanness of the tire.
[0006]
The dew point end temperature is the temperature when the so-called dew point end is reached, that is, the temperature when liquid water is no longer present before the lambda sensor 70 in the exhaust gas flow direction in the exhaust system 5. Is understood.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a method and a device for determining a secondary air mass flow in an internal combustion engine, which allow a quicker and more accurate determination of the secondary air mass flow.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The determination method according to the invention and the determination device according to the invention for the secondary air mass flow in an internal combustion engine, compared to the prior art, provide a first air mass flow value for the air mass flow before the branch point of the secondary air and A second air mass flow value for the air mass flow behind the branch point of the secondary air is determined, with the advantage that the secondary air mass flow is determined from the difference between the two air mass flow values. I have. In this way, the determination of the secondary air mass flow actually introduced into the exhaust system is independent of the lambda sensor lambda value. The secondary air mass flow can thus be determined earlier during the start-up process, in particular during cold start, and thus already during the heating process of the catalyst. In this case, it is no longer necessary to perform an additional diagnosis or to determine the secondary air mass flow at a later point in time (for example, when the internal combustion engine is warmed up). Since the determination of the secondary air mass flow is performed independently of the lambda sensor, the determined secondary air mass flow is no longer affected by the measurement tolerance of the lambda sensor, especially in lean exhaust gas mixtures. Never. Therefore, the determination of the secondary air mass flow rate can be performed with higher accuracy.
[0009]
Advantageous extensions and improvements of the method according to the main claim are possible by means of the dependent claims.
It is particularly advantageous when the first air mass flow value is measured in particular by a hot film air mass flow meter. In this way, the existing measuring device for the air mass flow supplied to the internal combustion engine can be used for the measurement of the secondary air mass flow, so that the additional cost for the determination of the secondary air mass flow is not necessary. Absent.
[0010]
Another advantage is that the second air mass flow value is derived from the air pressure in the air supply line to the internal combustion engine behind the branch point of the secondary air, in particular the air pressure measured by the intake pipe pressure sensor. . This makes it possible to share the existing measuring device for determining the second air mass flow value and save additional costs.
[0011]
This is also true when the second air mass flow value for the air mass flow is measured, in particular by a second hot film air mass flow meter.
Another advantage is obtained when the second air mass flow value for the air mass flow is derived from the state of the operating element in the air supply line to the internal combustion engine behind the branch point of the secondary air. In this case too, the existing measuring device for measuring the state of the operating element is shared for the determination of the second air mass flow value, so that additional costs are saved.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention is shown in the drawings and will be described in detail below.
In FIG. 1, reference numeral 1 indicates an internal combustion engine (for example, an Otto cycle engine or a diesel engine). The internal combustion engine 1 is supplied with fresh air via an air supply pipe 20, which in this example is to be formed as an intake pipe. A throttle valve 55 is also arranged in the intake pipe 20, as symbolized in FIG. The intake pipe 20 includes a branch point 30 at which the secondary air pipe branches from the intake pipe 20. A secondary air pump 65 is arranged in the secondary air pipe 60. In the simplest case, the secondary air pump 65 operates with a constant pump output, and only switches on and off. However, a secondary air pump 65 having a variable pump output may be used. The secondary air pipe 60 merges into the exhaust system 5 of the internal combustion engine 1 at the supply point 35. A lambda sensor 70 is provided in the exhaust system 5 behind the supply point 35 in the flow direction of the exhaust gas. A catalyst 75 follows the lambda sensor 70 in the exhaust system 5. The intake pipe 20 includes a first air mass flow measuring device before the branch point 30 in the flow direction of the air supplied to the internal combustion engine, and the first air mass flow measuring device includes, for example, hot film air. It may be formed as a mass flow meter. The intake pipe 20 includes an air pressure measuring device 15 behind the branch point 30 in the flow direction, which air pressure measuring device 15 may be formed, for example, as an intake pipe pressure sensor. In this case, the air pressure measuring device is arranged in the intake pipe 20 behind the throttle valve 55 in the flow direction. The throttle valve 55 is likewise arranged behind the branch point 30 in the flow direction. Throttle valve 55 represents an operating element for adjusting the air mass flow in intake pipe 20. Further, a device 25 for determining the secondary air mass flow rate msl of the secondary air branched via the secondary air pipe 60 before the intake pipe 20 is provided. The sensor 100 (e.g., a potentiometer) determines the position of the throttle flap 55 and outputs the determined value to the device 25, as is known to those skilled in the art. The device 25 is also referred to below as a control unit. The control unit 25 is supplied with the measurement signal of the first air mass flow measurement device 10 and the measurement signal of the air pressure measurement device 15. In this case, the measurement signal of the first air mass flow measuring device 10 indicates the first air mass flow value with respect to the air mass flow just before the branch point 30 in the flow direction of the fresh air. The measurement signal of the air pressure measuring device 15 represents a second air mass flow value for the air mass flow after the branch point 30 in the direction of flow of the remaining fresh air. The control unit 25 operates the internal combustion engine 1 and, in an additional or alternative manner, can operate the secondary air pump 65 or its pump output in a secondary air pump 65 having a variable pump output.
[0013]
FIG. 2 shows the control unit 25 in the form of a block circuit diagram in order to explain the processes performed in the control unit 25. The control unit 25 includes means 40 for determining a first air mass flow value mshfm from the measurement signal of the first air mass flow measurement device 10. As in the case of using, for example, a hot film air mass flow meter as the first air mass flow measuring device 10, the first air mass flow measuring device 10 previously sets the first air mass flow value mshfm as a measurement signal. When provided, post-processing of this value by means 40 is not required. In this case, rather, the means 40 bypasses the first air mass flow value mshfm received from the first air mass flow measuring device 10, ie without any conversion or post-processing, msl can be forwarded to subsequent means 50 for determining. In this case, the means 50 is also part of the control unit 25. Furthermore, the control unit 25 includes means 45 for determining a second air mass flow value mspsdss from the measurement signal provided by the air pressure measuring device 15. Since this measurement signal is the intake pipe pressure, it needs to be converted by means 45 into a second air mass flow value mspsdss. In this case, deriving the air mass flow from the intake pipe pressure can be performed as is known to those skilled in the art. At this time, from the measurement signal of the intake pipe pressure, the following equation rl [%] = (ps-pprint) * fupsrl
, The relative air filling amount rl in the cylinder is calculated. Here, ps is an intake pipe pressure, pprint is a partial pressure of the internal residual gas, and fupsrl is a coefficient for converting the pressure into a filling amount.
[0014]
From the relative air charge rl, the following equation: mspsdss = KONSTANTE * nmot * rl
, The mass flow rate of air flowing into the cylinder is calculated. In this case, KONSTATE is
[0015]
(Equation 1)
Figure 2004011643
It is calculated as follows. Here, nmot is the engine rotation speed [1 / min], KWU is the rotation speed of the crankshaft for each work cycle, NWU is the rotation speed of the camshaft for each work cycle, and Zylza is VH is the stroke volume of all cylinders.
[0016]
At this time, the means 45 similarly outputs the second air mass flow value mspsdss calculated from the intake pipe pressure to the means 50. The means 50 calculates a secondary air mass flow rate msl from a difference between the first air mass flow rate value mshfm and the second air mass flow rate value mspsdss.
[0017]
When the supplied secondary air mass flow rate msl is slightly reduced, it is possible to estimate the deterioration of the secondary air pump 65 or the throttle loss in the secondary air pipe 60. The break between the secondary air pump 65 and the supply point 35 can be detected based on a significant deviation in the supply of the secondary air mass flow msl, at which time the secondary air pump 65 It operates with the ambient pressure as the back pressure instead of as the back pressure. A defect or fault in the secondary air line 60 between the secondary air pump 65 and the supply point 35 is determined in an additional or alternative manner from the fuel-air ratio in the exhaust system 5 determined by the lambda sensor 70. You may. The control unit 25 further includes a control 80, to which the determined secondary air mass flow msl is supplied. The control 80 operates the internal combustion engine 1 and in particular the fuel injection quantity as a function of the secondary air mass flow msl. In a secondary air pump 65 having a variable pump output, in an additional or alternative embodiment, the control 80 may be designed to operate the secondary air pump 65 or its pump output. This is indicated by broken lines in FIG. 2 as in FIG.
[0018]
As an alternative, instead of the air pressure measuring device 15, a second air mass flow measuring device is used, which directly receives the second air mass flow value mspsdss as the measurement signal, It may be designed to output to the control unit 25 and the means 45 therein. In this case, the second air mass flow value mspsdss received from the second air mass flow measuring device can be directly transferred to the means 50 because no other conversion is necessary for the means 45. .
[0019]
As an alternative, the control unit 25 may be designed to determine the second air mass flow value mspsdss from the position feedback of the sensor 100 with respect to the position of the throttle flap 55. To this end, the sensor 100 is connected to the block 105 of the control unit 25, as indicated by the dashed line in FIG. In block 105, a second air mass flow value mspsdss is determined from the state or position of the throttle flap 55. Furthermore, the state or the position of the throttle flap 55 is converted into a standard air mass flow based on a characteristic curve initially provided by the manufacturer, as is known to the person skilled in the art, and subsequently the actual flow in the intake pipe 20 is determined. Based on the temperature and the prevailing air density, a correction is likewise made as is known to the person skilled in the art, so that a second air mass flow value mspsdss is obtained. In this case, the temperature and the air density in the intake pipe 20 are measured in a manner also known to those skilled in the art, or are modeled from other measured operating characteristic variables.
[0020]
The second air mass flow value mspsdss thus determined is then forwarded to the means 50 for determining the secondary air mass flow msl as described above.
Here, the control 80 can perform advance control of the λ value in the exhaust system 5. This advance control is advantageously effected, in particular, during the course of heating the catalyst 75, during which the lambda sensor is not yet fully operational. This applies in particular to cold starts. Here, in order to determine the secondary air mass flow rate msl according to the present invention, the first air mass flow rate measurement device 10 and the air pressure measurement device 15 or the second air mass flow rate measurement device or the sensor 100 are put into an operable state. It is necessary that this operational state generally exists 0.5-1 second after the start of the internal combustion engine 1. Thereby, the secondary air mass flow msl can be determined during the heating process of the catalyst 75, which generally lasts about 20-40 seconds from the start. At this time, it is no longer necessary to additionally determine the secondary air mass flow rate msl when the internal combustion engine 1 is warmed up. Particularly in lean exhaust gas mixtures, the measurement tolerance of the first air mass flow measuring device 10 and the air pressure measuring device 15 or the second air mass flow measuring device is small compared to the measurement tolerance of the lambda sensor 70. This allows the secondary air mass flow msl to be determined with greater accuracy than when the lambda sensor 75 is used to determine the secondary air mass flow msl.
[0021]
In order to reduce possible exhaust gas emission values by enabling possible self-ignition or post-reaction of the exhaust gas before the catalyst 55 and post-treatment of the exhaust gas in the catalyst 75, the control 80 determines It determines whether sufficient oxygen is supplied to the exhaust gas in the exhaust system 5 via the secondary air pipe 60 as a function of the determined secondary air mass flow msl. This advance control is performed so that the fuel composition is changed by operating the internal combustion engine 1 as described above. If the secondary air mass flow msl is very small, the fuel supply is reduced and the exhaust gas mixture is leaned. In this case, however, the leaning of the mixture must possibly be limited as a function of the actual operating state of the internal combustion engine. In this way, the required oxygen excess in the exhaust system can be formed by the measured secondary air mass flow msl. If the secondary air pump 65 has a variable pump output, then, in an additional or alternative aspect, the control 80 may control the secondary oxygen pump so that the required oxygen excess is achieved with a suitable pump output and thus a suitable secondary air mass flow msl. The secondary air pump 65 can be operated.
[0022]
In FIG. 1, the engine air mass flow discharged from the internal combustion engine 1 is indicated by mlbb. The secondary air mass flow msl is added to the engine air mass flow mlbb at the supply point 35 at the supply point 35, whereby the total exhaust gas mass flow msabg is obtained behind the supply point 35 in the exhaust gas flow direction. The exhaust gas mass flow rate msabg is supplied to the catalyst 75 via the lambda sensor 70.
[0023]
As shown in FIG. 2, the control 80 may further include a diagnostic outlet 85, through which the secondary air mass flow msl is supplied to the diagnostic unit 90 via the diagnostic outlet 85 for diagnosis. Output is possible. At this time, in the diagnostic unit 90, as described above, the secondary air mass flow rate msl determined by the means 50 is divided by the standard secondary air mass flow rate calculated from the battery voltage, the exhaust gas back pressure, and the air density. This results in a so-called relative secondary air mass flow, which is compared with a predetermined threshold value, and thus during the heating of the catalyst 75 and thus during the start-up process. In the meantime, it is possible, for example, to determine whether a secondary air mass flow msl is present, eg based on regulations. Further, from the determined secondary air mass flow rate msl, the diagnostic unit 90 estimates the pump output of the secondary air pump 65 and checks whether a predetermined target pump output of the secondary air pump 65 has been achieved. Can be.
[0024]
If the first air mass flow measuring device 10 and the air pressure measuring device 15 or the second air mass flow measuring device or the sensor 100 are functioning without error, the two values calculated from the measured values of the device as described above are used. The secondary air mass flow msl can also be used to correct or adapt the secondary air mass flow characteristic curve provided by the manufacturer. In this case, the manufacturer of the secondary air pump 65 provides a characteristic curve which gives a standard secondary air mass flow rate as a function of the vehicle battery voltage under standard conditions, for example, with a pressure in the secondary air pipe 60 of 100 mbar and a temperature of 20 ° C. I will provide a. At this time, the standard secondary air mass flow rate is a function of the relative charge of one or more cylinders of the internal combustion engine 1 and the engine speed, for example, as a function of the actual air density in the secondary air pipe 60 on the engine test bench. The characteristic curve as a function is adapted to the secondary air actually blown. In this way, a modeled secondary air mass flow is obtained. The percent deviation between the calculated secondary air mass flow msl and the modeled secondary air mass flow is then stored in an additional adaptation value to take into account the control with respect to the vehicle fleet. In this case, the characteristic curves relating to the engine speed and the engine load represent the effect of the exhaust gas back pressure on the injected secondary air mass flow. Diagnosis or adaptation of the secondary air mass flow should take place in steady-state operating conditions, for example at idle, and after the end of the heating process of the catalyst 75, and when the lambda sensor 70 is ready.
[0025]
In the process of diagnosing or adapting the standard secondary air mass flow, the throttle valve determined by the air pressure measuring device 15 or by the second air mass flow measuring device or by the sensor 100 before the secondary air pump 65 is switched on. The second air mass flow value calculated from the state of 55 is verified with the first air mass flow value determined by the first air mass flow measurement device 10. Only when this takes place is the secondary air pump switched on and the secondary air mass flow msl is determined and diagnosed with the standard secondary air mass flow, or the standard secondary air mass flow is adapted or corrected.
[0026]
In general, during the heating process of the catalyst 75 started immediately after the start of the internal combustion engine 1, the secondary air pump 65 is turned on, so that the second air mass flow value is verified by the first air mass flow value. Is impossible. If the second air mass flow value is determined by the sensor 100 from the state of the throttle valve 55, the calculated tolerance of the second air mass flow value is very large at a small opening of the throttle valve 55. is there. Therefore, in this case, the secondary air mass flow supplied into the exhaust system 5 is determined by the standard secondary air mass flow determined from the battery voltage, the exhaust gas back pressure, and the air density.
[0027]
When the first air mass flow measurement device 10 and the air pressure measurement device 15 or the second air mass flow measurement device are used to determine the secondary air mass flow msl, the first air mass flow measurement device is further used. 10, the mass flow rate of the air flowing through the internal combustion engine 1 can be measured directly, and when using the air pressure measuring device 15, there is accurate information on the intake pipe pressure, so that the internal residual gas fraction More accurate of the mass flow rate through the exhaust gas return valve if present, the mass flow rate through the tank vent valve if present, and the flow rate through the throttle valve 55. Advantageously, such decisions can be made. In addition, the air mass flow measuring device 10 and the air pressure measuring device 15 make it possible to determine other information for controlling the internal combustion engine 1, such as, for example, the ambient pressure.
[0028]
Another advantage is that no specific air mass flow device is required for the secondary air line 60, and therefore no diagnostics of this measuring device are required. Therefore, when the first air mass flow measuring device 10 and the air pressure measuring device 15 or the second air mass flow measuring device or the sensor 100 are used, other diagnostic costs are not required. The first air mass flow measuring device 10 and / or the air pressure measuring device 15 or the second air mass flow measuring device or sensor 100 are already provided in the intake pipe 20 independently of the function of determining the secondary air mass flow msl. For this reason, for example, when a diagnosis must be made in advance according to regulations, the additional determination of the secondary air mass flow msl by both measuring devices does not incur additional diagnostic costs.
[0029]
In general, the secondary air mass flow msl or the standard secondary air mass flow is determined from the measured first air mass flow value, and also the cylinder charge of the internal combustion engine 1 as a function of the engine speed and the conversion factor. Can be calculated. At this time, the fuel mass flow to be supplied can be set based on this charge amount, as is known to those skilled in the art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram having an apparatus according to the present invention.
FIG. 2 shows a block circuit diagram of the device according to the invention, which simultaneously shows the course of the method according to the invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 internal combustion engine 5 exhaust system 10 first air mass flow measuring device 15 air pressure measuring device 20 intake pipe 25 control unit (secondary air mass flow determining device)
30 branch point 35 supply point 40 first air mass flow value determination means 45, 105 second air mass flow value determination means 50 secondary air mass flow rate determination means 55 throttle valve 60 secondary air pipe 65 secondary air pump 70 Lambda sensor 75 Catalyst 80 Control 85 Diagnostic outlet 90 Diagnostic unit 100 Potentiometer mlbb Engine air mass flow msabg Total exhaust gas mass flow mshfm First air mass flow value msl Secondary air mass flow mspsdss Second air mass flow value

Claims (8)

二次空気が、内燃機関（１）に供給される空気質量流れから分岐され、且つ排気系（５）内に流入される、内燃機関（１）における二次空気質量流量（ｍｓｌ）の決定方法であって、
二次空気の分岐点の手前における空気質量流れに対する第１の空気質量流量値と、二次空気の分岐点の後方における空気質量流れに対する第２の空気質量流量値とが決定されるステップと、
二次空気質量流量（ｍｓｌ）が、両方の空気質量流量値の差から決定されるステップと、
を含むことを特徴とする内燃機関における二次空気質量流量の決定方法。Method for determining a secondary air mass flow (msl) in an internal combustion engine (1), in which secondary air is branched from an air mass flow supplied to the internal combustion engine (1) and flows into an exhaust system (5) And
Determining a first air mass flow value for the air mass flow before the secondary air junction and a second air mass flow value for the air mass flow behind the secondary air junction;
Determining a secondary air mass flow (msl) from the difference between the two air mass flow values;
A method for determining a secondary air mass flow rate in an internal combustion engine, comprising: 第１の空気質量流量値が、特にホット・フィルム空気質量流量計（１０）により、測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。Method according to claim 1, characterized in that the first air mass flow value is measured by a hot film air mass flow meter (10). 第２の空気質量流量値が、二次空気の分岐点の後方における内燃機関（１）への空気供給管（２０）内の空気圧、特に吸気管圧力センサ（１５）により測定された空気圧から、導かれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。The second air mass flow value is determined from the air pressure in the air supply pipe (20) to the internal combustion engine (1) behind the branch point of the secondary air, in particular the air pressure measured by the intake pipe pressure sensor (15): The method according to claim 1 or 2, wherein the method is derived. 空気質量流れに対する第２の空気質量流量値が、特に第２のホット・フィルム空気質量流量計により、測定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。Method according to claim 1 or 2, characterized in that the second air mass flow value for the air mass flow is measured, in particular with a second hot film air mass flow meter. 空気質量流れに対する第２の空気質量流量値が、二次空気の分岐点の後方における内燃機関への空気供給管（２０）内の操作要素の状態から、導かれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the second air mass flow value for the air mass flow is derived from a state of an operating element in an air supply line to an internal combustion engine behind the branch point of the secondary air. Or the method of claim 2. 二次空気ポンプ（６５）と供給点（３５）との間の欠陥を有する二次空気配管（６０）が、二次空気ポンプ（６５）の吐出量の変化から検出されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。A defective secondary air pipe (60) between the secondary air pump (65) and the supply point (35) is detected from a change in the discharge rate of the secondary air pump (65). The method according to any one of claims 1 to 5. 二次空気ポンプ（６５）と供給点（３５）との間の二次空気配管（６０）の欠陥の検出に対して、排気系（５）内のラムダ・センサ（７０）の信号が、評価されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。For detection of a defect in the secondary air pipe (60) between the secondary air pump (65) and the supply point (35), the signal of the lambda sensor (70) in the exhaust system (5) is evaluated. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the method is performed. 二次空気を、内燃機関（１）に供給される空気質量流れから分岐するための手段（３０）と、二次空気を排気系（５）内に流入させるための手段（３５）とを備える、内燃機関（１）における二次空気質量流量（ｍｓｌ）の決定装置（２５）であって、
二次空気の分岐点の手前における空気質量流れに対する第１の空気質量流量値を決定するための手段（４０）および二次空気の分岐点の後方における空気質量流れに対する第２の空気質量流量値を決定するための手段（４５）と、
二次空気質量流量を、両方の空気質量流量値の差から決定するための手段（５０）と、
を備えることを特徴とする内燃機関における二次空気質量流量の決定装置。Means (30) for diverting secondary air from the air mass flow supplied to the internal combustion engine (1) and means (35) for flowing secondary air into the exhaust system (5) are provided. An apparatus (25) for determining a secondary air mass flow rate (msl) in an internal combustion engine (1),
Means (40) for determining a first air mass flow value for the air mass flow before the secondary air junction and a second air mass flow value for the air mass flow after the secondary air junction. Means (45) for determining
Means (50) for determining a secondary air mass flow from the difference between the two air mass flow values;
An apparatus for determining a secondary air mass flow rate in an internal combustion engine, comprising:
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