JP5064620B2 - 内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変化を補正する方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変化を補正する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
排気ガス帰還の際、内燃機関の空気−燃料混合気に排気ガスが付加混合される。所定の程度まで、空気−燃料混合気内の上昇した残留ガス成分が、エネルギ変換、従って、燃費にも積極的に作用する。残留ガス成分の上昇によって、エンジンが加速される(entdrosselt)ことがある。そうすることによって、負荷交換損失が低下し、効率が上昇することがある。更に、残留成分の上昇により、燃焼過程のピーク温度が下がり、その結果、排気ガス中に酸化窒素が形成されるのが低減される。排気ガス中に放出される酸化窒素が上昇すると、ガソリンを直接噴射するオットーエンジンの場合、空燃比λ>1での層状になった(geschichteten)エンジン駆動状態となる。それを防ぐために、ガソリン直接噴射エンジンで、排気ガス帰還は行えない。ここで、排気ガス帰還について説明すると、排気ガス帰還というのは、エンジンの排気ガスラインから取り出されて、排気ガス帰還管路内の排気ガス帰還弁を介してエンジンに再度調量されて供給される排気ガス帰還のことである。
【0003】
排気ガス帰還時に、排気ガスから固体が蓄積されることにより、時間が経過するうちに、排気ガス帰還弁及び帰還管路が塞がれてしまうことがあり、そのために、内燃機関の運転時間が増大するにつれて、帰還される排気ガス量が低減することを回避することができない。この理由から、内燃機関の排気ガス帰還系の機能を監視して、そのような誤りのある、排気ガス管路を通るガス流量の変化を補償する手段を用いる必要がある。ドイツ連邦共和国特許公開第19719278号公報からは、排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変化を検出することができる方法が公知である。その際、λ制御係数が、スイッチングオンオフされた排気ガス帰還時に形成されて、両制御係数間の差が所定限界値と正及び負の偏差に関して比較される。λ制御係数の差によって限界値が超過された際、排気ガス帰還の誤りがシグナリングされる。この従来技術によると、スイッチングオンオフされた排気ガス帰還時のλ制御係数間の偏差を、例えば、燃料噴射時間用の補正量として使用するようにして、排気ガス帰還の誤りを防止するようにされる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、排気ガス帰還管路を通るガス流量の変化を診断して、補償することができる方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、第1の方法により排気ガス帰還路を通る第1の流量を弁位置及び排気ガス帰還弁の流量特性曲線とに依存して導出し、第2の方法により排気ガス帰還路を通る第2の流量を排気ガス管路内の新鮮空気流量及び吸入管圧とから導出し、両方法により求められた両流量間の偏差を検出し、両流量間の偏差から、弁位置及び流量特性曲線とに依存して導出された第1の流量の1つ又は複数の補正量を形成するにより解決される。
【0006】
【発明の実施の形態】
有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
【0007】
流量の補正量として、例えば、流量特性曲線用のオフセット、又は、流量特性曲線の勾配を変える係数が関係する。それ以外の有利な補正量は、排気ガス帰還弁の前で測定された、小さな値の排気ガス圧であり、この値は、第1の方法により求められた流量の2乗と、両流量間の偏差との積である。前述の補正量の選択は、流量の大きさに依存しており、その際、流量が比較的少ない場合のオフセットは、勾配の変化として補正のために使用され、流量が比較的多い場合の排気ガス圧の低減は、勾配の変化として使用される。
【0008】
両方式により検出された流量間の偏差が所定限界値を超過した場合に、排気ガス帰還の誤りがシグナリングされるようにすると目的に適っている。
【0009】
本発明の手段により、排気ガス帰還の誤り時に、排気ガス帰還弁の制御に直接作用する補正量が形成される。それに対して、従来技術(ドイツ連邦共和国特許公開第19719278号公報)では、排気ガス帰還系の誤りが検出された場合に、エンジンの他の作動量、即ち、負荷信号及び点火が補正され、つまり、排気ガス帰還系、本来の誤り源に直接関わってはいない。
【0010】
【実施例】
以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。
【0011】
図1には、排気ガスチャネル2と吸入管3を有する内燃機関1が図示されている。排気ガスチャネル2から、排気ガス帰還管4が分岐しており、この排気ガス帰還管は、吸入管3に結合されている。排気ガス帰還管4内には、弁5が設けられている。この排気ガス帰還弁5を介して、帰還された排気ガス量を制御することができる。排気ガス帰還管4の結合部の後ろ側で、吸入管3内に、圧力センサ6が設けられており、この圧力センサは、吸入管圧psを測定する。排気ガス帰還管4の結合部の前に、スロットル弁7が設けられており、スロットル弁7の前に、吸入管3内に、空気流量センサ8が設けられており、この空気流量センサは、吸い込まれる新鮮な空気流量msを測定する。排気ガス帰還管4内に、排気ガス帰還弁5の前に、圧力センサ9と温度センサ10とが設けられており、この圧力センサ9は、排気ガス帰還弁5の前の排気ガス圧pvagrを測定し、温度センサ10は、排ガスの温度Tagrを検出する。吸入管内の新鮮な空気流量ms及び吸入管圧psは、モデル計算によってもエンジンの他の作動量から導出することができる。
【0012】
制御装置11には、上述のセンシングされた量の全てが供給される。それには、吸入管圧ps、新鮮な空気流量ms、排気ガス温度Tagr、排気ガス帰還弁5の前の排気ガス圧pvagr及び排気ガス帰還弁5の位置hagrが属する。制御装置11が、前述の各量から、排気ガス帰還管4を通って流れるガス流量の誤りのある変化を検出して補償するやり方について、以下図2に示した機能図を用いて説明する。
【0013】
例えば、弁5内及び管4内の排気ガスからの固体物質の堆積によって、又は、製造偏差又は弁のエージングによる流量の変化によって生じる、排気ガス帰還管4を通って流れるガス流量の誤りのある変化を検出して補償するために、種々異なる2つの方法により、排気ガス帰還管4を通って流れる空気流量が求められる。
【0014】
第1の方法により、排気ガス帰還管4を通って流れる流量msagrが、以下の式(1)によって算出される:
msagr=(MSNAGR−ofmsagr)*ftagr*pvagr/1013 hPa*fkmsagr*KLAF (1)
式(1)による流量msagrの算出は、図2の機能図から分かる。先ず、排気ガス帰還弁5の弁特性曲線VKLから導出された規定流量MSNAGRが、各々の弁位置hagrに依存して求められる。この規定流量MSNAGRから、結合点V1で、オフセットofmsagrが減算される。規定流量MSNAGRとオフセットofmsagrとの差が、結合点V2,V3,V4及びV5で、複数の係数と乗算される。結合点V2での第1の係数は、温度値ftagrであり、以下の式が成立する:
【0015】
【数1】
【0016】
この温度値は、つまり、式(2)から分かるように、実際のガス温度Tagrに対する273Kの規定温度の温度比である。
【0017】
結合点V3での係数は、結合点V7で形成された、排気ガス帰還弁5の前で測定された排気ガス圧pvagrと規定排気ガス圧1013hPaとの比である。1013hPaの規定排気ガス圧では、規定流量MSNAGRが形成され、この規定流量は、正確に、排気ガス帰還弁5の流量特性曲線に相応し、この排気ガス帰還弁の流量特性曲線は、通常のように、弁製造業者によって利用されていて、機能ブロックVKL内に記憶されている。この流量特性曲線は、当然、排気ガス帰還弁5の機能だけを考慮し、製造偏差又はエージングによってのみ生じるが、その他の、排気ガス帰還弁5を介して流れる流量の変化によっては生じない。各規定条件の偏差を示していて、式(1)により算出された流量msagrでの、その種の誤りのある変化を考慮するために、一方では、オフセット値ofmsagrが、他方では、結合点4に印加された補正項fkmsagrが設けられる。補正係数fkmsagrは、流量特性曲線の勾配に作用する。
【0018】
最後に、結合点5に更に特性曲線KLから取り出された値KLAFが印加される。この値KLAFは、排気ガス帰還弁5を介して流れる流速を、スイッチング速度と関連付けて示してある。除算器DVによって、吸入管圧psと排気ガス圧帰還弁5の前の排気ガス圧pvagrとの比が形成され、この比に依存して、特性曲線KLから係数KLAFが取り出される。吸入管圧psと、排気ガス圧pvagrとの比が0.52よりも小さい場合、音速が調整され、0.52よりも大きい比の場合、流速は音速以下に低下する。結合部V5の出力側からは、結局、流量msagrが取り出される。
【0019】
第2の方法によると、流量msagrmは、新鮮な空気流量msと吸入管圧psとから導出される。新鮮な空気流量msは、例えば、ホットフィルム式エアマスセンサーを用いて測定することができる。新鮮な空気流量msを、エンジン回転数nmot及び定数KUMSRLで除算することによって、これは、式(3)により、燃焼室内の空気充填量rlに換算される。
【0020】
rl=ms/(nmot*KUMSRL) (3)
入り口弁が閉じられる時点では、燃焼室と吸入管とで圧力が同一である。入り口弁が閉じられている場合に温度全体を考慮する係数fupsrlを介して、燃焼室圧psは、式(4)により、相対的な全充填度rfに換算される。
【0021】
rf=ps*fupsrl (4)
相対的な全充填度rfは、式(5)により、燃焼室内の相対空気充填度rl、アプリケーションが検出している間燃焼室内に残存している残留充填度rfrint及び排気ガス帰還系を介して供給される外部残留ガス充填度rfrextから合成される。
【0022】
rf=rl+rfrint+rfrex (5)
排気ガス帰還によって形成される外部残留ガス充填度rfrexは、式(5)から得られる:
rfrex=rf−rl−rfrint (6)
式(7)によると、外部残留ガス充填度rfrexと回転数nmotと定数KUMSRLとの乗算による流量msagrmが得られる。
【0023】
msagrm=rfrex*nmot*KUMSRL (7)
流量msagrmは、他のやり方でも前述のようにして求めることができる。
【0024】
結合点V6では、予め算出された両流量msagrとmsagrmとの偏差dmsが求められる。両流量msagrとmsagrmとの偏差dmsから、1つ又は複数の補正量ofmsagr、fkmsagr、dpbが、弁位置hagrと流量特性曲線VKLとに依存して導出された流量msagrに対して形成される。両流量msagrとmsagrmとの偏差dmsに依存して各補正量のどれが変えられるかは、流量msagrmの大きさに依存する。そのために、スイッチSWが設けられており、このスイッチは、前述の補正量の各々に対して切り換え位置1,2,3を有している。スイッチSWでの切り換え位置は、流量msagrmの大きさにより制御される。流量msagrmが僅かしか生じていない場合、スイッチSWは、切り換え位置1にされ、算出された両流量msagrとmsagrmとの偏差dmsは、第1の積分器I1を介して流量特性曲線VKLのオフセットに作用する補正量ofmsagrに変換される。流量msagrmが比較的高い値に達すると、スイッチSWは、切り換え位置2にされ、その結果、両流量msagrとmsagrmとの偏差dmsは、第2の積分器I2を介して補正量fkmsagrに変換され、この補正量は、流量特性曲線の勾配を変える。
【0025】
先行する前述の両補正量ofmsgr及びfkmsagrを用いて、ガス流量の誤りのある変化を補償できない程度に大きな流量msagrmの場合、スイッチSWは、その切り換え位置3にされる。この場合、算出された両流量msagr及びmsagrmとの偏差は、第3の積分器I3に供給され、この第3の積分器は、偏差dmsから係数Kを形成する。この係数Kは、結合点V8で、2乗器QUによって形成された、算出された流量msagrの2乗msagr2と乗算される。係数Kと、流量msagrの2乗との積の結果は、補正量dpbであり、この補正量は、結合点V9で、測定された排気ガス圧pvagrから減算される。補正量dpbを用いて、弁5又は管路4の汚れに基づく流量特性曲線の非常に強い変形を補償することができ、これは、オフセット補正ofmsagr及び勾配補正fkmsagrによっては最早可能でない。そのような汚れは、排気ガス帰還弁5の前の付加的な絞りを用いることによってシミュレートすることができる。このフィクティブな絞りに基づいて、排気ガス帰還弁5の前の排気ガス圧pvagrは、既述の値dpbだけ低下する。この量dpbの係数Kは、排気ガス帰還管路4内のフィクティブな絞りの直径の尺度である。補正値dpbだけ低減した排気ガス圧pvagrは、係数として結合部V3に供給され、係数KLAFの形成の際にも考慮される。
【0026】
補正量dpbの形成のために、測定された流量msagr及びmsagrmとの偏差dmsから導出された係数Kにより、限界値判定SEが行なわれる。この係数Kが所定の限界を超過すると(つまり、弁5乃至排気ガス帰還管4の汚れが大き過ぎるのと同じ意味である)、誤り信号feが送出され、排気ガス帰還系の誤りがシグナリングされ、この誤りは、上述のやり方では最早補償することができない。
【0027】
内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス流量の変化を診断して補正する必要がある。そのために、第1の方法により排気ガス帰還路(4)を通る第1の流量(msagr)を弁位置(hgr)及び排気ガス帰還弁(5)の流量特性曲線とに依存して導出し、第2の方法により第2の流量(msagrm)を吸入管内の新鮮空気流量(ms)及び吸入管圧(ps)とから導出する。それから、両方法により求められた両流量(msagr,msagrm)間の偏差(dms)が検出され、偏差(dms)から、弁位置(hagr)及び流量特性曲線とに依存して導出された第1の流量(msagr)の1つ又は複数の補正量(ofmsagr,fkmsagr,dpb)が形成される。
【0028】
【発明の効果】
本発明の方法によると、法規通りに設定された排気ガス限界値を保持することができない極めて小さな排気ガス帰還レートを確実に検出することができる。更に、検出されたガス流量の変化を、排気ガス帰還管路を介して流れる流量を算出する際に補正して考慮することができる手段が提供される。この補正された流量により、エンジン制御を、排気ガス限界値を超過しないように行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】排気ガス帰還を行う内燃機関の略図
【図2】排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変化の補償のための機能図
【符号の説明】
1 内燃機関
2 排気ガスチャネル
3 吸入管
4 排気ガス帰還管
5 弁
6 圧力センサ
7 スロットル弁
8 空気流量センサ
9 圧力センサ
10 温度センサ
11 制御装置
Claims (4)
- 内燃機関の排気ガス帰還管路を通るガス流量の誤りのある変化を補正する方法において、
−第1の方法により前記排気ガス帰還管路を通る第1の流量(msagr)を弁位置(hagr)及び排気ガス帰還弁(5)の流量特性曲線に依存して導出し、
−第2の方法により前記排気ガス帰還管路(4)を通る第2の流量(msagrm)を吸入管路(3)内の新鮮空気流量(ms)及び吸入管圧(ps)とから導出し、
−前記両方法により求められた前記第1および第2の流量(msagr,msagrm)間の偏差(dms)を検出し、
−前記第1および第2の流量(msagr,msagrm)間の前記偏差(dms)から、前記弁位置(hagr)及び前記流量特性曲線に依存して導出された前記第1の流量(msagr)の複数の補正量(ofmsagr,fkmsagr,dpb)を形成し、
前記複数の補正量は、以下の補正量:
(a)流量特性曲線用のオフセット(ofmsagr)、
(b)流量特性曲線の勾配を変えるファクタ(fkmsagr)、および、
(c)排気ガス帰還弁(5)の前側で測定された排気ガス圧(pvagr)を低減させる値(dpb)を含み、
−前記補正量(ofmsagr,fkmsagr,dpb)の選択は、前記第2の流量(msagrm)の大きさに依存しており、
前記第2の流量(msagrm)の第1の大きさの補正においては、流量特性曲線用のオフセットに作用する補正量(ofmsagr)が選択され、
前記第1の大きさより大きい前記第2の流量(msagrm)の第2の大きさの補正においては、流量特性曲線の勾配を変える補正量(fkmsagr)が選択され、
前記第2の大きさより大きい前記第2の流量(msagrm)の第3の大きさの補正においては、前記排気ガス帰還弁(5)の前側で測定された排気ガス圧(pvagr)を低減させる補正量(dpb)が選択される、
ことを特徴とする方法。 - 前記低減させる値は、第1の方法により求められた前記第1の流量(msagr)の2乗と、前記第1および第2の流量(msagr,msagrm)間の偏差(dms)との積である請求項1記載の方法。
- 前記補正量(ofmsagr,fkmsagr,dpb)の形成のために、前記第1及び第2の流量(msagr,msagrm)間の偏差を積分する請求項1または2記載の方法。
- 前記第1および第2の流量(msagr,msagrm)間の偏差(dms)が所定閾値を超過した場合、前記排気ガス帰還管路の誤りを示す信号(fe)が送信される請求項1記載の方法。
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