CN105612338B - 发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能根据运转状态来抑制EGR气体重量的计算误差的发动机。发动机(1)具备使排气的一部分作为EGR气体回流至吸气的EGR装置(8)，由检测出的排气压(P2)和检测出的吸气压(P1)计算出吸气压(P1)相对于排气压(P2)的实际吸排气压力比(π1)，由作为发动机转速的转速(N)和作为燃料喷射量的喷射量(F)计算出吸气压(P1)相对于排气压(P2)的推定吸排气压力比(π2)，在实际吸排气压力比(π1)小于规定值(π0)的情况下，根据实际吸排气压力比(π1)计算出EGR气体重量(Megr)，在实际吸排气压力比(π1)大于等于规定值(π0)的情况下，根据推定吸排气压力比(π2)计算出EGR气体重量(Megr)。

Description

发动机
技术领域
本发明涉及发动机。详细而言，涉及使排气的一部分回流至吸气的发动机。
背景技术
以往，已知设有使排气的一部分回流至吸气的EGR装置(排气再循环***)的发动机。通过EGR装置使氧浓度低的排气(EGR气体)回流至吸气，由此，使燃烧温度降低，抑制氮氧化物的产生。根据吸气压力与排气压力的压差(吸排气压差)以及调整EGR气体重量的EGR阀的开度(EGR阀开度)，由目标流量图计算出回流至吸气的EGR气体重量(目标EGR气体流量)。例如，如专利文献1中的记载。
专利文献1中记载的EGR装置由单一的目标流量图计算出EGR气体重量。即，由吸排气压差和EGR阀开度唯一地计算出EGR气体重量。但是，所计算出的EGR气体重量随着吸气压力相对于排气压力的压力比率(吸排气压力比)接近于1，由压力比率的变动所产生的影响变大。此外，发动机的运转状态并不根据吸排气压差和EGR阀开度唯一地确定。即，对于EGR气体重量，即使发动机的运转状态不同，如果吸排气压差和EGR阀开度分别相等，就会计算出相同的EGR气体重量。因此，发动机因吸排气压力比的影响以及由吸排气压差和EGR阀开度假定的发动机的运转状态的误差的影响而存在EGR气体重量的计算误差增大的可能性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-31740号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是鉴于如上所述的状况而完成的，其目的在于提供一种能根据运转状态来抑制EGR气体重量的计算误差的发动机。
用于解决问题的方案
即，在本发明中，发动机具备使排气的一部分作为EGR气体回流至吸气的EGR装置，由检测出的排气压力和检测出的吸气压力计算出吸气压力相对于排气压力的实际吸排气压力比，由发动机转速和燃料喷射量计算出吸气压力相对于排气压力的推定吸排气压力比，在实际吸排气压力比小于规定值的情况下，根据实际吸排气压力比计算出EGR气体重量，在实际吸排气压力比大于等于规定值的情况下，根据推定吸排气压力比计算出EGR气体重量。
在本发明中，具备多个由限制EGR气体的流量的EGR阀的开度、所述排气压力与所述吸气压力的压差计算出EGR装置的有效通路面积的有效通路截面积图，由根据所述发动机转速和所述燃料喷射量所选择的有效通路截面积图计算出EGR气体重量。
在本发明中，具备多个由限制EGR气体重量的EGR阀的开度、排气压力与吸气压力的压差计算出EGR装置的有效通路面积的有效通路截面积图，在实际吸排气压力比小于规定值的情况下，由根据实际吸排气压力比和排气压所选择的有效通路截面积图计算出EGR气体重量，在吸排气压力比大于等于规定值的情况下，由根据推定吸排气压力比和排气压所选择的有效通路截面积图计算出EGR气体重量。
发明效果
作为本发明的效果，起到如以下所示的效果。
即，根据本发明，EGR气体重量的计算中，在吸气压力相对于排气压力的压力比率的影响变大的运转状态下稳定地计算出EGR气体重量。由此，能根据运转状态来抑制EGR气体重量的计算误差。
此外，根据本发明，从多个有效通路截面积图中选择与发动机的运转状态相对应的有效通路截面积图。由此，能根据运转状态来抑制EGR气体重量Megr的计算误差。
此外，根据本发明，考虑吸气压力相对于排气压力的压力比率的影响，从多个有效通路截面积图中选择与发动机的运转状态相对应的有效通路截面积图。由此，能根据运转状态来抑制EGR气体重量的计算误差。
附图说明
图1是表示本发明的发动机的构成的示意图。
图2是表示对本发明的发动机的第一实施方式中的EGR装置的吸排气压力比和有效通路截面积的关系进行表示的曲线图的图。
图3是表示对本发明的发动机的第一实施方式中的EGR装置的有效通路截面积的阈值进行表示的曲线图的图。
图4是表示对本发明的发动机的相同压差的情况的各规定条件下的EGR装置的有效通路截面积进行表示的曲线图的图。
图5是表示本发明的发动机的选择图的图。
图6是表示对本发明的发动机的规定条件下的EGR装置的EGR气体重量进行表示的曲线图的图。
图7是表示对计算本发明的发动机的第一实施方式中的EGR装置的有效通路截面积的控制方法进行表示的流程图的图。
图8是表示对本发明的发动机的第二实施方式中的EGR装置的有效通路截面积的阈值进行表示的曲线图的图。
图9是表示对计算本发明的发动机的第二实施方式中的EGR装置的EGR气体重量的控制方法进行表示的流程图的图。
图10是表示对选择本发明的发动机的第二实施方式中的EGR装置的有效通路截面积图的处理的控制方法进行表示的流程图的图。
具体实施方式
以下，使用图1，对本发明的第一实施方式的发动机1进行说明。
如图1所示，发动机1是柴油发动机1，在本实施方式中是具有四个汽缸3、3、3、3的直列四缸发动机1。
发动机1使介由吸气管2供给至汽缸3的内部的吸气和从燃料喷射阀4、4、4、4供给至汽缸3的内部的燃料在汽缸3、3、3、3的内部混合并燃烧，由此，使输出轴旋转驱动。发动机1介由排气管5向外部排出由燃料的燃烧而产生的排气。
发动机1具备：发动机转速检测传感器6、燃料喷射阀的喷射量检测传感器7、EGR装置8以及作为控制装置的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)15。
发动机转速检测传感器6检测作为发动机1的发动机转速的转速N。发动机转速检测传感器6由传感器和脉冲发生器(pulser)构成，设于发动机1的输出轴。需要说明的是，在本实施方式中，由传感器和脉冲发生器构成发动机转速检测传感器6，但只要是能检测转速N的构件即可。
喷射量检测传感器7检测作为来自燃料喷射阀4的燃料喷射量的喷射量F。喷射量检测传感器7设于未图示的燃料供给管的中途部。喷射量检测传感器7由流量传感器构成。需要说明的是，在本实施方式中，用流量传感器构成喷射量检测传感器7，但并不限于此，只要是能检测燃料的喷射量F的构件即可。
EGR装置8使排气的一部分回流至吸气。EGR装置8具备：EGR管9、EGR阀10、吸气压检测传感器11、排气压检测传感器12、EGR气体温度检测传感器13、开度检测传感器14、作为EGR控制部的ECU15。
EGR管9是用于将排气引导至吸气管2的管。EGR管9设为连通吸气管2和排气管5。由此，从排气管5通过的排气的一部分通过EGR管9被引导至吸气管2。即，构成为排气的一部分能作为EGR气体回流至吸气(以下，简写为“EGR气体”)。
EGR阀10限制从EGR管9通过的EGR气体的流量。EGR阀10由常闭型电磁式流量控制阀构成。EGR阀10设于EGR管9的中途部。EGR阀10能取得来自后述的ECU15的信号并改变EGR阀10的开度。需要说明的是，在本实施方式中，由常闭型电磁式流量控制阀构成EGR阀10，但只要是能限制EGR气体的流量的构件即可。
构成压差检测单元的吸气压检测传感器11检测吸气压P1。吸气压检测传感器11配置在能检测吸气压P1的吸气管2的中途部。同样，构成压差检测单元的排气压检测传感器12检测排气压P2。排气压检测传感器12配置在能检测排气压P2的排气管5的中途部。
EGR气体温度检测传感器13检测EGR气体温度Tegr。EGR气体温度检测传感器13由热电偶构成。EGR气体温度检测传感器13配置在能检测EGR气体温度Tegr的EGR管9的中途部。需要说明的是，在本实施方式中，由热电偶构成了EGR气体温度检测传感器13，但只要是能检测EGR气体温度Tegr的构件即可。
开度检测传感器14检测EGR阀开度G。开度检测传感器14由位置检测传感器构成。开度检测传感器14设于EGR阀10。需要说明的是，在本实施方式中，由位置检测传感器构成开度检测传感器14，但只要是能检测EGR阀开度G的构件即可。
ECU15控制发动机1。具体而言，对发动机1主体和EGR装置8进行控制。在ECU15中储存有用于进行发动机1的控制的各种程序和数据。ECU15可以是将CPU、ROM、RAM、HDD等用总线(bus)连接的构成，或者也可以是由单片(one chip)的LSI等形成的构成。
ECU15与燃料喷射阀4、4、4、4连接，能控制燃料喷射阀4、4、4、4。
ECU15连接于发动机转速检测传感器6，能取得发动机转速检测传感器6所检测的转速N。
ECU15连接于喷射量检测传感器7，能取得喷射量检测传感器7所检测的喷射量F。
ECU15与EGR阀10连接，能控制EGR阀10的开闭。
ECU15连接于作为压差检测单元的吸气压检测传感器11以及排气压检测传感器12，能取得吸气压检测传感器11所检测的吸气压P1以及排气压检测传感器12所检测的排气压P2，并计算出作为检测出的排气压P2与检测出的吸气压P1的压差的EGR压差ΔP、作为检测出的吸气压P1相对于检测出的排气压P2的实际压力比率的实际吸排气压力比π1。
ECU15连接于EGR气体温度检测传感器13，能取得EGR气体温度检测传感器13所检测的EGR气体温度Tegr。
ECU15连接于开度检测传感器14，能取得开度检测传感器14所检测的EGR阀开度G。
在ECU15中储存有用于根据转速N和喷射量F来计算出作为吸气压P1相对于排气压P2的压力比率的推定吸排气压力比π2的推定吸排气压力比图Mw。进而，在ECU15中储存有规定值π0，该规定值π0是在计算EGR气体重量Megr时，由吸排气压力比π的变动所产生的影响变得过大的吸排气压力比π的阈值。
在ECU15中储存有用于根据EGR阀开度G和EGR压差ΔP来计算出EGR装置8的有效通路截面积Ared的有效通路截面积图(map)M1、M2、…、Mn(在本实施方式中为有效通路截面积图M1、M2、M3、M4)。此外，在ECU15中储存有用于根据转速N和喷射量F来选择有效通路截面积图M1、M2、M3、M4中的一个有效通路截面积图Mx的选择图My。
ECU15能根据所取得的转速N以及喷射量F，由推定吸排气压力比图Mw计算出推定吸排气压力比π2。同样，ECU15能根据所取得的转速N以及喷射量F，从选择图My选择一个有效通路截面积图Mx。能根据吸气压P1、排气压P2、EGR气体温度Tegr、EGR阀开度G，由所选择的一个有效通路截面积图Mx计算出有效通路截面积Ared。
以下，使用图2～图7，对用于计算本发明的第一实施方式的发动机1的EGR装置8中的EGR气体重量Megr的控制方法进行说明。
ECU15根据所取得的吸气压P1以及排气压P2计算出以下的算式1所示的EGR压差ΔP，并计算出以下的算式2所示的吸排气压力比π(实际吸排气压力比π1或者推定吸排气压力比π2)。同时，ECU15根据所取得的转速N以及喷射量F，由推定吸排气压力比图Mw计算出推定吸排气压力比π2。
如图2所示，由排气压P2、EGR气体温度Tegr、吸排气压力比π(实际吸排气压力比π1或者推定吸排气压力比π2)、作为常数的排气比热容κ以及气体常数R计算出的Ared系数(参照算式3)随着吸排气压力比π接近1而减小，当吸排气压力比π为1时变为0。此时，Ared系数随着吸排气压力比π接近1而急剧减小。即，由实际吸排气压力比π1计算出的Ared系数因检测出的吸气压P1和检测出的排气压P2的微小的测定误差而产生较大变动。
因此，如图3所示，ECU15将作为Ared系数急剧减小的吸排气压力比π的规定值π0作为阈值，在实际吸排气压力比π1小于规定值π0的情况下，选择实际吸排气压力比π1。然后，在实际吸排气压力比π1大于等于规定值π0的情况下，选择由推定吸排气压力比图Mw计算出的推定吸排气压力比π2来抑制Ared系数的急剧减小。
如图4所示，即使EGR压差ΔP以及EGR阀开度G相同，有效通路截面积Ared也根据发动机1的运转状态(转速N以及喷射量F)而不同。因此，如图5所示，ECU15根据所取得的转速N以及喷射量F，从选择图My选择有效通路截面积图Mx。进而，如图6所示，ECU15根据计算出的EGR压差ΔP以及所取得的EGR阀开度G，由所选择的有效通路截面积图Mx计算出有效通路截面积Ared。
然后，ECU15由所取得的排气压P2、EGR气体温度Tegr、吸排气压力比π、作为常数的排气比热容κ以及气体常数R计算出Ared系数(参照算式3)。最后，ECU15由计算出的Ared系数和有效通路截面积Ared计算出以下的算式3所示的EGR气体重量Megr。
[算式1]
ΔP＝P2-P1
[算式2]
π＝P1/P2
[算式3]
接下来，对计算发动机1的EGR装置8中的EGR气体重量Megr的控制方法进行具体说明。
如图7所示，在步骤S110中，ECU15取得发动机转速检测传感器6所检测的转速N、喷射量检测传感器7所检测的喷射量F、开度检测传感器14所检测的EGR阀开度G、吸气压检测传感器11所检测的吸气压P1、排气压检测传感器12所检测的排气压P2以及EGR气体温度检测传感器13所检测的EGR气体温度Tegr，并且使步骤移至步骤S120。
在步骤S120中，ECU15由所取得的吸气压P1以及排气压P2计算出EGR压差ΔP和实际吸排气压力比π1，并且使步骤移至步骤S130。
在步骤S130中，ECU15根据所取得的转速N和喷射量F，由推定吸排气压力比图Mw计算出推定吸排气压力比π2，并且使步骤移至步骤S140。
在步骤S140中，ECU15判定实际吸排气压力比π1是否小于规定值π0。
其结果，在判定为实际吸排气压力比π1小于规定值π0(小于π0)的情况下，ECU15使步骤移至步骤S150。
另一方面，在判定为实际吸排气压力比π1不小于规定值π0(大于等于π0)的情况下，ECU15使步骤移至步骤S250。
在步骤S150中，ECU15在实际吸排气压力比π1和推定吸排气压力比π2之中选择实际吸排气压力比π1，并且使步骤移至步骤S160。
在步骤S160中，ECU15根据所取得的转速N以及喷射量F，从选择图My选择一个有效通路截面积图Mx，并且使步骤移至步骤S170。
在步骤S170中，ECU15根据计算出的EGR压差ΔP以及所取得的EGR阀开度G，由有效通路截面积图Mx计算出有效通路截面积Ared，并且使步骤移至步骤S180。
在步骤S180中，ECU15由所取得的吸气压P1、EGR气体温度Tegr、所选择的实际吸排气压力比π1或者推定吸排气压力比π2、有效通路截面积Ared、作为常数的排气比热容κ以及气体常数R计算出EGR气体重量Megr，并且ECU15使步骤移至步骤S110。
在步骤S250中，ECU15在实际吸排气压力比π1和推定吸排气压力比π2之中选择推定吸排气压力比π2，并且使步骤移至步骤S160。
像这样，在EGR气体重量Megr的计算中由实际吸排气压力比π1的变动而产生的影响变得过大的情况下(实际吸排气压力比π1比规定值π0大的情况下)，ECU15选择根据转速N和喷射量F，由推定吸排气压力比图Mw计算出的推定吸排气压力比π2。此外，ECU15根据转速N和喷射量F选择最适合的有效通路截面积图Mx。
由此，在EGR气体重量Megr的计算中，在吸气压P1相对于排气压P2的压力比率的影响变大的运转状态下，发动机1稳定地计算出EGR气体重量Megr。由此，能根据发动机1的运转状态来抑制EGR气体重量Megr的计算误差。
此外，发动机1从多个有效通路截面积图M1、M2、…、Mn之中选择与发动机1的运转状态相对应的有效通路截面积图。由此，能根据发动机1的运转状态来抑制EGR气体重量Megr的计算误差。进而，抑制由EGR装置8引起的氮氧化物的产生。
接下来，使用图8～图10，对作为本发明的发动机1的第二实施方式的发动机1进行说明。需要说明的是，在以下的实施方式中，关于与已经说明的实施方式同样的点，省略其详细的说明，对不同的部分进行重点说明。
如图8所示，ECU15能根据排气压P2和吸排气压力比π(实际吸排气压力比π1或者推定吸排气压力比π2)从用于计算出EGR装置8的有效通路截面积Ared的有效通路截面积图M1、M2、…、Mn(在本实施方式中为有效通路截面积图M1、M2、M3、M4)中选择一个有效通路截面积图Mx。
以下，对用于计算出本发明的第二实施方式的发动机1的EGR装置8中的EGR气体重量Megr的控制方法进行说明。
如图8所示，ECU15根据所取得的排气压P2以及计算出的吸排气压力比π来选择适合用于计算出EGR装置8的有效通路截面积Ared的有效通路截面积图Mx。具体而言，在吸排气压力比π比规定值X大且排气压P2比规定值Y大的情况下(图8中的区域D)，ECU15选择有效通路截面积图M4。此外，在吸排气压力比π比规定值X大且排气压P2小于等于规定值Y的情况下(图8中的区域C)，ECU15选择有效通路截面积图M3。此外，在吸排气压力比π小于等于规定值X且排气压P2比规定值Y大的情况下(图8中的区域B)，ECU15选择有效通路截面积图M2。此外，在吸排气压力比π小于等于规定值X且排气压P2小于等于规定值Y的情况下(图8中的区域A)，ECU15选择有效通路截面积图M1。
接下来，对用于计算出发动机1的EGR装置8中的EGR气体重量Megr的控制方法进行详细说明。
如图9所示，在步骤S110～步骤S150中，ECU15进行与上述控制相同的控制。
在步骤S300中，ECU15开始进行有效通路截面积图选择处理A，并且使步骤移至步骤310(参照图10)。
如图10所示，在步骤S310中，ECU15判定吸排气压力比π(实际吸排气压力比π1或者推定吸排气压力比π2)是否比规定值X大。
其结果，在判定为吸排气压力比π比规定值X大的情况下，ECU15使步骤移至步骤S320。
另一方面，在判定为吸排气压力比π不比规定值X大的情况下，ECU15使步骤移至步骤S420。
在步骤S320中，ECU15判定排气压P2是否比规定值Y大。
其结果，在判定为排气压P2比规定值Y大的情况下，ECU15使步骤移至步骤S330。
另一方面，在判定为排气压P2不比规定值Y大的情况下，ECU15使步骤移至步骤S630。
在步骤S330中，ECU15选择有效通路截面积图M4，结束有效通路端面积图选择处理A并使步骤移至步骤S170。
在从步骤S170至步骤S180中，ECU15进行与上述控制相同的控制。
在步骤S420中，ECU15判定排气压P2是否比规定值Y大。
其结果，在判定为排气压P2比规定值Y大的情况下，ECU15使步骤移至步骤S430。
另一方面，在判定为排气压P2不比规定值Y大的情况下，ECU15使步骤移至步骤S530。
在步骤S430中，ECU15选择有效通路截面积图M2，结束有效通路端面积图选择处理A并使步骤移至步骤S170。
在步骤S530中，ECU15选择有效通路截面积图M1，结束有效通路端面积图选择处理A并使步骤移至步骤S170。
在步骤S630中，ECU15选择有效通路截面积图M3，结束有效通路端面积图选择处理A并使步骤移至步骤S170。
由此，发动机1考虑吸气压P1相对于排气压P2的压力比率的影响而从多个有效通路截面积图M1、M2、…、Mn之中选择与发动机1的运转状态相对应的有效通路截面积图Mx。由此，能根据发动机1的运转状态来抑制EGR气体重量Megr的计算误差。
产业上的可利用性
本发明能利用于使排气的一部分回流至吸气的发动机。
附图标记说明：
1 发动机
8 EGR装置
N 转速
F 喷射量
P1 吸气压P1
P2 排气压P2
π0 规定值π0
π1 实际吸排气压力比
π2 推定吸排气压力比
Megr EGR气体重量

Claims (3)

1.一种发动机，具备使排气的一部分作为EGR气体回流至吸气的EGR装置，其中，
在计算控制回流至吸气的EGR气体流量时的指标值、亦即EGR气体重量Megr的过程中，
由检测出的排气压P2和检测出的吸气压P1计算出吸气压相对于排气压的实际吸排气压力比π1，并且，
由发动机转速N和燃料喷射量F计算出吸气压相对于排气压的推定吸排气压力比π2，
所述EGR气体重量Megr由Ared系数和有效通路截面积Ared计算出，所述Ared系数由吸排气压力比π计算出，所述吸排气压力比π由实际吸排气压力比π1或者推定吸排气压力比π2构成，
所述Ared系数随着吸排气压力比π接近1而减小，作为该减小的程度的斜率，吸排气压力比π较大时比吸排气压力比π较小时大，在所述实际吸排气压力比π1小于规定值的情况下，根据实际吸排气压力比π1计算出Ared系数，接着，计算出EGR气体重量Megr，
在所述实际吸排气压力比π1大于等于规定值的情况下，根据推定吸排气压力比π2计算出Ared系数，接着，计算出EGR气体重量Megr。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，
具备多个由限制EGR气体的流量的EGR阀的EGR阀开度G、所述排气压P2与所述吸气压P1的EGR压差ΔP计算出EGR装置的所述有效通路面积Ared的有效通路截面积图Mx，
由根据所述发动机转速N和所述燃料喷射量F所选择的有效通路截面积图Mx计算出有效通路面积Ared，并计算出EGR气体重量Megr。
3.根据权利要求1所述的发动机，其中，
具备多个由限制EGR气体重量的EGR阀的EGR阀开度G、排气压与吸气压的EGR压差ΔP计算出EGR装置的有效通路面积Ared的有效通路截面积图Mx，
在所述实际吸排气压力比π1小于规定值的情况下，由根据实际吸排气压力比π1和排气压P2所选择的有效通路截面积图Mx计算出有效通路面积Ared，并计算出EGR气体重量Megr，
在实际吸排气压力比π1大于等于规定值的情况下，由根据推定吸排气压力比π2和排气压P2所选择的有效通路截面积图Mx计算出有效通路面积Ared，并计算出EGR气体重量Megr。
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