專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的排氣再循環(huán)設(shè)備以及排氣再循環(huán)流量推定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣再循環(huán)設(shè)備以及排氣再循環(huán)流量推定方法，所述內(nèi)燃機(jī)具有在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路和進(jìn)氣通路之間延伸的兩個(gè)或更多個(gè)EGR通路。

背景技術(shù)：
日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2005-076456(JP-A-2005-076456)公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)，其具有第一EGR通路，其從排氣管中催化轉(zhuǎn)化器結(jié)合承載有排氣凈化催化劑的過(guò)濾器的部分延伸到進(jìn)氣管在渦輪增壓器的壓縮機(jī)上游的部分；第二EGR通路，其從排氣歧管在渦輪增壓器的渦輪上游的部分延伸到與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口連接的穩(wěn)壓罐；第一EGR控制閥，其設(shè)置在第一EGR通路中；以及第二EGR控制閥，其設(shè)置在第二EGR通路中。另外，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)10-141147(JP-A-10-141147)公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)，在所述內(nèi)燃機(jī)中，在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路和排氣通路中分別設(shè)置有氧濃度傳感器，并且EGR氣體的實(shí)際流量通過(guò)由氧濃度傳感器檢測(cè)出的值判定。另外，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.06-21550(JP-06-21550)說(shuō)明了一種與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)。
諸如在JP-A-2005-076456中說(shuō)明的一種內(nèi)燃機(jī)中，設(shè)置有兩個(gè)或更多個(gè)EGR通路并且在相應(yīng)的EGR通路中設(shè)置有用于控制待再循環(huán)到進(jìn)氣通路的排氣(以下，必要時(shí)將稱為“EGR氣體”)的流量的EGR閥，典型地，所述EGR閥中的至少一個(gè)通過(guò)開(kāi)環(huán)控制來(lái)控制。在開(kāi)環(huán)控制中，根據(jù)提前設(shè)定的控制方式控制EGR閥的開(kāi)度，然而，即使EGR閥的開(kāi)度保持不變，其中設(shè)置有所述EGR閥的EGR通路中的EGR氣體的流量也依據(jù)在EGR通路處的壓力損失和EGR閥的個(gè)體差異而改變。例如，在該情況中，獲得在相應(yīng)的EGR通路處的EGR氣體流量，并且基于已獲得的EGR氣體流量校正開(kāi)環(huán)控制的控制方式，以便提高EGR閥的控制準(zhǔn)確度。例如在JP-A-10-141147的內(nèi)燃機(jī)中，可以基于由氧濃度傳感器檢測(cè)出的值判定EGR氣體流量。然而，在JP-A-10-141147中說(shuō)明的方法僅可應(yīng)用于僅具有一個(gè)EGR通路的內(nèi)燃機(jī)，不能應(yīng)用于具有兩個(gè)或更多個(gè)EGR通路的內(nèi)燃機(jī)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣再循環(huán)設(shè)備以及排氣再循環(huán)流量推定方法，所述內(nèi)燃機(jī)具有兩個(gè)或更多個(gè)EGR通路，所述排氣再循環(huán)流量推定方法能夠推定經(jīng)由各EGR通路再循環(huán)到進(jìn)氣通路的排氣的流量。
本發(fā)明的第一方面涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣再循環(huán)設(shè)備，其包括排氣凈化裝置，其設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中；第一EGR通路，其從排氣通路在排氣凈化裝置上游的部分延伸到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路；第二EGR通路，其從排氣通路在排氣凈化裝置下游的部分延伸到進(jìn)氣通路在排氣從第一EGR通路輸送到的部分上游的部分；第一EGR閥，其調(diào)節(jié)在第一EGR通路中流動(dòng)的排氣的流量；第二EGR閥，其調(diào)節(jié)在第二EGR通路中流動(dòng)的排氣的流量；以及控制裝置，其用于通過(guò)開(kāi)環(huán)控制而控制第一EGR閥和第二EGR閥中的至少一個(gè)。該排氣再循環(huán)設(shè)備還具有新鮮空氣量檢測(cè)裝置，其用于檢測(cè)從外部吸入到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路中的空氣的流量；氧濃度檢測(cè)裝置，其用于檢測(cè)進(jìn)氣通路在排氣從第一EGR通路輸送到的部分下游的部分處的氣體中的氧濃度；以及流量獲取裝置，其用于獲取通過(guò)排氣凈化裝置的氣體的流量?？刂蒲b置具有推定裝置，所述推定裝置用于基于由新鮮空氣量檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣流量、由氧濃度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的氧濃度、由流量獲取裝置檢測(cè)出的氣體流量和每單位時(shí)間供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量而推定在第一EGR通路中流動(dòng)的氣體的流量和在第二EGR通路中流動(dòng)的氣體的流量。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的排氣再循環(huán)設(shè)備，因?yàn)檠鯘舛葯z測(cè)裝置設(shè)置在排氣從第二EGR通路所輸送到的進(jìn)氣通路的部分的下游并設(shè)置在排氣從第一EGR通路所輸送到的進(jìn)氣通路的部分的下游，所以氧濃度檢測(cè)裝置可以檢測(cè)在含有從外部吸入的空氣(必要時(shí)將稱為“新鮮空氣”)、經(jīng)由第一EGR通路再循環(huán)到進(jìn)氣通路的EGR氣體(將稱為“第一EGR氣體”)和經(jīng)由第二EGR通路再循環(huán)到進(jìn)氣通路的EGR氣體(將稱為“第二EGR氣體”)的混合氣體中的氧濃度。因?yàn)樵摶旌蠚怏w中的氧濃度與再循環(huán)到進(jìn)氣通路的EGR氣體的流量相關(guān)，即，與在第一EGR氣體的流量加第二EGR氣體的流量的總和與新鮮空氣的流量之間的比率相關(guān)，所以可以基于由氧濃度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的氧濃度而推定所述比率。因此，可以基于推定出的比率和新鮮空氣的流量而推定吸入到內(nèi)燃機(jī)的氣缸中的氣體(必要時(shí)將稱為“進(jìn)氣”)的流量，即，新鮮空氣的流量、第一EGR氣體的流量和第二EGR氣體的流量的總和。另外，因?yàn)榕艢鈨艋b置設(shè)置在第一EGR通路連接到的排氣通路的部分的下游并設(shè)置在第二EGR通路連接到的排氣通路的部分上游，所以通過(guò)排氣凈化裝置的氣體的量等于通過(guò)從內(nèi)燃機(jī)的氣缸排出的氣體的量減去第一EGR氣體的量所獲得的值。從氣缸排出的氣體包括供應(yīng)至氣缸的燃料和進(jìn)氣(新鮮空氣、第一EGR氣體和第二EGR氣體)。通常，供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量在控制中設(shè)定，因此可以從設(shè)定值獲得所述燃料的量。如上所述，通過(guò)排氣凈化裝置的氣體(必要時(shí)將稱為“通過(guò)氣體”)并不含有第一EGR氣體，因此可以基于通過(guò)氣體的量、供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量和新鮮空氣的流量而判定第二EGR氣體的流量?？梢酝ㄟ^(guò)從進(jìn)氣的流量減去EGR氣體的流量和新鮮空氣的流量而獲得第一EGR氣體的流量。正因如此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的排氣再循環(huán)設(shè)備，可以基于新鮮空氣的流量、由氧濃度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的氧濃度、由流量獲取裝置獲取到的氣體流量(通過(guò)氣體的流量)和供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量而推定第一EGR氣體的流量和第二EGR氣體的流量。
為了如上所述推定第一EGR氣體的流量和第二EGR氣體的流量，本發(fā)明的第一方面的排氣再循環(huán)設(shè)備可以如此首先，推定裝置基于由新鮮空氣量檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣流量、由氧濃度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的氧濃度和供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量而推定吸入到內(nèi)燃機(jī)的氣缸中的進(jìn)氣的流量；然后，推定裝置基于推定出的進(jìn)氣流量、由流量獲取裝置獲取到的氣體流量、由新鮮空氣量檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣流量和供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量而推定在第二EGR通路中流動(dòng)的氣體的流量；并且然后，推定裝置基于推定出的在第二EGR通路中流動(dòng)的氣體的流量、進(jìn)氣的流量和由新鮮空氣量檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣流量而推定在第一EGR通路中流動(dòng)的氣體的流量。
另外，本發(fā)明的第一方面的排氣再循環(huán)設(shè)備還可以具有壓差檢測(cè)裝置，其用于檢測(cè)排氣凈化裝置的進(jìn)口處的壓力與排氣凈化裝置的出口處的壓力之間的差，并且流量獲取裝置可以基于由壓差檢測(cè)裝置檢測(cè)出的壓力差而推定通過(guò)排氣凈化裝置的氣體的流量。通過(guò)排氣凈化裝置的氣體的流量依據(jù)在排氣凈化裝置的進(jìn)口處的壓力與排氣凈化裝置的出口處的壓力之間的差而改變。因此，可以基于所述壓力差推定通過(guò)氣體的流量。另外，在用于捕集排氣中的顆粒物質(zhì)(PM)(例如含有炭煙的顆粒物質(zhì))的過(guò)濾器用作排氣凈化裝置的情況下，經(jīng)常設(shè)置有用于檢測(cè)橫跨該過(guò)濾器的壓力差的壓力差裝置。在該情況中，在沒(méi)有提供任何額外的部件的情況下可以獲得流過(guò)排氣凈化裝置的氣體的流量。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的排氣再循環(huán)設(shè)備，氧濃度檢測(cè)裝置設(shè)置在進(jìn)氣通路的在排氣從第二EGR通路輸送到的部分和排氣從第一EGR通路輸送到的部分二者下游的部分處，并且用于獲取通過(guò)排氣凈化裝置的氣體的流量的流量獲取裝置設(shè)置在排氣通路的在與第一EGR氣體連接的部分下游且在與第二EGR通路連接的部分上游的部分處。因而，可以基于由氧濃度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的氧濃度、由流量獲取裝置獲取到的通過(guò)氣體的流量、新鮮空氣的流量和供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量而推定經(jīng)由相應(yīng)的EGR通路再循環(huán)到進(jìn)氣通路的EGR氣體的流量。
本發(fā)明的第二方面涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣再循環(huán)設(shè)備的排氣再循環(huán)流量推定方法，所述排氣再循環(huán)設(shè)備包括排氣凈化裝置，其設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中；第一EGR通路，其從排氣通路在排氣凈化裝置上游的部分延伸到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路；第二EGR通路，其從排氣通路在排氣凈化裝置下游的部分延伸到進(jìn)氣通路在排氣從第一EGR通路輸送到的部分上游的部分；第一EGR閥，其調(diào)節(jié)在第一EGR通路中流動(dòng)的排氣的流量；第二EGR閥，其調(diào)節(jié)在第二EGR通路中流動(dòng)的排氣的流量；以及控制裝置，其用于通過(guò)開(kāi)環(huán)控制而控制第一EGR閥和第二EGR閥中的至少一個(gè)。該排氣再循環(huán)流量推定方法包括檢測(cè)從外部吸入到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路中的空氣的流量；檢測(cè)進(jìn)氣通路的在排氣從第一EGR通路輸送到的部分下游的部分處的氣體中的氧濃度；獲取通過(guò)排氣凈化裝置的氣體的流量；以及，基于檢測(cè)出的從外部吸入到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路中的空氣的流量、檢測(cè)出的進(jìn)氣通路在排氣從第一EGR通路輸送到的部分下游的部分處的氣體中的氧濃度、通過(guò)排氣凈化裝置的氣體的流量和每單位時(shí)間供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量，推定在第一EGR通路中流動(dòng)的氣體的流量和在第二EGR通路中流動(dòng)的排氣的流量。



本發(fā)明的前述和其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將從以下參照附圖的示例性實(shí)施例的說(shuō)明變得明顯，其中相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的部件，其中圖1是示出包含有根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的排氣再循環(huán)設(shè)備的內(nèi)燃機(jī)的視圖；圖2是說(shuō)明由ECU執(zhí)行的關(guān)系學(xué)習(xí)程序的流程圖；以及圖3是說(shuō)明在內(nèi)燃機(jī)的各部分處的氣體流動(dòng)的視圖。

具體實(shí)施例方式 圖1示出包括根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的排氣再循環(huán)設(shè)備的內(nèi)燃機(jī)。圖1中所示的內(nèi)燃機(jī)1是作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源安裝在車輛中的柴油機(jī)。內(nèi)燃機(jī)1具有多個(gè)氣缸2(圖1中有四個(gè)氣缸2)以及連接至相應(yīng)的氣缸2的進(jìn)氣通路3和排氣通路4。在進(jìn)氣通路3中設(shè)置有用于過(guò)濾進(jìn)入的空氣的空氣濾清器5；輸出指示進(jìn)入的空氣量的信號(hào)的空氣流量計(jì)6(“新鮮空氣量檢測(cè)裝置”)；用于調(diào)節(jié)進(jìn)入的空氣量的節(jié)氣門(mén)7；渦輪增壓器8的壓縮機(jī)8a；以及用于冷卻進(jìn)入的空氣的中間冷卻器9。另外，在形成進(jìn)氣通路3的一部分的進(jìn)氣歧管3a中，設(shè)置有輸出指示進(jìn)氣歧管3a中的氣體中的氧濃度的信號(hào)的氧濃度傳感器10(“氧濃度檢測(cè)裝置”)。另一方面，在排氣通路4中設(shè)置有渦輪增壓器8的渦輪8b；用于凈化排氣的排氣凈化催化器單元11(“排氣凈化裝置”)；以及用于調(diào)節(jié)排氣的流量的排氣節(jié)氣門(mén)12。例如，排氣凈化催化器單元11由承載有存儲(chǔ)還原類型的NOX催化劑的顆粒物質(zhì)(PM)捕集過(guò)濾器構(gòu)成。參照?qǐng)D1，在排氣通路4中設(shè)置有壓差傳感器13(“壓差檢測(cè)裝置”)，所述壓差傳感器13輸出指示在排氣凈化催化器單元11的進(jìn)口處的壓力與排氣凈化催化器單元11的出口處的壓力之間的差的信號(hào)。在相應(yīng)的氣缸2中，設(shè)置有燃料噴射閥14以向所述氣缸2供給燃料。
排氣通路4和進(jìn)氣通路3經(jīng)由高壓EGR通路20和低壓EGR通路21相互連通。參照?qǐng)D1，高壓EGR通路20從排氣通路4在渦輪8b上游(即，在排氣凈化催化器單元11上游)的部分延伸至進(jìn)氣通路3在壓縮機(jī)8a下游的部分，并且低壓EGR通路21從排氣通路4在排氣凈化催化器單元11下游的部分延伸至進(jìn)氣通路3在壓縮機(jī)8a上游(即，在排氣從高壓EGR通路20所輸送到的部分(必要時(shí)將稱為“排氣出口”)上游)的部分。因而，高壓EGR通路20在實(shí)施例中與“第一EGR通路”相對(duì)應(yīng)，并且低壓EGR通路21在實(shí)施例中與“第二EGR通路”相對(duì)應(yīng)。如圖1中所示，高壓EGR通路20和低壓EGR通路21的排氣出口都位于進(jìn)氣通路3中的進(jìn)氣歧管3a的上游。在高壓EGR通路20中設(shè)置有用于調(diào)節(jié)在高壓EGR通路20中流動(dòng)的EGR氣體(以下將稱為“第一EGR氣體”)的流量的高壓EGR閥22(“第一EGR閥”)。另一方面，在低壓EGR通路21中設(shè)置有用于調(diào)節(jié)在低壓EGR通路21中流動(dòng)的EGR氣體(以下將稱為“第二EGR氣體”)的流量的低壓EGR閥24(“第二EGR閥”)和用于冷卻輸送到進(jìn)氣通路3的EGR氣體的EGR冷卻器23。
高壓EGR閥22和低壓EGR閥24通過(guò)電子控制單元(ECU)30控制。ECU 30是由微處理器和諸如RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、ROM(只讀存儲(chǔ)器)等用于通過(guò)微處理器進(jìn)行處理的多種外圍部件構(gòu)成的計(jì)算機(jī)單元。ECU 30基于從設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)1中的多種傳感器輸出的信號(hào)而控制內(nèi)燃機(jī)1的操作。例如，ECU 30基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷計(jì)算需要供應(yīng)至相應(yīng)的氣缸2的燃料的量，并繼而控制相應(yīng)的燃料噴射閥14以噴射計(jì)算出的燃料的量。另外，當(dāng)將EGR氣體輸送至進(jìn)氣通路3中時(shí)，ECU 30基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷判定是通過(guò)高壓EGR通路20輸送EGR氣體還是通過(guò)低壓EGR通路21輸送EGR氣體，并且基于所述判定的結(jié)果控制高壓EGR閥22的開(kāi)度和低壓EGR閥24的開(kāi)度，以便使目標(biāo)量的EGR氣體輸送至進(jìn)氣通路3。用于這種控制的傳感器包括輸出指示曲柄角的信號(hào)的曲柄角傳感器31、輸出指示加速器操作量的信號(hào)的加速器操作傳感器32等，這些傳感器全部都連接至ECU 30。此外，空氣流量傳感器6、氧濃度傳感器10以及壓差傳感器13也都連接至ECU 30。應(yīng)當(dāng)注意到，有多種其它的傳感器連接至ECU 30，但是在附圖中沒(méi)有示出這些傳感器。
當(dāng)如上所述控制高壓EGR閥22和低壓EGR閥24時(shí)，對(duì)于高壓EGR閥22和低壓EGR閥24，ECU 30使用不同的控制方法。即，ECU 30對(duì)控制高壓EGR閥22執(zhí)行反饋控制，以便使吸入到氣缸2中的進(jìn)入的空氣中的氧濃度等于根據(jù)內(nèi)燃機(jī)1的操作狀態(tài)所設(shè)定的目標(biāo)值。另一方面，關(guān)于低壓EGR閥24的控制，ECU 30基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷計(jì)算目標(biāo)流量，并且繼而ECU 30控制低壓EGR閥24的開(kāi)度，以便使第二EGR氣體以目標(biāo)流量經(jīng)由低壓EGR通路21輸送至進(jìn)氣通路3中。即，ECU 30對(duì)低壓EGR閥24執(zhí)行開(kāi)環(huán)控制。例如，對(duì)于這種開(kāi)環(huán)控制，提前制備限定低壓EGR閥24的開(kāi)度與第二EGR氣體的流量之間的關(guān)系的圖表(map)，并且將該圖表存儲(chǔ)在ECU 30的RAM中，并且根據(jù)該圖表控制低壓EGR閥24的開(kāi)度。如上所述，適于控制高壓EGR閥22和低壓EGR閥24的ECU 30在該實(shí)施例中用作“控制裝置”。
低壓EGR閥24的開(kāi)度與第二EGR氣體的流量之間的關(guān)系例如依據(jù)內(nèi)燃機(jī)1已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)了多久而改變。例如，低壓EGR閥24的開(kāi)度與第二EGR氣體的流量之間的關(guān)系由于由粘附到低壓EGR通路21的內(nèi)壁或粘附到低壓EGR閥24的閥體的顆粒物質(zhì)所導(dǎo)致的壓力損失的變化而改變。因而，ECU 30以給定時(shí)間間隔推定第一EGR氣體的流量和第二EGR氣體的流量，并且基于當(dāng)進(jìn)行推定時(shí)的低壓EGR閥24的開(kāi)度和推定出的第二EGR氣體的流量而校正低壓EGR閥24的開(kāi)度與第二EGR氣體的流量之間的關(guān)系。圖2的流程圖說(shuō)明了ECU 30以給定時(shí)間間隔重復(fù)地執(zhí)行校正低壓EGR閥24的開(kāi)度與第二EGR氣體的流量之間的關(guān)系的關(guān)系學(xué)習(xí)程序。
參照?qǐng)D2，在該程序開(kāi)始之后，首先，ECU 30在步驟S11中判定內(nèi)燃機(jī)的操作狀態(tài)。在該步驟中，ECU 30獲得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、加速器操作量等以判定內(nèi)燃機(jī)1的操作狀態(tài)。然后，在步驟S12中，ECU 30判定目前預(yù)定學(xué)習(xí)條件是否有效。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)1的操作狀態(tài)正在變化時(shí)，則表示第一EGR氣體的流量和第二EGR氣體的流量也正在變化。在該情況下，各EGR氣體的流量的推定準(zhǔn)確度較低。鑒于上述情況，例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)1在穩(wěn)定狀態(tài)中運(yùn)轉(zhuǎn)并且高壓EGR閥22和低壓EGR閥24二者都打開(kāi)時(shí)，則該學(xué)習(xí)條件被認(rèn)為是有效的。如果該條件不是有效的，則ECU 30完成程序的本次循環(huán)。
另一方面，如果判定學(xué)習(xí)條件目前是有效的，則ECU 30繼而進(jìn)入步驟S13，并且推定第一EGR氣體的流量和第二EGR氣體的流量。在下文中，將參照?qǐng)D3說(shuō)明推定的方法。圖3示出了在圖1中所示的內(nèi)燃機(jī)1的各部分處的氣體的流動(dòng)。在圖3中，為了便于說(shuō)明，分別指示渦輪增壓器8的壓縮機(jī)8a和渦輪8b。以下所引用的流量是質(zhì)量流量，并因此將“g/sec”用作它們的單位。
參照?qǐng)D3，高壓EGR通路20所連接至的排氣通路4的部分與低壓EGR通路21所連接至的排氣通路4的部分之間的流量被認(rèn)為是恒定的，并且因此通過(guò)排氣凈化催化器單元11的氣體(必要時(shí)將稱為“通過(guò)氣體”)的流量Gdpf表達(dá)為排氣凈化催化器單元11的出口處的壓力與排氣凈化催化器單元11的進(jìn)口處的壓力之間的差ΔP的函數(shù)，如以下表示的方程(1)。如上所述，適于獲得通過(guò)氣體的流量Gdpf的ECU 30在實(shí)施例中用作“流量獲取裝置”。Gdpf＝F(Δp) (1) 另外，通過(guò)氣體的流量Gdpf可以表達(dá)為使用吸入到相應(yīng)的氣缸2中的氣體(進(jìn)氣)的流量Gc、每單位時(shí)間從燃料噴射閥14供應(yīng)至相應(yīng)的氣缸2的燃料的流量Q(g/sec)和第一EGR氣體的EGR比RH的方程(2)。應(yīng)當(dāng)注意到，EGR比RH通過(guò)將第一EGR氣體流量Ghpl除以進(jìn)氣流量Gc來(lái)計(jì)算。Gdpf＝(Gc+Q)×(1-RH) (2) 通過(guò)第一EGR氣體的流量Ghpl加第二EGR氣體的流量Glpl的總和除以進(jìn)氣流量Gc得到總EGR比RA，并且通過(guò)從總EGR比RA減去第二EGR氣體的EGR比RL得到第一EGR氣體的EGR比RH。因此，第一EGR氣體的EGR比RH可以表達(dá)為使用進(jìn)氣流量Gc、新鮮空氣的流量Gafm和第二EGR氣體的流量Glpl的方程(3)。
通過(guò)把方程(3)代入方程(2)得到以下表示的方程(4)。
然后，從方程(4)得到以下表示的方程(5)。
然后，通過(guò)將方程(1)代入方程(5)得到以下表示的方程(6)。
參照?qǐng)D3，由氧濃度傳感器10檢測(cè)出的氧濃度O2s表示進(jìn)氣中的氧濃度。因?yàn)檫M(jìn)氣是空氣和EGR氣體的混合物，所以進(jìn)氣中的氧濃度隨著再循環(huán)到進(jìn)氣通路3的EGR氣體的流量的增加而減小。因此，氧濃度O2s可以表達(dá)為使用空氣中的氧濃度O2air、總EGR比RA和過(guò)量空氣比λ的方程(7)。
因?yàn)榉匠?7)中的過(guò)量空氣比λ可以使用對(duì)于每種類型的燃料特定的當(dāng)量比M、新鮮空氣的流量Gafm和燃料的量Q來(lái)表達(dá)，所以方程(7)可以修改成以下表示的方程(8)。
另外，總EGR比RA可以表達(dá)為使用第一EGR氣體的流量Ghpl、第二EGR氣體的流量Glpl、進(jìn)氣的流量Gc的方程(9)，或者可以表達(dá)為使用進(jìn)氣的流量Gc和新鮮空氣的流量Gafm的方程(9)。
然后，通過(guò)把方程(9)代入方程(8)得到以下表示的方程(10)。
然后，從方程(10)得到以下表示的方程(11)。
關(guān)于方程(11)，可以通過(guò)從空氣流量傳感器6輸出的信號(hào)得到新鮮空氣的流量Gafm。另外，因?yàn)楣?yīng)至相應(yīng)的氣缸2的燃料量由ECU 30設(shè)定，所以可以通過(guò)由ECU 30設(shè)定的燃料量得到表示每單位時(shí)間供應(yīng)至相應(yīng)的氣缸2的燃料的量的燃料量Q。當(dāng)量比M具體對(duì)于每種類型的燃料自身而言是常數(shù)。空氣中的氧比率也是常數(shù)。空氣中的氧濃度O2air也是常數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)從氧濃度傳感器10輸出的信號(hào)得到進(jìn)氣中的氧濃度O2s。因此，進(jìn)氣的流量Gc可以由氧濃度傳感器10的輸出信號(hào)和空氣流量傳感器6的輸出信號(hào)計(jì)算。
然后，通過(guò)把由壓差傳感器13檢測(cè)出的壓力差ΔP和計(jì)算出的進(jìn)氣的流量Gc代入方程(6)計(jì)算第二EGR氣體的流量Glpl。然后，通過(guò)把計(jì)算出的第二EGR氣體的流量Glpl和進(jìn)氣的流量Gc代入以下表示的方程(12)計(jì)算第一EGR氣體的流量Ghpl。如上所述，適于計(jì)算第一EGR氣體的流量Ghpl和第二EGR氣體的流量Glpl的ECU 30用作本實(shí)施例的“推定裝置”。Ghpl＝Gc-Gafm-Glpl(12) 以下，將參照?qǐng)D2進(jìn)一步說(shuō)明關(guān)系學(xué)習(xí)程序。在步驟S14中，ECU 30基于當(dāng)進(jìn)行所述推定時(shí)的低壓EGR閥24的開(kāi)度和推定出的第二EGR氣體的流量Ghpl而校正低壓EGR閥24的開(kāi)度與第二EGR氣體的流量之間的關(guān)系，此后ECU 30完成程序的本次循環(huán)。即，控制裝置可以具有EGR氣體量校正裝置，所述EGR氣體量校正裝置用于基于在由開(kāi)環(huán)控制所控制的第一EGR閥或第二EGR閥處的EGR氣體流量(所述EGR氣體流量已經(jīng)通過(guò)推定裝置被推定出)和當(dāng)進(jìn)行所述推定時(shí)的EGR閥的開(kāi)度而校正所述EGR閥的開(kāi)度與所述EGR氣體的流量之間的關(guān)系。
從而，根據(jù)本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例，氧濃度傳感器10設(shè)置在位于進(jìn)氣通路3中的高壓EGR通路20下游的進(jìn)氣歧管3a處，并且高壓EGR通路20連接至排氣通路4在排氣凈化催化器單元11上游的部分，并且低壓EGR通路21連接至排氣通路4在排氣凈化催化器單元11下游的部分。因此，可以從橫跨排氣凈化催化器單元11的壓力差ΔP、新鮮空氣的流量Gafm、進(jìn)氣中的氧濃度O2s和供應(yīng)至相應(yīng)的氣缸2的燃料量Q計(jì)算第一EGR氣體的流量Ghpl和第二EGR氣體的流量Glpl。然后，基于計(jì)算出的第二EGR氣體的流量Glpl校正低壓EGR閥24的開(kāi)度與第二EGR氣體的流量之間的關(guān)系。這樣，提高了控制低壓EGR閥24的開(kāi)環(huán)控制的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明不受前述示例性實(shí)施例限制，而是可以以多種其它形式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)施。例如，本發(fā)明也可以像應(yīng)用到柴油機(jī)一樣應(yīng)用到以包括汽油在內(nèi)的其它燃料進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的多種其它內(nèi)燃機(jī)。另外，可以在排氣通路而不是排氣凈化催化器單元中設(shè)置用于在排氣中捕集顆粒物質(zhì)的特殊過(guò)濾器。
雖然在前述實(shí)施例中僅通過(guò)開(kāi)環(huán)控制而控制低壓EGR閥，但是因?yàn)橐部梢酝贫ǔ龅谝籈GR氣體的流量，所以本發(fā)明也可以應(yīng)用到其中高壓EGR閥由開(kāi)環(huán)控制所控制的內(nèi)燃機(jī)。另外，本發(fā)明也可以應(yīng)用到其中高壓EGR閥和低壓EGR閥二者都由開(kāi)環(huán)控制所控制的內(nèi)燃機(jī)。另外，使用計(jì)算出的各EGR氣體的流量的方法不限于各EGR閥的控制的校正。例如，可以推定吸入到各氣缸中的氣體的溫度，并且可以考慮到推定出的氣體溫度而判定再循環(huán)到進(jìn)氣通路的EGR氣體的流量。即，控制裝置可以具有EGR氣體量校正裝置，所述EGR氣體量校正裝置用于基于由推定裝置推定出的各EGR氣體的流量而推定吸入到氣缸中的氣體的溫度并且基于推定出的溫度而校正再循環(huán)到進(jìn)氣通路的EGR氣體的流量。在該情況中，可以使不必要的EGR氣體的再循環(huán)最小化，并從而進(jìn)一步減少?gòu)U氣排放。
雖然在本發(fā)明的前述示例性實(shí)施例中，基于在排氣凈化催化器的進(jìn)口和開(kāi)口之間的壓力差獲得通過(guò)排氣凈化催化器單元的氣體的流量，但是或者可以利用使用排氣溫度代替橫過(guò)排氣凈化催化器的壓力差的函數(shù)判定所述流量。在該情況中，可以更加準(zhǔn)確地推定出通過(guò)排氣凈化催化器單元的氣體的流量。另外，可以在排氣中設(shè)置流量傳感器以檢測(cè)通過(guò)排氣凈化催化器單元的氣體的流量。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣再循環(huán)設(shè)備，其包括排氣凈化裝置(11)，其設(shè)置在所述內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣通路(4)中；第一EGR通路(20)，其從所述排氣通路(4)在所述排氣凈化裝置(11)上游的部分延伸到所述內(nèi)燃機(jī)(1)的進(jìn)氣通路(3)；第二EGR通路(21)，其從所述排氣通路(4)在所述排氣凈化裝置(11)下游的部分延伸到所述進(jìn)氣通路(3)在排氣從所述第一EGR通路(20)輸送到的部分上游的部分；第一EGR閥(22)，其調(diào)節(jié)在所述第一EGR通路(20)中流動(dòng)的排氣的流量；第二EGR閥(24)，其調(diào)節(jié)在所述第二EGR通路(21)中流動(dòng)的排氣的流量；以及控制裝置，其用于通過(guò)開(kāi)環(huán)控制而控制所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中的至少一個(gè)，所述排氣再循環(huán)設(shè)備的特征在于
所述排氣再循環(huán)設(shè)備還具有新鮮空氣量檢測(cè)裝置(6)，其用于檢測(cè)從外部吸入到所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述進(jìn)氣通路(3)中的空氣的流量；氧濃度檢測(cè)裝置(10)，其用于檢測(cè)所述進(jìn)氣通路(3)在排氣從所述第一EGR通路(20)輸送到的所述部分下游的部分處的氣體中的氧濃度；以及流量獲取裝置(30)，其用于獲取通過(guò)所述排氣凈化裝置(11)的氣體的流量，并且
所述控制裝置(30)具有推定裝置(30)，所述推定裝置(30)用于基于由所述新鮮空氣量檢測(cè)裝置(6)檢測(cè)出的空氣流量、由所述氧濃度檢測(cè)裝置(10)檢測(cè)出的氧濃度、由所述流量獲取裝置(30)檢測(cè)出的氣體流量和每單位時(shí)間供應(yīng)至所述內(nèi)燃機(jī)(1)的氣缸的燃料的量而推定在所述第一EGR通路(20)中流動(dòng)的氣體的流量和在所述第二EGR通路(21)中流動(dòng)的氣體的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣再循環(huán)設(shè)備，其中
首先，所述推定裝置(30)基于由所述新鮮空氣量檢測(cè)裝置(6)檢測(cè)出的空氣流量、由所述氧濃度檢測(cè)裝置(10)檢測(cè)出的氧濃度和供應(yīng)至所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述氣缸的燃料的量而推定吸入到所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述氣缸中的進(jìn)氣的流量，然后，所述推定裝置(30)基于推定出的進(jìn)氣流量、由所述流量獲取裝置(30)獲取到的氣體流量、由所述新鮮空氣量檢測(cè)裝置(6)檢測(cè)出的空氣流量和供應(yīng)至所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述氣缸的燃料的量而推定在所述第二EGR通路(21)中流動(dòng)的氣體的流量，并且然后，所述推定裝置(30)基于推定出的在所述第二EGR通路(21)中流動(dòng)的氣體的流量、進(jìn)氣的所述流量和由所述新鮮空氣量檢測(cè)裝置(6)檢測(cè)出的空氣流量而推定在所述第一EGR通路(20)中流動(dòng)的氣體的流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的排氣再循環(huán)設(shè)備，還包括
壓差檢測(cè)裝置(13)，其用于檢測(cè)所述排氣凈化裝置(11)的進(jìn)口處的壓力與所述排氣凈化裝置(11)的出口處的壓力之間的差，其中
所述流量獲取裝置(30)基于由所述壓差檢測(cè)裝置(13)檢測(cè)出的所述壓差而推定通過(guò)所述排氣凈化裝置(11)的氣體的流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的排氣再循環(huán)設(shè)備，其中
所述控制裝置(30)具有EGR氣體量校正裝置，所述EGR氣體量校正裝置用于基于在所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中由開(kāi)環(huán)控制所控制的一個(gè)EGR閥處的已經(jīng)由所述推定裝置(30)推定的EGR氣體流量和當(dāng)由所述推定裝置(30)進(jìn)行所述推定時(shí)所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中的所述一個(gè)EGR閥的開(kāi)度，校正在所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中的所述一個(gè)EGR閥的開(kāi)度與在所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中的所述一個(gè)EGR閥處的EGR氣體流量之間的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的排氣再循環(huán)設(shè)備，其中
所述控制裝置(30)具有EGR氣體量校正裝置，所述EGR氣體量校正裝置用于基于由所述推定裝置(30)推定出的相應(yīng)的EGR氣體的流量而推定吸入到所述內(nèi)燃機(jī)的所述氣缸中的氣體的溫度，并且基于推定出的氣體溫度而校正待再循環(huán)到所述進(jìn)氣通路(3)的所述EGR氣體的流量。
6.一種用于內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣再循環(huán)設(shè)備的排氣再循環(huán)流量推定方法，所述排氣再循環(huán)設(shè)備包括排氣凈化裝置(11)，其設(shè)置在所述內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣通路(4)中；第一EGR通路(20)，其從所述排氣通路(4)在所述排氣凈化裝置(11)上游的部分延伸到所述內(nèi)燃機(jī)(1)的進(jìn)氣通路(3)；第二EGR通路(21)，其從所述排氣通路(4)在所述排氣凈化裝置(11)下游的部分延伸到所述進(jìn)氣通路(3)在排氣從所述第一EGR通路(20)輸送到的部分上游的部分；第一EGR閥(22)，其調(diào)節(jié)在所述第一EGR通路(20)中流動(dòng)的排氣的流量；第二EGR閥(24)，其調(diào)節(jié)在所述第二EGR通路(21)中流動(dòng)的排氣的流量；以及控制裝置，其用于通過(guò)開(kāi)環(huán)控制而控制所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中的至少一個(gè)，所述排氣再循環(huán)流量推定方法包括
檢測(cè)從外部吸入到所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述進(jìn)氣通路(3)中的空氣的流量；
檢測(cè)所述進(jìn)氣通路(3)在排氣從所述第一EGR通路(20)輸送到的部分下游的部分處的氣體中的氧濃度；
獲取通過(guò)所述排氣凈化裝置(11)的氣體的流量；以及
基于檢測(cè)出的從外部吸入到所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述進(jìn)氣通路(3)中的空氣的流量、檢測(cè)出的所述進(jìn)氣通路(3)在排氣從所述第一EGR通路(20)輸送到的部分下游的部分處的氣體中的氧濃度、通過(guò)所述排氣凈化裝置(11)的氣體的流量和每單位時(shí)間供應(yīng)至所述內(nèi)燃機(jī)(1)的氣缸的燃料的量，推定在所述第一EGR通路(20)中流動(dòng)的氣體的流量和在所述第二EGR通路(21)中流動(dòng)的排氣的流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣再循環(huán)流量推定方法，其中
首先，基于檢測(cè)出的空氣流量、檢測(cè)出的氧濃度和供應(yīng)至所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述氣缸的燃料的量而推定吸入到所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述氣缸中的進(jìn)氣的流量；
然后，基于推定出的進(jìn)氣流量、獲取到的氣體流量、檢測(cè)出的空氣流量和供應(yīng)至所述內(nèi)燃機(jī)(1)的所述氣缸的燃料的量而推定在所述第二EGR通路(21)中流動(dòng)的氣體的流量；以及
然后，基于推定出的在第二EGR通路(21)中流動(dòng)的氣體的流量、進(jìn)氣的流量和檢測(cè)出的空氣流量而推定在所述第一EGR通路(20)中流動(dòng)的氣體的流量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的排氣再循環(huán)流量推定方法，還包括
檢測(cè)所述排氣凈化裝置(11)的進(jìn)口處的壓力與所述排氣凈化裝置(11)的出口處的壓力之間的差，其中
基于檢測(cè)出的壓力差而推定通過(guò)所述排氣凈化裝置(11)的氣體的流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的排氣再循環(huán)流量推定方法，還包括
基于推定出的在所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中由開(kāi)環(huán)控制所控制的一個(gè)EGR閥處的EGR氣體流量和當(dāng)進(jìn)行所述EGR氣體流量的推定時(shí)所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中的所述一個(gè)EGR閥的開(kāi)度，校正在所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中的所述一個(gè)EGR閥的開(kāi)度與在所述第一EGR閥(22)和所述第二EGR閥(24)中的所述一個(gè)EGR閥處的所述EGR氣體流量之間的關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的排氣再循環(huán)流量推定方法，還包括
基于推定出的相應(yīng)的EGR氣體的流量而推定吸入到所述內(nèi)燃機(jī)的所述氣缸中的氣體的溫度，并且基于推定出的氣體溫度而校正待再循環(huán)到所述進(jìn)氣通路(3)的EGR氣體的流量。
11.一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣再循環(huán)設(shè)備，其包括
排氣凈化單元，其設(shè)置在所述內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中；
第一EGR通路，其從所述排氣通路在所述排氣凈化單元上游的部分延伸到所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路；
第二EGR通路，其從所述排氣通路在所述排氣凈化單元下游的部分延伸到所述進(jìn)氣通路在排氣從所述第一EGR通路輸送到的部分上游的部分；
第一EGR閥，其調(diào)節(jié)在所述第一EGR通路中流動(dòng)的排氣的流量；
第二EGR閥，其調(diào)節(jié)在所述第二EGR通路中流動(dòng)的排氣的流量；
控制部分，其通過(guò)開(kāi)環(huán)控制而控制所述第一EGR閥和所述第二EGR閥中的至少一個(gè)；
新鮮空氣量檢測(cè)部分，其檢測(cè)從外部吸入到所述內(nèi)燃機(jī)的所述進(jìn)氣通路中的空氣的流量；
氧濃度檢測(cè)部分，其檢測(cè)所述進(jìn)氣通路在排氣從所述第一EGR通路輸送到的部分下游的部分處的氣體中的氧濃度；以及
流量獲取部分，其獲取通過(guò)所述排氣凈化單元的氣體的流量，其中
所述控制部分具有推定部分，所述推定部分基于由所述新鮮空氣量檢測(cè)部分檢測(cè)出的空氣流量、由所述氧濃度檢測(cè)部分檢測(cè)出的氧濃度、由所述流量獲取部分檢測(cè)出的氣體流量和每單位時(shí)間供應(yīng)至所述內(nèi)燃機(jī)的氣缸的燃料的量而推定在所述第一EGR通路中流動(dòng)的氣體的流量和在所述第二EGR通路中流動(dòng)的氣體的流量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣再循環(huán)設(shè)備，其具有高壓EGR通路(20)、低壓EGR通路(21)、高壓EGR閥(22)和低壓EGR閥(24)，并且該排氣再循環(huán)設(shè)備對(duì)低壓EGR閥(24)執(zhí)行開(kāi)環(huán)控制?；谠谶M(jìn)氣通路(3)在排氣從高壓EGR通路(2)輸送到的部分下游的部分處的氣體中的氧濃度(O2s)、通過(guò)設(shè)置在高壓EGR通路(20)和低壓EGR通路(21)的排氣進(jìn)口之間的排氣通路中的排氣凈化催化器單元(11)的氣體的流量(Gdpf)、新鮮空氣的流量(Gafm)和每單位時(shí)間供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)的氣缸(2)的燃料的量(Q)而推定在高壓EGR通路(20)中流動(dòng)的EGR氣體的流量(Ghpl)和在低壓EGR通路(21)中流動(dòng)的EGR氣體的流量(Glpl)。
文檔編號(hào)F02D41/00GK101779025SQ200880016454
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者松永彰生, 中山茂樹(shù), 大西知美, 家村曉幸 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社