用于对允许到机动车辆内燃发动机里的进入空气进行诊断的方法和系统

摘要

在此披露了用于对允许到机动车辆内燃发动机里的进入空气进行诊断的方法，该内燃发动机装配有一个涡轮压缩机以及一个低压部分排气再循环回路(3)和/或一个高压部分排气再循环回路(4)。该方法包括以下步骤：确定表示该发动机的运行特征的多个参数，估算排气中的贫富度，使用被放置在该内燃发动机的一个排气管(7)中的一个贫富度探头(31)来测量该排气中的贫富度，通过计算该排气的测量的贫富度与该排气的估算的贫富度之间的比值来确定一个诊断标准，将该诊断标准与结合系统散布的至少一个诊断阈值进行比较，并且发出取决于该比较结果的一个诊断信号。

说明书

技术领域

本发明的技术领域是对允许到发动机的气体的进入进行监测，更具体 地讲是诊断进入空气泄露。

背景技术

柴油发动机产生的氮氧化物的量是高度依赖于允许进入发动机汽缸的 空气、燃料以及包含在反应混合物中的惰性气体的量的。惰性气体的量可 以通过控制一个部分排气再循环(EGR)阀回路中包含的一个EGR阀的 开度来改变。该部分排气再循环回路通过一个孔部来连接该排气回路和进 气回路，该孔部的尺寸由EGR阀来调节。

当发动机装备有一个涡轮压缩机时，存在两种不同的可限定的EGR 回路配置。

称作高压EGR回路的第一配置涉及致使压缩机下游的进气回路与涡 轮机上游的排气回路联通。这种配置被称作高压，因为它位于由于增压而 压力高的一个区域中。

称作低压EGR回路的第二配置涉及致使压缩机上游的进气回路与涡 轮机下游的排气回路联通。这种配置被称作低压，因为它位于压力低于该 增压压力的一个区域中。

一台发动机可以装配有这两种配置中的一者或另一者，或者同时装配 有两种配置。

为了监测允许进入发动机的气体和燃料的混合物的化学计量，获得关 于允许进入的空气的量的可供使用的可靠信息是必要的。因为允许进入的 空气的量通常是使用一个流量计来确定的，诊断该流量计的可靠性也是有 利的。

为此目的，目前使用的是诊断流量计的可信性，这涉及确定在进气侧 是否存在泄露。该原理依赖于由进入发动机的空气的估计值和来自该流量 计的测量值之间的比值所定义的一个标准。使用以下方程来确定 该标准：

   (等式1)

这个标准使得有可能根据该标准采用的值以及一个结合系统离散的诊 断阈值来限定三种情形。因此，有可能确定该流量计正在标称意义上运行、 在压缩机下游的进气侧存在泄漏或流量计故障、或是在该压缩机上游的进 气侧存在泄漏或流量计故障。

然而，该标准ε_r并未考虑由该低压EGR回路和高压EGR回路再循环 的排气的流率。现在，因为EGR正在扩展以便响应未来的法律，这种诊 断程序的覆盖面积被大大地减少。如果EGR始终处于使用中，检测泄漏 会变得越来越困难(并非不可能)。

发明内容

本发明的一个目的是可靠地检测进气侧的泄露。

本发明的另一个目的是当部分排气再循环正在运行时检测进气侧的泄 露。

提出了一种用于对到机动车辆内燃发动机里的空气的进入进行诊断的 方法，该内燃发动机装配有一个涡轮压缩机和以下各项中的至少一个：一 个低压部分排气再循环回路和一个高压部分排气再循环回路。该方法包括 以下步骤：

确定表示该内燃发动机的运行特征的一组参数，

估算排气的贫富度，

使用定位在该内燃发动机的一个排气管中的一个贫富度探头来测量该 排气的贫富度，

通过计算该排气的贫富度的测量值与该排气的贫富度的估算值之间的 比值来确定一个诊断标准，

将该诊断标准与结合系统离散的至少一个诊断阈值进行比较，并且

发出取决于该比较结果的一个诊断信号。

其中表示该内燃发动机的运行特征的这组参数可以包括进气流率的估 算值、高压EGR流率的估算值、该高压EGR阀的上游的压力与下游的压力 的比值的估算值以及该进气歧管中的压力的估算值和低压EGR流率的估 算值。

该高压EGR阀的上游的压力与下游的压力的比值可以是基于跨过所 述阀的压差来估算的。

可以通过计算代表该高压部分排气再循环回路的容积和代表该低压部 分排气再循环回路的容积的一个质量平衡来估算该排气的贫富度。

代表该高压部分排气再循环回路的容积可以包括该进气歧管的容积。

代表该低压部分排气再循环回路的容积可以包括多个进气管道的容 积、该低压EGR回路的出口的容积以及该压缩机的容积。

还提出了一种用于对到机动车辆内燃发动机里的空气的进入进行诊断 的系统，该内燃发动机装配有一个涡轮压缩机和以下各项中的至少一个： 一个低压部分排气再循环回路和一个高压部分排气再循环回路。该系统包 括用于估算排气的贫富度的一个装置、用于确定诊断标准的一个装置、一 个比较器以及至少一个存储器，用于确定诊断标准的该装置能够基于从用 于估算排气的贫富度的该装置接收的信号并且基于从被放置在该内燃发动 机的一个排气管中的贫富度探头接收的信号来确定一个诊断标准，该比较 器能够将从用于确定诊断标准的该装置接收的信号与从包括结合内燃发动 机散布的至少一个诊断阈值的至少一个存储器接收的信号进行比较，该比 较器发出取决于该比较结果的一个输出信号。

该方法和系统提供的优点是，使用排气贫富度探头来补足用于诊断泄 露的估算器以及当EGR运行时流量计测量的可信性。

附图说明

从以下仅仅通过非限制性举例的方式给出的并且通过参考附图作出的 说明中显现了其他目的、特征和优点，在附图中：

-图1展示了一台装配有低压EGR和高压EGR的内燃发动机，并且

-图2展示了该诊断方法，并且

-图3展示了该诊断系统。

具体实施方式

图1示出了一台内燃发动机1，该内燃发动机被连接到一个涡轮压缩 机2上并且装配有一个低压EGR回路3和一个高压EGR回路4。涡轮压 缩机2包括与一个涡轮机2b相连的一个压缩机2a。涡轮机2b可以是一个 可变几何形状涡轮机。

一个用于允许新鲜空气进入的进气管5被连接到压缩机2a的入口上。 压缩机2a的出口经由一个热交换器6连接到该内燃发动机的进气歧管1a 上。该内燃发动机的排气歧管1b被连接到涡轮机2b的入口上。涡轮机2b 的出口被连接到排气管7上，该排气管装备有一个氧化催化转化器装置8 和一个颗粒过滤器9。

低压EGR回路3包括一个排气阀瓣10和一个低压EGR管11，该排 气阀瓣在氧化催化转化器装置8和颗粒过滤器9的下游被定位在排气管7 中，该低压EGR管首先在排气阀瓣10的上游并且其次在压缩机2a的上 游分接出。低压EGR管11装备有定位在该排气阀瓣上游的一个低压热交 换器12以及定位在该低压热交换器12下游的一个低压EGR阀13，这些 气体从该交换器流动至该低压EGR阀。在该低压EGR回路中这些排气的 流率是由低压EGR阀13控制的。然而，在跨过这个阀的低的压力比的情 况下，当该低压EGR阀开得很大并且没有达到希望的流率时还可以使用 排气阀瓣10，该排气阀瓣使得有可能增大跨过该低压EGR阀的压力比。 穿过低压EGR回路3的这些排气在重新导入压缩机2a的上游之前被冷却。

高压EGR回路4包括一个高压EGR管14，该管首先在压缩机2a的 出口与进气歧管1a之间并且其次在该排气歧管与涡轮机2b的入口之间被 分接出。高压EGR管14装备有一个高压EGR阀15。在该高压EGR回 路中这些排气的流率是由高压EGR阀15控制的。穿过高压EGR回路4 的排气未被冷却。这些排气的流率是通过一个感测跨过高压EGR阀15的 压差的压力传感器并且根据巴利圣维南(Barré Saint Venant)方程来确定 的。

低压EGR回路3的响应时间短于高压EGR回路4的响应时间，因为 该高压EGR回路的长度更长。

未描绘出的多个不同传感器提供以下测量：

Pi：进气歧管中的气体压力

T₁₁：增压空气冷却器(RAS)下游的温度

T_amb：环境温度

Patm：大气压力

F₂：排气的气体贫富度

ΔP_hp：跨过高压EGR阀的压差

空气流率

除此之外，作出以下假设。

在位于该压缩机上游容积中的压力和温度是在低水平的情况下，假设 位于低压EGR管和新鲜空气进气管的接合处于压缩机2a的入口之间的气 体的压力和温度等于大气压力P_atm和大气温度T_atm。

该进气歧管中的温度Ti是根据离开热交换器6的气体的温度T₁₁和根 据离开高压EGR阀16的温度T_egr,hp、通过应用以下方程来估算的：

$T_1=\frac{T_{11,}{\stackrel{·}{m}}_e+T_{\mathrm{egr},\mathrm{hp}}-{\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{egr},\mathrm{hp}}}{{\stackrel{·}{m}}_e+{\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{egr},\mathrm{hp}}}$   (等式2)

基于对该内燃发动机的这种说明，限定了从排气的贫富度的测量值F₂与一个估算值F_2,est之间的比值推导出的一个诊断标准。

${ϵ}_{3/4}=\frac{F_2}{F_{2,\mathrm{est}}}$   (等式3)

这个诊断标准是一个一般标准，这意味着该标准可以使用在这些部分 排气再循环回路的顺序运行(高压EGR或低压EGR)或混合运行(同时 高压EGR和低压EGR)两者中。

该排气的贫富度的估算值F_2,est可以从以下方程获得：

    (等式4)

其中：

PCO：是化学计量条件下的贫富度

Fi,est：是进气的气体组合物的估算值

是燃料流率

是进气流率

化学计量条件下的贫富度是一个取决于所使用燃料的常数。

该燃料流率被假定等于在一个理想的喷射器的情况下的参考值。

该进气流率是使用随后描述的一个模型来估算的。

进气的气体组合物的估算值可以通过对决定进气的气体组合物的变化 的微分方程进行积分来获得。这相当于对所关心的EGR回路的等效容积 进行质量平衡。

如果同时使用高压EGR和低压EGR，则需要考虑这两个回路的平衡。

高压EGR平衡涉及一个对应于该进气歧管的容积。为了进行质量平 衡，到达这个容积的入流被设定为该压缩机的流率和高压EGR的流率而 出流被设定为由该发动机吸入的流率。

低压EGR平衡涉及一个容积，该容积对应于设置在该进气歧管上游 的一个容积。这个容积包括这些进气管道的容积、低压EGR回路出口的 容积以及该压缩机的容积。这个容积的入流是空气流率和低压EGR流率， 而出流是离开该压缩机的流率。

通过添加一个额外容积，引入了对应于这个容积中的气体组合物F₃的一个额外状态变量。低压容积中的燃烧过的气体的质量的变化由以下关 系式给出：

   (等式5)

如果这个容积中的总质量通过使用理想气体定律P₃V₃＝m₃RT₃来替 代，则可以写出决定该低压容积中的组合物的变化的微分方程。

   (等式6)

这个方程被积分以便获得该排气贫富度的估算值。

该排气贫富度是通过应用方程4和方程6并且结合以下方程来估算的：

   (等式7)

除此之外，该进气流率是使用以下方程来估算的：

   (等式8)

其中η_vol(N_e,ρ₁)是随发动机速度和进气歧管中的气体密度而变化的容 积效率的映射。

高压EGR流率是通过使用巴利圣维南方程来计算：

${\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{egr},\mathrm{hp}}=S\left(u_{\mathrm{egr},\mathrm{hp}}\right)\frac{P_{\mathrm{avt}}}{\sqrt{T_{\mathrm{avt}}·R}}\sqrt{2{\pi }_{\mathrm{egr},\mathrm{hp}}(1-{\pi }_{\mathrm{egr},\mathrm{hp}})}$   (等式9)

其中

P_avt是该涡轮机上游的压力，

T_avt是该涡轮机上游的温度，

S(u_egr,hp)是高压EGR阀的随位置而变化的截面，

π_egr.hp是跨过高压EGR阀的压力的比值。

高压EGR阀上游的压力与下游的压力的比值可以从压差的测量值和 该进气歧管中的压力测量值推导出：

${\pi }_{\mathrm{egr},\mathrm{hp}}=\frac{P_1}{P_{\mathrm{avt}}}=\frac{P_1}{P_1+\Delta P_{\mathrm{hp}}}$   (等式10)

该涡轮机上游的压力未被测量。该压力是通过对该进气压力的测量值 和该高压EGR阀处测量的差压求和来获得的。

低压EGR流率的计算如下：

   (等式11)

通过使用上文详述的这些方程，可以如下改写该诊断标准εF₂：

   (等式12)

因此，清楚的是该诊断标准取决于八个变量。该诊断标准允许在该 EGR运行的同时检测进气的泄露。

图2展示了对空气的进入实行诊断的方法，该方法包括以下步骤：

在第一步骤20中，确定涉及估算排气的贫富度的一组参数。这个第一 步骤可以被分解成多个子步骤，在这些子步骤中，通过应用方程8估算吸 入的流率，通过应用方程9估算高压EGR流率，基于跨过所述高压EGR 阀的压差测量值和该进气歧管中的压力测量值通过应用方程10来估算该 高压EGR阀的上游的压力与下游的压力的比值，并且通过应用方程11估 算低压EGR流率。

在第二步骤21中，通过应用方程4、方程6和方程7来估算该排气的 贫富度。

在第三步骤22中，使用一个贫富度探头来测量该排气的贫富度。

在第四步骤23中，通过应用方程3来确定该诊断标准。

在第五步骤24中，该诊断标准与结合系统散布的至少一个诊断阈值进 行比较。

在第六步骤25中，发出取决于在第五步骤中所实行的比较的结果的一 个诊断信号。

图3展示了用于对空气的进入实行诊断的系统30，该系统在输入处连 接到一个贫富度探头31，该探头被放置在该涡轮机下游的排气管7中。

该空气进入诊断系统30包括用于估算排气的贫富度的一个装置32、 用于确定诊断标准的一个装置33，一个比较器34以及至少一个存储器35。

用于确定诊断标准的该装置32在输入处连接到贫富度探头31和估算 排气贫富度的装置32上，并且在输出处连接至比较器34的一个输入。

估算排气贫富度的装置32应用方程4。确定诊断标准的装置33通过 应用方程3来使用由估算排气贫富度的装置32发出的信号，以便确定该诊 断标准。

比较器34能够对从确定诊断标准的装置33接收的信号与从包括结合 推进单元散布的至少一个诊断阈值的至少一个存储器35接收的信号进行 比较。比较器35在输出处发出一个取决于该比较的信号。

总之，用于确定诊断标准的该方法和系统允许即使当部分排气再循环 在运行时检测进气侧的泄漏。