用于致动带有排气再循环的增压式内燃发动机的排气再循环阀的方法和设备

摘要

本发明涉及用于建立为防止内燃发动机中的扭矩下降所需要的增压压力的方法和设备，内燃发动机具有涡轮增压器、新鲜空气入口通道、具有排气再循环阀的排气再循环通道、及混合器。该方法具有如下步骤：检测加速请求；在检测到加速请求之后，指定排气再循环率的增大的目标值；测量当前实际增压压力；根据排气再循环率的增大的目标值、当前目标增压压力和当前实际增压压力确定目标排气再循环率；使用所确定的目标排气再循环率确定对应于用于排气再循环阀的校正变量的控制信号；以及将该控制信号供应到排气再循环阀，以便改变阀的打开状态。

说明书

本发明涉及用于致动带有排气再循环的增压进气内燃发动机的排气再循环阀的方法和设备。

DE 10 2005 060 350 B4公开了用于调节带有排气再循环的增压进气内燃发动机的燃烧过程的方法，其能够在不同燃料-空气比的情况下操作。这涉及以目标方式计量到燃烧过程的新鲜空气流和再循环排气流，确定用于新鲜空气流和用于再循环排气流的相应测量变量。直接通过质量流量和/或体积流量测量设备确定用于新鲜空气流和用于再循环排气流的测量变量。当在涡轮马达中使用该方法时，这些在接近压缩机的喘振极限的较低负载区域中操作。

DE 10 2007 042 577 B3公开了用于调节燃烧过程的方法和控制设备。在该方法中，用于燃烧的燃料被喷射到内燃发动机中，排气被再循环到进气导管中，检测燃烧的时间点，比较所检测的时间点与设定点值，及根据比较结果改变喷射以便朝设定点值移动燃烧。喷射的改变的部分被转换成用于调节排气再循环的调整值，以便朝设定点值移动燃烧。

DE 10 2007 003 855 A1公开了用于控制在内燃发动机中的排气再循环的方法，其中，来自排气道的排气的部分经由外部管线再循环到进气管，且与供应到气缸的新鲜空气混合。排气的另一部分经由阀在内部再次供应到发动机的燃烧空间。在内部再循环的排气量通过根据发动机负载和发动机速度控制凸轮相位设定。内部排气再循环率的设定点值被计算为在排气再循环的设定点值和外部排气再循环率之间的差异。

在λ-1设计的发动机（例如，汽油发动机）的情况下，这样的带有排气再循环的内燃发动机能够在加速过程期间经历扭矩下降。这些问题由于通过打开排气再循环阀从而降低压缩机上游的空气密度所导致。结果，相应的气缸接收太少的空气，直到增压压力再一次建立到足够的值为止。

已知的是通过使用斜坡形致动信号致动排气再循环阀来执行增压压力到足够的值的该建立。然而，这样的增压压力建立是缓慢的且要求复杂的应用。

本发明的目的是详细说明用于建立为避免具有排气再循环的内燃发动机的扭矩下降所要求的增压压力的方法和设备，其中，增压压力建立更迅速且更简单地发生。

该目的利用具有在权利要求1中指示的特征的方法和利用具有在权利要求7中指示的特征的设备实现。在从属权利要求中指示本发明的有利实施例和改进。

在根据本发明的用于建立为避免具有排气涡轮增压器（其具有新鲜空气入口导管、带有排气再循环阀的排气再循环导管、及混合器）的内燃发动机的扭矩下降所要求的增压压力的方法中，执行如下步骤：

- 识别加速期望，

- 一旦已经识别加速期望，就提供排气再循环率的增大的目标值，

- 测量瞬时实际增压压力，

- 根据排气再循环率的增大的目标值、瞬时设定点增压压力和瞬时实际增压压力确定设定点排气再循环率，

- 使用所述确定的设定点排气再循环率，确定对应于用于排气再循环阀的致动变量的控制信号，以及

- 将控制信号供应到排气再循环阀，以便改变排气再循环阀的打开状态。

根据本发明的用于建立为避免内燃发动机的扭矩下降所要求的增压压力的设备包含：

- 带有涡轮机和通过轴连接到涡轮机的压缩机的排气涡轮增压器，

- 连接到涡轮机的出口的排气导管，

- 排气再循环导管，其从排气导管分叉，且其出口连接到混合器的第一入口，混合器的出口连接到压缩机的入口，

- 布置在排气再循环导管中的排气再循环阀，

- 新鲜空气入口导管，其出口连接到混合器的第二入口，以及

- 控制单元，其被设置以便准备用于排气再循环阀的致动信号，

- 其中，控制单元被设计成执行具有在前述权利要求中的一个中指示的步骤的方法。

本发明的优势尤其在于，为避免具有排气再循环的内燃发动机的扭矩下降所要求的增压压力相比现有技术更迅速且更简单地发生。尤其，在本发明中，排气再循环阀的打开状态以与建立为避免扭矩下降所要求的增压压力的速度至少大约相同的速度改变。排气再循环阀的打开状态的改变因此适应于增压压力建立速度。

这些优势尤其通过使用瞬时实际增压压力来确定设定点排气再循环率实现。如果瞬时实际增压压力迅速增大，则设定点排气再循环率也将迅速增大。如果瞬时实际增压压力缓慢地增大，则设定点排气再循环率也将缓慢地增大。

在从属权利要求中陈述本发明的有利实施例和改进。

接下来参考附图对本发明进行更详细地描述，在附图中：

图1是示出用于建立为避免内燃发动机的扭矩下降所要求的增压压力的设备的框图，所述内燃发动机具有带有排气再循环的排气涡轮增压器，以及

图2是示出用于建立为避免内燃发动机的扭矩下降所要求的增压压力的方法的流程图，所述内燃发动机具有带有排气再循环的排气涡轮增压器。

在图1中示出的设备具有新鲜空气入口导管9，在导管9中包含新鲜空气入口11、空气净化设备12和入口挡板13。

所示出的设备还具有排气导管5，其连接到排气涡轮增压器1的涡轮机2的出口2b。排气导管5包含催化转化器17、分支点18和消音器19。排气再循环导管6在分支点18处分叉。该导管6具有排气冷却器20和排气再循环阀8。

排气再循环阀8的出口连接到混合器7的第一入口7a。新鲜空气入口导管9的入口挡板13的出口连接到混合器7的第二入口7b。

混合器7的出口7c连接到排气涡轮增压器的压缩机4的入口4a。压缩机4具有压缩机转子，其抗相对转动地固定在轴3上，轴3同样与涡轮机2的涡轮机转子一起转动地固定。

内燃发动机16的排气以排气流的形式供应到涡轮机的入口2a。该排气流驱动涡轮机转子。这还使排气涡轮增压器1的轴3转动。轴的该转动传输到压缩机转子。

压缩机吸入并压缩在混合器7中产生且供应到压缩机的入口4a的新鲜空气/排气混合物。压缩的新鲜空气/排气混合物在压缩机的出口4b处排出，且经由增压中冷器14和节流挡板15供应到内燃发动机16。如上文中已经解释的，在内燃发动机中产生的排气在涡轮机2的入口2a处排出。

在图1中示出的设备还具有控制单元10，其包含处理单元和多个存储器单元，表格和特性图表储存在所述存储器单元中。来自多个传感器（其为控制单元供应多个参数的实际值）的输出信号作为输入信号供应到控制单元10。这些尤其包括检测加速踏板的致动的传感器。来自该传感器的输出信号告诉控制单元10存在加速期望。还包括的是传感器，其为控制单元10提供与实际增压压力有关的信息。该传感器设置在压缩机4的出口和内燃发动机16之间，例如在增压中冷器14和节流挡板15之间或者在压缩机4和增压中冷器14之间。

控制单元10评估来自传感器的这些输出信号、保存的表格和保存的特性图表，以计算控制信号，其用于致动所示的设备的部件。

尤其，控制单元10被设计成使得其计算用于排气再循环阀8的控制信号s1，且将这些信号传输到排气再循环阀8。这些控制信号s1使排气再循环阀8的打开状态根据瞬时需求改变，以便供应更多或更少的排气到混合器7。尤其，生成用于排气再循环阀8的致动信号s1，使得在由驾驶员致动加速踏板触发的加速过程的情形中不存在扭矩下降。

当存在加速期望时，增大目标排气再循环率。在该背景下，排气再循环阀8必须被控制成使得通过增压压力的建立补偿由于打开排气再循环阀8导致的空气密度的降低，以便避免扭矩下降。

由控制单元10根据设定点空气质量或设定点扭矩和排气涡轮增压器的轴3的转动速度提供目标排气再循环率的增大的值。

打开排气再循环阀8以对应于实际排气再循环率的方式降低空气密度。因此，压缩机4下游的新鲜空气的实际分压P_lade_air_ist如下确定：

P_lade_air_ist = P_lade_ist（1–eta_egr_ist） （1）

其中，P_lade_ist是实际增压压力，eta_egr_ist是实际排气再循环率，且P_lade_air_ist是新鲜空气的实际部分增压压力。

如果在加速程序的情况下，新鲜空气的实际部分增压压力能够遵循新鲜空气的设定点部分增压压力，则将不存在扭矩下降。

从等式（1）继续，接下来必须确定取决于实际增压压力的瞬时设定点排气再循环率eta_egr_soll，使得保持以下关系：

P_lade_ist ∙ (1 - eta_egr_soll) = P_lade_air_soll（2）

能够在新鲜空气的设定点部分增压压力和设定点增压压力和目标排气再循环率eta_egr_soll_0之间限定如下关系：

P_lade_air_soll = (1 - eta_egr_soll_0) ∙ P_lade_soll_0 （3）

将等式（3）代入等式（2）给出：

eta_egr_soll=1–(1-eta_egr_soll_0)∙(P_lade_soll/P_lade_ist) （4）

使用等式（4）计算的值对于其中设定点增压压力大于实际增压压力的情况是有效的。设定点增压压力一小于或等于实际增压压力，瞬时排气再循环率eta_egr_soll就被设定成等于目标值eta_egr_soll_0。

使用等式（4）所计算的值具有最大值eta_egr_soll_0和最小值零。

根据排气再循环率的瞬时设定点值，控制单元10的计算单元使用储存在控制单元10的存储器单元中的排气再循环阀特性曲线确定用于排气再循环阀打开的致动变量，且以控制信号s1的形式输出该变量到排气再循环阀8。

仅在根据设定点空气质量和转动速度的排气再循环率的目标值eta_egr_soll_0比实际排气再循环率大预先确定的差异值DELTA时，使用等式（4）执行排气再循环率的值的计算和输出，因此：

Eta_egr_soll_0 > eta_egr_ist + DELTA

值DELTA例如是4%。

该方法的优势在于，排气再循环阀8不那么频繁地改变其打开状态，也就是说，其不太无休止地运动。

在任何其他情况下，瞬时排气再循环率eta_egr_soll直接地设定成等于目标值eta_egr_soll_0。

接下来参考图2描述用于建立为避免扭矩下降所要求的的增压压力的方法。根据该方法，步骤S1涉及识别就驾驶员而言的加速期望，例如，借助于检测加速踏板的运动的传感器的输出信号。然后，在识别加速期望之后，步骤S2涉及控制单元10提供排气再循环率的增大的目标值。然后，步骤S3涉及测量瞬时实际增压压力。随后的步骤S4涉及控制单元10根据排气再循环率的增大的目标值、瞬时设定点增压压力和瞬时实际增压压力确定设定点排气再循环率。然后，步骤S5涉及使用所确定的设定点排气再循环率，确定对应于用于排气再循环阀的致动变量的控制信号。最后，步骤S6涉及供应控制信号到排气再循环阀，以便改变排气再循环阀的打开状态。