控制燃燒廢氣的再循環閥的方法與流程

2023-10-09 22:29:19 2

本發明涉及內燃發動機的領域。本發明更具體地涉及一種控制燃燒廢氣的再循環閥的方法。本發明還涉及一種適於實施這種方法的計算機並且涉及一種包括配備有這種計算機的內燃發動機的機動車輛。

背景技術：

來自與由內燃發動機運行所產生的汙染物的排放水平相關的標準，例如稱為EURO VI的歐洲標準的限制變得越來越嚴格。

對於發動機的控制功能所要求的性能水平因此越來越苛刻，尤其在發動機運行的過渡階段中需要具有對進入發動機的空氣量的控制。

尤其在朝向配備有再循環氣體的流量控制閥(還表示為EGR閥)的進氣口配備有諸如渦輪增壓器和燃燒廢氣的再循環環路(還表示為EGR環路)的增壓系統的內燃發動機的情況下，在發動機運行的過渡階段期間，EGR閥與渦輪增壓器的渦輪機同步是必要的，以具有對進入發動機的空氣量的該控制。

已知例如文件WO2013111385描述了一種方法，其中對EGR閥和渦輪增壓器的渦輪機位置的控制基於剩餘氧氣係數的計算來確定，並且在檢測到過渡階段的情況下改變。然而這種方法未考慮EGR閥的響應時間，並因此不允許與渦輪增壓器的渦輪機同步的EGR閥的運行，這在對EGR閥的控制上存在延遲的可能性。

在發動機運行的過渡階段時，EGR閥與渦輪增壓器的渦輪機的較差的同步對發動機的影響是：

-氣穴，當燃燒廢氣的再循環閥保持打開時，其產生由駕駛員感受到的力矩穴(trou de couple)，並因此不利於駕駛體驗。

-空氣過量，當燃燒廢氣的再循環閥保持關閉時，其產生排放的煙霧並形成不可控的菸灰。

技術實現要素：

因此，本發明的目的在於確保在過渡狀態時EGR閥與渦輪增壓器的渦輪機之間良好的同步。

為了達到該目的，根據本發明提出一種控制內燃發動機產生的燃燒廢氣的再循環閥的方法，該發動機包括：

空氣的進氣管路，

燃燒廢氣的排氣管路，

燃燒廢氣的再循環環路，其在排氣管路和進氣管路之間延伸並且包括再循環閥，

渦輪增壓器，其包括設置在排氣管路中的燃燒廢氣的膨脹式渦輪機，

本方法的特徵在於，其包括以下步驟：

確定渦輪機上遊的實際壓力，

確定渦輪機中的燃燒廢氣的流量的控制值，

對於確定的所述渦輪機中的廢氣的流量的所述控制值，確定所述渦輪機上遊的預期壓力，

根據預期壓力和渦輪機上遊的實際壓力確定參考壓力，

基於確定的參考壓力確定再循環閥的控制值，

控制再循環閥至所確定的控制值。

在渦輪機包括位置可調節的葉片的變型例中，渦輪機中的燃燒廢氣的流量的控制值對應於葉片位置的值。

在變型例中，預期壓力的確定步驟包括以下的附加步驟：

確定空氣流量值，

確定渦輪機上遊的溫度，

確定渦輪機下遊的壓力，

確定預期壓力，根據：

-基於空氣流量值、渦輪機上遊的溫度以及渦輪機下遊的壓力獲得的標準空氣流量值，

-渦輪機的運行範圍。

在渦輪機包括渦輪機放氣閥的變型例中，渦輪機中的燃燒廢氣的流量的控制值對應於放氣閥打開的值。

在變型例中，參考壓力的確定步驟包括預期壓力的濾波步驟並且參考壓力通過以下關係確定：

Pf＝Pproj-(Pprojfiltrée-Prat)

其中Pprojfiltrée是濾波後的預期壓力。

在變型例中，調整濾波使得當渦輪機上遊的燃燒廢氣的壓力不穩定時，參考壓力等於預期壓力。

在變型例中，調整濾波使得當渦輪機上遊的燃燒廢氣的壓力不穩定時，參考壓力(Pf)等於渦輪機上遊(7)的實際壓力(Prat)。

優選地，預期壓力的濾波由一階濾波器實現。

本發明也涉及一種電子計算機，其特徵在於其包括採集裝置、處理裝置和控制裝置以及實施根據前述變型例中任一個所述的方法所需的軟體指令。

本發明還涉及一種包括內燃發動機的機動車輛，該發動機包括：

空氣的進氣管路，

燃燒廢氣的排氣管路，

燃燒廢氣的再循環環路，其在排氣管路和進氣管路之間延伸並且包括再循環閥，

渦輪增壓器，其包括設置在排氣管路中的燃燒廢氣的膨脹式渦輪機，

其特徵在於，該發動機包括本發明的計算機。

附圖說明

通過閱讀下文對本發明的非限制性具體實施方式的描述，並參照附圖，使得其它的特徵和優點得以顯現，在附圖中：

-圖1是配備有燃燒廢氣的再循環環路和渦輪增壓器的內燃發動機的示意圖。

-圖2是控制燃燒廢氣的再循環閥的方法的示意圖。

具體實施方式

圖1圖示了可以配備在機動車輛中的內燃發動機1，例如狄塞爾(Diesel)類型的通過壓縮點火的發動機。發動機1通常包括用於接收空氣和燃燒所需的碳氫燃料的至少一個燃燒室2。圖1中示出了四個燃燒室，但是發動機可以包括不同數目的燃燒室。內燃發動機1包括進氣管路3，其允許將進入的空氣帶入燃燒室2中。內燃發動機1還包括排氣管路4，其允許排出燃燒室2中的排放氣體。排氣管路4包括排氣收集器5，排氣管路通過該排氣收集器連接到內燃發動機1。

內燃發動機1還包括渦輪增壓器，其中進氣增壓器6設置在進氣管路3中，並且膨脹式渦輪機7設置在排氣管路4中。渦輪機7與增壓器通過未示出的共同旋轉軸連接，並且通過燃燒廢氣在排氣管路4中的循環所驅動的渦輪機7因此允許驅動對進氣增壓器6的驅動。

排氣管路4還可以至少包括一個消除汙染的部件，例如氧化催化器8、氮氧化物的選擇性還原催化器9和微粒過濾器10。

發動機1還包括再循環環路11，其在排氣管路4和進氣管路3之間延伸並且允許提取一部分排放的燃燒廢氣，以便將其朝進氣口再帶回來。再循環環路11包括再循環閥12。再循環環路11中的燃燒廢氣的流量通過再循環閥12來控制。更具體地，再循環環路11自渦輪機7的上遊朝向進氣增壓器6的下遊延伸。

在進氣管路3中，相對於進入發動機的空氣的流動方向定義上遊和下遊。在排氣管路4中，相對於排出發動機的燃燒廢氣的流動方向定義上遊和下遊。

發動機1還包括計算機13，該計算機包括採集裝置、處理裝置和控制裝置以及軟體指令，指令適於實施本發明的控制再循環閥12的方法中的步驟，其中優選實施方式在圖2中示出。計算機13也適於控制渦輪機7。

圖2示出了配置中的方法的優選實施方式，在配置中渦輪增壓器具有可變的幾何形狀，也就是說，其包括包含位置可調節的葉片(未示出)的渦輪機7。對葉片位置的調節允許調整在渦輪機入口處的燃燒廢氣的循環，因此調節了流量，以便根據所需的負載優化渦輪機的功率。

在該實施方式中，方法首先包括確定多個輸入變量的步驟：

-利用傳感器或測量儀確定渦輪機7上遊的燃燒廢氣的實際壓力Prat，

-利用測量儀確定渦輪機7中的燃燒廢氣的流量的控制值Ct。在該實施方式中，渦輪機7中的燃燒廢氣的流量的控制值Ct對應於渦輪機7的葉片位置的值。

-利用測量儀確定空氣流量值Cda，

-利用傳感器或測量儀確定渦輪機7上遊的溫度Tamt，

-利用傳感器或測量儀確定渦輪機7下遊的壓力Pavt，

然後，基於空氣流量值Cda、渦輪機7上遊的溫度Tamt以及渦輪機7下遊的壓力Pavt來確定(圖2中的方框14)標準空氣流量值Cdan。標準空氣流量值Cdan通過以下關係獲得：

其中R＝287,085J.kg-1.K-1,其為理想氣體通用常數。

基於該標準空氣流量值Cdan和渦輪機7的葉片位置的值Ct，可以藉助記在適當的圖紙(cartographie)中的渦輪機7的運行範圍來確定(圖2中的方框15)渦輪機上遊壓力/渦輪機下遊壓力的預期比例Ratioamont/aval turbine，然後最後可以針對所確定的渦輪機7中的燃燒廢氣的流量的控制值Ct來計算(圖2中的方框16)渦輪機7上遊的預期壓力Pproj：

Pproj＝Pavt×Ratioamont/aval turbine

換言之，當滿足值Ct時，渦輪機7上遊的壓力等於Pproj。本方法因此允許預先確定渦輪機7上遊的壓力。

下一個步驟(圖2中的方框17)在於根據預期壓力Pproj和渦輪機7上遊的實際壓力Prat確定參考壓力Pf。該參考壓力Pf是渦輪機7上遊的燃燒廢氣的壓力值，其被保留以確定再循環閥12的控制值Cegr。

更確切地，在該步驟中實現了在預期壓力Pproj和渦輪機7上遊的燃燒廢氣的實際壓力Prat之間的動態擺動，這避免了要確定本身的過渡/穩定狀態，並且無論發動機運行與否，允許設置參考壓力Pf。

因此，基於預期壓力Pproj確定(圖2中的方框18)濾波後的預期壓力Pprojfiltrée，並且通過以下關係計算參考壓力Pf：

Pf＝Pproj-(Pprojfiltrée-Prat)

對預期壓力Pproj的濾波優選地通過一階濾波器實現。濾波器主要是低通的以消除高頻噪聲。實踐中，濾波器是帶通的。濾波器允許模擬時間延遲以補償由於渦輪增壓器的動態引起的排氣收集器中的壓力響應時間。

例如利用濾波器的時間常數的適當值來調整濾波，使得：

-當渦輪機7上遊的燃燒廢氣的壓力隨時間不穩定時，即發動機1以過渡狀態運行時，濾波後的預期壓力Pprojfiltrée等於實際壓力Prat，但是預期壓力Pproj相對於實際壓力Prat是提前的(基於渦輪增壓器的致動器的值而非基於其位置的提前原理)。在該過渡階段，參考壓力Pf等於預期壓力Pproj。

-當渦輪機7上遊的燃燒廢氣的壓力隨時間穩定時，濾波後的預期壓力Pprojfiltrée等於預期壓力Pproj(Pproj＝Pprojfiltrée)，並因此參考壓力Pf等於渦輪機7上遊的實際壓力Prat(Pf＝Prat)。

濾波器的時間常數的值在介於300ms和500ms之間為宜(在本文的情況中，約定時間常數表示達到2/3的最終值的時長)。

基於參考壓力Pf，然後確定(圖2中的方框19)燃燒廢氣的再循環閥12的控制值Cegr。因此，在顯然使用預期壓力Proj的值作為參考壓力Pf的過渡狀態時，因此提前再循環閥12的控制值以補償再循環閥12的致動響應時間，並因此最後具有再循環閥12與渦輪機7更好的同步和由此具有對燃燒廢氣的比率更好的控制(因此最終提前了進入發動機的空氣流量)。同樣在使用實際壓力Prat的值作為參考壓力Pf的穩定狀態時，確保對再循環氣體比率控制的精確性和穩定性，並因此最終確保空氣流量的精確性和穩定性。

最終，控制(參見圖1)再循環閥12至所確定的控制值Cegr。

本發明不限於描述的實施方式。在變型例中，發動機也可以是控制點火類型的。在渦輪增壓器未設置有可調節的葉片但設置有限制渦輪增壓器的渦輪機輪上的排放氣體壓力的放氣閥(發動機專家通常表示為央格魯-撒克遜術語的排氣洩壓閥)的另一個變型例中，燃燒廢氣的流量的控制值對應於放氣閥打開的值。放氣閥通過打開排放氣體的旁路控制渦輪機中燃燒廢氣的流量，使得排放氣體不再通過渦輪機，這允許限制渦輪機的轉速，因此也限制了增壓器中輪的轉速。

本發明允許在過渡狀態的運行階段期間，通過發動機獲得進氣量控制上的動態收益。由於動態擺動的存在，本發明允許在穩定態的發動機運行階段時保持性能。

該發明可以標準化以適用於無論何種構造的排氣管路。