专利名称：用于确定废气热交换器的排气门位置的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于尤其与废气热交换器关联地确定可调节地布置在汽车排气设备中的排气门的位置的方法。此外，本发明还涉及一种实施该方法的设备。
背景技术：
废气热交换器用于从热废气流中回收能量，以便例如使内燃机在启动或冷启动阶段加速升温到其工作温度。废气热交换器例如与内燃机的冷却循环耦连。优选通过排气门调节热废气对废气热交换器的加载，该排气门根据热交换器介质的温度和/或在考虑发动机负载的情况下将废气流全部或部分地输送给废气热交换器。排气管路为此具有带热交换器分支和旁路分支的分叉结构，其中，通过可调节地布置在排气管路中的排气门可以选择性地通过旁路分支和/或热交换器分支导引废气流。排气设备的废气背压可以根据排气门的位置和随之出现的排气管路中的流动情况和压力关系相应地变化。这种压力变化可以尤其是形成混合气地影响前置的内燃机中进行的燃烧过程。因此，废气组成可能变化，并且甚至可能会短时间地超过设定的废气排出值。由DE 102008023806A1例如描述了一种用于内燃机的排气系统和附属的运行方法，其中，在排气通道中存在至少一个用于使废气流转向的可控开关元件。为了控制开关元件，设有控制装置，其控制根据用于转化热能的器件的温度和/或根据排气系统中的废气背压和/或根据内燃机的温度进行。因为优选借助恒温器，即单纯根据温度地以及单纯机械地并且不会受车上电器影响地操纵排气门，所以汽车的车上电器不能在排气门的实际位置方面提供可用信息。由于排气管路中的热增长，不能考虑布置基于电力的旋转角传感器或位置传感器。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法和一种排气设备，它们可以确定排气门的实际位置。在此，排气门位置应该可以尽可能简单、坚固、维护较少以及成本低廉地实现。此外，应该能够以足够用于发动机控制的精确度确定排气门的当前实际位置或状态。该技术问题按本发明通过一种用于确定排气门位置的方法以及一种排气设备和
一种汽车解决。要求保护的方法设计用于确定可调节地布置在汽车排气设备中的排气门的位置， 排气门设计用于有选择地将流过排气管路的废气输送给排气设备的热交换器分支和/或旁路分支。在此，排气门可以将废气全部输送给旁路分支或热交换器分支，或者也可以将废气流以变化的关系根据排气门位置分配到两个分支上。相应于排气门的位置，可以在排气设备中调节变化的废气背压，该废气背压可以形成混合气地影响前置的内燃机中的燃烧过程。为了确定排气门的实际位置而规定，测量存在于热交换器分支和/或旁路分支中的压力并且通过将所测压力与至少一个参考值进行比较确定排气门的位置或状态。压力测量优选通过至少一个压力传感器进行，该压力传感器例如通过传递压力的单独的连接导管与排气设备的相应分支流体静力学或流体动力学地耦连，但是与该分支间隔地布置在汽车或其排气设备上。以这种方式方法，压力传感器可以受保护地布置以防排气设备的极端热增长。通过测量排气设备的两个分支之一中的至少一个压力并且通过将所测压力与参考值进行比较，足以得到关于排气门位置的准确结论，从而可以在考虑分别存在的排气门位置的情况下调节对内燃机的控制，尤其是对燃烧过程的控制。在有利的扩展设计中规定，通过测量旁路分支中和/或热交换器分支中和/或位于排气门上游的排气管路中的压力确定所述参考值。在此也可考虑，在排气管路位于旁路分支和/或热交换器分支下游的区段中确定参考值。也可以直接由在旁路分支和热交换器分支中测得的废气压力的对比推导出当前的排气门位置。此外，可以在考虑三个或多个、在确定的时间在排气设备各不相同的区域中测量的压力(例如在排气管路的前置于排气门的区段、旁路分支、热交换器分支和/或在后置于两个分支的区段中)的情况下确定排气门位置。与测量的和因此待评估的压力值的数量无关地，排气门位置例如可以根据单个压力和排气门位置之间的功能性关系分别计算出，但也可以通过与根据经验确定的特性曲线的比较确定或者用插值法计算出。在此还可以考虑，例如由为排气管路供气的内燃机的转速和/或根据内燃机负载确定，优选由此推导出参考值。转速和发动机负载在任何情况下均是衡量存在于排气管路中的质量流的尺度。若发动机转速或发动机负载例如明显高于空转转速或“零负载”，则可由此推断出，有值得注意的质量流流过排气管路。若在这种情况下在旁路分支中测得的压力没有或几乎没有上升，则可由此推断出，排气门几乎全部地将废气流导引通过热交换器分支。在由此的扩展设计中还规定，由存储在控制单元中的特性曲线读出参考值。在此， 特性曲线例如可作为压力-转速图保存在控制单元中。因此尤其可以与温度有关地保存多个这种特性曲线，并且分别使用与温度相应的特性曲线来确定排气门位置。此外，按照一种有利的扩展设计可以规定，在排气管路中、在热交换器分支中和/ 或在旁路分支中测量流体静力学和/或流体动力学的压力。相应地，设计用于测量流体静力学或流体动力学压力的压力传感器能够以适当的方式与各分支或所设的排气管路区段耦连以确定分别存在于该处的压力关系。此外有利地规定，根据所测压力确定的排气门的角位置或位置或状态以及定向被用于优化内燃机的燃烧过程并且为此目的输送给内燃机的控制单元。在此尤其可以考虑， 至少一个压力传感器直接与控制单元耦连，并且直接在控制单元中确定排气门位置。燃烧过程的优化按照已知的因果关系可以单独地计算或者按照根据经验确定的控制曲线进行，该控制曲线例如根据排气门位置或排气设备的废气背压调节混合气形成。在优选的扩展设计中还规定，当所确定的排气门位置偏离额定值范围时，产生警告信号和/或控制单元自动改变对内燃机的控制，以便例如将废气组成或内燃机的废气排出值保持在预先给定的范围内。
在此还可以考虑，尤其在考虑其它废气相关参数，例如发动机转速或发动机负载的情况下对至少一个参考值和至少一个所测压力的可信度进行检验。如果所测压力值例如不能够与参考值或其它发动机特有的参数相符，则产生驾驶员可视觉或听觉感知的警告信号，该信号可使车辆驾驶员识别出地输出。按照另一种优选设计方案还规定，在考虑废气背压-发动机转速特性曲线的情况下确定排气门的位置。例如可将通常存在于旁路分支或热交换器分支中的废气背压与发动机转速和/或发动机负载相关地保存在这种特性曲线中。此外，还可以根据经验为不同的排气门位置求出这种特性曲线，并且对这种特性曲线进行进一步的校准或计算，从而可以根据发动机转速或发动机负载和至少一个所测压力值得到关于各排气门位置的清楚结论。按照另一种优选的设计方案，在考虑存在于排气管路中的温度的情况下确定排气门的位置，其中，将温度特有的特性曲线保持在控制单元中或者以温度系数校准现有的特性曲线。在此也可以规定，作为对压力测量的补充，在排气管路之上或之内进行温度测量， 并且考虑所测温度来确定排气门位置。在与之独立并且并列的方面中，还设有汽车内燃机的排气设备，其具有至少一个包括热交换器分支和旁路分支的排气管路，在所述排气管路布置有至少一个能够调节的排气门。借助所述排气门能够将流过排气管路的废气选择性地输送给热交换器分支和/或旁路分支。在此，至少一个压力传感器与热交换器分支和/或与旁路分支耦连以确定至少一个分别存在于热交换器分支和/或旁路分支中的压力。此外至少一个压力传感器与控制单元连接，该控制单元设计用于通过将所测压力与至少一个参考值进行对比确定排气门的当前位置。在此按照前述方法测定或确定排气门位置，其中，作为参考值例如可以利用其它例如在旁路分支和/或热交换器分支或在前置于排气门的区域内测得的压力以及其它内燃机特有的参数，例如转速或排气管路中的温度。按照一种扩展设计还有利地规定，热交换器分支和旁路分支分别这样配有至少一个压力传感器，使得可以通过对比由压力传感器测定的压力推导或确定排气门的角位置或者位置。在必要时，还可以使用其它的，尤其是位于排气管路前置于排气门的区段中的压力传感器。控制单元还可以采用保存的并且优选根据经验确定的特性曲线，以便将至少一个所测压力在必要时在进一步考虑各自存在的发动机转速和/或发动机负载的情况下配属给确定的排气门状态或位置。对于排气设备还规定，至少一个压力传感器通过传递压力的连接与排气管路、热交换器分支和/或旁路分支耦连并且分别与排气管路或其两个分支， 即热交换器分支和/或旁路分支间隔地布置。在此，压力传感器可以可变地设计为流体静力学或流体动力学的传感器，以及设计为被动压力传感器、相对压力传感器、绝对压力传感器或差压传感器。按照另一个独立的方面还设有一种汽车，该汽车具有带废气热交换器的前述排气设备。
其它的目的、特征以及有利的应用可能性在以下参照附图对实施例的说明中阐述。在附图中图1是配设有废气热交换器的分叉的排气管路的示意图，该排气管路带有处于旁路位置中的排气门；图2是按图1的排气设备，带有处于热交换器位置中的排气门；图3是排气设备的另一种实施例，带有处于旁路位置中的排气门；图4是按图3的排气设备，带有处于热交换器位置中的排气门；以及图5是废气背压-发动机转速特性曲线的示意图。
具体实施例方式在图1和图2中示意示出的排气设备10具有由内燃机30供气的排气管路18，该排气管路18分叉为旁路分支12和热交换器分支14并且接下来又在位于两个分支12、14 下游的区域20内汇合。在分叉的区域内设有可调节地布置的排气门16，其在所示实施例中可回转地支承在图1和图2所示的位置16和16'之间。根据排气门16的位置，由发动机30产生的废气流观可以全部地(如图1所示) 流过旁路分支12，但或者也可以全部地流过热交换器分支14(如图2所示)。尤其在在此未示出但完全可能的排气门16中间位置中，废气流观能够以相同的或不同的份额分配到旁路分支12和热交换器分支14上。在排气设备10中的流动关系和压力关系相应于排气门16、16'的各位置发生变化。因此，由排气设备10提供的废气背压可能经受一定变化，这些变化可以形成混合气地影响内燃机30的燃烧过程。为了保持预先给定的废气排放值，需要将排气门16的位置提供给汽车的车载故障诊断系统。因为排气门16优选单纯热学地，例如借助布置在废气热交换器上的恒温器进行操纵，并且因此没有设置例如通过汽车的电控制单元对排气门16进行的主动控制，所以为了故障诊断目的必须单独确定排气门位置。为了确定排气门位置，在按图1和图2的设计方案中，压力传感器22、对配属于热交换器分支14。压力传感器22、24自身通过传递压力的导管与排气设备10输送废气的管道或通道14充分间隔地布置，以使压力传感器22、24的功能适用性不会受到排气设备10 的热作用的影响。压力传感器22例如设计为用于测量流体压力的流体动力学传感器，并且压力传感器M可以设计为用于测量流体静力学压力的静态压力传感器。旁路分支12在此在很大程度上设计为没有压力传感器。在图1和图2所示的设计方案中，压力的测量只在热交换器分支14中进行。借助压力传感器22、M可以测定热交换器分支14上的压力损失，并且将测得的流体静力学和/或流体动力学的压力与参考值进行比较，以便能够由此得到关于排气门16的位置的清楚结论。此外，在排气管路18中例如前置于排气门16或者也可以在其它位置上设置用于确定废气温度的温度传感器19。也可以对流过热交换器分支14的冷却剂的温度进行主动测量，然而冷却剂未在附图中详细示出。此外，发动机转速、发动机负载、排气设备的温度和其它对于发动机运行相关的参数也可以用作参考或比较值。在图1所示的排气门关闭的状态下，废气观在很大程度上全部流过旁路分支12。伴随着废气观体积流的相应变化的发动机转速或发动机负载的变化在此对在热交换器分支14中持续进行的压力测量不具有明显的影响。与压力传感器22J4耦连的控制单元32可以确定排气门16的关闭位置。然而在图2所示的排气门16'的打开位置中，该情况有所不同。废气观‘全部流过热交换器分支14。发动机转速和/或发动机负载的变化在此直接对可在热交换器分支 14中测量的压力关系产生影响。通过使压力测量值与特性曲线相匹配，在必要时考虑排气管路中的温度和/或在热交换器中循环的冷却剂的温度，可以例如非常精确地确定排气门 16'的角位置。图3和图4中所示的排气设备11的另一种设计方案与图1和图2所示实施形式的区别只在于布置了多个在空间上分散布置的压力传感器对、26、27、29。在此，在排气设备11的两个分支12、14的每一个中分别布置压力传感器沈、24。可选地，还可以在排气管路18前置于排气门的区段中设置另一个流体静力学或流体动力学的压力传感器27。以相应的方式方法，也可以借助另一个压力传感器四在由旁路分支和热交换器分支12、14构成的分叉结构下游进行压力测量。对由平行分叉布置的压力传感器对、26提供的测量信号的直接比较已经可以查明排气门16的打开或关闭位置。在进一步考虑存在于排气设备11中并且通过前置的传感器27确定的总压力的情况下还可以确定关于在图3和图4所示的最终位置之间的排气门16的角位置的结论。最后，图5示出示意性的废气背压-转速特性曲线34。在特性曲线34中，借助曲线图36示出了随发动机转速或发动机负载变化的废气背压。随着发动机转速和/或发动机负载的上升，排气设备10、11中的废气背压上升。对于分支，即旁路分支12和/或热交换器分支14中的至少一个，可以针对排气门16的多个不同位置根据经验确定多个这种特性曲线34，并且将其保存在可由控制单元32进入的存储器中并且这样编辑，使得能够根据至少一个所测压力和另一个系统参数，例如另一个压力或发动机转速或发动机负载得到关于排气门16当前位置的清楚结论。所示实施形式只示出了本发明的可能设计方案，在本发明的范围内还可以考虑其它大量的变型方案。示例性示出的实施例不以任何方式限制本发明的保护范围、适用性或配置可能性。之前的说明只为本领域技术人员提供了一种按本发明实施例的可能实现形式。因此，可以对所描述的元件的功能和布置进行大量的修改，只要不背离权利要求书所述技术方案及其等同技术方案的保护范围。附图标记清单10排气设备11排气设备12旁路分支14热交换器分支16排气门18排气管路19温度传感器20排气管路
22压力传感器24压力传感器26压力传感器27压力传感器28废气流29压力传感器30发动机32控制单元34特性曲线36曲线图
权利要求
1.一种用于确定可调节地布置在汽车排气设备(10;11)中的排气门(16)的位置的方法，借助所述排气门(16)能够将流过排气管路(18)的废气08)选择性地输送给热交换器分支(14)和/或旁路分支(12)，其中，为了确定所述排气门(16)的位置，测量至少一个存在于所述热交换器分支(14)和/或旁路分支(12)中的压力，并且通过将所测压力与至少一个参考值进行对比确定所述排气门(16)的当前位置。
2.按权利要求1所述的方法，其中，通过测量所述旁路分支中和/或所述热交换器分支 (14)中和/或位于所述排气门(16)上游的排气管路(18)中的压力确定所述参考值。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中，由为所述排气管路(18)供气的内燃机(30)的转速和/或负载确定所述参考值。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其中，由存储在控制单元(3 中的特性曲线 (34)读出所述参考值。
5.按权利要求1至4之一所述的方法，其中，在所述排气管路(18)中、在所述热交换器分支(14)中和/或在所述旁路分支(1 中测量流体静力学和/或流体动力学的压力。
6.按权利要求1至5之一所述的方法，其中，所述排气门(16)的根据所测压力确定的角位置用于优化所述内燃机(30)的燃烧过程并且输送给控制单元(32)。
7.按权利要求1至6之一所述的方法，其中，当所确定的排气门位置偏离额定值范围时，产生警告信号和/或所述控制单元(3 自动改变对所述内燃机(30)的控制。
8.按权利要求1至7之一所述的方法，其中，在考虑废气背压-发动机转速特性曲线 (34)的情况下确定所述排气门(16)的位置。
9.按权利要求1至8之一所述的方法，其中，在考虑存在于所述排气管路(18、12、14) 中的温度的情况下确定所述排气门(16)的位置。
10.一种汽车内燃机的排气设备，具有至少一个包括热交换器分支(14)和旁路分支 (12)的排气管路(18)，所述排气管路(18)具有至少一个能够调节的排气门(16)，借助所述排气门(16)能够将流过所述排气管路(18)的废气08)输送给所述热交换器分支(14) 和/或所述旁路分支(12)，其中，至少一个压力传感器Q2、M、26、27、29)与所述热交换器分支(14)和/或与所述旁路分支(1 耦连以确定至少一个分别存在于所述热交换器分支 (14)和/或所述旁路分支(1 中的压力，此外所述至少一个压力传感器02、对、26、27、 29)与控制单元(3 连接，所述控制单元(3 设计用于通过将所测压力与至少一个参考值进行对比确定所述排气门(16)的当前位置。
11.按权利要求10所述的排气设备，其中，所述热交换器分支(14)和所述旁路分支 (12)分别配有至少一个压力传感器(22、24、沈、27、四)，并且其中，通过对比由所述压力传感器Q2、M、26、27、29)测定的压力能够确定所述排气门(16)的角位置。
12.按权利要求10或11所述的排气设备，其中，另一个压力传感器(XT)与所述排气管路(18)位于所述排气门(16)上游的区段耦连。
13.按权利要求10至12之一所述的排气设备，其中，所述至少一个压力传感器02、 24,26,27,29)通过传递压力的连接与所述排气管路(18)、所述热交换器分支(14)和/或所述旁路分支(1 耦连并且与所述排气管路(18)间隔地布置。
14.一种汽车，具有按权利要求10至13之一所述的排气设备。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定可调节地布置在汽车排气设备(10；11)中的排气门(16)的位置的方法，借助该排气门(16)可将流过排气管路(18)的废气(28)选择性地输送给热交换器分支(14)和/或旁路分支(12)，其中，为了确定排气门(16)的位置，测量至少一个存在于热交换器分支(14)和/或旁路分支(12)中的压力，并且通过将所测压力与至少一个参考值进行对比确定排气门(16)的当前位置。
文档编号F01N13/00GK102536404SQ20111042702
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月19日 优先权日2010年12月18日
发明者B.默尔曼, K-O.佩奇, L.塞波尔德 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司