专利名称：用于内燃机的egr控制装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的EGR控制装置和方法。
背景技术：
已知一种EGR单元(废气再循环单元)，它把内燃机的一部分废气再循环到进气通道中。设计这种EGR单元用来减少从发动机排出的氮氧化物(NOx)等的量，它设有EGR气体通道，发动机的排气通道和进气通道经过该EGR气体通道彼此连通，还设有EGR控制阀，EGR通道经过该EGR控制阀延伸。通过控制EGR控制阀的开口控制EGR气体的流率。这样就控制了EGR比率，该比率是发动机所吸入的EGR气体的流率和发动机(气缸)所吸入的气体的流率(即所有气体的流率)之比。
从柴油机排出的NOx量与流进发动机气缸的气体中所含的氧气浓度(下面称之为“进气氧气浓度″x″”)密切相关。所以，为了减少NOx的排放量，执行控制使得进气氧气浓度″x″等于预定浓度是有效的。考虑到前述的讨论，日本专利申请No.10-141147中所披露的配备了EGR单元的内燃机采用了转换后EGR比率这个概念来控制进气氧气浓度″x″，并且控制EGR控制阀使得实际的转换后EGR比率等于目标转换后EGR比率。
也就是说，在上述日本待决专利申请No.10-141147中所披露的单元中，如下面示出的表达式(1)所示来定义空气过量比率λ。把转换后EGR比率SR定义为用EGR比率R除以空气过量比率λ得到的值(SR＝R/λ)。从图5中能够明显看出，在转换后EGR比率SR和进气氧气浓度″x″之间建立了下面所示表达式(2)近似表示出来的关系。
λ＝k×Gn/Q...(1)k...常数Gn...新吸入发动机(气缸)的空气(新鲜空气)流率Q...单位时间的燃料喷射量[表达式2]SR＝R/λ≈p×x+q...(2)p负数常量，q正数常量因此，从上述表达式(2)可以看出，可以根据运行状态量(如命令喷射量Qfin和发动机转速NE)来确定作为转换后EGR比率SR目标值的目标转换后EGR比率SRtgt，根据发动机的运行状态量计算真实的转换后EGR比率(实际转换后EGR比率)SRact，并且控制EGR控制阀的开口使得实际转换后EGR比率SRact与目标转换后EGR比率SRtgt一致，这样就能够使得进气氧气浓度″x″等于合适的浓度。相关技术的前述单元根据上述概念控制EGR比率，从而减少了NOx的排放量。
在这种情况下，根据以下一些因素确定目标转换后EGR比率SRtgt，这些因素例如包括限定了命令喷射量Qfin和作为发动机转速NE的发动机运行状态量与目标转换后EGR比率SRtgt之间关系的图(表)、实际的命令喷射量Qfin以及实际的发动机转速NE。另外，根据下面示出的表达式(3)和(4)计算实际转换后EGR比率SRact。
在表达式(3)和(4)中，Ract表示实际EGR比率，Gn表示发动机的气缸实际吸入的空气(新鲜空气)流率(下面称之为“实际空气流率Gn”或“探测到的空气流率Gn”)。用空气流量计探测空气(新鲜空气)流率。另外，Gcyl表示发动机气缸实际吸入的气体流率(即所有气体的流率＝新鲜空气的流率+EGR气体的流率)。该流率(今后称之为“流入气缸的气体流率Gcyl”)是根据限定了进气管压力PM和进气空气温度THA与气体流率Gcyl之间关系的图以及实际探测到的进气管压力PM和实际探测到的进气空气温度THA来确定的。
另外，根据前述的表达式(1)计算表达式(3)中使用的空气过量比率λ。在这种情况下，不能直接测量表达式(1)中的单位时间燃料喷射量Q，所以根据例如发动机转速NE和命令喷射量(需要的喷射量)Qfin来计算单位时间燃料喷射量Q，而命令喷射量Qfin是根据加速踏板的操作量Accp和发动机转速NE来确定的。
SRact＝Ract/λ...(3)[表达式4]Ract＝(Gcyl-Gn)/Gcyl...(4)但是，即使已经向喷射器发送了驱动信号从而从中喷出命令喷射量Qfin，由于各个喷射器产品之间的个体差异或使用中喷射器性能发生变化等原因，实际的燃料喷射量可能与命令喷射量Qfin不一致。因此，在前面表达式(1)中的单位时间燃料喷射量Q可能会变得不准确，这样空气过量比率λ就可能变得不准确。因此根据前述表达式(3)就可能不能准确地计算出实际转换后EGR比率SRact。结果，实际转换后EGR比率SRact就与目标转换后EGR比率SRtgt不一致，并且进气氧气浓度″x″就不可能等于理想值″x″。因此在有些情况下，就会导致NOx的排放量增加。
发明内容
本发明的一个目的是给内燃机提供一种EGR控制装置和方法，当向喷射器发送驱动信号以从中喷射命令燃料喷射量Qfin时，即使在没有喷射出命令燃料喷射量Qfin的情况下，它也能够保证理想的进气氧气浓度″x″并且由此减少NOx的排放量。
根据作为发动机运行状态量的命令喷射量Qfin和发动机转速NE来确定目标转换后EGR比率SRtgt。因此，如果把目标EGR比率Rtgt定义为根据命令喷射量Qfin和发动机转速NE确定出来的值Rtgt(Qfin，NE)，并且类似地如果把目标空气过量比率λtgt定义为根据命令喷射量Qfin和发动机转速NE确定出来的值λtgt(Qfin，NE)，那么可以把目标转换后EGR比率SRtgt定义为根据下面所示的表达式(5)确定的值。
SRtgt＝Rtgt/λtgt...(5)另外，如果把目标空气流率定义为根据命令喷射量Qfin和发动机转速NE确定出来的值Gntgt(Qfin，NE)，那么可以使用下面所示的表达式(6)从前述表达式(1)计算目标空气过量比率λtgt。从表达式(6)和前述的表达式(5)得到下面示出的表达式(7)。应该注意这些表达式中的k1是用来统一单位等的系数。
λtgt＝k1×Gntgt/Qfin..(6)[表达式7]SRtgt＝Rtgt×Qfin/k1×Gntgt..(7)另一方面，根据前述的表达式(3)(SRact＝Ract/λ)和前述的表达式(1)(λ＝k×Gn/Q)，用下面所示的表达式(8)表示实际转换后EGR比率SRact。
SRact＝Ract×Qfin/k1×Gn...(8)比较前述表达式(7)和前述表达式(8)，揭示出在每个表达式的右侧中都存在命令喷射量Qfin和系数k1，所以能够消去它们。也就是说，为了保证目标转换后EGR比率SRtgt和实际转换后EGR比率SRact一致，使得下面所示的表达式(9)表示的经过变换的目标转换后EGR比率SRhtgt等于下面所示的表达式(10)表示的经过变换的实际转换后EGR比率SRhact是合适的。
SRhtgt＝Rtgt/Gntgt...(9)[表达式10]SRhact＝Ract/Gn...(10)前面的描述给出了根据本发明的、用于内燃机的EGR控制单元所采用的原理。从前述表达式(9)和(10)可以明显看出，如果根据目标EGR比率Rtgt、目标空气流率Gntgt、实际EGR比率Ract和实际空气流率Gn来控制EGR控制阀，那么在计算中无需使用命令喷射量Qfin就能够使得目标转换后EGR比率和实际转换后EGR比率SRact一致。这样就能够得到理想的进气氧气浓度″x″，从而能够有效地减少NOx的排放量。
在根据本发明、根据上述概念的内燃机EGR控制装置中，该内燃机设有EGR通道和EGR控制阀，内燃机的排气通道和进气通道经过ERG通道彼此连通，EGR通道经过EGR控制阀延伸，并且EGR控制阀控制从排气通道流到进气通道的EGR气体流率。这种EGR控制装置的特征在于包括运行状态量获取装置、目标EGR比率确定装置、目标空气流率确定装置、实际EGR比率获取装置、实际空气流率获取装置和EGR比率控制装置。运行状态量获取装置获取发动机的运行状态量。目标EGR比率确定装置根据探测到的运行状态量把EGR比率的目标值确定为目标EGR比率，EGR比率是指发动机吸入的EGR气体的流率与发动机吸入的气体流率之比。目标空气流率确定装置根据探测到的运行状态量把发动机吸入的空气流率的目标值确定为目标空气流率。实际EGR比率获取装置根据探测到的运行状态量获取真实EGR比率并作为实际EGR比率。实际空气流率获取装置根据探测到的运行状态量得到发动机吸入的实际空气流率作为实际空气流率。根据目标EGR比率、目标空气流率、实际EGR比率和实际空气流率，EGR比率控制装置通过控制EGR控制阀的开口来控制实际EGR比率。
在这种情况下，优选设计EGR比率控制装置计算与目标EGR比率和目标空气流率之比对应的值，并把它作为目标转换后EGR比率，计算与实际EGR比率和实际空气流率之比对应的值，并把它作为实际转换后EGR比率，还控制EGR控制阀的开口使得目标转换后EGR比率变得等于实际转换后EGR比率。
根据上述的这些结构，可以使得目标转换后EGR比率SRtgt与实际转换后EGR比率SRact一致。这样，进气氧气浓度″x″就表现为理想值，从而能够有效地减少NOx的排放量。
另外，如果前述表达式(9)和(10)的每个表达式的每一侧都乘以实际空气流率Gn，就得到了下面示出的表达式(11)和(12)。
SRhtgt×Gn＝Rtgt×Gn/Gntgt...(11)[表达式12]SRhact×Gn＝Ract...(12)
从前述表达式(11)和(12)能够明显看出，为了使得目标转换后EGR比率SRtgt与实际转换后EGR比率SRact一致(即为了使得经过变换的目标转换后EGR比率SRhtgt与经过转换的实际转换后EGR比率SRhact一致)，使得表达式(11)的右侧等于表达式(12)的右侧(即实际EGR比率Ract)是合适的。应该注意在本说明书中把前述表达式(11)的左侧SRhtgt×Gn称为“控制目标EGR比率Rctgt”。
考虑到前面的讨论，优选设计EGR比率控制装置计算目标转换后EGR比率乘以实际空气流率得到的值，并且把所得到的值作为控制目标EGR比率，其中根据目标EGR比率与目标空气流率的比值确定目标转换后EGR比率，EGR比率控制装置还控制EGR控制阀的开口使得控制目标EGR比率变得与实际EGR比率相等。
这种结构还能够使得目标转换后EGR比率SRtgt与实际转换后EGR比率SRact一致，并且由此在保证理想的进气氧气浓度″x″的同时有效地减少NOx的排放量。
根据前述发明的EGR控制装置，优选确定目标EGR比率Rtgt使得剧烈影响NOx排放量的进气氧气浓度″x″呈现为理想值。但是，如果这样确定了目标EGR比率Rtgt，那么即使在实际空气流率Gn相对较低的区域，这样控制的EGR控制阀也保证了预定的EGR比率，例如在当配备了增压器的内燃机在初始加速时期中出现了增压延迟，或大气压力较低的情况下。因此，实际空气流率Gn可能会过低，以致增加了所谓的烟气的产生量。
因此，优选设计该目标EGR比率确定装置确定出一个目标EGR比率，用来控制进气氧气浓度并且用来得到将避免氮氧化物产生的进气氧气浓度，目标EGR比率确定装置还计算出避免烟气或颗粒物质产生的临界目标EGR比率，并且把控制进气氧气浓度的目标EGR比率和临界目标EGR比率中较小的值确定为目标EGR比率。
如果把控制进气氧气浓度和用来得到将抑制NOx产生的这种进气氧气浓度的目标EGR比率定义为控制进气氧气浓度的目标EGR比率R02tgt，同时用Gn02表示得到控制进气氧气浓度的该目标EGR比率R02tgt的空气流率，那么就得到下面所示的表达式(13)。
R02tgt＝(Gcyl-Gn02)/Gcyl...(13)给定了任意恒定的喷射量，就先确定烟气(或颗粒物质)的最小排放量(允许量)，并且把用于避免烟气的产生量达到或超过对任意恒定喷射量已经确定出来的量的最小空气流率定义为Gnmin。在这种情况下，当空气流率Gn变得很小时，烟气量达到允许量。因此，得到目标EGR比率R02tgt的空气流率Gn02变得比最小空气流率Gnmin高，其中目标EGR比率R02tgt控制恒定喷射量的进气氧气浓度。在这种情况下，用下面所示的表达式(14)表示避免烟气产生的临界目标EGR比率RSMtgt(避免烟气产生的目标EGR比率)。
RSMtgt＝(Gcyl-Gnmin)/Gcyl...(14)然后，用下面所示的表达式(15)最终确定控制EGR控制阀的目标EGR比率Rtgt(EGR比率)。在表达式(15)中，min(α，β)表示从值α和β中挑选较小值的函数。
Rtgt＝min(R02tgt，RSMtgt)...(15)结果，如果控制进气氧气浓度的目标EGR比率R02tgt小于临界目标EGR比率RSMtgt(R02tgt＜RSMtgt)的话，就根据前述的表达式(15)建立起关系Rtgt＝R02tgt。通过控制EGR控制阀，实际空气流率Gn变得等于Gn02(Gn＝Gn02)。因此，得到了下面示出的表达式(16)。
Gnmin＜Gn02＝Gn...(16)另一方面，如果控制进气氧气浓度的目标EGR比率R02tgt等于或大于临界目标EGR比率RSMtgt(R02tgt≥RSMtgt)的话，就根据前述的表达式(15)建立起关系Rtgt＝RSMtgt。通过控制EGR控制阀，实际空气流率Gn变得等于最小空气流率Gnmin。因此，得到了下面示出的表达式(17)。
Gnmin＝Gn...(17)根据前述的描述，如果在上述的结构中把控制进气氧气浓度的目标EGR比率R02tgt和临界目标EGR比率RSMtgt中较小的值确定为目标EGR比率，那么实际空气流率Gn就变得等于或大于最小空气流率Gnmin。因此就能够避免烟气(或颗粒物质)的产生量超过允许量。
图1是整个系统的示意性结构图，其中把根据本发明第一个实施例的EGR控制装置应用在四缸内燃机(柴油机)中。
图2是图1中所示的CPU所执行的程序的流程图。
图3是根据本发明的第二个实施例的EGR控制装置的CPU所执行的程序的流程图。
图4是根据本发明的第三个实施例的EGR控制装置的CPU所执行的程序的流程图。
图5示出了进气氧气浓度和转换后EGR比率之间的关系。
具体实施例方式
下面参考附图描述根据本发明的、用于内燃机(柴油机)的EGR控制装置的各个实施例。图1是整个系统的示意性结构图，其中把根据本发明第一个实施例的EGR控制装置(用于内燃机的废气净化装置)应用在四缸内燃机(柴油机)10中。该系统包括含有供油系统的发动机体20，把气体引入分别形成在发动机体20的气缸中的燃烧室中的进气系统30，从发动机体20排放废气的排气系统40，再循环废气的EGR单元50和电子控制单元60。
每个燃料喷射阀(喷射阀或喷射器)21放置在发动机体20的相应一个气缸的上部。燃料喷射阀21通过油路23连接到燃料喷射泵22。燃料喷射泵22连接到未示出的油箱。这样，已经增压到喷射压力的燃料从燃料喷射泵22提供给燃料喷射阀21。另外，燃料喷射阀21电连接电子控制单元60。当从电子控制单元60接收到驱动信号(与命令喷射量Qfin对应的命令信号)时，燃料喷射阀21在打开状态保持预定时间。这样，经过压缩的燃料就喷射到分别形成在各个气缸中的燃烧室中。
进气系统30包括进气歧管31、进气管32、节流阀38、节流阀致动器33a、中间冷却器34、增压器35的压缩机35a和空气过滤器36。进气歧管31连接分别形成在发动机体20的各个气缸中的燃烧室。进气管32连接到进气歧管31的上游侧的集中部分。进气管32和进气歧管31构成了进气通道。节流阀38可转动地保持在进气管32中。节流阀致动器33a响应从电子控制单元60传送来的驱动信号可转动地驱动节流阀33。中间冷却器34和增压器35的压缩机35a以该顺序沿着进气管32放置在节流阀33上游的区域中。空气过滤器36放置在进气管32的尖端部分。
排气系统40包括排气歧管41、排气管42、增压器35的透平机35b，和柴油机颗粒过滤器(下面称之为“DPNR”)43。排气歧管41连接到发动机体20的各个气缸。排气管42连接到排气歧管41下游侧的集中部分。增压器35的透平机35b放置在排气管42中。排气管42延伸过DPNR43。排气歧管41和排气管42构成了排气通道。
DPNR43设有堇青石等多孔材料制造的过滤器43a。流经过滤器43a的废气中所含的颗粒收集在形成在过滤器43a中的多孔表面上。DPNR43包括作为载体的氧化铝。载体上承载至少一种材料，这些材料从钾K、钠Na、锂Li和铯Cs等碱金属中，钡Ba、钙Ca等碱土金属中，镧La和钇Y等稀土金属中挑选。在载体上还承载铂。DPNR43对NOx还起到吸留还原型催化剂的作用。在吸收NOx后，吸留还原型NOx催化剂释放并且还原吸收的NOx。
EGR单元50设有废气再循环管51、EGR控制阀52和EGR冷却器53。废气再循环管51构成了通道(EGR通道)，废弃通过它再循环。废气再循环管51经过EGR控制阀52延伸。在透平机35b上游区域中的排气通道(排气歧管41)与在节流阀33下游区域中的进气通道(进气歧管31)通过废气再循环管51彼此连通。EGR控制阀52响应从电子控制单元60传送来的驱动信号改变要再循环的废气量(废气再循环量或EGR气体流率)，并且象后面所描述的那样控制EGR比率。
电子控制单元60是CPU61、ROM62、RAM63、备份RAM64、接口65等组成的微型计算机，这些部件通过总线相互连接。CPU61执行的程序以及表(查询表和图)、常数等事先存储在ROM62中。如果需要的话CPU61可以把数据暂时存储到RAM63中。当通电时，备份RAM64存储数据，并且即使断电它也能够保存存储的数据。接口65包括AD转换器。
接口65连接热线空气流量计71、进气温度传感器72、进气管压力传感器73、发动机转速传感器74和加速踏板开口传感器75。作为空气流率(新鲜空气流率)测量装置的热线空气流量计71放置在进气管32中。进气温度传感器72设在进气通道中节流阀33下游的位置。进气管压力传感器73放置在进气通道中节流阀33下游和连接废气再循环管51的区域的下游的位置。从这些传感器传送来的信号提供给CPU61。接口65连接燃料喷射阀21、节流阀致动器33a和EGR控制阀52。接口65根据CPU61的命令向这些部件输送驱动信号。
热线空气流量计71测量流经进气通道的进气的质量流率(单位时间空气进气量或单位时间的新鲜空气量)，并且产生表示质量流率的信号Gn(空气流率Gn)。进气温度传感器72探测发动机10的气缸中(即燃烧室)吸入的气体温度(即进气温度)，并且产生指示进气温度的信号THA。进气管压力传感器73产生指示进气通道中节流阀33和EGR控制阀52下游位置处压力的信号PM(进气管压力PM)。
发动机转速传感器74探测发动机10的转速，产生指示发动机转速NE的信号，还能够探测每个气缸的绝对曲柄转角。加速踏板开口传感器75探测加速踏板AP的运行量并且产生指示加速踏板运行量的信号Accp。
下面描述具有上述结构的EGR控制装置的运行。电子控制单元60的CPU61反复执行示于图2的流程图中的程序，每次间隔预定的一段时间。因此，在预定的定时，CPU61开始执行步骤200中的处理。在步骤205，CPU61从前述各个传感器取回(获取)发动机的运行状态量，如发动机转速NE、加速踏板运行量Accp、实际空气流率Gn、进气管压力PM、进气温度THA等。
然后CPU61前进到步骤210，此时CPU61根据限定了作为发动机运行状态量的加速踏板运行量Accp、发动机转速NE和命令喷射量Qfin之间关系的图以及在步骤205中取回的实际加速踏板运行量Accp和在步骤205中取回的实际发动机转速NE确定出命令喷射量Qfin(要喷射的油量或所需的燃料喷射量)。
然后CPU61根据限定了作为发动机运行状态量的命令喷射量Qfin、发动机转速NE和目标EGR比率Rtgt之间关系的图以及在步骤210中得到的实际命令喷射量Qfin和在步骤205中取回的实际发动机转速NE确定出目标EGR比率Rtgt。然后在步骤220，CPU61根据限定了作为发动机运行状态量的命令喷射量Qfin、发动机转速NE和目标空气流率Gntgt之间关系的图以及前述的命令喷射量Qfin和前述的实际发动机转速NE确定出目标空气流率Gntgt。
CPU61然后前进到步骤225。在该步骤中，CPU61根据前述的表达式(9)由在步骤215中得到的目标EGR比率Rtgt和在步骤220中得到的目标空气流率Gntgt确定(经过转换的)目标转换后EGR比率SRhtgt。确定目标转换后EGR比率SRhtgt以便得到用于减少NOx排放量的预定进气氧气浓度″x″。换言之，确定在步骤215和220中使用的图从而得到目标转换后EGR比率SRhtgt，通过确定目标转换后EGR比率SRhtgt以便得到用于减少NOx排放量的预定进气氧气浓度″x″。然后在步骤230，CPU61根据限定了作为发动机运行状态量的进气管压力PM、进气温度THA和流进气缸的气体流率Gcyl之间关系的图以及在步骤205中取回的实际进气管压力PM和在步骤205中取回的实际进气温度THA来确定流进气缸的气体流率Gcyl。
然后在步骤235，CPU61根据前述的流进气缸的气体流率Gcyl、在步骤205中取回的实际空气流率Gn和前述的表达式(4)计算并且确定实际EGR比率Ract。在步骤240，CPU61根据在步骤240中计算出来的实际EGR比率Ract、取回的实际空气流率Gn和前述的表达式(10)确定(经过转换的)实际转换后EGR比率SRhact。
然后CPU61在步骤245确定在步骤240中计算出来的实际转换后EGR比率SRhact是否大于在步骤225中计算出来的目标转换后EGR比率SRhtgt。如果在步骤245中判断结果是“YES”，那么CPU61前进到步骤250，导致EGR控制阀52关闭预定开口量从而减小EGR比率，然后再前进到步骤265。另一方面，如果步骤245中的判断结果是“NO”，CPU61前进到步骤255并且判断实际转换后EGR比率SRhact是否小于目标转换后EGR比率SRhtgt。如果步骤255中的判断结果是“YES”，CPU61前进到步骤260，使得EGR控制阀52打开预定开口量，从而增加EGR比率，然后前进到步骤265。如果步骤255中的判断结果是“No”，那么CPU61直接前进到步骤265。
然后CPU61在步骤265确定是否此时要喷射燃料。如果此时要喷射燃料，CPU61保证在步骤210中计算出来的命令喷射量Qfin从要从中喷射燃料的至少一个气缸的相应一个燃料喷射阀21中喷出，并且在步骤295暂时中止当前的程序。如果在步骤265中的判断结果是“No”，那么CPU61直接前进到步骤295并且暂时中止当前的程序。
如到目前为止所描述的，根据本发明的第一个实施例，控制EGR控制阀52的开口使得实际转换后EGR比率SRhact与目标转换后EGR比率SRhtgt一致，从而改变EGR比率。在这种情况下，无需使用命令喷射量Qfin就可以计算实际转换后EGR比率SRhact与目标转换后EGR比率SRhtgt。因此，即使不从燃料喷射阀21喷射命令喷射量Qfin，也能够精确地计算出实际转换后EGR比率SRhact的真实值。因此，能够高精度地控制进气氧气浓度″x″使之等于理想值。所以能够减少NOx的排放量。
下面描述根据本发明第二个实施例的EGR控制装置。这种EGR控制装置与前述第一个实施例的EGR控制装置的区别只在于CPU61执行图3示出的程序而不是图2示出的程序。因此下面把描述的重点放在它们的差别上。
CPU61反复执行示于图3的程序，并且每次执行程序时间隔预定的一段时间。因此，在预定的定时，在执行步骤300后，CPU61执行在步骤305到320中的处理，并且确定命令喷射量Qfin、目标EGR比率Rtgt和目标空气流率Gntgt。步骤305到320分别与前述步骤205到220一样，因此就不详细描述了。
然后CPU61前进到步骤325并且根据前述的表达式(11)确定控制目标EGR比率Rctgt。然后CPU61前进到步骤330并且在该步骤执行与步骤230一样的处理，并且确定流进气缸的气体流率Gcyl。另外，CPU61在步骤335中计算实际EGR比率Ract，这与在步骤235中执行的处理一样。
然后CPU61在步骤340确定在步骤335中计算出来的实际EGR比率Ract是否大于在步骤325中计算出来的控制目标EGR比率Rctgt。如果在步骤340中判断结果是“YES”，那么CPU61前进到步骤345，导致EGR控制阀52关闭预定开口量从而减小EGR比率，然后再前进到步骤360。另一方面，如果步骤340中的判断结果是“NO”，CPU61前进到步骤350并且判断实际EGR比率Ract是否小于控制目标EGR比率Rctgt。如果步骤350中的判断结果是“YES”，CPU61前进到步骤355，使得EGR控制阀52打开预定开口量，从而增加EGR比率，然后前进到步骤360。如果步骤350中的判断结果是“No”，那么CPU61直接前进到步骤360。
然后CPU61在步骤360确定是否此时要喷射燃料。如果此时要喷射燃料，CPU61在步骤365中保证在步骤310中计算出来的命令喷射量Qfin从要从中喷射燃料的至少一个气缸的相应一个燃料喷射阀21中喷出，并且在步骤395暂时中止当前的程序。如果在步骤360中的判断结果是“No”，那么CPU61直接前进到步骤395并且暂时中止当前的程序。
如到目前为止所描述的，根据本发明的第二个实施例，控制EGR控制阀52的开口使得实际EGR比率Ract与控制目标EGR比率Rctgt一致，从而改变EGR比率。在这种情况下，无需使用命令燃料喷射量Qfin就可以计算实际EGR比率Ract与控制目标EGR比率Rctgt。因此，即使不从燃料喷射阀21喷射命令喷射量Qfin，也能够使得EGR比率Ract的真实值与控制目标EGR比率Rctgt精确地一致。因此，能够高精度地控制进气氧气浓度″x″使之等于理想值。所以能够减少NOx的排放量。
很难认为在第一个实施例的控制中使用的目标转换后EGR比率SRhtgt和实际转换后EGR比率SRhact是物理量，然而在第二个实施例中使用的控制目标EGR比率与实际EGR比率则是在物理上容易理解的量。也就是说，可以按下面的方式设计第二个实施例的控制。为了使得进气氧气浓度″x″对于在恒定发动机转速和恒定喷射量(即恒定的流进气缸的气体流率Gcyl)的条件下确定出来的目标EGR比率是恒定的，在实际空气流率低于目标空气流率并且具有类似的恒定发动机转速和恒定喷射量的情况下，减小EGR比率，而在实际空气流率高于目标空气流率的情况下，增加EGR比率。因此就能够很容易地调整发动机的各个控制常数。
下面描述根据本发明第三个实施例的EGR控制装置。这种EGR控制装置与第二个实施例的EGR控制装置的区别只在于CPU61执行图4的流程图中示出的步骤405到420中的处理，而不是前述第二个实施例中CPU61所执行的图3的步骤315中的处理。因此下面的描述重点放在它们之间的差别上。
在预定时刻完成图3所示的步骤310中的处理后，根据第三个实施例的CPU61前进到图4中示出的步骤405，并且在步骤405中确定控制进气氧气浓度的目标EGR比率R02tgt，并且得到将抑制NOx产生的该进气氧气浓度。根据限定了命令喷射量Qfin、发动机转速NE和目标EGR比率R02tgt之间关系的图以及在步骤310中计算出来的当前命令喷射量Qfin和当前实际发动机转速NE确定出控制进气氧气浓度的目标EGR比率R02tgt。
然后CPU61前进到步骤410并且根据命令喷射量Qfin确定空气流率的最小值(最小空气流率)Gnmin，Gnmin是使得烟气或颗粒物质量等于或小于命令喷射量Qfin的预定量(预定的允许量)所需的空气流率的最小值。然后CPU61在步骤415根据前述表达式(14)计算避免产生烟气(或避免产生颗粒物质)的目标EGR比率RSMtgt。在步骤420中，CPU61确定控制进气氧气浓度的目标EGR比率(临界目标EGR比率)RO2tgt和避免产生烟气的目标EGR比率RSMtgt中的较小的值，并且采用它作为最终目标EGR比率Rtgt。
CPU61随后执行图3的步骤320到395中的处理，并且控制EGR控制阀52使得实际EGR比率Ract与已经根据最终目标EGR比率Rtgt确定出来的控制目标EGR比率Rctgt(见步骤325)一致。
因此如上所述，实际空气流率Gn等于或大于根据命令喷射量Qfin确定的最小空气流率Gnmin。因此能够在把烟气量减小到允许量或更小的同时减小NOx的排放量。
如到目前为止所述，根据各个EGR控制装置的实施例的内燃机的EGR控制装置都能够减少NOx的排放量。这里应该注意本发明不限于前述的实施例，在本发明的范围内可以采用各种改进实施例。例如，可以把第三个实施例和第一个实施例结合起来使用。也就是说，能够采用这样一种结构，其中执行图4的步骤405到420中的处理来代替图2的步骤215中的处理。
权利要求
1.一种用于内燃机的EGR控制装置，该内燃机设有EGR通道和EGR控制阀，内燃机的排气通道和进气通道经过ERG通道彼此连通，EGR通道穿过EGR控制阀延伸，并且EGR控制阀控制从排气通道流到进气通道的EGR气体流率，该EGR控制装置包括运行状态量获取装置，它获取发动机的运行状态量；目标EGR比率确定装置，它根据探测到的运行状态量把EGR比率的目标值确定为目标EGR比率，EGR比率即发动机吸入的EGR气体的流率与发动机吸入的气体流率之比；目标空气流率确定装置，它根据探测到的运行状态量把发动机吸入的空气流率的目标值确定为目标空气流率；实际EGR比率获取装置，它根据探测到的运行状态量获取真实的EGR比率作为实际EGR比率；实际空气流率获取装置，它根据探测到的运行状态量获取发动机吸入的实际空气流率作为实际空气流率；和EGR比率控制装置，它根据目标EGR比率、目标空气流率、实际EGR比率和实际空气流率通过控制EGR控制阀的开口来控制实际EGR比率。
2.根据权利要求1所述的EGR控制装置，其中EGR比率控制装置计算与目标EGR比率和目标空气流率之比对应的值，并把它作为目标转换后EGR比率；计算与实际EGR比率和实际空气流率之比对应的值，并把它作为实际转换后EGR比率；并且控制EGR控制阀的开口使得目标转换后EGR比率变得等于实际转换后EGR比率。
3.根据权利要求1所述的EGR控制装置，其中EGR比率控制装置计算目标转换后EGR比率乘以实际空气流率所得到的值并且把该值作为控制目标EGR比率，其中根据目标EGR比率与目标空气流率之比确定目标转换后EGR比率，EGR比率控制装置控制EGR控制阀的开口使得控制目标EGR比率变得与实际EGR比率相等。
4.根据权利要求1到3中任何一项权利要求所述的EGR控制装置，其中目标EGR比率确定装置确定出一个目标EGR比率，用来控制进气氧气浓度并且用来得到将避免氮氧化物产生的进气氧气浓度；计算出避免烟气或颗粒物质产生的临界目标EGR比率；并且把控制进气氧气浓度的目标EGR比率和临界目标EGR比率中较小的那个确定为目标EGR比率。
5.根据权利要求1所述的EGR控制装置，其中目标EGR比率确定装置从命令燃料喷射量和发动机转速确定出目标EGR比率。
6.根据权利要求1所述的EGR控制装置，其中目标空气流率确定装置从命令燃料喷射量和发动机转速确定出目标空气流率。
7.根据权利要求1所述的EGR控制装置，其中实际EGR比率获取装置从流进气缸的气体流率和实际空气流率确定出实际EGR比率。
8.根据权利要求1所述的EGR控制装置，其中实际空气流率获取装置从空气流量计获取实际空气流率。
9.根据权利要求4所述的EGR控制装置，其中从命令燃料喷射量和发动机转速确定出控制进气氧气浓度的EGR比率。
10.根据权利要求4所述的EGR控制装置，其中从流进气缸的气体量和烟气临界最小空气流率确定出临界目标EGR比率。
11.一种用于内燃机的EGR控制方法，该内燃机设有EGR通道和EGR控制阀，内燃机的排气通道和进气通道经过ERG通道彼此连通，EGR通道穿过EGR控制阀延伸，并且EGR控制阀控制从排气通道流到进气通道的EGR气体流率，该方法包括下述步骤获取发动机的运行状态量；根据探测到的运行状态量把EGR比率的目标值确定为目标EGR比率，EGR比率即发动机吸入的EGR气体流率与发动机吸入的气体流率之比；根据探测到的运行状态量把发动机吸入的空气流率的目标值确定为目标空气流率；根据探测到的运行状态量获取真实的EGR比率，把它作为实际EGR比率；根据探测到的运行状态量获取发动机吸入的实际空气流率，把它作为实际空气流率；和根据目标EGR比率、目标空气流率、实际EGR比率和实际空气流率通过控制EGR控制阀的开口来控制实际EGR比率。
12.根据权利要求11所述的EGR控制方法，其中在EGR比率的控制步骤中计算与目标EGR比率和目标空气流率之比对应的值，并把它作为目标转换后EGR比率；计算与实际EGR比率和实际空气流率之比对应的值，并把它作为实际转换后EGR比率；并且控制EGR控制阀的开口使得目标转换后EGR比率变得等于实际转换后EGR比率。
13.根据权利要求11所述的EGR控制方法，其中在EGR比率的控制步骤中计算目标转换后EGR比率乘以实际空气流率所得到的值，并且把该值作为控制目标EGR比率，其中根据目标EGR比率与目标空气流率的比值确定目标转换后EGR比率；控制EGR控制阀的开口使得控制目标EGR比率变得与实际EGR比率相等。
14.根据权利要求11到13中任何一项权利要求所述的EGR控制方法，其中在目标EGR比率确定步骤中确定出一个目标EGR比率，用来控制进气氧气浓度并且用来得到将避免氮氧化物产生的进气氧气浓度；计算出避免烟气或颗粒物质产生的临界目标EGR比率；并且把控制进气氧气浓度的目标EGR比率和临界目标EGR比率中较小的那个确定为目标EGR比率。
15.根据权利要求11所述的EGR控制方法，其中在目标EGR比率的确定步骤中从命令燃料喷射量和发动机转速确定出目标EGR比率。
16.根据权利要求11所述的EGR控制方法，其中在目标空气流率的确定步骤中从命令燃料喷射量和发动机转速确定出目标空气流率。
17.根据权利要求11所述的EGR控制方法，其中在实际EGR比率的获取步骤中从流进气缸的气体流率和实际空气流率确定出实际EGR比率。
18.根据权利要求11所述的EGR控制方法，其中在实际空气流率的获取步骤中从空气流量计获取实际空气流率。
19.根据权利要求14所述的EGR控制方法，其中从命令燃料喷射量和发动机转速确定出控制进气氧气浓度的EGR比率。
20.根据权利要求14所述的EGR控制方法，其中从流进气缸的气体量和烟气临界最小空气流率确定出临界目标EGR比率。
21.一种用于内燃机的ERG控制装置，包括EGR通道，内燃机的排气通道和进气通道经过EGR通道彼此连通；EGR控制阀，EGR通道穿过EGR控制阀延伸，并且EGR控制阀控制从排气通道流到进气通道的EGR气体流率；和EGR控制器，它获取发动机的运行状态量；根据探测到的运行状态量把EGR比率的目标值确定为目标EGR比率，EGR比率即发动机吸入的EGR气体流率与发动机吸入的气体流率之比；根据探测到的运行状态量把发动机吸入的空气流率的目标值确定为目标空气流率；根据探测到的运行状态量获取真实的EGR比率，把它作为实际EGR比率；根据探测到的运行状态量获取发动机吸入的实际空气流率，把它作为实际空气流率；和根据目标EGR比率、目标空气流率、实际EGR比率和实际空气流率通过控制EGR控制阀的开口来控制实际EGR比率。
全文摘要
一种EGR控制装置，设有EGR控制阀(52)和电子控制单元(60)。废气再循环管(51)穿过EGR控制阀(52)延伸。电子控制单元根据发动机的运行状态量计算目标EGR比率、目标空气流率、实际EGR比率和实际空气流率。电子控制单元然后计算目标EGR比率与目标空气流率的比值，把它作为目标转换后EGR比率，计算实际EGR比率与实际空气流率的比值，把它作为实际转换后EGR比率，并且控制EGR控制阀的开口使得目标转换后EGR比率变得等于实际转换后EGR比率。实际转换后EGR比率正比于进气氧气浓度，并且独立于命令喷射量计算实际转换后EGR比率和目标转换后EGR比率。因此得到理想的进气氧气浓度而与喷射阀的流率特性无关。
文档编号F02B3/06GK1675459SQ03819268
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月11日 优先权日2002年8月12日
发明者松永彰生, 福间隆雄 申请人:丰田自动车株式会社