用於運行尤其機動車的自行點火的內燃機的廢氣再循環系統的方法和裝置製造方法

2023-05-18 03:41:26

用於運行尤其機動車的自行點火的內燃機的廢氣再循環系統的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於運行尤其機動車的自行點火的內燃機的廢氣再循環系統的方法和裝置，其中所述內燃機具有用於對進入到所述內燃機的至少一個燃燒室中的進氣進行控制的空氣系統，並且其中尤其設置了，識別（110）所述內燃機的動態運行狀態，並且在識別到動態運行狀態的情況下對所述內燃機的空氣系統實施校正幹預（145、150）。
【專利說明】用於運行尤其機動車的自行點火的內燃機的廢氣再循環系統的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及按相應的獨立權利要求的前序部分所述的、用於運行尤其機動車的自行點火的內燃機的廢氣再循環系統的方法和裝置。此外，本發明涉及一種電腦程式，該電腦程式當其在計算器或者控制機構上運行時執行按本發明的方法的所有步驟。此外，本發明涉及一種具有存儲在機器可讀的載體上的程序代碼的電腦程式產品，所述程序產品用於在計算器或者控制機構上執行所述程序時實施按本發明的方法。

【背景技術】
[0002]廢氣再循環系統(AGR)如所知道的那樣用於在燃燒在自行點火的內燃機(例如柴油機)中的燃料時防止產生氮氧化物。對於AGR來說，將柴油機的廢氣的至少一部分通過廢氣渦輪增壓器(或者廢氣渦輪機)導回到內燃機中，用於重新進行燃燒。這個渦輪增壓器驅動壓縮機並且由此提高供燃燒所用的空氣流量。渦輪增壓器從所導回的廢氣的剩餘壓力中獲得能量並且用於形成相應的增壓壓力，藉助於所述增壓壓力來改進燃燒效率並且由此也改進內燃機的有效功率。
[0003]由於用於有害物質排放的、法律上的極限值越來越嚴格，目前向這種內燃機提出較高的要求。不僅在客車(Pkw)領域內而且在載貨車(Nkw)領域內都有相應的極限值。
[0004]AGR尤其能降低內燃機的燃燒室或者氣缸中的氧含量，由此在燃燒室中的燃燒溫度發生變化並且由此降低氮氧化物(NOx)的形成。
[0005]對於柴油機來說，額外地考慮到顆粒排放，對於顆粒排放來說同樣存在法律上規定的極限值。顆粒排放以本身熟知的方式可以藉助於顆粒過濾器來減少，其中通過碳煙氧化來消除散發到排氣系統中的顆粒。
[0006]對於柴油機來說，AGR的缺點是，顆粒排放的程度隨著所導回的廢氣的份額的增加而上升。引起較高的顆粒排放的主要原因在於:對所提到的碳煙氧化來說所必需的氧氣的限制。廢氣的、通過AGR降低的氧含量對NOx排放起到降低作用並且對於顆粒排放則起到提高作用。因此，對於柴油機來說，在所提到的碳煙排放與NOx排放之間存在著衝突，必須為該衝突找到折衷方案。
[0007]根據此前用於廢氣檢驗的法律規定，對於客車來說在內燃機的動態運行中、也就是在一種運行狀態中僅存在著對降低有害物質排放的較低的要求，在所述運行狀態中進行動態的運行循環，所述動態的運行循環接近於內燃機的、切合實際的使用條件。
[0008]這種動態的運行尤其要求內燃機的轉矩及轉速的特別快的(也就是瞬態的)變化並且也要求轉矩方向的倒轉(所謂的「推進運行」)。因此，現今的發動機試驗臺僅允許穩定地設定待檢驗的發動機的各個工作點，其中大多數在穩態綜合特性曲線(例如轉矩或者關於轉速的發動機負荷)中引用待測量的參數、尤其是相應的AGR調節的額定值。這種AGR調節在大多數情況中基於空氣品質調節或者AGR-比率調節。
[0009]在載貨車的領域內，對於在那裡實施的穩態廢氣檢驗來說甚至完全排除動態的運行。
[0010]將來的、尤其在歐洲、美利堅合眾國和日本用於對不僅在客車的領域內而且在載貨車的領域內的廢氣再循環或者廢氣後處理進行認證的法律規定將會具有所提到的、動態的檢驗的、高得多的份額，其中尤其將在真實的行駛運行中產生的排放物(Real DrivingEmiss1n=RDE)和燃料消耗考慮在內。


【發明內容】

[0011]本發明的構思是，對於自行點火的內燃機的廢氣再循環來說設置動態校正，所述動態校正識別所提到的動態的運行狀態並且降低顆粒排放及NOx排放，並且內燃機的響應特性、也就是說具有內燃機的機動車的、改進的可行駛性通過在空氣系統中的合適的校正幹預來改善。
[0012]所提到的動態運行狀態優選是內燃機的、當前的工作點的、快速的或者瞬態的變化，其中所提到的校正幹預代表著對於空氣系統的相應的瞬態校正。
[0013]此外，在內燃機的、所提到的動態的或者瞬態的運行中可能出現的排放峰值通過對AGR調節的控制變量(Fuhrungsgr5Be )的、動態調整來明顯得到降低。所提到的控制變量優選代表著調節的額定值，應該使相應的調節變量達到所述調節的額定值。優選用於吸入空氣量的有效的額定值通過由穩態額定值和動態地得到優化的額定值構成的加權來形成。
[0014]因此，本發明作為結果也能夠在動態的條件下在顆粒排放與NOx排放之間設定最佳的折衷方案。可以個性化地為特定的內燃機和/或特定的廢氣後處理系統進行調整。
[0015]能夠額外地按所選擇的廢氣後處理策略將排放重心移到所述顆粒側或者所述NOx側或者相應地對排放重心進行校準，而在此沒有改變或者影響用於穩態運行的應用方案或者相應的工作參數。優選在穩態運行中使用所提到的穩態的額定值，在動態運行中使用所述動態地得到優化的額定值並且在按份額的或者說成比例的(anteilig)動態運行中使用由穩態的和動態地得到優化的額定值構成的相應的加權。
[0016]排放重心的這種移動能夠靈活地並且非常有效地改進或者優化這裡相關的廢氣再循環或者廢氣後處理並且導致了明顯降低所提到的有害物質排放的、也就是不僅NOx排放的而且顆粒排放的水平。
[0017]對所提到的動態運行狀態的所提到的識別可以以不同的方式來進行。因此所述識別可以根據內燃機的當前負載狀態來進行。對於具有將廢氣導回到增壓器中的內燃機來說，能以增壓壓力的或者在氣缸進口上存在的壓力的調節偏差為基礎。在此將延遲的增壓壓力形成的、所提到的效應作為用於減慢的空氣系統特性的主要原因。對於具有預控制的增壓壓力的內燃機來說，所述動態的運行狀態可以通過增壓器的當前的增壓壓力與參考增壓壓力的比較來識別。
[0018]所提到的、對所述空氣系統的校正幹預可以通過適合地操控內燃機的吸入空氣量來進行，其中優選計算一動態地得到優化的、用於吸入空氣量的額定值。動態地得到優化的額定值在此可以在最小的和最大的空氣品質或者廢氣再循環率的基礎上以及在取決於運行方式的和/或取決於工作點的加權因數的基礎上來計算。
[0019]利用本發明也可以避免在現有技術中在使用空氣品質調節器時常見的「NOx-容差」，所述NOx-容差引起燃料消耗的提高。按照這種容差，更高的NOx排放通過在內燃機的穩態運行中內燃機以較小的NOx排放運行得到平衡。
[0020]本發明尤其可以用在客車或者載貨車的、自行點火的內燃機上並且用在這裡相關的類型的、具有在這一點上所描述的優點的、在其它方面例如在航運或者工業中所使用的內燃機上。
[0021]此夕卜，本發明不僅可以用在基於模型的AGR調節(Model Based ChargeControl=MCC),而且可以用在非基於模型的、常規的AGR調節中。
[0022]本發明的其它優點和設計方案從說明書和附圖中獲得。
[0023]不言而喻，前面提到的和下面還要解釋的特徵不僅能夠以相應所說明的組合、而且也能夠以其它的組合或者單獨地使用，而不背離本發明的範圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]唯一的附圖藉助於組合的框圖/流程圖示出了按本發明的方法和裝置的一種實施例。

【具體實施方式】
[0025]附圖示出了關於柴油機的實例在廢氣再循環系統(AGR)中進行的按本發明的動態校正的實施例。
[0026]與汽油機相比，柴油機以高得多的空氣-燃料比或者說空氣比來工作。附加地，不是像在汽油機時那樣通過混合氣量，而是通過所噴射的燃料量來調節柴油機的負載。因為空氣量總是保持相同，所以空氣比按所設定的負載來變化。空氣比的大小因此作為用於廢氣的影響可行方案來起作用(ausschneiden)。僅對於全負載來說,通過對燃料供給的限制可能進行細微的影響，藉助於所述細微的影響可以限制顆粒排放。
[0027]在廢氣檢驗的、將來的測試周期中，經常要求負載躍變或者快速的負載變化(尤其負載提高)。這些快速的負載變化由於柴油機的空氣系統的遲緩而導致與轉矩形成相比延遲地形成增壓壓力。引起這種遲緩的、可能的原因例如是在柴油機的壓縮機與進氣閥之間的死點容積和/或可能存在的渦輪增壓器的慣性矩。附加地，實現車輛駕駛員方面的負載要求的噴射系統具有比發動機的空氣系統明顯較短的反應時間。
[0028]因為利用燃料/空氣混合物的氣缸充氣對於柴油機來說基本上通過(如前面提到的那樣)遲緩的增壓壓力來確定，所以空氣系統的、基於噴射量和轉速的額定值不適合於發動機的開頭提到的、動態的運行。因此，空氣品質調節的、穩態額定值對於遲緩的增壓壓力形成以及由此引起的、降低的氣缸充氣來說引起AGR比率的大大降低並且由此導致動態的NOx峰值。而在進行AGR-比率調節時，則產生較小的空氣品質以及由此得到提高的顆粒排放並且進一步降低增壓壓力動態。
[0029]因此，延遲的增壓壓力形成按AGR調節的方式尤其在對柴油機的、開頭提到的認證而言重要的顆粒排放及NOx排放時使動態的有害物質排放明顯有別於靜態的或者穩態有害物質排放。
[0030]要說明，對於柴油機來說在節氣閥之前存在的增壓壓力與在氣缸進氣口處(也就是說在節氣閥後面或者之後)的、也被稱為進氣管壓力的壓力之間進行區分。只有在接通節氣閥時，這兩種壓力才被區分。原則上，可以通過渦輪增壓器要麼調整增壓壓力要麼調整在氣缸進氣口處的壓力。
[0031]在附圖中示出的動態校正通過以下方式考慮到前面提到的缺點:所述動態校正識別動態的運行狀態並且在柴油機的空氣系統中實施合適的校正幹預，由此降低所述顆粒排放及NOx排放。同時，可以影響所述增壓壓力形成以及進而柴油機的響應特性，也就是說在駕駛員幹預、例如對於加速踏板的操縱之後發動機的反應的延遲時間。
[0032]要說明，基本上通過流經渦輪增壓器的渦輪機的質量流來影響增壓壓力形成。如果在瞬態的運行狀態中利用在渦輪增壓器之前分支出的廢氣再循環管路，例如用於降低NOx排放，那就減慢增壓壓力形成。如果通過渦輪增壓器來提供最大的質量流，則可以獲得最佳的增壓壓力形成，其中在這種情況下沒有進行廢氣再循環。按照本發明，可以有針對性地調節應該在瞬態的運行狀態中加以利用的、被導回的廢氣的量，並且由此在良好的排放特性與良好的增壓壓力形成之間找到折衷方案。
[0033]對動態運行狀態的識別基於對布置在柴油機中的渦輪增壓器的增壓壓力或者在氣缸進氣口處存在的壓力(所謂的進氣管壓力)的相對的調節偏差進行監控。
[0034]此外，對於具有預控制的增壓壓力的發動機來說或者對於無主動的增壓壓力調節功能的發動機來說，可選可以規定，在當前的增壓壓力與參考增壓壓力之間進行比較(必要時包括根據環境壓力進行的校正)，或者使用對增壓壓力和/或發動機負載的監控，以進行動態識別。
[0035]在附圖中示出的圖表中，通過粗體印刷來突顯的方框100、120、125、135、145和150表示所採用的柴油機的、既存的組件。方框100相當於現存的、用於同樣採用的(這裡未示出的)渦輪增壓器的增壓壓力的調節器。調節器100將信號提供給監控模塊105，該監控模塊確定，是否存在所述增壓壓力的調節偏差。在接下來的識別器110中檢查，是否存在著動態運行狀態。
[0036]在布置在所述識別框110後面的第一計算模塊115中，形成所描述的、最大的以及最小的空氣品質或者AGR比率。在此可以為在發動機進氣口處的氧氣濃度並且為在廢氣中的空氣係數(Lambda)預先給定在物理上限定的極限值。作為替代方案，空氣品質的或者AGR比率的、所提到的最小值/最大值可以通過當前的與在發動機的穩態運行狀態中存在的氣缸充氣或者在穩態情況中存在的進氣管壓力的比較來求得。如果穩定地存在的進氣管壓力已經作為在增壓壓力調節方面的額定值例如存在於發動機控制儀中，那就可以從中計算所提到的最小值/最大值，這在實施動態校正時意味著一種簡化方案。
[0037]柴油機的一個或者多個通過方框120所勾畫出來的傳感器、例如轉速計和/或空氣品質流計將其信號傳輸給工作點檢測模塊125，該工作點檢測模塊從所傳輸的傳感器數據中檢測到內燃機的當前的工作點。在所檢測到的工作點的基礎上，在下面的計算模塊130中確定取決於運行方式和/或取決於工作點的加權因數。
[0038]藉助於在方框130中確定的加權因數以及空氣品質或者AGR比率的、在方框115中求得的最小值/最大值，在第二計算模塊136中計算動態地得到優化的、用於吸入空氣量的額定值。
[0039]在第三計算模塊140中，通過由穩態額定值135和動態地得到優化的額定值136構成的加權(識別框110中的加權因數)形成有效的、用於吸入空氣量的額定值。例如在穩態的發動機運行中形成(durchschalten)穩態額定值，在動態的發動機運行中形成動態地得到優化的額定值並且在按份額的動態運行中則形成相應的、由穩態的和動態地得到優化的額定值構成的加權。
[0040]對於柴油機來說，吸入空氣量一般藉助於AGR閥150來確定。相應的空氣系統調節機構145將由中心計算模塊140提供的額定值轉換為相應的、用於AGR閥150的控制數據。
[0041]動態地得到優化的額定值關於運行時間來計算出來並且考慮發動機的當前的運行狀態。
[0042]所提到的加權因數115尤其能夠使排放與相應的應用情況及發動機的運行狀態相協調地、無級地在側重NOx、折衷方案、側重顆粒這些角值之間移動。所述加權因數115可以額外地通過廢氣再循環系統的組件的要求來確定，例如對於可能存在的柴油顆粒過濾器的、較高的DPF (柴油顆粒過濾器)載荷以及顆粒過濾器的、不利的再生條件來說，可以如此改變所述加權因數115，從而出現儘可能少的顆粒排放。作為替代方案，在所述NOx後處理系統(例如NSC、SCR)的效率較低時可以如此改變所述加權因數，從而出現儘可能少的NOx排放。
[0043]要說明，對於所描述的動態校正來說，所述AGR調節的額定值不僅取決於發動機工作點，而且例如在出現發動機的負載躍變時額外地通過所描述的動態校正來改變。
[0044]藉助於所描述的動態校正，與純粹基於空氣品質的AGR調節相比明顯地降低了所述NOx排放，其中通過所述動態校正尤其僅引起所述顆粒排放的較小的上升。所提出的動態校正能夠額外地降低燃料消耗並且由此也降低CO2排放。
[0045]在具有SCR催化器(SCR=SelektiveKatalytische Redukt1n選擇性催化還原)的柴油機的情況下，其中廢氣中的氮氧化物如熟知的那樣通過與氨(NH3)的化學反應來還原，NOx轉化率在連續的無峰值的NOx流時明顯比在動態地劇烈變化的NOx流時高。通過所描述的動態校正，有利地實現一種均勻的曲線，而沒有同時通過較高的碳煙排放來強烈地加載顆粒過濾器。
[0046]所描述的方法或者能以控制程序的形式在既存的、用於對內燃機進行控制的控制儀中來實現，或者能以相應的控制單元的形式來實現。
【權利要求】
1.用於運行尤其機動車的自行點火的內燃機的廢氣再循環系統的方法，其中所述內燃機具有用於對進入到所述內燃機的至少一個燃燒室中的進氣進行控制的空氣系統，其特徵在於，識別(110)所述內燃機的動態的運行狀態，並且在識別到動態的運行狀態的情況下對所述內燃機的空氣系統實施校正幹預(145、150)。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，藉助於所述內燃機的當前的負載狀態來識別(110)所述動態的運行狀態。
3.按權利要求1所述的、用在具有一帶有增壓器以及增壓壓力調節機構的廢氣再循環系統的內燃機上的方法，其特徵在於，藉助所述增壓器的當前的增壓壓力或者藉助所述增壓器的增壓壓力的、相對的調節偏差來識別(110)所述動態的運行狀態。
4.按權利要求1所述的、用在具有進氣管壓力調節機構的內燃機上的方法，其特徵在於，藉助進氣管壓力來識別(110)所述動態的運行狀態。
5.按權利要求1所述的、用在具有預控制的增壓壓力的內燃機上的方法，其特徵在於，通過所述增壓器的當前的增壓壓力與參考增壓壓力的比較來識別(110)所述動態的運行狀態。
6.按前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，通過對所述內燃機的吸入空氣量的適合的操控來對所述空氣系統進行校正幹預(145、150)。
7.按權利要求6所述的方法，其特徵在於，作為校正幹預而計算(140)動態地得到優化的、用於所述吸入空氣量的額定值。
8.按權利要求7所述的方法，其特徵在於，在最小的和最大的空氣品質或者廢氣再循環率(115)的基礎上以及在取決於運行方式和/或取決於工作點的加權因數(130)的基礎上來計算所述動態地得到優化的額定值。
9.用於按照前述權利要求中一項或者多頂所述的方法來運行尤其機動車的自行點火的內燃機的廢氣再循環系統的裝置，其中所述內燃機具有用於對進入到所述內燃機的至少一個燃燒室中的空氣供給進行控制的空氣系統，其特徵在於用於對所述內燃機的動態的運行狀態進行識別的識別器(110)、用於計算最小的和最大的空氣品質以及廢氣再循環率的第一計算模塊(115)、用於計算取決於運行方式和/或取決於工作點的加權因數的計算模塊(130)、用於計算動態地得到優化的額定值的第二計算模塊(136)以及用於計算有效的、用於吸入空氣量的額定值的第三計算模塊(140)。
10.按權利要求9所述的裝置，其特徵在於調節器(150)，所述調節器用於將由所述第三中央計算模塊(140)提供的信息轉化為用於對所述吸入空氣量進行控制(145)的控制數據。
11.電腦程式，該電腦程式當其在計算器或者控制儀上執行時執行按權利要求1到8中任一項所述的方法的所有步驟。
12.具有保存在機器可讀的載體上的程序代碼的電腦程式產品，其用於在計算器或者控制儀上執行所述程序時實施按權利要求1到8中任一項所述的方法。
【文檔編號】F02D21/08GK104165099SQ201410202245
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2013年5月15日
【發明者】H.米勒, L.索馬卡, J.策勒, M.巴赫納 申請人:羅伯特·博世有限公司