CN101194092B - 内燃机的控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

内燃机的控制方法用第一调节器(104)来影响输入内燃机的新鲜空气质量流量、用第二调节器(118)来影响高压侧的废气再循环质量流量，并用至少一个第三调节器(128)来影响低压侧的废气再循环质量流量，其中，根据新鲜空气质量流量的第一理论值和第一实际值和/或别的模型化的参数或测量出的参数之间的比较可预先给定第一调节器(104)的第一调节参数、根据高压侧废气质量流量的第二理论值和第二实际值和/或别的模型化的参数或测量出的参数之间的比较可预先给定第二调节器(118)的第二调节参数，并根据低压侧废气质量流量的第三理论值和第三实际值和/或别的模型化的参数或测量出的参数之间的比较可预先给定至少一个第三调节器(118)的至少一个第三调节参数。

Description

内燃机的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及内燃机的一种控制方法和装置。 
背景技术
内燃机的一种控制方法和装置例如可从DE 19620036A1得知。在该处，第一调节器用于影响输入内燃机的新鲜空气质量流量，而第二调节器则用于影响废气再循环质量流量。作为第一调节器最好用一个节气门，该节气门在进气管中布置在压缩机下游。作为第二调节器最好用一个高压侧的废气再循环阀，该阀布置在高压侧的废气再循环管路中。废气再循环阀和节气门都可进行可调运行，以便在一定的运行状态中可对新鲜空气质量流量和再循环废气的一部分进行精确的调节。一般进行进气管压力即进入内燃机前的压力调节。通过废气再循环阀进行的进气管压力调节基于这样的假定：当高压侧的废气再循环阀继续地开启时，进气管压力总是升高而与节气门的位置无关。但这只有在节气门开启到这样的程度即通过它产生明显压力降时才是正确的。从节气门的一定的开启角起，这个效应则可能逆转。在这种情况中，开启废气再循环阀时，不再有废气流经废气再循环管路，并因而只有少量质量流量通过涡轮机。由于这个原因，压缩机输送较少，且压缩机下游的压力变得较小。这又导致进气管压力也下降。其结果是，借助废气再循环阀进行的进气管压力调节的调节方向可能随节气门的开启角变化。调节器不可能补偿这个特性，所以，也不可能调节理论值，为了解决这些问题，未提前公开的DE 102004035316.6提出了一种用第一调节器来影响输入内燃机的新鲜空气质量流量和用第二调节器来影响废气再循环质量流量的内燃机控制方法，其中根据新鲜空气质量流量的第一理论值和第一实际值之间的比较可预先给定第一调节器的第一调节参数并根据废气质量流量的第二理论值和第二实际值之间的比较可预先给定第二调节器的第二调节参数。第一调节值和第二调节值分别与借助模型预先确定的预调节进行叠加。这种方法可避免调节方向的逆转。废气再循环阀具有相同的调节方向而与节气门的位置无关。此外，明显地简化了应用，因为迄今为止废气再循环比率都必须间接地施加进气管压力。而在这种方法 时，废气再循环比率可直接作为理论值预先给定。通过基于受控系统的模拟的预调节可达到理论值的快速调节。 
除了高压侧的废气再循环外，现在在一些使用领域中也要求低压侧的废气再循环。此时，废气在涡轮机后面被引出并在压缩机前面输入。为此，设置了一个低压废气再循环管路。此时，设置了一个低压废气再循环阀，以便能够影响通过低压管路的再循环废气的量。此外，也可设置别的调节器，例如在低压侧的废气再循环输入之前设置一个排气门和/或一个节气门。这种系统存在这样的问题：必须同时调节多个理论值，亦即必须补偿多个要求的实际值。这就是说，必须同时调节高压废气再循环比率的理论值，低压废气再循环比率的理论值和新鲜空气质量流量的理论值。 
在一定的物理边界条件情况下，例如在调节器定位的情况下，需要在单个理论值之间设定优先权，因为不再存在调节的全部需要的自由度。例如当高压侧的废气再循环阀达到一个开启定位时不再可能同时调节全部三个理论值。这用常规的调节方法要么根本不可能，要么只有付出高昂代价才有可能，其中，尤其在动力区域存在问题。在高动力区域也存在问题，因为单个调节器在该处会产生不协调的运动。从而使调节质量降低，并在最坏的情况下不可能调节理论值。 
发明内容
为了解决这些问题，提出了第一基于模型的预调值叠加到第一调节参数上，第二基于模型的预调值叠加到第二调节参数上和第三基于模型的预调值叠加到第三调节参数上。这些基于模型的预调值通过一个模型来确定，该模型将新鲜空气质量流量的一个理论值映射到第一调节器的一个调节参数理论值上和/或将高压侧废气质量流量的一个理论值映射到第二调节器的一个调节参数理论值上和/或将低压侧废气质量流量的一个理论值映射到第三调节器的一个调节参数理论值上。每次这样的映射在不定程度上都表示相应被控系统的一次逆转。 
通过该模型可进行调节器前面的至少混合地点容积V22和容积V21的模型化。 
实际值可借助第二模型来获得，借助它可清除现有传感器信号的干扰效应、计算不可测的信号和避免其他昂贵的传感器。 
附图说明
下面结合附图所示的实施例来详细说明本发明的其他优点和特征。附图表示： 
图1内燃机的示意方框图； 
图2本发明做法的方框图。 
具体实施方式
下面以一个节气门、一个高压侧的废气再循环阀和一个低压侧的废气再循环阀为例来说明本发明的方法。原则上，本发明做法可用于全部用来影响某种气体质量流量的调节器，例如影响新鲜空气质量流量、高压侧的废气质量流量或低压侧的废气质量流量。很明显，除新鲜空气质量流量或高压侧的和低压侧的废气质量流量外，也可调节和/或控制相应于这些参数的其他参数。所以这些参数的在下面要述及的实际值和理论值指的是表征新鲜空气质量流量、高压侧的废气再循环质量流量和低压侧的废气再循环质量流量的调节参数。作为调节参数指的是控制相应调节器用的适当的量。 
内燃机100通过一条高压新鲜空气管路102输入一定的气体量，该气体量含有一定的氧成份。高压新鲜空气102具有两部分。第一部分102a通到一个进行废气混合的地点。第二部分102b通到废气进行混合之后的一个地点。节气门104布置在第一部分102a中。 
周围空气通过一根低压新鲜空气管路108到达一个压缩机106，然后通过节气门104流入高压新鲜空气管路102中。通过压缩机106使空气量经节气门104流入高压新鲜空气管路102。在压缩机106和节气门之间有一个容积V21，在该容积中存在压力P21。在混合地点，容积V22中存在压力P22。 
带有一定氧成份的空气量从内燃机100流入高压废气管路110。该高压废气管路具有一个分支，分支一方面通到一个高压侧的废气再循环阀118，另一方面通到一个涡轮机112。废气从涡轮机112进入一根低压废气管路114，该管路也叫做排气管。涡轮机112通过一根轴111驱动压缩机106。借助于增压器调节器113可影响涡轮机112的特性并由此影响整个增压器的特性。增压器调节器113用一个触发信号来触发，该触发信号引起增压器调节一个升程(Hub)，该升程也叫做增压 器升程，该触发信号也叫做增压器调节参数。 
在高压废气管路110和高压新鲜空气管路102之间存在一个连接，该连接叫做高压侧的废气再循环管路116。废气量流动通过这根高压侧的废气再循环管路116。高压侧的废气再循环管路116的横截面可最好用高压侧的废气再循环阀118来控制。废气再循环调节器119用一个触发信号来控制，该触发信号引起废气再循环阀118调节一个升程，该升程也叫做废气再循环阀升程，该控制信号也叫做废气再循环调节参数。 
在低压侧的废气管路114和低压侧的新鲜空气管路108之间也有一个连接，该连接叫做低压侧的废气再循环管路126。废气量流动通过这个低压侧的废气再循环管路126。低压侧的废气再循环管路126的横截面优选可用一个低压侧的废气再循环阀128来控制。为了触发，给低压侧的废气再循环调节器129加一个触发信号，该触发信号引起废气再循环阀128调节一个升程，该升程也叫做低压侧的废气再循环阀升程，而该触发参数则叫做低压侧的废气再循环阀调节参数。此外，内燃机的曲轴和/或凸轮轴的转速也用一个转速传感器101进行探测。此外，设置有量执行元件103，这种元件确定供给内燃机的喷入油量。给执行元件103加一个量信号。 
图2表示本发明作法的方框图。 
实际值确定装置210根据未示出的输入参数分别确定新鲜空气质量流量的一个实际值、低压侧废气再循环质量流量的一个实际值以及高压侧废气再循环质量流量的一个实际值。该实际值确定装置优选通过一个模型来实现。新鲜空气质量流的实际值确定用的模型计算部例如可从DE 199 63 538 A1中得知，该文献为公开的目的被纳入本次申请中。低压侧和高压侧的废气再循环质量流量的实际值也按相应的方式模型化。实际值确定装置210可包括多个分模型。实际值确定装置的输出信号分别到达下面尚待详细说明的调节器230、240、250。这些调节器230、240、250的输出信号又被分别加到节气门104、高压侧废气再循环阀118的调节器119以及低压侧废气再循环阀129的调节器129。 
在一个作为整体用220标出的模型中，相应调节器即节气门、低压侧废气再循环阀128的调节器129以及高压侧废气再循环阀118的 调节器119的理论值从新鲜空气质量流量225、低压侧废气再循环质量流量226以及高压侧废气再循环质量流量227的输入参数中算出。为此，这个也可叫做被控系统的逆模型的模型220包括计算装置222、223、224，这些计算装置进行调节参数限制、运动学限制和由该系统引起的其他限制以及输入参数225、226、227的类似限制。如果例如新鲜空气质量具有一个跃变，则该跃变在计算装置222中被“整平”。相应地，低压侧以及高压侧的废气再循环质量流量的跃变在相应的计算装置223和224中进行整平。这些跃变也动态进行适配。然后在这个分别可由容积V22和容积V21的分模型构成的逆模型221中确定在调节器即节气门、低压侧废气再循环阀128的调节器129以及高压侧废气再循环阀118的调节器119的气体质量流量的理论值，并将其同样输入计算装置230、240、250中。 
每个计算装置230、240、250都具有相同的结构，所以这些计算装置230、240、250的功能在下面示例性地借助用于确定节气门104的计算装置230进行说明。模型220或相应的分模型给相应的调节器提供理论质量流量。这些理论质量流量通过另一个模型转换成有效的通流面积并借助相应的特性曲线转换成一个调节器升程，所述另一个模型把调节器映射为节流件。这种预调节具有这样的优点，能够很快地反应理论值的变化，从而提供一个很快的导向响应。在这种情况下，系统动态性已被考虑。这就是说，通过模型220和一个调节器升程的转换使高压侧废气再循环比率或高压侧废气再循环质量流量、低压侧废气再循环质量流量或低压侧废气再循环比率和空气质量流量很快地匹配变化的理论值。这尤其在不同运行状态之间转换时例如在转换到再生运行或从再生运行转换出来时是特别有利的(例如对氮氧化物存储催化器(NOx-Speicherkat)、微粒滤清器再生、部分均匀运行)。 
调节器230包括两个计算单元231、232。第一计算单元231对应来自预调节装置220的质量流量的理论值。第二计算单元232对应由模型210确定的新鲜空气质量流量。这些计算装置实质上是逆节流件，因为节气门104和废气再循环阀118、128在流动中分别起节流件的作用。从计算装置231的输出信号即从通过预调节装置220确定的质量流的理论值和从逆节流件模型得出节流件的有效面积，然后借助特性曲线233将这个有效面积转换成节气门的预调节信号。 
与此同时，在计算装置232后面，有效面积的实际值在连接点235减去计算装置231的输出值并输送给一个PI调节器234中。PI调节器234使实际面积匹配理论面积，所以空气质量流量的理论值也相应于实际空气质量流量。为此，通过模型210提供的实际值与滤波的理论值进行比较。然后根据理论值与实际值的偏差由调节器234预先给出加到节气门104的调节参数。在此通过模型200、计算装置231和特性曲线233形成的预调节装置被叠加在这个调节上。预调节装置的模型-如已述及-根据新鲜空气质量的理论值预先给定节气门104的一个调节参数。为此，预调节装置220的逆模型221包括分模型，这个分模型模拟调节器即节气门104前面的混合位置容积V22和容积V21的模型化。 

Claims (6)

1.内燃机的控制方法，内燃机有第一调节器(104)用来影响输入内燃机的新鲜空气质量流量、有第二调节器(118)用来影响高压侧的废气再循环质量流量，还有至少一个第三调节器(128)用来影响低压侧的废气再循环质量流量，其中，根据新鲜空气质量流理的第一理论值和第一实际值和/或别的模型化的参数或测量出的参数之间的比较可预先给定第一调节器(104)的第一调节参数，同时根据高压侧废气质量流量的第二理论值和第二实际值和/或别的模型化的参数或测量出的参数之间的比较可预先给定第二调节器(118)的第二调节参数，并同时根据低压侧废气质量流量的第三理论值和第三实际值和/或别的模型化的参数或测量出的参数之间的比较可预先给定至少一个第三调节器(128)的至少一个第三调节参数，其特征为，第一基于模型的预调值被叠加到第一调节参数上，第二基于模型的预调值被叠加到第二调节参数上，第三基于模型的预调值被叠加到第三调节参数上，
设有具有计算装置(222，223，224)及模型(221)的总模型(220)，
计算装置(222，223，224)对输入参数进行调节参数限制和动态限制并将被限制的输入参数继续导引到模型(221)，输入参数包括新鲜空气质量流量(25)、低压侧的废气再循环质量流量(226)和高压侧的废气再循环质量流量(227)，
模型(221)将新鲜空气质量流量的理论值映射到第一调节器(104)的理论值上和/或将高压侧废气质量流量的理论值映射到第二调节器(118)的理论值上和/或将低压侧废气质量流量的理论值映射到第三调节器(128)的理论值上。
2.按权利要求1的方法，其特征为，通过该模型进行第一调节器(104)前面的至少混合地点容积V22和容积V21的模型化。
3.按权利要求1-2中任一项的方法，其特征为，借助另外的模型(210)可预先给定实际值。
4.按权利要求1-2中任一项的方法，其特征在于，通过相应的调节器(230；240；250)使新鲜空气质量流量的实际值匹配新鲜空气质量流量的理论值和/或使高压侧废气再循环质量流量的实际值匹配高压侧废气再循环质量流量的理论值和/或使低压侧废气再循环质量流量的实际值匹配低压侧的废气再循环质量流量的理论值。
5.按权利要求4的方法，其特征为，该调节器包括带有基于模型的预调节功能和面积估算功能的P I调节器。
6.内燃机(100)的控制装置，具有第一调节器(104)来影响输入内燃机(100)的气体质量流量、具有第二调节器(118)来影响高压侧的废气再循环质量流量、具有至少一个第三调节器(128)来影响低压侧废气再循环质量流量，具有根据新鲜空气质量流量的第一理论值和第一实际值和/或别的模型化的或测量出的参数之间的比较预先给定第一调节器(104)的第一调节参数的、同时根据高压侧废气质量流量的第二理论值和第二实际值和/或别的模型化的或测量出的参数之间的比较预先给定第二调节器(118)的第二调节参数的及同时根据低压侧废气质量流量的第三理论值和第三实际值和/或别的模型化的或测量出的参数之间的比较预先给定至少一个第三调节器(128)的至少一个第三调节参数的部件，其特征为，第一基于模型的预调值被叠加到第一调节参数上，第二基于模型的预调值被叠加到第二调节参数上，第三基于模型的预调值被叠加到第三调节参数上，
设有具有计算装置(222，223，224)及模型(221)的总模型(220)，
计算装置(222，223，224)对输入参数进行调节参数限制和动态限制并将被限制的输入参数继续导引到模型(221)，输入参数包括新鲜空气质量流量(25)、低压侧的废气再循环质量流量(226)和高压侧的废气再循环质量流量(227)，
模型(221)将新鲜空气质量流量的理论值映射到第一调节器(104)的理论值上和/或将高压侧废气质量流量的理论值映射到第二调节器(118)的理论值上和/或将低压侧废气质量流量的理论值映射到第三调节器(128)的理论值上。
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