CN102733975A - 用于控制汽车内燃机装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制汽车内燃机装置(50)的方法，所述方法具有如下方法步骤：-当冷却剂温度低于固定的70℃以上的极限值、废气温度超过固定的200℃以上的极限值以及增压空气温度高于固定的60℃以上的极限值时，用冷却剂温度传感器(74)确定冷却剂温度，用增压空气温度传感器(36)确定增压空气温度以及用废气温度传感器(9)确定废气温度，由此定义后期热机阶段；-通过操作冷却剂回路控制元件(32、33)关闭冷却剂回路(58)；-通过关闭旁通阀(35)关闭增压空气旁路(52)，以及-打开废气-发动机润滑剂换热器(21)的废气控制阀(22)来加热发动机润滑剂。

Description

用于控制汽车内燃机装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制汽车内燃机装置的方法。

背景技术

除内燃机和带需要时控制冷却剂流以冷却内燃机的控制元件的冷却剂回路外，现代内燃机装置具有另一些机组和附属机组，它们具有各种功能。

无论在汽油机还是柴油机中，全都使用增压空气增压器，其有在废气流中的驱动涡轮和在增压空气侧的涡轮压缩机。此外，为了净化废气，柴油机和汽油机中都设有废气催化器，在废气催化器进入前，为废气催化器配设一个废气温度传感器。为了改善效率，在增压空气增压器的涡轮压缩机和内燃机的增压空气入口之间设增压空气冷却器，其在需要时冷却增压空气。为控制增压空气在增压空气冷却器中的冷却，为增压空气冷却器配设带旁通阀的旁路。为检测被控参量，亦即增压空气温度，在增压空气冷却器之前设增压空气温度传感器。为了更快速地加热发动机润滑剂，设废气-发动机润滑剂换热器，为其配设用于在换热器中控制发动机润滑剂的加热的控制阀。

在优化汽车内燃机装置时或在控制汽车内燃机装置的控制方法中，除减少消耗外，一个重要的目标在于减少有害物排放。在冷的内燃机启动到内燃机和所有相关机组及流体达到工作温度之间的这一阶段，绝对是排放最多的阶段。在按现有技术的内燃机装置中，通过对内燃机装置相应的控制和调节考虑到这一要求。不过公知的针对内燃机装置的控制和调节主要涉及在工作温度下的消耗优化和有害物优化。

由DE 102004031365A1公开一种汽车内燃机装置，在该装置中，设有废气催化器和废气-发动机润滑剂换热器4。

由DE 2545227A1公开一种内燃机装置，其有增压空气增压器和可调节的增压空气冷却器以及冷却剂温度传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于汽车内燃机装置的控制方法，其旨在当内燃机装置未达到其工作温度时减少有害物排放。

按照本发明，该技术问题由此解决，即，借助由冷却剂温度传感器测得的冷却剂温度、由增压空气温度传感器测得的增压空气温度以及由废气温度传感器测得的废气温度，探测后期热机阶段。只有当冷却剂温度在超过70℃的固定的恒定极限值之下、废气温度在超过200℃的固定的恒定极限值之上以及增压空气温度在至少60℃的恒定极限值之下时，才存在后期热机阶段。

在后期热机阶段实施下列方法步骤：通过操纵冷却剂回路控制元件封闭用来冷却内燃机的冷却剂回路。由此在很大程度上停止冷却剂循环。冷却剂控制元件可以是冷却剂泵，但也可以是冷却剂阀或冷却剂恒温器。通过封闭冷却剂回路，从内燃机以及因而从废气那里吸取尽可能少的热量。废气在后期热机阶段内是唯一的载热体。为了能够在这一阶段有针对性地使用废气热量，停止使用最大的有效冷却源，亦即冷却剂回路。

过热的增压空气削弱了内燃机的效率并且引起有害物排放的增加。因此在后期热机阶段通过关闭增压空气旁通阀关闭增压空气旁路。增压空气流过增压空气冷却器并在那里进行冷却。

此外在后期热机阶段，废气-发动机润滑剂换热器的控制阀被打开，从而在该阶段有针对性地对发动机润滑剂进行加热。由此确保在内燃机、附属机组和液体达到工作温度之前，尽可能及时加热发动机润滑剂。由此使处于热机阶段的内燃机中的摩擦损耗在冷启动后尽快减小。通过减小摩擦损耗相应减少燃料消耗，由此又尽快减少了热机阶段的有害物排放。

仅当废气温度超过大于200℃的恒定极限值时，才开始后期热机阶段。因此，这种在开始后期热机阶段以及因而与之相关的方法步骤时的阈值是合理的，因为在废气温度低于超过200℃的极限值时，废气仅有较少的热量来可观地加热多升发动机润滑剂。因此，温度处于固定在200℃到400℃之间的极限温度之下的废气更适合为了尽快减少废气排放而尽量未经冷却地输送给废气催化器，因而使废气催化器尽可能快地达到其工作温度。

作为确定和评估废气温度以判定废气催化器活性的备选方案，还可以用两个布置在废气催化器之前和之后的λ探测仪来判定废气催化器活性。当通过λ探测仪确定的氧含量的差超过规定的极限值时，则假定废气催化器起作用，这是后期热机阶段的前提。取代与废气温度相关的条件的是在这种情况下的条件，即，由两个在废气催化器之前和之后的λ探测仪确定的氧气浓度的差超过一个显示废气催化器至少在开始时的废气净化效果的极限值。无论如何，可以确定废气催化器的活性与非活性。

废气温度极限值优选在270℃以上，增压空气温度极限值则优选在70℃以上。在使用其它措施的情况下，传统的废气催化器在自身温度为270至280℃时开始工作。仅当达到该温度时，从在该阶段唯一的载热体，即废气中吸取另一些热量来加热发动机润滑剂才是合理的。一旦增压空气温度超过大于70℃的极限值(这例如通过在增压空气压缩机中压缩时提高增压空气的温度造成)，则必须通过关闭增压空气冷却器的增压空气旁通阀来冷却增压空气。

按照一种优选的设计方案，在具有可用冷却器冷却的、配设有冷却器阀以控制其冷却的排气弯管的内燃机装置中，在后期热机阶段规定，关闭排气弯管的冷却器阀，从而使排气弯管主动地不被冷却。可冷却的排气弯管的冷却在后期热机阶段期间也被切断。

此外，在所述内燃机装置中还优选设置废气-变速器润滑剂换热器，其有用于控制通过废气加热变速器润滑剂的控制阀。在这类内燃机装置中，在后期热机阶段规定，打开废气-变速器润滑剂换热器的控制阀，从而使变速器润滑剂在后期热机阶段通过废气得到加热。尤其在自动变速器中，变速器润滑剂的量为10升以及多到使它具有很高的绝对热容量。如果没有变速器润滑剂换热器，光通过发动机热量来加热会比较慢。尤其在自动变速器中，在冷的状态下相对粘滞的冷变速器润滑剂造成了较高的传动损耗。通过在后期热机阶段有效加热变速器润滑剂，使得在内燃机冷启动之后的机械的传动损耗在时间上大大减少，从而也相应减少了由此引起的额外消耗以及又由此引起的有害物排放。

附图说明

唯一的附图示意性示出了一种内燃机装置。

具体实施方式

在图中示意性示出了一种复杂的内燃机装置50。在该装置50中示出了所有主要的机组，它们围绕内燃机1与增压空气、废气、多个冷却剂回路以及两个机油回路相关。

新鲜的增压空气通过空气滤清器5吸入并且随即经过空气量测量计4。吸入的增压空气紧接着进入增压空气增压器64，并在必要时在涡轮压缩机3中压缩。增压空气接着流向用冷却剂冷却的增压空气冷却器38，其配设有带旁通阀35的旁路52。增压空气从那里通过形式为节气门的气体控制阀42流向混合器43，必要时增压空气在那里与从高压废气回流装置引回的废气混合。

增压空气从混合器43经由进气管34并且通过增压空气入口94进入内燃机1。在那里，增压空气与燃料一起积聚，并且将以此方式得到的混合物点燃。在此产生的废气从废气出口95流出内燃机1。

从出口95出来后的废气在水冷的排气弯管11中冷却并且以其主流进一步流向增压空气增压器64的驱动涡轮12。驱动涡轮12驱动涡轮压缩机3。驱动涡轮12配设有带旁通阀60的旁路68，涡轮压缩机3配设有带旁通阀61的旁路66。从增压空气增压器64过来的废气经过设置在离废气催化器8不远处的废气温度传感器9。废气从废气催化器8流过第一气体控制阀7和第二气体控制阀6进入未示出的排气管。在这里示出的气流是从空气滤清器的入口直至在出口流入消声器或排气管的主流。

这种主气流具有三个分流，即低压废气回流流、高压废气回流流以及用于供应两个三通换热器21、26的支流。

低压废气回流由管路54形成，其在废气催化器8和第一气体控制阀7之间的废气支流中分流并且在其延伸路线中具有废气回流控制阀2。所述废气回流管路52汇入增压空气增压器64前的增压空气线路。

此外，设高压废气回流装置，其中高压废气回流管路56在水冷的排气弯管11和增压空气增压器64之间的废气侧上分流。分流后在管路56的延伸路线中设废气量和温度传感器13，其探测在该部位上的废气量和废气温度。废气流紧接着流经高压废气回流冷却器15，其上游接有气体控制阀16。此外，设平行于冷却器15的旁路15′，当相关的气体控制阀16、17、18相应地被关闭或被打开时，废气可以在避开冷却器15的情况下流过该旁路。在高压废气回流冷却器15中，可以在需要时冷却通过管路56引回的废气，以便减少内燃机1和位于废气主流中的机组的热负荷，并且减少废气中的氮氧化物。

高压废气回流冷却器-传感器19在管路56的延伸路线中就流动方向而言布置在冷却器15后方，借助该传感器可以对废气回流冷却器15的冷却功率进行调节。废气从那里流入混合器43，增压空气在混合器中与来自高压废气回流管路56的废气混合。

另一个废气管路70在第一气体控制阀7和第二气体控制阀6之间的废气主流中分支成两个三通换热器21、26。在第一三通换热器21中，可以借助热废气加热目标介质并且借助同样注入的冷却剂在需要时冷却同一个目标介质。两个三通换热器因此除其废气入口外还具有多个用于冷却剂的入口。第一三通换热器经由润滑剂供应管路80和排出管路81与内燃机1的相应的润滑剂接口连接。在第一三通换热器21中，内燃机润滑剂在需要时通过冷却水冷却或通过废气加热。

第二三通换热器26经由润滑剂供应管路83和润滑剂排出管路84与变速器62相连。变速器润滑剂可以在需要时通过润滑剂供应管路和排出管路83、84以及相关的三通换热器26冷却或加热。这尤其在自动变速器中富含意义，在自动变速器中，润滑剂量通常可以为10L或更多，在润滑剂温度较低时它们会吸取很大一部分传动功率，在温度过高时会出现过多打滑。

当前设有两个冷却剂回路，即第一高温冷却剂回路58和第二低温冷却剂回路59。低温冷却剂回路59用于冷却增压空气冷却器38以及为此具有低温冷却器45和低温冷却剂泵41。

高温冷却剂回路58具有冷却器46、冷却剂泵33以及多个管路和阀。冷却剂主流从冷却器46出发经由冷却剂管路88流向冷却剂泵33，所述冷却剂泵33在运行时将冷却剂泵入内燃机1。从内燃机1流出的冷却剂流经冷却剂温度传感器74通过冷却剂控制阀32回到冷却器46。

在内燃机1的冷却剂出口和冷却剂控制阀32之间，多个冷却剂管路分岔成排气弯管冷却器11、高压废气回流冷却器15、第一三通换热器21和第二三通换热器26，以便从那里触发分别回流到冷却剂冷却器46中。

需要时，借助控制阀10、14、20、90相应地控制或调节冷却剂流。

在冷却剂管路80、81、83、84的延伸路线中，温度传感器22、24、27、28分别布置在三通换热器21、26之前或之后，借助这些温度传感器可以对相关的冷却剂温度进行调节。

两个冷却剂回路的冷却器45、46通过从外部流入的冷空气冷却，冷空气在此通过可关闭的冷空气百叶窗44流入。

内燃机1的后期热机阶段过程如下：用未示出的中央发动机控制器一直对来自冷却剂温度传感器74、配属于增压空气冷却器38的增压空气温度传感器36、在废气催化器8之前的废气温度传感器9的信号进行监控。当冷却剂温度低于固定的大于70℃的恒定极限值、废气温度高于固定的280℃的极限值以及增压空气温度在80℃的极限值之上时，对发动机控制器而言，存在后期热机阶段，在该阶段内实施规定的方法步骤。

在后期热机阶段，废气温度在废气催化器8的工作温度之上。废气催化器8业已有效工作并且以此方式净化排出的含大量有害物的废气。此外，装置50的所有机组和流体仍没有达到工作温度。

在后期热机阶段，冷却剂回路58通过相应操纵和调整相关的冷却剂回路控制元件32、33保持关闭。在该后期热机阶段不发生促成主动冷却内燃机1和其它连接在冷却回路58上的机组的冷却剂循环。

此外，在后期热机阶段，控制增压空气旁路的旁通阀35被关闭。增压空气因此流过增压空气冷却器38，从而使增压空气冷却器38中的增压空气被相应冷却。

此外，在后期热机阶段，通过发动机控制器打开废气-发动机润滑剂换热器21的控制阀22，以便在后期热机阶段借助废气的热量有效加热发动机润滑剂。由此使内燃机内因还未加热到工作温度的发动机润滑剂而提高的摩擦迅速减小，因为发动机润滑剂被优选并且有针对性地加热直至达到其工作温度。

通过快速加热发动机润滑剂以及因此产生的内燃机1内的摩擦的迅速减小，使内燃机1内的机械损耗功率减少，从而又减少了燃料消耗，因而也同时减少了有害物排放。

此外，在后期热机阶段，排气弯管冷却器11′的冷却器阀10被关闭，从而使排气弯管11在后期热机阶段也不会得到有效冷却。

同时可以，但不是必须，在后期热机阶段通过相应打开控制阀25开始使用变速器-润滑剂换热器26，从而在该阶段也能使变速器润滑剂有效且有针对性地得到加热，并且以此方式迅速达到工作温度。当汽车变速器是一种自动变速器时，在后期热机阶段有效加热变速器润滑剂尤其重要。当变速器润滑剂的温度在工作温度之下时，自动变速器具有很大的摩擦损耗。变速器润滑剂在当前指的是汽车自动变速器的传动润滑液。

当前图示的内燃机装置50是示例性的。废气回流装置可以设计成高压废气回流装置、低压废气回流装置或组合式高低压废气回流装置。

针对高压废气回流装置的情况，在后期热机阶段也关闭了废气回流冷却器15，也就是说，回流的废气没有被冷却。

废气-发动机润滑剂换热器可以和废气回流冷却器15一起组合在唯一的组合式换热器中。为废气-发动机润滑剂换热器提取废气必须不在废气催化器8之后进行，而是也可以直接在排气弯管11之后以及在增压空气增压器64或其驱动涡轮12之前进行。

重要的是，在后期热机阶段，废气作为唯一的载热体仅用于加热废气催化器和发动机润滑剂。所有其它用于废气的冷却源都被切断，只要这是可行的并且对装置或内燃机无害。

Claims (4)

1.一种用于控制汽车内燃机装置(50)的方法，所述内燃机装置(50)有：

-内燃机(1)，其有增压空气入口(94)和废气出口(95)；

-冷却剂回路(58)，其有冷却剂温度传感器(74)和在必要时控制内燃机(1)的冷却的冷却剂回路控制元件(32、33)；

-与废气出口(95)相连的废气催化器(8)和在废气催化器(8)之前的废气温度传感器(9)；

-增压空气增压器(64)，其有驱动涡轮(12)和涡轮压缩机(3)，

-在涡轮压缩机(3)和增压空气入口(94)之间的可调节的增压空气冷却器(38)，其中，为增压空气冷却器配设带旁通阀(35)的增压空气旁路(52)，并且在增压空气冷却器(38)之前布置增压空气温度传感器(36)，以及

-废气-发动机润滑剂换热器(21)，其有为其配设的废气控制阀(22)，用于通过换热器(21)控制废气流；

所述方法具有如下方法步骤：

-当冷却剂温度低于固定的70℃以上的极限值、废气温度超过固定的200℃以上的极限值以及增压空气温度高于固定的60℃以上的极限值时，用冷却剂温度传感器(74)确定冷却剂温度，用增压空气温度传感器(36)确定增压空气温度以及用废气温度传感器(9)确定废气温度，由此定义后期热机阶段；

-通过操作冷却剂回路控制元件(32、33)关闭冷却剂回路(58)；

-通过关闭旁通阀(35)关闭增压空气旁路(52)，以及

-打开废气-发动机润滑剂换热器(21)的废气控制阀(22)来加热发动机润滑剂。

2.按权利要求1所述的用于控制汽车内燃机装置(50)的方法，其特征在于，废气温度极限值在270℃以上以及增压空气温度极限值在70℃以上。

3.按权利要求1或2所述的用于控制汽车内燃机装置(50)的方法，其中内燃机装置有带冷却器(11′)和冷却器阀(10)的排气弯管(11)，所述方法在后期热机阶段具有的方法步骤是，关闭冷却器阀(10)。

4.按权利要求1至3之一所述的用于控制汽车内燃机装置(50)的方法，其中内燃机装置有带控制阀(25)的废气-变速器润滑剂换热器(26)，所述方法在后期热机阶段具有的方法步骤是，打开废气-变速器润滑剂换热器(26)的控制阀。