CN102758693A - 确定内燃机空气系统内低压废气再循环质量流量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及确定内燃机空气系统内低压废气再循环质量流量的方法。在用于确定带有低压废气再循环装置的内燃机（10）的空气系统内的低压废气再循环质量流量
Figure 2012101275642100004DEST_PATH_IMAGE001
的方法中，低压废气再循环质量流量
Figure 272762DEST_PATH_IMAGE001
在暂时的低压废气再循环质量流量的基础上被求出，暂时的低压废气再循环质量流量
Figure 641744DEST_PATH_IMAGE002
由函数求出，参与该函数的尤其包括在低压侧的废气循环阀EGRVlvLP（29）的上游的压力
Figure 2012101275642100004DEST_PATH_IMAGE003
和下游的压力
Figure 240216DEST_PATH_IMAGE004
、在低压侧的废气循环阀（29）的上游的温度
Figure 2012101275642100004DEST_PATH_IMAGE005
和低压侧的废气循环阀（29）的几何尺寸
Figure 54588DEST_PATH_IMAGE006
。按照本发明，对于求出低压废气再循环质量流量
Figure 549154DEST_PATH_IMAGE001
而言还考虑至少一个基于质量平衡的参量。

Description

确定内燃机空气系统内低压废气再循环质量流量的方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于确定内燃机的空气系统内低压废气再循环质量流量的方法。
背景技术
为了降低在内燃机中燃料燃烧时产生的氮氧化物排放物，废气再循环是一种重要的措施。在此，废气的一部分返回到内燃机的进气室。通过作为惰性气体而反应迟钝的废气的一部分的返回，减少了在燃烧室氮氧化物的产生。通常废气由此返回进气室，即，将废气的一部分与已抽吸的新鲜空气混合。为了计量废气，设废气循环阀。除了靠近发动机的高压废气再循环系统外，还已知一种低压废气再循环系统，在这种低压废气再循环系统中，通常废气再循环路径在柴油机微粒过滤器的流动下游和在压缩机的流动上游实现。
为了控制废气再循环系统，需要检测各种质量流量。通过低压废气再循环管路的质量流量通常被修正，其中，低压废气再循环质量流量借助所谓的节流方程式确定，在该方程中提到了在低压侧的废气循环阀的上游的压力和下游的压力、在低压侧的废气循环阀的上游的温度和低压侧的废气循环阀的几何尺寸。在此问题在于，在低压-废气循环阀上通常仅有很小的压力降，从而使根据运行点来确定质量流量伴随着强烈的公差。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，改善低压废气再循环质量流量的确定，以及尤其是减小质量流量确定的公差。
该技术问题通过一种如权利要求1的主题那样的用于确定低压废气再循环质量流量的方法解决。这种方法优选的设计方案是从属权利要求的主题。
按本发明的用于确定带有低压废气再循环装置的内燃机的空气系统中低压废气再循环质量流量                                                的方法基于在暂时的低压废气再循环质量流量
Figure 649807DEST_PATH_IMAGE002
的基础上的低压废气再循环质量流量
Figure 566948DEST_PATH_IMAGE001
的确定，暂时的低压废气再循环质量流量
Figure 346685DEST_PATH_IMAGE002
由这样的函数求出，参与其中的包括在低压侧的废气循环阀EGRVlvLP的上游的压力和下游的压力
Figure 617260DEST_PATH_IMAGE004
、在低压侧的废气循环阀的上游的温度
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE005
和低压侧的废气循环阀的几何尺寸
Figure 369316DEST_PATH_IMAGE006
。这个暂时的低压废气再循环质量流量
Figure 129461DEST_PATH_IMAGE002
例如借助如下的节流方程式
求出。按照本发明参与求出低压废气再循环质量流量
Figure 334178DEST_PATH_IMAGE001
的还有基于质量平衡的参量。由此可以比仅用节流方程更加精确和少公差地实施低压废气再循环质量流量的确定或建模。因为这样最佳估值的低压废气再循环质量流量是用于控制燃烧的一个重要的输入参量，所以可以借助按本发明的求出的低压废气再循环质量流量来改善发动机控制，从而可以减小氮氧化物排放以及必要时同样减少燃料消耗。基于质量平衡的参量尤其是这样一个参量，参与其中的包括不同的质量流量或该参量受到不同质量流量的影响或该参量例如表征质量流量比例。
在求出低压废气再循环质量流量
Figure 201956DEST_PATH_IMAGE001
时对基于质量平衡的参量的考虑优选以此方式进行，即，基于质量平衡的参量是模型化的质量流量
Figure 127144DEST_PATH_IMAGE008
。这种基于质量平衡的参量尤其考虑到了空气系统的在空气输入侧的质量流量。在此，优选考虑到了在内燃机进气口上的质量流量和/或高压侧的废气再循环质量流量和/或新鲜空气质量流量。从这些质量流量中可以模型化基于质量平衡的参量作为质量流量
Figure 881473DEST_PATH_IMAGE008
。
根据两个模型化的质量流量
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE009
和的运行点和输入参量的公差，可以估算出最佳的低压侧的废气再循环质量流量
Figure 79554DEST_PATH_IMAGE001
，其由两个模型化的质量流量的恰当的加权得出。这优选按下列公式进行：
Figure 509398DEST_PATH_IMAGE010
，
在此，
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE011
是加权因子。这个加权因子优选根据两个模型化的质量流量
Figure 688706DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 963830DEST_PATH_IMAGE008
的标准偏差选取，其中，有较小标准偏差的值获得更高的加权。
参与求出基于质量平衡的质量流量
Figure 607301DEST_PATH_IMAGE008
的参量可以是一个或多个下列参量：
-在内燃机的进气口上的测得的或模型化的质量流量
Figure 880150DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 609072DEST_PATH_IMAGE012
根据空气消耗量和/或发动机转速和/或发动机容积和/或内燃机的进气口上的温度和/或内燃机的进气口上的压力；
-测得的或模型化的高压废气再循环质量流量
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE013
；
-动态的修正参量，其取决于在空气系统的压缩机和节气门之间的体积；
-测得的或模型化的新鲜空气质量流量
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE015
。
基于质量平衡的质量流量
Figure 123547DEST_PATH_IMAGE008
在此尤其借助下列公式
Figure 895194DEST_PATH_IMAGE016
确定。这在高压侧的废气循环阀关闭且总的废气再循环质量流量经由低压侧的废气再循环管路导引时，可以以特别简单和有利的方式实现。
公差限定为标准偏差（σ）的形式。此产生用于质量流量
Figure 783516DEST_PATH_IMAGE008
的标准偏差作为基于质量平衡的参量
。
低压侧的暂时的废气再循环质量流量，其和基于质量平衡的参量一起用于按本发明最佳地估算低压废气再循环质量流量
Figure 956188DEST_PATH_IMAGE001
，可以优选借助作为节气方程的公式
Figure 898736DEST_PATH_IMAGE018
求得。标准偏差在求出暂时的低压侧的废气再循环质量流量
Figure 336671DEST_PATH_IMAGE009
时在此尤其如下得出：
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE019
，
这样求出的标准偏差在模型化
Figure 694971DEST_PATH_IMAGE008
和时如上所述参与到两个用于估算最佳估算的低压废气再循环质量流量
Figure 280990DEST_PATH_IMAGE001
的值的加权中，其中适用的是，有较小标准偏差的值按
Figure 143904DEST_PATH_IMAGE020
得到较大的加权。
在进一步的步骤中，节气方程的输入参量可以按照标准偏差和敏感度这样适配，即，所有参量彼此满足节气方程，尤其是按如下公式
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE021
，
在此适用的是，有很小标准偏差的节气方程的输入参量较为不匹配些以及有较大标准偏差的更为匹配些。附加地要考虑的是，根据运行点，输入参量的小敏感度使有较大的匹配度以及搞敏感度使得有较小的匹配度。
本发明还包括一种计算机程序，该计算机程序实施按本发明的方法的所有步骤，当该程序在计算设备或控制设备上运行时。最后本发明还包括一种带有程序编码的计算机程序产品，程序编码储存在机器可读的载体桑，用于当程序在计算设备或控制设备上运行时实施所述方法。按本发明的方法作为计算机程序或作为计算机程序产品的实现具有的优势为，通过例如在内燃机的控制设备或在汽车的其它控制单元中运行计算机程序，可以在内燃机运行时利用按本发明的方法的优点，从而可以改善对低压侧的废气再循环质量流量的估计以及减小公差。低压侧的废气再循环质量流量的估计允许了对燃烧的更好的控制，由此可以减少排放物以及降低燃料消耗。按本发明的方法因此也可以特别有利地使用在现有的汽车中。
本发明其它的特征和优点由下面结合附图对实施例的说明得出。在此各个特征可以单独实现或也可以相互组合实现。
附图说明
附图示意性地示出了内燃机的空气系统的概图，伴随着高压侧和低压侧的废气再循环。
具体实施方式
在附图中示出的内燃机的空气系统的概览仅是这种空气系统的一个范例，在该空气系统中可以有利地使用按本发明的方法。但按本发明的方法不会限制这种空气系统。按本发明的方法也可以有利地在其它装置中用于估计低压侧的废气再循环质量流量。
图中示出了内燃机10和它的空气系统，空气系统划分成空气输入区域11和排气区域12。在点13上进行最后输送给内燃机10的新鲜空气的进气，其中，在此有初始温度T0（环境温度）和初始压力P0（环境压力）。在于新鲜空气质量传感器15上测量或求出新鲜空气质量流量
Figure 305895DEST_PATH_IMAGE022
之前，吸入的空气先穿过空气滤清器14。朝着内燃机10的方向在空气输入管路中设有压缩机16b，压缩机被布置在排气区域12中的涡轮机16a驱动，从而使有更高压力的空气能吹入内燃机10。涡轮机16a和压缩机16b是公知的废气涡轮增压机的部件。在节气门18之前可以设空气冷却器17。空气通过进气管19进入内燃机10。用描述的内燃机10的进气管19内的质量流量取决于空气消耗量、内燃机转速、内燃机的进气口内的温度和压力以及发动机容积。为了减少排放物，设废气再循环装置，其被划分成高压侧和低压侧的废气再循环。高压侧的废气再循环管路20通入进气管19。高压侧返回的废气的量通过废气循环阀EGRVlv 21调整。为了冷却高压侧的再循环的废气，设废气冷却器22。在废气例如经过氧化催化转换器24、NOx存储催化转换器25和柴油颗粒过滤器26之前，在内燃机10的空气系统的排气侧的那一侧12上，废气在高压侧的废气再循环之后穿过涡轮机16a。在其流动上游存在低压侧的废气再循环的分支27。低压侧的废气再循环质量流量在流过废气冷却器28之后借助低压侧的废气循环阀EGRVlvLP 29调整。来自排气消声器31的废气排放可以通过另一个阀30调整。
传统上在本发明中被称为暂时的低压废气再循环质量流量的低压侧的废气再循环质量流量
Figure 651743DEST_PATH_IMAGE009
借助一个函数求出，参与这个函数的包括低压侧的废气再循环的分支27上的压力p42，在低压侧的废气循环阀EGRVlvLP 29的流动上游的压力p12 ，在低压侧的废气循环阀29的流动上游和废气冷却器28的流动下游的温度TEGRVlvLPUs以及废气循环阀29的几何尺寸arEGRVlvLP。低压侧的废气再循环质量流量在此可以尤其借助公式
求出。
但用这个也被称为节流方程的函数只能不精确地确定低压侧的废气再循环质量流量，因而可以这样根据运行点求出的值伴随着强烈的公差。为了优化对低压侧的废气再循环质量流量的估算，按照本发明还需要将另外的信息纳入到估算中来。尤其是还考虑到至少一个基于质量平衡的参量，参与其中的尤其是空气系统的空气输入侧上的各种质量流量。由此可以估计最佳的低压废气再循环质量流量
Figure 29951DEST_PATH_IMAGE024
，其允许了在内燃机10内对燃烧的更好的控制。
参与求出基于质量平衡的参量作为模型化的质量流量
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE025
的优选包括在空气流的空气输入侧上的质量流量。优选地，参与质量流量
Figure 149217DEST_PATH_IMAGE025
的模型化的包括在内燃机的进气口上的质量流量。从这个质量流量减去高压侧的废气再循环质量流量，其被输送给进气管19。此外参与的还有动态的修正参量
Figure 2012101275642100002DEST_PATH_IMAGE027
，该修正参量考虑到了在压缩机16b和节气门18之间的体积。最后为了求出基于质量平衡的参量而考虑测得的或模型化的新鲜空气质量流量
Figure 742507DEST_PATH_IMAGE015
，其同样被减去。当废气再循环仅通过低压侧的废气再循环管路导引时，可以特别可靠和精确地求出基于质量平衡的参量。
两个模型化的质量流量，亦即基于质量平衡的参量
Figure 44175DEST_PATH_IMAGE025
和暂时的、能借助节流方程求出的低压侧的废气再循环质量流量的加权可以在考虑到两个模型的标准偏差σ的情况下进行，其中，有较小标准偏差的值获得较大的加权。
节流方程的输入参量可以特别有利地按照标准偏差和各个参量的敏感度这样进行适配，即，所有的参量彼此都满足节流方程。在此适用的是，有小的标准偏差的节流方程的输入参量适配度要低一些以及有较大标准偏差的参量适配度要高一些。还额外考虑到，根据运行点，输入参量的小的敏感度导致更大的适配，大的敏感度则导致输入参量的更小的适配。

Claims (9)

1.用于确定带有低压废气再循环装置的内燃机（10）的空气系统内的低压废气再循环质量流量                                                
Figure 2012101275642100001DEST_PATH_IMAGE001
的方法，在该方法中，低压废气再循环质量流量
Figure 150952DEST_PATH_IMAGE001
在暂时的低压废气再循环质量流量
Figure 5775DEST_PATH_IMAGE002
的基础上被求出，暂时的低压废气再循环质量流量
Figure 785512DEST_PATH_IMAGE002
由函数求出，参与该函数的尤其包括在低压侧的废气循环阀EGRVlvLP（29）的上游的压力
Figure 2012101275642100001DEST_PATH_IMAGE003
和下游的压力
Figure 180722DEST_PATH_IMAGE004
、在低压侧的废气循环阀（29）的上游的温度和在低压侧的废气循环阀（29）的几何尺寸
Figure 932777DEST_PATH_IMAGE006
，其特征在于，参与求出低压废气再循环质量流量
Figure 568289DEST_PATH_IMAGE001
的还包括至少一个基于质量平衡的参量。
2.按权利要求1所述的所述的方法，其特征在于，所述基于质量平衡的参量是模型化的质量流量，参与其中的尤其包括在空气系统的空气输入侧上的质量流量优选在内燃机（10）的进气口上的质量流量和/或高压侧的废气再循环质量流量和/或新鲜空气质量流量。
3.按权利要求2所述的所述的方法，其特征在于，低压废气再循环质量流量
Figure 773005DEST_PATH_IMAGE001
由暂时的低压废气再循环质量流量
Figure 971905DEST_PATH_IMAGE008
和基于质量平衡的质量流量
Figure 640784DEST_PATH_IMAGE007
的加权求出，尤其是按照下列公式求出：
Figure 2012101275642100001DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，
Figure 571831DEST_PATH_IMAGE010
是加权因子。
4.按权利要求3所述的所述的方法，其特征在于，所述加权因子根据暂时的低压废气再循环质量流量
Figure 326160DEST_PATH_IMAGE008
和基于质量平衡的质量流量
Figure 855DEST_PATH_IMAGE007
的求出结果的标准偏差选择，其中，有较小标准偏差的值获得更高的加权。
5.按权利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，参与求出基于质量平衡的质量流量
Figure 461924DEST_PATH_IMAGE007
的包括
- 测得的或模型化的在内燃机（10）的进气口上的质量流量
Figure 2012101275642100001DEST_PATH_IMAGE011
，该质量流量尤其取决于空气消耗和/或发动机转速和/或发动机容积和/或内燃机（10）的进气口上的温度和/或内燃机（10）的进气口上的压力，和/或
- 测得的或模型化的高压废气再循环质量流量
Figure 829451DEST_PATH_IMAGE012
和/或
- 测得的或模型化的新鲜空气质量流量
Figure 2012101275642100001DEST_PATH_IMAGE013
和/或
- 动态的修正参量，其取决于在空气系统的压缩机（16b）和节气门（18）之间的体积。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，基于质量平衡的质量流量
Figure 283883DEST_PATH_IMAGE007
借助公式
确定。
7.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，低压废气再循环质量流量借助公式
Figure 200204DEST_PATH_IMAGE016
确定。
8.计算机程序，该计算机程序在其于计算设备或控制设备上运行时实施按权利要求1至7之一所述方法的所有步骤。
9.带程序编码的计算机程序产品，该程序编码储存在机器可读的载体上，该计算机程序产品用于在程序于计算设备或控制设备上运行时实施按权利要求1至7之一所述的方法。
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