CN103597190A - 用于调节在内燃机的排气中的NOx浓度的方法 - Google Patents

用于调节在内燃机的排气中的NOx浓度的方法 Download PDF

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Abstract

提出一种用于调节在内燃机的排气中的NOx浓度的方法，在其中，由NOx实际值(NOx(IST))以及NOx理论值(NOx(SL))来计算NOx调节偏差(dNOx)，根据NOx调节偏差(dNOx)通过NOx调节器(20)来计算调节参数(SG)，并且通过该调节参数(SG)来调节内燃机的气缸进气流的至少一个状态参数。本发明的特征在于，补充地，取决于NOx调节器(20)的调节参数(SG)来确定适配喷射开始(SB(A))，并且通过适配喷射开始(SB(A))来改变喷射开始(SB)。

Description

用于调节在内燃机的排气中的NOx浓度的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、用于调节在内燃机的排气中的NOx浓度的方法。
背景技术
为了遵守法律上规定的氮氧化物排放极限值(NOx)将在内燃机中对其进行调节。从文件DE 103 33 933 A1中已知一种相应的方法和一种相应的装置。在该方法中，首先计算NOx实际值相对于NOx理论值的NOx调节偏差。调节器根据该NOx调节变差来确定调节参数。然后最终通过特性曲线重新使排气率与调节参数相关联。补充地，设置有逻辑系统(Logik)，其根据颗粒调节偏差和NOx调节偏差来检验排放物。在最优的情况的偏差中，逻辑系统相应地作用到调节器上，其然后通过调节参数操控相应的调节单元。在该方法中紧要的是保留的调节偏差是可能的。
发明内容
相应地，本发明的目的在于在调节质量方面来优化NOx调节电路。
该目的通过带有权利要求1的特征的根据本发明的方法来解决。在从属权利中示出了设计方案。
该方法为通过适配喷射开始(Adaptionsspritzbeginn)来改变喷射开始，其中，适配喷射开始又由NOx调节器的调节参数来确定。通过NOx调节器的调节参数来调整内燃机的气缸进气流的至少一个状态参数。在本发明的意义中可将气缸进气流的状态参数理解成增压压力和/或再循环的排气。
如果NOx调节器的调节参数在正的或负的限值(Anschlag)处，那么适配喷射开始始终引起喷射开始的改变。因此那时相应的调节单元(例如AGR阀)在机械方面处在止挡处。通过以下方式来确定适配喷射开始，即NOx调节器的调节参数根据极限值来评价，并且取决于该评价来设定第一适配功能、第二适配功能或正常功能。在设定第一适配功能的情况下，通过喷射开始来延迟(nach spät)改变适配喷射开始。延迟意指在上死点之前的更小的曲轴角的情况下开始喷射。例如代替在上死点之前7°，在上死点之前5°的情况下开始喷射。在设定第二适配功能的情况下，通过适配喷射开始提前(nach früh)改变喷射开始，例如代替在上死点之前5°，在上死点之前10°开始喷射。设定正常功能的情况下，喷射开始保持不变。
本发明通过其简单的转换来引入注目，因为其完全可在马达调节系统的软件中进行转换。简单的转换还表现在这些方面，即仅参数化(bedaten)适配系统的极限值且因此不需要昂贵的协调。所保留的调节偏差通过以下方式来有效地阻止，即如果NOx调节器的调节参数的行程不足以减小NOx调节偏差，那么开始实施适配喷射开始。
附图说明
在附图中示出了优选的实施例。其中：
图1显示了系统图，
图2显示了带有适配系统(Adaption)的NOx调节电路，
图3显示了适配系统的框图，
图4显示了状态图，
图5显示了时间图，
图6显示了程序流程图，
图7显示了子程序，以及
图8显示了子程序。
具体实施方式
图1显示了带有1级增压系统和排气再循环系统(AGR)的受电子控制的内燃机1的系统图。燃料喷射通过共轨系统来实现。其功能假定为已知。机械的构件为燃料箱2、低压泵3、吸入节流阀4、高压泵5、油轨(Rail)6和用于将燃料喷射到内燃机1的燃烧室中的喷射器7。可选地，在喷射器7中将单个存储器8集成为附加的缓冲容积。
1级增压系统与排气再循环系统(AGR)包括带有压缩机12以及涡轮13的排气涡轮增压器11、增压空气冷却器(Ladeluftkühler)14、用于调整再循环的排气的AGR阀16以及用于绕过排气涡轮增压器11的涡轮13的废气门(Wastegate)17。1级增压系统和排气再循环系统的功能性假定为已知。组件补充有：用于确定增压压力的压力传感器15、信号：p5、以及在涡轮13的下游的NOx传感器18。
内燃机1的运行方式通过电子控制器(ECU)10来确定。电子控制器10包含微计算机系统的通常的组成部分，例如微处理器、I/O模块、缓存器和存储模块(EEPROM、RAM)。在存储模块中应用对于内燃机1的运行重要的、呈特性曲线/特征线的形式的运行参数。通过其电子控制器10由输入参数计算出输出参数。在图1中示例性地示出了下列输入参数：轨压pCR(其借助于轨压传感器9来测量)、单个存储器压力pE、增压空气的压力水平p5、NOx传感器18的NOx原始值(Rohwerte)以及输入参数EIN。将其它的传感器信号整合成输入参数EIN，例如马达转速或加速踏板信号。在图1中，作为电子控制器10的输出参数示出了用于操控作为压力调节单元的吸入节流阀4的PWM信号PWMSD、用于操控喷射器7的信号ve、用于废气门17的操控信号WGR、用于AGR阀16的操控信号AGRR以及输出参数AUS。信号ve代表喷射开始(SB)和喷射结束。输出参数AUS代表用于控制和调节内燃机1的其它的调节参数。
通过用于废气门17的操控信号WGR来调整引导旁经涡轮13的排气流WG。通过引导旁经的排气流WG基于涡轮13/压缩机12的机械的联结来再次调整在内燃机1的进气管路30中的增压压力p5。因此增压压力p5表征内燃机1的气缸进气流ZAS的状态参数。通过操控信号AGRR调整再循环的排气AGR。因此再循环的排气AGR表征内燃机1的气缸进气流ZAS的其它的状态参数。
在图2中示出了用于调节氮氧化物排放的NOx调节电路19。NOx调节电路的输入参数(即参考变量)为NOx理论值NOx(SL)。NOx调节电路的输出参数(即调节参数)为氮氧化物排放的NOx原始值。NOx调节电路的元件为NOx调节器20(典型地带有PID特性)、受控系统(Regelstrecke)21和(软件)滤波器22。NOx原始值通过可选的滤波器22来过滤。过滤的值相应于NOx实际值NOx(IST)。在求和点A处使NOx实际值NOx(IST)与NOx理论值NOx(SL)相比较，由此得出NOx调节偏差dNOx。然后NOx调节器20根据NOx调节偏差dNOx计算出其调节信号SG。通过该调节信号SG来调整内燃机的气缸进气流的至少一个状态参数，例如增压压力(图1：p5)。根据实施方式，受控系统21于是相应于废气门和/或AGR阀。通过NOx传感器(图1：18)来探测在排气中的氮氧化物排放。因此NOx调节电路19闭合。
NOx调节电路补充有适配系统23。在此，NOx调节器20和适配系统23形成主从组件，在其中，NOx调节器为主机(Master)，而适配系统23为从属机(Slave)。适配系统23的输入参数为NOx调节器20的调节参数SG和代表不同的极限值(参见图3)的输入参数E1。适配系统23的输出参数为适配喷射开始SB(A)。经由适配喷射开始SB(A)例如通过以下方式来改变喷射开始，即喷射开始以适配喷射开始来相加。典型地，喷射开始通过特性曲线取决于内燃机的运行点(例如取决于功率要求和马达转速)来计算。
结合显示了适配系统23的框图的图3进行进一步的阐述。适配系统包括逻辑系统24、作为I调节器的积分器25和最后还有限制系统(Begrenzung)26。通过逻辑系统24根据极限值来评价调节参数SG且启动积分器25。所示出的极限值为用于评价再循环的排气AGR的最大值MAX1和用于评价增压压力p5的最大值MAX3。此外，用于评价适配喷射开始SB(A)的两个极限值即为最小值MIN2和最大值MAX2。为了改善稳定性，针对再循环的排气AGR将滞后值HY1设置为其它的输入参数，且针对增压压力p5将滞后值HY3设置为其它的输入参数。逻辑系统24的输出值(此处：值＋1、0、－1)由积分器25来相加。通过信号RS可将其复位。接着通过限制系统26来限制集成的喷射开始SB(I)(即积分器25的输出信号)。如果积分的喷射开始SB(I)处在第二最小值MIN2与第二最大值MAX2之间，那么适配喷射开始SB(A)的值与所积分的喷射开始SB(I)一致。否则将所积分的喷射开始SB(I)限制到第二最小值MIN2或第二最大值MAX2上。
适配系统23的功能性在于，如果NOx调节器的调节参数在正的或负的限值处，那么始终启动适配系统。在正的或负的限值处意指相应的调节单元(例如AGR阀)在机械方面处在止挡处。在已启动的适配系统中取决于NOx调节器的调节参数SG来设定第一适配功能或第二适配功能，或者保留正常功能或回到正常功能。如果例如增压压力p5大于最大值MAX3，那么设定第一适配功能且由逻辑系统24输出值－1。对于所设立的第一适配功能，通过适配喷射开始SB(A)延迟喷射开始。将结合图4来阐述不同的状态。
在关于图3的未示出的实施方式中，逻辑系统和积分器由带有至少PI性能的调节器来代替。在该实施方式中，除了简单的可参数化之外，有利的是更大的调节范围，因为可通过两个调节单元(在此：AGR阀和废气门)来进行作用。
图4显示了状态图。利用参考标号27标识正常功能。如果NOx调节器的调节参数SG处于预定的值范围之内，则设定正常功能27。因此这时NOx调节器可自己调控NOx调节偏差。通过NOx调节器的调节参数SG来调整内燃机的气缸进气流的状态参数。在本发明的意义中，气缸进气流的状态参数可理解为增压压力p5(单位：bar)和/或再循环的排气的份额(单位：%)。如果现在使NOx理论值降低，那么出现负的NOx调节偏差。于是NOx调节器通过以下方式来作出反应，即其提高其调节参数SG。如果气缸进气流的状态参数中的一个超过极限值，即当再循环的排气AGR大于/等于最大值MAX1或当增压压力p5大于/等于最大值MAX3，那么设定第一适配功能28。在实践中，两个极限值相应于AGR阀(图1：16)和废气门(图1：17)的物理的止挡。换句话说：NOx调节器(即主机)在正的限值处且因此不再具有用于施加影响的其它的可能性。在设定第一适配功能28的情况下，通过适配系统23计算出负的适配喷射开始SB(A)。例如SB(A)=－2°。由此将当前的喷射开始例如在上死点之前5°改变到上死点之前3°的新的值上。因此第一适配功能28的功能性在于通过适配喷射开始SB(A)如此改变NOx实际值，使得已封锁的主机(NOx调节器)重新返回到可调节的范围中。
如果主机再次空转，那么自己减小其调节参数SG。如果再循环的排气流AGR小于最大值MAX1减去滞后值HY1，或者如果增压压力p5小于最大值MAX3减去滞后值HY3，或者如果适配喷射开始SB(A)大于或等于最大值MAX2，那么将第一适配功能28复位并且回复到正常功能27。
由于正的NOx调节偏差，即NOx实际值小于NOx理论值，NOx调节器减小它的调节参数SG。如果现在在设定的正常功能27中识别出：或者再循环的排气AGR小于最大值MAX1减去滞后HY1，或者增压压力p5小于最大值MAX3减去滞后HY3，并且此外如果同时适配喷射开始SB(A)大于最小值MIN2，那么设定第二适配功能29。通过第二适配功能29提前调整喷射开始。在设定第二适配功能29的情况下，通过适配系统23计算出正的适配喷射开始SB(A)。例如SB(A)=+2°。因此针对之前提到的数例得到在上死点之前7°的喷射开始。因此第二适配功能29的功能性在于将所封锁的主机(NOx调节器)带回到可调节的范围中。如果再循环的排气AGR大于/等于最大值MAX1，或者如果增压压力p5大于/等于最大值MAX3，或者如果适配喷射开始SB(A)小于/等于最小值MIN2，那么将第二适配功能29复位且回复到正常功能27。在回复到正常功能27中的情况下，保留适配喷射开始SB(A)的当前值。
在图5中示出了时间图。图5包括图5A至5C。在此，图5A以克/千瓦时(g/kWh)显示了氮氧化物变化过程，图5B示例性地显示了再循环的排气AGR，而图5C以曲轴角的程度显示了适配喷射开始SB(A)。在图5A中，将NOx实际值NOx(IST)示出为实线，而将NOx理论值NOx(SL)示出为虚线。
内燃机在时间点t1之前位于振荡状态中。在振荡状态中，NOx实际值NOx(IST)相应于NOx理论值NOx(SL)，因此NOx调节偏差为零。由NOx调节器计算出调节参数SG为零。因此设定正常功能(图4：27)。在设定正常功能的情况下，适配喷射开始是不确定的。在时刻t1将NOx理论值从起始值NOx(SL)=4 g/kWh减小到新的值NOx(SL)=2 g/kWh上。由于现在负的NOx调节偏差，NOx调节器逐渐提高其调节参数SG。因而提升再循环的排气AGR。NOx调节器在时刻t2位于正的限值处。在图5B中，再循环的排气与最大值MAX1一样大。在时刻t2，NOx调节器(即主机)不再具有用于影响气缸进气流的状态参数(即再循环的排气AGR和/或增压压力p5)的其它的可能性。换句话说：废气门和AGR阀在物理上处在止挡处。在锁止时间tSP(时间间隔t2/t3)结束后开启第一适配功能。不言而喻，锁止时间可同样为零。在设定第一适配功能的情况下，通过适配系统计算出负的适配喷射开始SB(A)。因此，在图5C中，适配喷射开始从SB(A)=0度朝SB(A)=－1.5度改变，即延迟。由于更迟的喷射开始，NOx实际值NOx(IST)从时刻t3开始下降，紧接着NOx调节器自时刻t4减小其调节参数SG。在时刻t4，再循环的排气AGR低于限值MAX1减去滞后HY1(图5B)。因为从现在起NOx调节器又可靠地在其调节范围中，从第一适配功能返回到正常功能。同样，在时刻t4，适配喷射开始SB(A)已经到达其终值SB(A)=－1.5度。
在图6中，方法以程序流程图作为主程序示出。在初始化之后，为程序流程图在S1中设定正常功能。随后在S2中NOx根据NOx理论值NOx(SL)与NOx实际值NOx(IST)来计算NOx调节偏差dNOx。NOx调节器取决于NOx调节偏差dNOx在S3中重新确定其调节参数SG。通过调节参数SG来限定内燃机的气缸进气流的状态参数。在本发明的意义中，气缸进气流的状态参数可首先理解成增压压力p5和/或再循环的排气AGR的份额。然后在S4中检查再循环的排气流AGR是否大于/等于最大值MAX1，或者增压压力p5是否大于/等于最大值MAX3。如果查询结果S4为是，那么分叉到相应于第一适配功能的子程序UP1中。该子程序在图7中示出并且结合附图来进行阐述。如果在S4中确定两个状态参数中没有一个大于相应的最大值，查询结果S4为否，那么分叉至S5。在S5中，或者检查再循环的排气AGR是否小于最大值MAX1减去滞后值HY1，或者检查增压压力p5是否小于最大值MAX3减去滞后值HY3。补充地，检查适配喷射开始SB(A)是否大于最小值MIN2。如果恰好查询结果S5为是，那么分叉到图8的子程序UP2中。否则，查询结果S5为否，分叉至点A，即保持设定正常功能。
在图7中示出了子程序UP1。如果在图6的S4中查询为正，那么访问子程序UP1。因此这时NOx调节器不再具有调节气缸进气流的状态参数的可能性，因为或者废气门和/或AGR阀处于机械的止挡处。于是在S1中设定第一适配功能。然后在S2中相应于图3的操作方法来计算适配喷射开始SB(A)。接着在S3中检查再循环的排气AGR是否小于最大值MAX1减去滞后值HY1，或者检查增压压力p5是否小于最大值MAX3减去滞后值HY3，或者适配喷射开始SB(A)是否大于/等于最大值MAX2。如果不是此情况，询问结果S3为否，那么分叉至点B。否则，询问结果S3为是，在点A返回分叉到图6的主程序中。
在图8中示出了子程序UP2。如果在图6的S5中查询为正，那么访问子程序UP2。于是在S1中设定第二适配功能。之后在S2中相应于图3来计算适配喷射开始SB(A)。接着在S3中检查再循环的排气AGR是否大于/等于最大值MAX1，或者增压压力p5是否大于/等于最大值MAX3，或者适配喷射开始SB(A)是否小于/等于最小值(MIN2)。如果不是此情况，询问结果S3为否，那么分叉至点B。否则，询问结果S3为是，在点A返回分叉到图6的主程序中。
参考标号列表
1 内燃机
2 燃料箱
3 低压泵
4 吸入节流阀
5 高压泵
6 油轨
7 喷射器
8 单个存储器
9 轨压传感器
10 电子控制器(ECU)
11 排气涡轮增压器
12 压缩机
13 涡轮
14 增压空气冷却器
15 压力传感器、增压空气
16 AGR阀
17 废气门
18 NOx传感器
19 NOx调节电路
20 NOx调节器
21 受控系统
22 滤波器
23 适配系统
24 逻辑系统
25 积分器
26 限制系统
27 正常功能
28 第一适配功能
29 第二适配功能
30 进气管路。

Claims (10)

1. 一种用于调节在内燃机(1)的排气中的NOx浓度的方法，在其中，由NOx实际值(NOx(IST))以及NOx理论值(NOx(SL))来计算NOx调节偏差(dNOx)，借助于所述NOx调节偏差(dNOx)通过NOx调节器(20)来计算调节参数(SG)，并且通过所述调节参数(SG)调整所述内燃机(1)的气缸进气流(ZAS)的至少一个状态参数，其特征在于，补充地，取决于所述NOx的调节器(20)的调节参数(SG)来确定适配喷射开始(SB(A))，并且通过所述适配喷射开始(SB(A))来改变喷射开始(SB)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述气缸进气流(ZAS)的状态参数，增压压力(p5)和/或再循环的排气(AGR)通过所述调节参数(SG)来调整。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述适配喷射开始(SB(A))通过以下方式来确定，即所述NOx调节器(20)的调节参数(SG)根据极限值来评价且取决于评价来设定第一适配功能(28)、第二适配功能(29)或正常功能(27)。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在设定第一适配功能(28)的情况下，通过所述适配喷射开始(SB(A))来延迟地改变所述喷射开始(SB)，在设定第二适配功能(29)的情况下，通过所述适配喷射开始(SB(A))来提前地改变所述喷射开始(SB)，并且在设定正常功能(27)的情况下，通过所述适配喷射开始(SB(A))保持所述喷射开始(SB)不变。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述再循环的排气流(AGR)大于/等于最大值(MAX1)，或者如果所述增压压力(p5)大于/等于最大值(MAX3)，则设定所述第一适配功能(28)。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，如果所述再循环的排气流(AGR)小于所述最大值(MAX1)减去滞后值(HY1)，或者如果所述增压压力(p5)小于所述最大值(MAX3)减去滞后值(HY3)，或者如果所述适配喷射开始(SB(A))大于/等于最大值(MAX2)，则复位所述第一适配功能(28)并且回复到所述正常功能(27)。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果所述再循环的排气(AGR)小于所述最大值(MAX1)减去所述滞后值(HY1)，或者如果所述增压压力(p5)小于所述最大值(MAX3)减去所述滞后值(HY3)，并且此外如果所述适配喷射开始(SB(A))大于最小值(MIN2)，则设定所述第二适配功能(29)。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述再循环的排气(AGR)大于/等于所述最大值(MAX1)，或者如果所述增压压力(p5)大于/等于所述最大值(MAX3)，或者如果适配喷射开始(SB(A))小于/等于所述最小值(MIN2)，则复位所述第二适配功能(29)并且回复到所述正常功能(27)。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述适配喷射开始(SB(A))通过以下方式来计算，即为所述NOx调节器(20)的调节参数(SG)通过逻辑系统(24)关联有这样的值，所述值通过积分器(25)来相加且通过限制系统(26)来限制。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，代替通过所述积分器(25)来进行计算，所述适配喷射开始(SB(A))通过带有至少PI特性的调节器来进行计算。
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