CN103958873B - 用于调节直喷式内燃机的废气温度的方法 - Google Patents

用于调节直喷式内燃机的废气温度的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于调节直喷式内燃机(2)的废气温度的方法，其中，将燃烧的燃料喷射分成多次单独的喷射，并且在预定负载(PMI)下，通过调节所有燃烧的燃料喷射的整个喷射量(q喷射)和转化率面积重心(UFS)来调节从内燃机(2)离开的废气的发动机废气温度T3。

Description

用于调节直喷式内燃机的废气温度的方法
技术领域
本发明涉及一种用于调节直喷式内燃机的废气温度的方法以及这种内燃机。
背景技术
离开内燃机的废气的温度对于废气管路中后续的装置和设备来说特别重要。为了高效的废气净化，特别是废气后处理装置有时需要最小温度。此外，为了使废气后处理再生成，有时还需要尽可能高效地实现的最小温度。另一方面，不允许超过一定的温度范围，以使如涡轮增压机的涡轮机的构件不会热过载。
此外，由于当前的和未来的废气法规而对内燃机、特别是柴油发动机提出了日益更高的要求。为了降低排出的颗粒物排放量，在市场上早已有封闭的颗粒物过滤器。这种过滤器的使用需要以一定间隔来再生成。这种再生成需要精确和尽可能快速地调节废气温度，以使再生成时间尽可能短并且避免颗粒物过滤器的损坏。为此，除了滞后调节主喷射外还采用了更滞后的所谓二次喷射。转化成燃烧并且构成力矩的主喷射和较早的二次喷射的共同作用必须在昂贵的试验中的校准过程中适应于所有可能的环境条件。
DE102006015503A1描述了一种用于调节直喷式内燃机的喷射过程的方法，其中，这种调节起到基于至少一个在第一工作循环过程中获取的参数来在至少第一工作循环过程中改变喷射过程的作用。设有燃烧调节器，该燃烧调节器基于燃烧重心位置来调节喷射开始和喷射特征。在此，燃烧重心位置通常在转化了50％的所喷入的燃料量之后获取，即便这关于转化率的积分面积是不精确的。为了确定燃烧重心位置而使用燃烧室压力传感器，借助该燃烧室压力传感器可根据燃烧室压力得出转化率。
离开直喷式内燃机的废气的温度对应于排气阀后的温度或者如果涡轮增压机直接位于内燃机之后则对应于涡轮增压机的涡轮机前的温度。通常通过已知的调节方法来调节该温度。然而，在每个调节回路中会出现对调节量进行调节的延迟，这是因为必须首先确定或测得该调节量，以便随后在反馈中再馈送到调节器。为了解决该问题，WO2009/112056A1建议了建立气缸燃烧室内的气体的温度模型，以预计地确定离开气缸燃烧室的废气的温度并将该温度馈送到调节器。在该文献中描述的内燃机中还设有HC-排放模型，以确定离开燃烧室的废气的HC-排放量。这用于调节废气净化设备、特别是颗粒物过滤器的再生成。
发明内容
本发明的任务是提出一种用于调节废气温度的简单又精确的方法。
根据本发明，该任务通过一种用于调节直喷式内燃机的废气温度的方法来解决，其中，将燃烧的燃料喷射分成多次单独的喷射，并且在预先给定的负载情况下通过调节所有燃烧的燃料喷射的总喷射量和转化率面积重心来调节离开内燃机的废气的发动机废气温度。
与目前的方法不同地采用转化率的面积的重心位置，而不是50％喷射燃料转化的位置，这已产生较高的精度。这主要是由于在多次喷射时通过移动喷射之一的位置在某些情况下跳跃式地改变50％燃料转化的位置。
这主要是由于在多次喷射时通过移动喷射之一的位置在某些情况下、例如当正好位于各次喷射之间时50％燃料转化的位置不移动，但是关于所有喷射的转化的面积重心很可能移动。
此外，在调节回路中已调节了该转化率面积重心。因此，调节变量是转化率面积重心，由此可实现快速响应的调节。
较佳地，由发动机废气温度的预先给定的理论值和发动机废气温度的测得的实际值确定所需的温度差，并且由此借助调节器来调节用于转化率面积重心的校正值。
由用于转化率面积重心的校正值和转化率面积重心的理论值确定转化率面积重心的经校正的理论值。
此外，由转化率面积重心的经校正的理论值与转化率面积重心的实际值确定转化率面积重心的差值，并且基于该差值、借助调节器来调节各次喷射的位置和/或总喷射量分布到各次喷射上的喷射量分布状况。
在此，可基于特性曲线来确定转化率面积重心的理论值。
转化率面积重心的实际值较佳地借助内燃机模型或者由燃烧室压力的测得压力曲线来确定。使用模型的优点在于可预计地确定实际值。
较佳地，在调节时同样利用负载、即所指示的中间压力，其中，由负载的理论值和负载的实际值得出所需的负载差，并且借助调节器来调节总喷射量。
较佳地规定，直接借助调节器、根据转化率面积重心的差值来调节用于总喷射量的校正值，并由该校正值和总喷射量来确定经校正的总喷射量。
此外，该任务通过具有调节单元的直喷式内燃机来解决，该调节单元用于根据上述方法调节离开内燃机的废气的发动机废气温度。
在此，在废气管路中设有涡轮增压机，并且涡轮增压机的涡轮机前的废气的发动机废气温度是可调节的。
此外可设有例如涉及颗粒物过滤器、NOx-储存催化器或者SCR-催化器的废气后处理装置，其中通过调节发动机废气温度来例如为了再生成而调节废气后处理装置所需的温度。
为了燃烧位置调节可设有至少一个燃烧室压力传感器。此外，可设有用于确定发动机废气温度的温度传感器。
附图说明
下面根据附图来进一步阐释本发明。
附图示出：
图1示出根据第一实施方式的调节的总体结构，
图2示出根据第二实施方式的调节的总体结构，
图3示出示例性转化率变化，
图4示出在根据图3的转化率变化情况下的燃烧过程，以及
图5示出具有废气设备的内燃机的示意图。
具体实施方式
图1示出用于特定燃烧过程、例如是柴油机的颗粒物过滤器再生成运行的调节。调节包括两个单独的调节回路1、2。即，用于燃烧的积分位置、也就是转化率面积重心的第一调节回路1以及用于例如通过所指示的中间压力或内部力矩所确定的负载的第二调节回路2。
在第一调节回路1中设有总共两个调节器。将作为主导参量的位于涡轮机前的温度的理论值与作为反馈的涡轮机前的温度的实际值之间的调节偏差馈送到第一调节器3。涡轮机前的温度在此等于离开内燃机的废气的发动机废气温度。借助第一调节器3确定用于转化率面积重心的校正值，通过该校正值来校正例如从特征曲线获取的转化率面积重心的理论值。可由测得的或者借助燃烧室的热动力模型而模型化的压力变化来确定转化率面积重心的当前实际值。将转化率面积重心的实际值与经校正的理论值进行比较，随后第二调节器4按照规定值来改变喷射概况。喷射概况(Einspritzprofil)可包括例如主喷射和二次喷射的各次喷射的位置。此外，喷射概况可包括各次喷射的喷射量分布。对于稳定的过渡运行，调节回路可补充有基于特征曲线或者基于模型的预控制。
第一调节回路1相应地改变转化率面积重心的理论值，从而调节涡轮机前的期望温度。第二调节回路2调节负载。为此设有第三调节器5。针对第三调节器5的调节偏差由例如所指示的中间压力中的负载的理论值确定，并且将负载的实际值馈送到第三调节器5。由此确定总喷射量。
由于两个调节回路1、2紧密耦合，因而总体结构可补充有解耦环节6。在此，基于转化率面积重心的调节偏差、即基于转化率面积重心的经校正理论值和转化率面积重心的实际值，在解耦环6中进行预调节，以在第三调节器5之后校正总喷射量。解耦环例如可以是DT1环。
图2示出根据图1的调节，其中，一致的元件标设有相同的附图标记。但在根据图2的调节中不设有解耦环。更确切地说设有内燃机模型8，该内燃机模型作为输入量具有针对涡轮机前的温度和针对负载的理论值。由内燃机模型8确定转化率面积重心的理论值以及总喷射量的预校正，以使内燃机模型8除了提供理论值外还用于与两个调节回路1、2解耦。
图3示例性地示出具有主喷射和二次喷射的转化率变化，这两个喷射进行燃烧转化并由此形成扭矩。转化率变化通过曲柄角来示出，其中可看出在曲柄角紧邻200度之前进行主喷射，并且在225度和250度之间进行二次喷射。在图4中示出对应的燃烧过程。燃烧过程表明百分之多少的总喷射量被转化或燃烧了。此外，在图3中给出转化率面积重心。该转化率面积重心基于转化率变化曲线下方的面积的重心来计算。该重心位于200度与225度之间。在图4可看出在225度之后的位置中转化了50％的喷射量。这两个值、即转化率面积重心和50％燃料转化的位置明显彼此不同。如果少量提高主喷射的喷射量并且相应地减少二次喷射的喷射量，则根据图1的燃烧过程曲线移动其鞍点7。鞍点7例如上升到超过0.5的值。由此，50％燃料转化的位置从超过225度跳跃式地移动到明显低于225度。但转化率面积重心却几乎不变化。这显然使得采用转化率面积重心可产生明显更稳定和更可靠的调节。
图5示意地示出具有废气设备9的内燃机结构。柴油式内燃机10与第一废气管11连接，该第一废气管引向涡轮增压机的涡轮机12。第一废气管11可包含一个或多个废气弯管，柴油式内燃机10的不同燃烧室或气缸的废气流汇集到该一个或多个废气弯管中。在此，还可设有其它构件，例如AGR阀和AGR支管。
涡轮机12经由第二废气管13与呈氧化催化器14和颗粒物过滤器15形式的废气后处理装置连接。在颗粒物过滤器后面连接有第三废气管16。还可在第二废气管13以及第三废气管16中设有其它构件。
为了在第一废气管11内调节离开柴油式内燃机10并位于涡轮机12之前的、通常标记为T3的废气温度，设有之前所述的调节回路。
附图标记列表
1第一调节回路(负载)
2第二调节回路(转化率面积重心)
3第一调节器
4第二调节器
5第三调节器
6解耦环
7鞍点
8燃烧模型
9具有废气设备的内燃机
10柴油内燃机
11第一废气管
12涡轮机
13第二废气管
14氧化催化器
15颗粒物过滤器
16第三废气管

Claims (14)

1.一种用于调节直喷式内燃机(2)的废气温度的方法，
其中，燃烧的燃料喷射被分成多次单独的喷射，以及
在预先给定的负载(PMI)下通过调节所有燃烧的燃料喷射的整个喷射量(q喷射)和转化率面积重心(UFS)来调节离开所述直喷式内燃机(2)的废气的发动机废气温度(T3)，其中，所述转化率面积重心基于转化率变化曲线下方的面积的重心来计算。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
由所述发动机废气温度的预先给定的理论值和所述发动机废气温度的测得的实际值确定所需的温度差，并且由此借助调节器来调节用于所述转化率面积重心(UFS)的校正值。
3.如权利要求2所述的方法，
其特征在于，
由用于所述转化率面积重心(UFS)的所述校正值和所述转化率面积重心(UFS)的理论值确定所述转化率面积重心(UFS)的经校正的理论值。
4.如权利要求3所述的方法，
其特征在于，
由所述转化率面积重心(UFS)的经校正的理论值与所述转化率面积重心(UFS)的实际值确定针对所述转化率面积重心(UFS)的差值，并且基于所述差值、借助调节器来调节各次喷射的位置和/或总喷射量分布到各次喷射的喷射量分布状况。
5.如权利要求3或4所述的方法，
其特征在于，
基于特征曲线来确定所述转化率面积重心(UFS)的理论值。
6.如权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所述转化率面积重心(UFS)的实际值是借助内燃机模型或者由燃烧室压力的测得的压力变化来确定的。
7.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
由所述负载的理论值和所述负载的实际值来确定所需的负载差，并由此借助调节器来调节总喷射量。
8.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
直接借助调节器、根据所述转化率面积重心(UFS)的差值来调节用于总喷射量的校正值，并由所述校正值和所述总喷射量来确定经校正的总喷射量。
9.一种具有调节单元的直喷式内燃机(2)，所述调节单元用于根据前述权利要求中的任一项来调节离开所述内燃机(2)的废气的发动机废气温度(T3)。
10.如权利要求9所述的直喷式内燃机，
其特征在于，
设有涡轮增压机，并且所述涡轮增压机的涡轮机(4)前的废气的发动机废气温度(T3)是可调节的。
11.如权利要求10所述的直喷式内燃机，
其特征在于，
设有废气后处理装置，其中通过调节所述发动机废气温度(T3)来调节所述废气后处理装置所需的温度。
12.如权利要求9-11中任一项所述的直喷式内燃机，
其特征在于，
为燃烧位置调节而设有至少一个燃烧室压力传感器。
13.如权利要求9-11中任一项所述的直喷式内燃机，
其特征在于，
设有用于确定离开所述内燃机的废气的发动机废气温度(T3)的温度传感器。
14.如权利要求11所述的直喷式内燃机，其特征在于，所述废气后处理装置是颗粒物过滤器(7)、NOx-储存催化器或者SCR-催化器。
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