CN103982277B - 用于操作内燃发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作内燃发动机(1)的方法，其中内燃发动机(1)设有至少一个涡轮(3)，该至少一个涡轮(3)能被馈送以离开内燃发动机(1)的排气以使该排气膨胀，其中在该过程中产生的能量被用于驱动至少一个压缩机(2)或至少一个发生器，其中内燃发动机(1)设有至少一个催化转化器(6)，该至少一个催化转化器(6)能被馈送以在该或每个涡轮(3)中膨胀的排气以用于排气清洁，并且其中为了确保该或每个催化转化器(6)的快速加热过程，根据用于在该或每个涡轮(3)之前存在的排气温度的温度设定点值来确定用于废气门影响的控制变量和/或用于该或每个涡轮(3)的涡轮几何形状影响的控制变量。

Description

用于操作内燃发动机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作内燃发动机的方法，其中，所述内燃发动机设有至少一个涡轮，所述至少一个涡轮能被馈送以离开所述内燃发动机的排气以使所述排气膨胀，其中，在该过程中产生的能量被用于驱动至少一个压缩机或至少一个发生器，其中，所述内燃发动机设有至少一个催化转化器，所述至少一个催化转化器能被馈送以在所述或每个涡轮中膨胀的排气以用于排气清洁，并且其中，为了确保所述或每个催化转化器的快速加热过程，经由通过旁通所述或每个涡轮的废气门影响和/或通过影响所述或每个涡轮的涡轮几何形状，排气被馈送至相应的催化转化器。
背景技术
从实践中已知，涡轮布置在内燃发动机的下游，以便使内燃发动机的排气膨胀并使用在排气的膨胀期间产生的能量来驱动压缩机或发生器。此外，从实践中已知，借助于至少一个催化转化器来清洁内燃发动机的排气，其中在所述排气已在该或每个涡轮中膨胀之后，排气接着被馈送至该或每个催化转化器。
为了确保有效的排气清洁并因此确保最少的排气排放，排气催化转化器必须以限定的温度操作。当启动此前关闭的内燃发动机时，催化转化器必须为此目的而被加热，其中对该或每个催化转化器的加热过程将在尽可能短的时间内发生，以便尽可能快速地确保有效的排气清洁。
在从实践中已知的内燃发动机的情况中，为了确保该或每个催化转化器的快速加热过程，通常经由通过旁通该或每个涡轮的废气门阀的废气门影响和/或在具有可变涡轮几何形状的涡轮的情况中通过影响该或每个涡轮的涡轮几何形状而将排气馈送到相应的催化转化器。
在该过程中，根据实践的用于废气门影响的控制变量和/或用于涡轮几何形状影响的控制变量由控制器确定，即，取决于在该或每个涡轮之后存在的已膨胀排气的排气温度的温度设定点值。
发明内容
据此，本发明的目的是基于形成用于操作内燃发动机的一类新方法。
该目的通过根据本发明的用于操作内燃发动机的方法来实现：其中，为了确保该或每个催化转化器的快速加热过程，根据用于在该或每个涡轮之前存在的尚未膨胀的排气的排气温度的温度设定点值，来确定用于废气门影响的控制变量和/或用于该或每个涡轮的涡轮几何形状影响的控制变量。
利用本文提供的发明，首次提出了为了确保该或每个催化转化器的快速加热过程，根据用于在该或每个涡轮之前存在的尚未膨胀的排气的排气温度的温度设定点值，来确定用于废气门影响的控制变量和/或用于涡轮几何形状影响的控制变量。相比从实践中已知的程序，该程序的优点在于，该或每个排气催化转化器可被更快速地加热至其限定的操作温度。催化转化器可因此被更早地用于排气清洁。废气门阀可被更早地关闭和/或涡轮几何形状可通过这样的方式被更早地影响：即，在该或每个涡轮中，可更早地产生更多功率。总之，通过该程序可增加内燃发动机的总效率。
原理上，催化转化器的加热过程也可借助于另外的促动器来可选地或组合地影响，该另外的促动器诸如例如以如下方式控制元件，采用通过旁通该或每个涡轮而将热或冷的(冷却的)增压空气吹到排气中的形式，或者采用从增压空气进入排气的热或冷的(冷却的)发动机旁路的形式，或者采用热或冷的(冷却的)压缩机旁路气体的形式。虽然在这里尚未要求保护，但当其针对废气门影响和/或针对涡轮几何形状影响描述时，控制策略将必须类似地应用于这些已提及的促动器。
根据第一有利的发展，随负载变化的温度设定点值被用于在该或每个涡轮之前存在的排气温度，其中该温度设定点值与对应的温度实际值相比较，并且控制器根据在设定点值与温度实际值之间的偏差来确定用于废气门影响的控制变量和/或用于涡轮几何形状影响的控制变量。
使用随负载变化的温度设定点值允许以特别简单的手段实施本发明，即，通过保持容许的排气烟灰限值并且通过保持容许的部件最大温度。可毫不费力地参数化用于在该或每个涡轮之前存在的排气温度的随负载变化的温度设定点值曲线。
根据第二备选的有利的进一步发展，独立于负载的温度设定点值结合排气烟灰值或λ设定点值被用于在该或每个涡轮之前存在的排气温度，其中温度设定点值与温度实际值相比较，并且排气烟灰设定点值与排气烟灰实际值相比较，或者λ设定点值与λ实际值相比较，并且其中根据对应的偏差，控制器确定用于废气门影响的控制变量和/或用于涡轮几何形状影响的控制变量。
特别是当排气传感器或λ传感器附加地存在时，也可使用独立于负载的温度设定点值，其中容许的排气烟灰限值的保持可接着通过使用排气烟灰传感器的测量值和/或使用λ传感器的测量值来确保。
优选地，特别是当该或每个催化转化器的催化转化器实际温度已达到催化转化器设定点温度时，进行从依赖于用于在该或每个涡轮之前存在的排气温度的温度设定点值的控制向依赖于用于在该或每个涡轮之前存在的排气温度的温度设定点值的控制的变换。特别地，当催化转化器已达到其催化转化器设定点温度时，加热过程结束。
本发明还涉及一种具有用于执行根据本发明的方法的装置的内燃发动机的控制器。
附图说明
本发明的优选的进一步发展从以下描述获得。参照附图更详细地解释本发明的示例性实施例，而不受附图的限制。在附图中：
图1示出具有排气增压和排气清洁的内燃发动机的示意图；以及
图2示出用来图示用于操作根据本发明的内燃发动机的方法的示意图。
部件列表
1 内燃发动机
2 气缸
3 涡轮
4 排气涡轮增压器
5 压缩机
6 催化转化器
7 旁路
8 废气门阀
9 温度传感器
10 温度传感器
11 控制器
12 温度传感器。
具体实施方式
图1示出了具有排气增压和排气清洁的内燃发动机1的示意性框图。内燃发动机1包括多个气缸2，其中燃料混合物在气缸2中燃烧。离开内燃发动机2的排气可被馈送到排气涡轮增压器4的涡轮3，其中排气在涡轮3中膨胀。在该过程中产生的能量被用于驱动排气涡轮增压器4的压缩机5，以便压缩将馈送到内燃发动机1的增压空气。
除了由排气涡轮增压器4提供的排气增压之外，图1中所示的内燃发动机包括排气清洁，其中用于排气清洁目的包括催化转化器6。已在排气涡轮增压器4的涡轮3中膨胀的排气可被馈送到催化转化器6以用于排气清洁。
根据图1，离开内燃发动机1的排气可经由旁路7引导绕过涡轮3，即，根据一体化到旁路7中的废气门阀8的打开位置。特别是当废气门阀8关闭时，内燃发动机1的所有排气经由排气涡轮增压器4的涡轮3引导。
图1还示出分配到催化转化器6的温度传感器9，借助于该传感器，可感测催化转化器6的实际温度。
图1中所示的内燃发动机1还包括定位在排气涡轮增压器4的涡轮3上游的温度传感器10，以便感测涡轮3上游尚未膨胀的排气的实际温度。
而且，图1中所示的内燃发动机1包括定位在排气涡轮增压器4的涡轮3下游的温度传感器12，以便感测涡轮3下游已膨胀的排气的实际温度。
甚至在这一点上，也应当指出，图1中所示的内燃发动机1为示例性实施例。
相比所示的示例性实施例，内燃发动机还可包括具有至少两个排气涡轮增压器的多级排气增压。
而且，内燃发动机的排气在其中膨胀的涡轮能够驱动发生器以发电。
在所示的示例性实施例中，排气涡轮增压器4的涡轮3为具有不变的涡轮几何形状的涡轮3。相比之下，还可使用具有可变的涡轮几何形状的涡轮3。
现在为了确保用于使图1中所示的内燃发动机1的催化转化器6达到操作温度的尽可能短的加热阶段，以使得催化转化器6例如在内燃发动机1的启动之后可在尽可能短的时间内确保有效的排气清洁，故提出根据用于在涡轮3之前存在的排气温度的温度设定点值来确定用于废气门影响(优选地用于废气门阀8的打开位置的影响)的控制变量。
因此，图1示出了接收温度传感器10的测量值的控制器11，其中温度传感器10感测在涡轮3之前的尚未膨胀的排气的实际温度。根据涡轮3上游的排气的该实际温度且根据在图1的示例性实施例中的对应的温度设定点值，控制器11确定用于废气门阀8的控制变量，以便通过这种方式确保催化转化器6的尽可能快的加热过程。
特别是当涡轮3具有可变的涡轮几何形状时，备选地或附加地，控制器11可确定用于涡轮3的涡轮几何形状影响的对应控制变量，即，根据由温度传感器10确定的温度实际值和存储在控制器11中的用于涡轮3上游的排气温度的温度设定点值。
特别是当催化转化器6已达到其操作温度时，即，特别是当催化转化器实际温度对应于催化转化器设定点温度时，进行从依赖于用于在涡轮3之前存在的排气温度的温度设定点值的控制向依赖于用于在该或每个涡轮3之后存在的排气温度的温度设定点值的控制的改变。
这在图2中的时间图中示出。因此，在图2中绘出随时间t变化的不同的温度曲线T。因此，温度曲线T10对应于在涡轮3之前的排气的实际温度，该温度借助于温度传感器10测量，而T-SET10对应于对应的设定点值。温度曲线T12对应于在涡轮3之后的排气的实际温度，该温度借助于温度传感器12测量，其中T-SET12对应于对应的温度设定点值。温度曲线T9对应于催化转化器6的实际温度，该温度借助于温度传感器9感测，其中T-SET9对应于催化转化器设定点温度。
在时间t1之前，即，为了加热催化转化器6，进行基于涡轮3上游的排气温度的控制，其中控制器11接着确定用于废气门阀8的控制变量，该变量依赖于在涡轮之前的排气实际温度T10和对应的设定点值T-SET10。
特别是当在时间t1处催化转化器6的温度T9已达到操作温度或设定点值T-SET9时，变换该控制，其中接着，从时间t1开始，进行基于在涡轮之后的排气实际温度T12和对应的设定点值T-SET12的控制。
根据第一有利的进一步发展，用于催化转化器6的加热过程的随负载变化的温度设定点值T-SET10存储在控制器11中。根据内燃发动机1的负载(内燃发动机1在加热过程期间在该负载下操作)，用于在涡轮3之前存在的排气温度T10的对应的随负载变化的温度设定点值T-SET10相应地存储在控制器11中，其中该温度设定点值T-SET10与测量的温度实际值T10相比较，并且控制器11根据在随负载变化的温度设定点值T-SET10与测量的温度实际值T10之间的偏差来确定用于废气门阀8的废气门影响的控制变量。
这里，根据经验确定的随负载变化的温度设定点值曲线优选地存储在控制器9中。下表示出了示例性的随负载变化的温度设定点值曲线，其中从该表可明显看出，对于满负载的45%及以上的发动机负载来说，存储了相同的温度设定点值T-SET10。因此，用于在涡轮3上游存在的排气温度T10的随负载变化的温度设定点值曲线可毫不费力地参数化，并相应地毫不费力地根据经验确定，因为对于大于发动机满负载的45%的发动机负载来说，使用了相同的温度设定点值T-SET10。
发动机负载： 25%满负载 30%满负载 35%满负载 45%满负载及以上
T-SET10： 470°C 500°C 520°C 540°C
通过这种随负载变化的温度设定点值确定，可通过轻而易举的参数化来确保较短的催化转化器6加热过程，即，通过保持容许的排气烟灰限值并保持容许的部件最大温度。
利用本发明，可以以简单的方式确保内燃发动机的高效率。在短时间内，可将催化转化器6有效地加热至操作温度，从而可在最短的时间内确保有效的排气清洁。由于催化转化器6在短时间内加热至操作温度，废气门阀8也可附加地相对快速地关闭，并且经由排气涡轮增压器4的涡轮3导向更多的排气以增加效率。
虽然在控制器11中存储用于催化转化器6的加热过程的随负载变化的温度设定点值是特别简单且因此优选的，但在本发明的备选的进一步发展中，也可在控制器11中存储用于涡轮3上游的排气温度的独立于负载的温度设定点值T-SET10。在这种情况下，接着优选地安装在催化转化器6下游的排气传感器和/或在内燃发动机1的区域中的λ传感器，以便感测排气烟灰实际值和/或λ实际值。排气烟灰实际值可与存储在控制器11中的排气烟灰设定点值相比较，和/或λ实际值可与存储在控制器中的λ设定点值相比较，其中控制器11接着根据在温度实际值与温度设定点值之间的控制偏差以及在λ实际值与λ设定点值之间或排气烟灰实际值与排气烟灰设定点值之间的控制偏差来确定用于影响废气门阀8的控制变量。
如已说明的，本发明也可特别地在不存在废气门阀8但使用具有可变涡轮几何形状的涡轮3时使用。在这种情况下，控制器11接着确定用于涡轮几何形状影响的控制变量。
同样可能的是，除了涡轮几何形状影响之外，还确定用于废气门影响的控制变量，其中接着结合废气门阀8使用具有可变涡轮几何形状的涡轮3。
如也已说明的，本发明优选地用于操作内燃发动机，特别是用重燃油操作的船用柴油燃烧发动机，其中催化转化器6在这种情况下因此优选地为SCR-催化转化器，并且其中催化转化器6的操作温度因此对应于用于清洁排气的尿素水溶液可引入到SCR-催化转化器中的温度。
然而，相比之下，也可将本发明用于固定式内燃发动机，特别是当排气流被使用以通过由涡轮3驱动的发生器产生电能时。

Claims (8)

1.一种用于操作内燃发动机(1)的方法，其中，所述内燃发动机(1)设有至少一个涡轮(3)，所述至少一个涡轮(3)能被馈送以离开所述内燃发动机(1)的排气以使所述排气膨胀，其中，在该过程中产生的能量被用于驱动至少一个压缩机(5)或至少一个发生器，其中，所述内燃发动机(1)设有至少一个催化转化器(6)，所述至少一个催化转化器(6)能被馈送以在所述涡轮(3)中膨胀的排气以用于排气清洁，并且其中，为了确保所述催化转化器(6)的快速加热过程，经由通过旁通所述涡轮(3)的废气门影响和/或通过影响所述涡轮(3)的涡轮几何形状，排气被馈送至相应的催化转化器(6)，其特征在于，为了确保所述催化转化器(6)的快速加热过程，根据用于在所述涡轮(3)之前存在的排气温度的温度设定点值(T-SET10)，来确定用于废气门影响的控制变量和/或用于所述涡轮(3)的涡轮几何形状影响的控制变量，且其中，随负载变化的温度设定点值(T-SET10)被用于在所述涡轮(3)之前存在的所述排气温度，其中，该温度设定点值(T-SET10)与对应的温度实际值(T10)相比较，并且控制器(11)根据在所述温度设定点值(T-SET10)与所述温度实际值(T10)之间的偏差来确定用于废气门影响的所述控制变量和/或用于涡轮几何形状影响的所述控制变量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，随负载变化的温度设定点值曲线根据经验确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，独立于负载的温度设定点值(T-SET10)结合排气烟灰设定点值或结合λ设定点值用于在所述涡轮(3)之前存在的所述排气温度，其中，所述温度设定点值(T-SET10)与温度实际值(T10)相比较，并且所述排气烟灰设定点值与排气烟灰实际值相比较，或者所述λ设定点值与λ实际值相比较，并且其中，控制器根据对应的所述偏差来确定用于废气门影响的所述控制变量和/或用于涡轮几何形状影响的所述控制变量。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，当所述催化转化器(6)的催化转化器实际温度(T9)已达到催化转化器设定点温度(T-SET9)时，进行从依赖于用于在所述涡轮(3)之前存在的所述排气温度的所述温度设定点值(T-SET10)的控制向依赖于用于在所述涡轮(3)之后存在的所述排气温度的温度设定点值(T-SET12)的控制的变换。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法适用于操作内燃发动机(1)，其中，所述涡轮(3)是至少一个排气涡轮增压器(4)的一部分，其中，在所述涡轮(3)中产生的能量被用于驱动所述相应的排气涡轮增压器(4)的压缩机(5)，以便增加将馈送至所述内燃发动机(1)的燃烧空气的充气压。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法适用于操作用重燃油操作的船用柴油发动机。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法适用于操作固定式内燃发动机，其中，在所述涡轮中产生的能量被用于驱动至少一个发生器，以便产生电能。
8.一种用于执行根据权利要求1至7中的任一项所述的方法的装置所用的内燃发动机的控制器。
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