CN105370424A - 用于运行具有废气再循环装置的内燃机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有废气驱动的增压装置（6）的内燃机（2）的方法，该方法包括以下步骤：-实施废气再循环调节，用于调整再循环到进气系统（4）中的燃烧废气的量，并且/或者实施增压压力调节，用于在相应的额定值的基础上调整增压压力；-探测转矩要求的快速的提高；并且-在探测到所述转矩要求的快速提高的情况下对所述废气再循环调节的和/或所述增压压力调节的额定值进行校正，以便提高在所述增压装置（6）上所提供的废气焓。

Description

用于运行具有废气再循环装置的内燃机的方法和装置

技术领域

本发明涉及内燃机、尤其是具有废气再循环装置的使用燃料（kraftstoffgeführte）的内燃机。此外，本发明涉及用于在被增压的内燃机的动态的运行中降低有害物质排放的措施。

背景技术

对于使用燃料的内燃机、尤其是柴油机的运行来说，必须考虑到用于限制有害物质排放的法律上的要求。在贯彻这些要求时，特别是燃烧废气的再循环代表着一项重要的措施。

废气再循环（AGR）原则上用于降低所述内燃机的气缸中的氧含量并且由此降低通过燃烧产生的温度。由此可以降低或者防止氮氧化物的产生。但是，所述废气再循环引起燃烧废气中的碳黑颗粒的产生，因而在设计所述废气再循环时必须考虑到碳黑颗粒排放与氮氧化物排放之间的目标冲突。

快速的负荷增大由于所述空气系统的惯性而在被增压的、具有废气驱动的增压装置的内燃机中由于废气驱动的增压装置的惯性矩以及由于所述增压装置的压缩器与所述内燃机的进气阀之间的死点容积而导致增压压力的形成延迟。

负荷要求引起燃料快速地输入到气缸中，而气缸充气对于这样的内燃机来说却由于所述增压压力的形成的延迟而明显缓慢地增大。因此，空气量调节的稳定的额定值在增压压力形成延迟时并且在气缸充气量相应地减小时引起所述废气再循环率的剧烈的降低，并且由此导致氮氧化物排放短时间地增多。此外，在进行废气再循环率调节时，产生较小的空气量以及由此提高了的碳黑颗粒排放。对于仅仅具有一个高压废气再循环装置的系统来说或对于在其中废气再循环装置决定性地通过高压废气再循环系统来确定的运行状态来说，增压压力形成的、随之出现的、额外的恶化情况可能限制燃料的最大可能的喷射量并且由此导致转矩的增大过程变慢。因此，延迟的增压压力形成通过废气再循环调节在动态的运行中引起有害物质排放的明显恶化，并且可能导致转矩动力（Drehmomentdynamik）的减小。

发明内容

根据本发明，提出了一种根据权利要求1所述的、用于运行具有废气再循环装置的内燃机的方法以及根据并列权利要求所述的一种装置和一种发动机系统。

其他设计方案在从属权利要求中得到了说明。

根据第一方面，提出了一种用于运行具有废气驱动的增压装置的内燃机的方法，该方法包括以下步骤：

-实施废气再循环调节，用于调整再循环到进气系统中的燃烧废气的量，并且/或者实施增压压力调节，用于在相应的额定值的基础上调整增压压力；

-探测转矩要求的快速的提高；并且

-在探测到转矩要求的快速提高的情况下对所述废气再循环调节的和/或所述增压压力调节的额定值进行校正，以便提高在所述增压装置上所提供的废气焓（Abgasenthalpie）。

上述方法的构思在于，在探测到所要求的转矩的快速变化之后作为用于对废气再循环率进行调节的额定值来调整所述AGR调节的额定值。通过对于所述额定值的调整，在负荷增大时存在着额外的、用于对AGR调节进行调整的自由度，由此可以影响有害物质排放和转矩动力。如此对所述额定值进行调整，使得所述增压压力更快地增大，从而可以在动态行驶情况的进一步的进程中为优化处理提供更好的边界条件或更大的灵活性。

紧接着根据相应的负荷要求在所要求的转矩快速增大时影响所述额定值，由此可以通过所述废气驱动的增压装置（废气涡轮增压器）的涡轮机来提高焓流，并且由此能够通过所述增压装置的压缩器来实现增压压力的更快的形成。采用这种方式，通过用于所述调节的额定值的调整量来对所述增压压力形成的动力进行干预。

这种处理方式具有以下优点：通过在负荷增大的开始所要求的转矩的快速的增大可以实现改进增压压力形成，所述增压压力形成除此以外对动态行驶情况的进一步的进程产生积极的影响。

此外，当负荷变化大小超过预先给定的要求阈值时，可以探测到转矩要求的快速的提高，其中在以下偏差之一的基础上确定所述负荷变化大小：

-当前的增压压力相对于为目前的转矩要求预先给定的增压压力的偏差；

-在进行增压压力调节时所述增压压力的调节偏差；

-在纯粹预控制的增压压力的范围内，用于具有进气管压力调节装置的系统的进气管压力的调节偏差或者在没有主动的增压压力调节装置的系统中的进气管压力的调节偏差；

-当前的增压压力与根据工作点预先给定的基准增压压力之间的偏差；和

-确定的增压压力变化或发动机负荷变化。

可以规定，只有在时间上的增压压力梯度低于预先给定的增压压力梯度阈值时，才对所述废气再循环调节的和/或增压压力调节的额定值实施校正。

根据一种实施方式，可以在用于AGR率的额定值或者再循环的燃烧废气的量的基础上实施所述废气再循环调节，用于调整再循环到进气系统中的燃烧废气的量，其中对所述额定值施加AGR校正量，以便提高在所述增压装置上提供的废气焓。

此外，可以在用于增压压力调节的额定值的基础上实施用于对增压压力进行调整的增压压力调节，其中对用于增压压力的额定值施加增压压力校正量，以便提高在所述增压装置上提供的废气焓。

此外，可以设置高压废气再循环装置和低压废气再循环装置，其中在用于分配由所述高压废气再循环装置和所述低压废气再循环装置提供的AGR质量流的额定值的基础上实施所述AGR调节，其中对用于分配由所述高压废气再循环装置和所述低压废气再循环装置所提供的AGR质量流的额定值施加分配校正量，以便提高在所述增压装置上提供的废气焓。

根据另一方面，设置了一种用于运行具有废气驱动的增压装置的内燃机的装置、尤其是控制器，其中所述装置被构造用于：

-实施废气再循环调节，用于调整再循环到进气系统中的燃烧废气的量，并且/或者实施增压压力调节，用于在相应的额定值的基础上调整增压压力；

-探测转矩要求的快速的提高；并且

-在探测到所述转矩要求的快速提高的情况下对所述废气再循环调节的和/或所述增压压力调节的额定值进行校正，以便提高在所述增压装置上提供的废气焓。

根据另一方面，设置了一种发动机系统，该发动机系统包括：

-内燃机；

-废气驱动的增压装置；

-高压废气再循环装置；和

-上述装置。

此外，可以设置低压废气再循环装置，其中所述装置还被构造用于在分配额定值（所述分配的额定值）的基础上实施废气再循环调节，所述分配额定值表明有待由高压AGR和低压AGR提供的AGR质量流的分配的大小。

附图说明

下面借助于附图对实施方式进行详细解释。在附图中：

图1是具有废气驱动的增压装置和高压废气再循环装置的发动机系统的示意图；

图2是用于说明用来运行图1的发动机系统的方法的流程图；并且

图3是具有高压-及低压废气再循环装置的发动机系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有内燃机2的发动机系统1，所述内燃机2通常包括多个气缸3。所述内燃机2可以根据四冲程原理来工作，并且尤其可以构造为使用燃料的内燃机、尤其是构造为柴油机。

通过进气系统4来向所述内燃机2的气缸3输送新鲜空气。在运行中，根据负荷要求来将燃料喷入到所述气缸3的燃烧室中，在所述燃料燃烧之后燃烧废气通过废气排出道（Abgasabführungstrakt）5被排出。

在所述进气系统4中并且在所述废气排出道5中设置有废气驱动的增压装置6。该增压装置6包括涡轮机61，该涡轮机布置在废气排出道5中，用于将燃烧废气的废气焓转化为机械能。此外，设置了压缩器62，该压缩器比如以机械的方式通过轴63与所述涡轮机61相联接，用于将借助于涡轮机61所获得的转动能转换为用于将从环境中吸入的新鲜空气压缩到增压压力段41中的压缩功率。

所述增压压力段41可以定义所述进气系统4的一个区段，该区段处于所述压缩器62的出口与布置在所述进气系统4中的节气阀8之间。对于无节气阀8的进气系统4来说，所述增压压力段41相当于所述进气系统4在所述压缩器62的出口与所述气缸3的进气阀之间的全部的区段。在所述增压压力段41中可以设置压力传感器43，该压力传感器提供关于增压压力的说明。作为替代方案，可以在进气管区段42中设置压力传感器43，借助于该压力传感器可以对增压压力进行建模。

此外，设置了增压调节器64，该增压调节器可以可变地调整将可供使用的废气焓转化为压缩功率的效率。所述增压调节器64比如可以构造为废气门阀、构造为VTG调节器（VTG：VariableTurbineGeometry）或者以其他的方式来构造。所述增压调节器64可以借助于合适的调整量S在增压压力调节的基础上被调整，其中所述调整量比如是用于所述增压调节器64的伺服电机的占空比。

此外，设置了废气再循环管路7，在该废气再循环管路中先后有用于对贯穿流过的再循环的燃烧废气进行冷却的废气散热器71以及AGR阀72。借助于所述AGR阀72，可以调整被导入到所述进气系统4中的燃烧废气的量。再循环的燃烧废气在被输送给内燃机2的气缸3的新鲜空气中所占的份额被称为废气再循环率（AGR率）。所述AGR率借助于AGR调节根据所述内燃机2的运行状态通过借助于所述调整量S对所述增压调节器64进行的调节来调整。

设置了控制器10，为了运行所述内燃机2该控制器操控所述AGR阀72、所述增压调节器64以及其他的执行器、比如用于确定有待喷射的燃料量的燃料喷射阀。总之，所述控制单元10根据由外部提供的、关于额定转矩的说明并且根据关于所述内燃机2的、例如通过转速和负荷和/或其他运行状态参量来说明的、当前的运行状态的说明来操控所述执行器。

用于对AGR率或再循环的燃烧废气的量进行调节的AGR调节和用于对所述增压压力段41中的、由所述压缩器62提供的增压压力进行调节的增压压力调节在所述控制器10中得到实施。为了尤其在动态的运行中所要求的转矩快速增大时限制所述有害物质排放并且实现改进转矩形成，现在借助于所述控制器10来实施下面所描述的、用于运行所述内燃机2的方法。

图2示出了一种用于对用来运行所述内燃机2的方法进行说明的流程图。

在步骤S1中检查，是否存在转矩要求（提供关于所要求的转矩或关于驾驶员期望力矩的说明），所述转矩要求表明所要求的转矩的快速的增大。可以借助于关于所述转矩要求的负荷变化大小来实施所述检查，其中所述负荷变化大小表明所要求的转矩的变化。为此可以借助于阈值比较来检查所述负荷变化大小。所述负荷变化大小比如可以表明当前的增压压力的同其为当前的工作点预先给定的额定值的偏差。如果比如所述偏差超过预先给定的要求阈值（二者择一：是），那就用步骤S2来继续所述方法。否则（二者择一：否）没有识别出所要求的转矩的、快速的或跳跃性的变化，并且跳回到步骤S1。

可以基于在所述增压压力段41中的增压压力的调节偏差或者基于在纯粹预控制的增压压力的范围内用于具有进气管压力调节装置的系统的进气管压力的调节偏差或者在没有主动的增压压力调节装置的系统中的进气管压力的调节偏差来求得所述负荷变化大小。作为替代方案，可以在当前的增压压力与根据工作点（比如根据所述内燃机2的负荷和/或转矩）预先给定的基准增压压力之间的偏差的基础上或者在所确定的增压压力变化或发动机负荷变化的基础上来求得所述负荷变化大小。

在步骤S2中对时间上的增压压力梯度进行检查。如果在步骤S2中发现，增压压力梯度低于预先给定的增压压力梯度阈值（二者择一：是），那就用步骤S3继续所述方法。否则跳回到步骤S1。通过对于所述增压压力梯度的检查来检查，在动态的转矩要求开始时是否已经达到了所期望的增压压力动力（Ladedruckdynamik），而同时根据负荷变化大小的当前数值已经识别出所要求的转矩的快速变化。如果已经达到或者超过预先给定的增压压力动力，那就没有必要通过这种方法进行干预，因为已经快速地进行了增压压力形成并且没有必要进一步加速增压压力形成。

根据所述内燃机2的工作点、尤其是根据发动机转速可以预先给定所述增压压力梯度阈值。

在步骤S3中对对于所述AGR调节来说所需要的额定值或者对于所述增压压力调节来说所需要的额定值进行。通常在根据工作点预先给定的组合特性曲线的基础上确定用于AGR调节或用于增压压力调节的额定值。

为此，要么可以通过施加以增压压力校正量的方式来提高用于有待由所述增压压力调节来调节的空气量的额定值，要么可以通过施加以AGR校正量的方式来降低用于AGR调节的额定值、也就是有待调节的废气再循环率或再循环的废气的有待调节的量。由此可以直接地通过对所述AGR调节的影响或者间接地通过对在AGR调节之前的增压压力调节的影响来引起所述AGR阀72的关闭，并且由此通过所述废气涡轮机61来提高焓流。一般来说对所述AGR调节进行干预，以便提高所述焓流，其中通过所述对于AGR调节的干预降低了再循环的废气的绝对的量。

可以根据所述内燃机2的工作点、尤其是根据发动机转速来预先给定AGR校正量和增压压力校正量。

随后跳回到步骤S1并且一直继续所述方法，直至发现用于对所要求的转矩的快速变化进行识别的负荷变化大小低于所述要求阈值和/或所述增压压力梯度超过所述增压压力梯度阈值。由此实现：仅仅短时间地在动态的负荷变化的过程中对所述AGR调节进行干预。在解除对用于AGR调节或增压压力调节的额定值的校正时，转换到惯常的、带有或者不带有选择性的动力校正的AGR调节。

在图3中示意性地示出了另一种发动机系统1，对于该发动机系统来说除了已经在图1的实施方式中存在的、现在被称为高压废气再循环装置的废气再循环装置之外，还设置了低压废气再循环装置。所述高压废气再循环装置现在包括具有相应的高压AGR散热器71和高压AGR阀72的高压废气再循环管路7。所述低压废气再循环装置包括低压废气再循环管路12，在该低压废气再循环管路中布置了低压AGR散热器121和低压AGR阀122。

在控制器10中实施的AGR调节现在不仅考虑了所述高压AGR阀而且考虑了所述低压AGR阀122，并且通过对用于AGR调节的额定值的校正，还可以对用于分配由高压AGR和低压AGR提供的AGR质量流的额定值进行调整。由此实现：所述AGR调节关闭所述高压AGR阀72并且供所述增压装置6的涡轮机61所用的废气焓得到提高。总之，取代增大用于增压压力调节的额定值或减小用于AGR调节的额定值，改变所述AGR分配值作为对有待由高压AGR和低压AGR提供的AGR质量流的分配的大小。

Claims (11)

1.用于运行具有废气驱动的增压装置（6）的内燃机（2）的方法，具有以下步骤：

-实施废气再循环调节，用于调整再循环到进气系统（4）中的燃烧废气的量，并且/或者实施增压压力调节，用于在相应的额定值的基础上调整增压压力；

-探测转矩要求的快速的提高；

-在探测到所述转矩要求的快速提高的情况下对所述废气再循环调节的和/或所述增压压力调节的额定值进行校正，以便提高在所述增压装置（6）上所提供的废气焓。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当负荷变化大小超过预先给定的要求阈值时，探测到所述转矩要求的快速的提高，其中在以下偏差中的至少一个的基础上确定所述负荷变化大小：

-当前的增压压力相对于为目前的转矩要求预先给定的增压压力的偏差；

-在进行增压压力调节时所述增压压力的调节偏差；

-在纯粹预控制的增压压力的范围内，用于具有进气管压力调节装置的系统的进气管压力的调节偏差或者在没有主动的增压压力调节装置的系统中的进气管压力的调节偏差；

-当前的增压压力与根据工作点预先给定的基准增压压力之间的偏差；和

-确定的增压压力变化或发动机负荷变化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中只有在时间上的增压压力梯度低于预先给定的增压压力梯度阈值时，才对所述废气再循环调节的和/或增压压力调节的额定值实施校正。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中在用于AGR率的额定值或者再循环的燃烧废气的量的基础上实施所述废气再循环调节，用于调整再循环到进气系统（4）中的燃烧废气的量，其中对所述额定值施加AGR校正量，以便提高在所述增压装置（6）上提供的废气焓。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中在用于增压压力调节的额定值的基础上实施用于对增压压力进行调整的增压压力调节，其中对用于增压压力的额定值施加增压压力校正量，以便提高在所述增压装置（6）上提供的废气焓。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中设置了高压废气再循环装置（7）和低压废气再循环装置（12），其中在用于分配由所述高压废气再循环装置（7）和所述低压废气再循环装置（12）提供的AGR质量流的额定值的基础上实施所述AGR调节，其中对用于分配由所述高压废气再循环装置（7）和所述低压废气再循环装置（12）所提供的AGR质量流的额定值施加分配校正量，以便提高在所述增压装置（6）上提供的废气焓。

7.装置、尤其是控制器（10），该装置被设置用于执行根据权利要求1到6中任一项所述的方法。

8.发动机系统（1），包括：

-内燃机（2）；

-废气驱动的增压装置（6）；

-高压废气再循环装置（7）；和

-根据权利要求7所述的装置。

9.根据权利要求8所述的发动机系统（1），其中设置了低压废气再循环装置（12），其中所述装置还被构造用于：在用于分配的额定值的基础上实施废气再循环调节，所述用于分配的额定值表明有待由所述高压AGR和低压AGR提供的AGR质量流的、被期望的分配的大小。

10.计算机程序，该计算机程序被设立用于，执行根据权利要求1到6中任一项所述的方法的所有步骤。

11.机器可读的存储介质，在该存储介质上保存了根据权利要求10所述的计算机程序。