CN105649796A - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于运行内燃机（2）的方法。在所述内燃机（2）的燃烧室（4）与废气再循环装置（24）之间布置有填充调节器（10；16）。根据第一实际填充量并且根据第二实际填充量来获知用于运行所述填充调节器（10；16）的调节量。

Description

用于运行内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于运行内燃机的方法。
背景技术
从DE 10 2012 207 266 A1中公开了一种用于对内燃机的排气设备中的增压压力进行调节的调节回路。构造为执行机构的阀用于跨接涡轮增压器的废气涡轮机。
从DE 10 2012 222 107 A1中公开了一种用于对内燃机的废气再循环装置进行控制的方法。在此确定有待由所述内燃机输出的额定功率。在所述额定功率的基础上确定通过所述废气再循环装置所导送的废气流。
此外，已知为了实现负载要求而将不同的组件用于调节空气质量流。这对于增压的发动机来说主要是节流阀和涡轮增压器。为了实现进一步的消耗降低及排放降低，此外将AGR阀用于进行外部的废气再循环（AGR）。对于具有低压AGR（NDARG）的汽油机来说，在所述废气后处理之后取出废气并且在涡轮压气机之前又导入所述废气。在操控所参与的调节器时存在着目标冲突，因为一方面应该通过废气再循环来降低排放并且另一方面应该尽可能快地实现驾驶员愿望。
发明内容
本发明所基于的问题通过一种根据权利要求1所述的方法得到解决。有利的改进方案在从属权利要求中得到了说明。此外，对本发明来说重要的特征在以下说明书中并且在附图中找到，其中在不再次明确地指出这一点的情况下，所述特征不仅单独地而且在不同的组合中对本发明来说都可能很重要。
对于内燃机、尤其是汽油内燃机来说在废气再循环装置与燃烧室之间布置有填充调节器（Füllungssteller），对于所述内燃机来说根据来自新鲜空气路径的第一实际填充量（Füllung）并且根据来自废气再循环装置的第二实际填充量来获知用于运行所述填充调节器的调节量，由此有利地简化对于所述填充调节器的调节。通过这种对用于填充调节器的调节量的选择，可以有利地使得用于填充量的调节和用于废气再循环的调节去耦。除此以外，就这样可以有利地在彼此独立的情况下获知所述第一和第二填充量。不仅在内燃机的增压的状态中而且在内燃机的非增压的状态中都可以运用这种原理。尤其在空气填充时避免剩余的偏差，因为在填充控制时考虑了所述废气质量流。此外，不必确定取决于工作点的调节器常数，这大大降低了应用开销和参数设定（Bedatung）开销。除此以外，这两种实际填充量在调节量方面的分离不仅在动态方面而且在静态方面都允许所述废气再循环装置更好地与基本上实现负载要求的填充调节器相匹配。
在一种有利的实施方式中，在所述内燃机的非增压的状态中用所述调节量来运行作为填充调节器的节流装置。
在一种有利的实施方式中，在所述非增压的状态中，根据用于来自所述废气再循环装置的质量流的预先规定值来运行废气再循环调节器。根据在所述节流装置之前的第一输入区段中的第一额定废气再循环率作为指令变量来获知用于来自所述废气再循环装置的质量流的预先规定值。根据在所述节流装置之后的第二输入区段中的第二额定废气再循环率作为指令变量来获知所述第一额定废气再循环率。对通过节流装置分开的两个输入区段形式的两个体积加以考虑，这不仅改进了废气再循环调节的精度而且改进了填充调节的精度。
在一种有利的实施方式中，在所述非增压的状态中所述第一额定废气再循环率由一调节份额和一预控制份额所组成。所述第二额定废气再循环率由一调节份额和一预控制份额所组成。不仅设置了调节份额而且设置了预控制份额，这能够有利地在不取决于所述填充调节的情况下定义所述两个额定废气再循环率的动态。所述预控制份额中的不精确度有利地通过所述调节份额得到补偿。
在一种有利的实施方式中，在非增压的状态中根据用于流经所述节流装置的质量流的预先规定值来运行所述节流装置。用于流经节流装置的质量流的预先规定值取决于总填充量，所述总填充量由来自于新鲜空气路径的第一填充量和来自所述废气再循环装置的第二填充量所组成，并且根据调节份额并且根据预控制份额来获知。不仅设置了调节份额而且设置了预控制份额，这能够有利地在不取决于废气调节的情况下定义填充调节的动态。所述预控制份额中的不精确度有利地通过所述调节份额得到补偿。
在一种有利的实施方式中，在内燃机的增压的状态中用所述调节量来运行作为填充调节器的增压装置。
在一种有利的实施方式中，在增压的状态中根据用于来自所述废气再循环装置的质量流的预先规定值来运行废气再循环调节器。根据总体积中的额定废气再循环率作为指令变量来获知用于来自废气再循环装置的质量流的预先规定值。
在一种有利的实施方式中，在增压的状态中根据所述调节量来获知总体积中的实际压力。根据用于所述增压装置的指令变量来获知所述总体积中的额定压力。
在一种有利的实施方式中，在增压的状态中，从调节份额和预控制份额中获知用于来自废气再循环装置的质量流的预先规定值。不仅设置了调节份额而且设置了预控制份额，这能够有利地在不取决于填充调节的情况下定义废气调节的动态。所述预控制份额中的不精确度有利地通过所述调节份额来得到补偿。
本发明的其它特征、应用可行方案和优点从以下对本发明的、在附图中示出的实施例所作的说明中产生。在不同的实施方式中，在所有附图中针对功能相当的参量和特征还使用相同的附图标记。
附图说明
下面参照附图对本发明的示范性的实施方式进行解释。附图示出：
图1是以示意性的形式示出的内燃机；
图2是示意性的状态-转变-图表；并且
图3和4分别是示意性的方框图。
具体实施方式
图1以具有四个燃烧室4的示意性的形式示出了一种具有内燃机2、例如汽油机的发动机系统1。通过第一和第二输入区段6、8来将质量流输送给相应的燃料室4，其中在所述第一与第二输入区段6、8之间布置有也能够称为节流阀的节流装置10。在燃烧之后，从相应的燃烧室4中将燃烧废气13输送给第一废气排出区段14。所述节流装置10也能够称为填充调节器。所述第二输入区段8也能够称为进气管。
设置了增压装置16，该增压装置在所示出的实施例中构造为涡轮增压器。所述增压装置16包括涡轮机18，该涡轮机处于所述第一废气排出区段14与第二废气排出区段20之间，并且该涡轮机通过所述内燃机2的废气流来驱动。压缩机22与所述涡轮机18相耦接，用于在所述输入区段6和8中提供处于增压压力之下的空气。所述增压装置16也能够称为填充调节器。
可以从所述第二废气排出区段20中通过也能够称为低压废气再循环装置的废气再循环装置24并且根据废气再循环调节器26的张开程度在处于新鲜空气区段30与第三输入区段32之间的导入位置28处导入废气。作为替代方案，也可以设置多级的废气再循环装置或者额外地设置高压废气再循环装置。不仅所述节流装置10而且所述增压装置16都布置在所述内燃机2的相应的燃烧室4与废气再循环装置24之间。
控制器25通过调节器36来调节所述废气再循环调节器26、节流装置10和增压装置16的状态。当然，所述控制器25也可以进行其它的调节、例如用于燃烧室4的燃料的喷射量的调节。同样未示出输送给所述控制器25的传感器信号。
图2示出了具有非增压的状态40和增压的状态42的、示意性的状态-转变-图表38。按照所述状态转变44和46，可以在所述状态40与42之间进行转变。
在所述非增压的状态40中，内燃机2没有发生增压，也就是说尤其在所述输入区段6和8中没有通过所述增压装置16来提高压力。在所述非增压的状态40中，仅仅通过所述节流装置10来调节所述燃烧室4中的填充量。
而在所述增压的状态42中，所述节流装置10完全打开，使得所述输入区段6和8变为一个区段。在所述增压的状态42中产生增压压力，这引起：从区段32到区段6提高了压力。
当然也可以实现所述方法的一种实施方式，在该实施方式中所述系统1没有增压装置16并且所述系统1由此始终处于非增压的状态40中。
图3示出了用于非增压的状态40的示意性的方框图。在所述非增压的状态40中，通过作为填充调节器的节流装置10来提供所要求的填充量。所要求的AGR率通过所述废气再循环调节器26来提供。通过没有完全打开的节流装置10产生两个根据两个输入区段6和8的部分体积元件（Teilvolumenelemente）。
一种用于所述第一输入区段6的质量流平衡可以根据方程式1来形成。用于所述第二输入区段8的质量流平衡可以根据方程式2来形成。在此Vvdk是在所述节流装置10之前的区域中的体积并且由此是所述第一输入区段6中的体积，其中所述第一输入区段6也能够称为前体积，R是通用的气体常数，Tvdk是所述体积Vvdk中的温度，是所述输入区段6中的压力的时间导数，是流经所述废气再循环调节器26的实际质量流，是所述新鲜空气区段30中的、例如通过未示出的空气量传感器来检测的实际质量流，是流经所述节流装置10的实际质量流，Vsr是所述输入区段8的体积，其中所述输入区段8也能够称为进气管区段，是所述输入区段8中的压力的时间导数，mfg是来自所述新鲜空气区段30的空气质量，magr是来自所述废气再循环装置24的废气质量，并且kms是从填充量到质量流的换算因子。
所述输入区段6中的实际废气再循环率xvdk的动态从以下方程式3中产生。所述输入区段8中的实际废气再循环率xsr的动态从以下方程式4中产生。在此pvd是所述输入区段6中的实际增压压力，λ是燃烧空气对燃料的化学计量比，
从理想的气体定律中，在被分配给所述燃烧室4的进气阀关闭的时刻针对燃烧室4产生方程式5，其中psr是所述第二输入区段8中的实际压力，其中kpm是从压力到填充量的换算因子，并且其中pbrint是在所述燃烧室4中通过内部的废气再循环引起的分压力。所述方程式5建立了所述实际压力psr与来自在外部通过所述新鲜空气路径30输入的新鲜空气31的填充量mfg以及来自通过所述废气再循环装置24导回的废气的实际填充量magr之间的关系。
根据所述内燃机2的转速n并且根据与驾驶员转矩愿望相对应的额定发动机力矩M，分别例如通过相应能够设定参数的组合特性曲线，借助于方框48来获知用于在外部输入的新鲜空气的第一额定填充量mfg,soll，借助于方框50来获知用于被导回的废气的第二额定填充量magr,soll，并且借助于方框52获知用于所述燃烧室4中的、来自废气再循环装置24的、外部的惰性气体的额定比率xcb,soll。
在图3中示出了填充调节机构54、废气再循环调节机构56和发动机系统1，其中所述发动机系统1作为受控系统来示出。所述额定填充量mfg,soll和magr,soll在位置58处相加，并且产生额定填充量msoll。将所述额定填充量msoll不仅输送给预控制机构60而且输送给位置62。所述额定填充量msoll也被称为指令变量。
用于新鲜空气的第一实际填充量mfg借助于方框64来获知。用于废气的第二实际填充量magr借助于方框66来获知。所述实际填充量mfg和magr在位置68处相加，并且以实际填充量m的形式以导回的形式被输送给所述位置62。调节差Δm通过从所述额定填充量msoll中减去实际填充量m这种方式来产生。将所述调节差Δm输送给调节器70。所述实际填充量m也被称为调节量。
所述预控制机构60按照方程式6来获知用于流经所述节流装置10的额定质量流的预控制份额，其中相当于所述额定填充量，并且其中是所述输入区段8中的填充量的时间常数。所述时间常数按照方程式7来产生，其中是从填充量到质量流的换算因子，并且其中是所述第二输入区段8中的温度。
被示范性地构造为尤其是用于PT1-期望特性的比例调节器的调节器70按照方程式8根据调节差获知用于流经所述节流装置10的额定质量流的调节份额，其中可以通过时间常数来调节填充结构的动态。当然，所述调节器70也可以不一样地构造并且具有与通过方程式8预先给定的期望动态不一样的期望动态。
所述预控制份额和所述调节份额在位置72处相加并且作为流经所述节流装置10的、也被称为预先规定值的额定质量流被输送给所述节流装置10。当然，可以将所述额定质量流输送给另一个下级的、未示出的调节回路，该调节回路而后将相应的执行量（Stellgröße）传送给所述节流装置10。
对于所述废气再循环调节机构56来说，方框74根据所述额定填充量msoll并且根据所述额定比率xcb,soll例如借助于能够设定参数的组合特性曲线来获知所述第二输入区段8中的额定废气再循环率xsr,soll。
调节器76根据调节差Δxsr来获知所述第一输入区段8中的额定废气再循环率xvdk,soll的调节份额xvdk,fb，所述调节差根据位置77通过从所述第二输入区段8中的额定废气再循环率xsr,soll中减去所述输入区段8中的、借助于方框78获知的实际废气再循环率xsr来获知。
预控制机构80根据所述第二输入区段8中的额定废气再循环率xsr,soll并且按照方程式9和10来获知所述额定废气再循环率xvdk,soll的预控制份额xvdk,ff，其中借助于方框82来获知流经所述节流装置10的实际质量流，并且其中借助于方框84来获知所述第二输入区段8中的一个实际压力psr。
在位置86处产生的、由所述预控制份额xvdk,ff和所述调节份额xvdk,fb构成的总和作为所述第一输入区段6中的额定废气再循环率xvdk,soll来传送给位置88并且传送给另一个预控制机构90。
调节器92通过所述废气再循环调节器26根据调节差来获知额定废气质量流的、也被称为预先规定值的调节份额，所述调节差则按照所述位置88通过从所述第一输入区段6中的额定废气再循环率xvdk,soll中减去所述第一输入区段6中的、借助于方框94来获知的实际废气再循环率xvdk这种方式来获知。
由所述方框64、66、78和94获知的相应的实际参量可以根据测量参量并且/或者根据在所述控制器25中获知的参量来获知。
所述预控制机构90按照方程式11和12来获知流经所述废气再循环调节器26的额定废气质量流的预控制份额。所述新鲜空气区段30中的实际质量流由方框98来获知。所述第一输入区段6中的压力pvd由方框100来获知。
在位置96处由所述调节份额和所述预控制份额构成的总和产生流经所述废气再循环调节器26的额定废气质量流。将所述额定废气质量流输送给所述废气再循环装置24的废气再循环调节器26。当然可以将所述额定废气质量流输送给另一个下级的、未示出的调节回路，所述调节回路而后将相应的执行量传送给所述废气再循环装置24的废气再循环调节器26。
与用于所述外部的填充量的调节份额的情况相类似，在所述废气再循环调节机构56中从所述AGR比率的额定-/实际偏差的所要求的特性中按照在根据输入区段6和8的各个部分体积元件中的调节差Δxsr和Δxvdk产生级联的调节结构的调节份额。通过所述调节份额和，借助于额定时间常数来定义所述AGR比率的所期望的动态，并且在不取决于填充结构的情况下有利地单独地调节所期望的动态。为所述前体积中的废气再循环率的动态的定义设置了第一额定时间常数。为进气管中的废气再循环率的动态的定义设置了第二额定时间常数。由所述方框82、84、98和100提供的参量相应地作为实际值来测量或者在模型基础上来获知，并且从调节技术的视角来看能够称为预控制参量。
由于在所述输入区段6和8中的较长的运行时间，应该对在相应的AGR比率xsr和xvdk中的无效时间特性（Totzeitverhalten）加以考虑。借助于施密斯-预测器（Smith-Prädiktor），尽管存在无效时间也保证了例如对于所述AGR比率xsr和xvdk的稳定的调节。当然也可以借助于其它调节技术上的措施来实现对于所述AGR比率xsr和xvdk的稳定的调节。
因此在图3中示出，借助于所述填充调节机构54根据来自新鲜空气路径的新鲜空气的第一实际填充量mfg并且根据来自所述废气再循环装置24的第二实际填充量magr来获知用于运行所述节流装置10的调节量m。
图4示出了用于增压的状态42的示意性的方框图。在所述增压的状态42中，所要求的空气填充量通过所述增压装置16来提供。所述节流装置10完全打开，因此产生总体积102，该总体积将所述输入区段6和8统一起来。所要求的AGR比率通过所述废气再循环调节器26来提供。与在图3中示出的、非增压的状态40不同的是，在图4中示出了另一种填充调节机构154和另一种废气再循环调节机构156。
对于所述另一种填充调节机构154来说，借助于方框104、例如借助于特性曲线或者因数将所述额定填充量msoll换算为处于区域102中的额定压力psoll，其中所述额定压力psoll按照方程式13来产生。将调节差Δp输送给增压压力调节器106，并且该调节差通过从所述额定填充量msoll中减去处于区域102中的、借助于方框108从所述实际填充量m中获知的实际压力p这种方式来产生。所述增压压力调节器106产生执行量pact，将该执行量输送给所述增压装置16。
在所述另一种废气再循环调节机构156中，借助于方框110根据用于来自所述废气再循环装置24的外部的惰性气体的额定比率xcb,soll并且根据所述额定填充量msoll来获知所述总体积102中的额定废气再循环率xsoll。
调节器112根据调节差Δx来获知流经所述废气再循环调节器24的额定废气质量流的调节份额，所述调节差Δx通过从所述总体积102中的额定废气再循环率xsoll中减去所述总体积102中的、由方框114获知的实际废气再循环率x这种方式在位置116处产生。
预控制机构120按照方程式14和15获知流经所述废气再循环调节器26的额定废气质量流的预控制份额，其中Tges是所述总体积102中的平均的温度，并且其中Vges是所述总体积102的体积。所述新鲜空气区段30中的实际质量流由所述方框98来获知。所述总体积102中的压力pvd由所述方框100来获知。所述额定废气质量流被输送给所述废气再循环装置24的废气再循环调节器26。
由于所述输入区段中的较长的运行时间而应该考虑所述AGR比率x中的无效时间特性。借助于施密斯预测器，例如尽管存在无效时间也保证了对于所述AGR比率x的稳定的调节。当然也可以借助于其它调节技术上的措施来实现对于所述AGR比率x的稳定的调节。由所述方框98和100提供的参量相应地作为实际值来测量或者在模型的基础上来获知，并且从调节技术的视角来看能够称为预控制参量。
因此在图4中示出，借助于所述填充调节机构154根据来自所述新鲜空气路径的第一实际填充量mfg并且根据来自所述废气再循环装置24的第二实际填充量magr来获知用于运行增压装置16的调节量m。

Claims (15)

1.用于运行内燃机（2）的方法，其中在所述内燃机（2）的燃烧室（4）与废气再循环装置（24）之间布置有填充调节器（10；16），其特征在于，根据来自新鲜空气路径的第一实际填充量（mfg）并且根据来自所述废气再循环装置（24）的第二实际填充量（magr）来获知用于运行所述填充调节器（10；16）的调节量（m）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节量（m）从所述第一实际填充量（mfg）和所述第二实际填充量（magr）的总和中产生。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中根据新鲜空气（31）的第一额定填充量（mfg,soll）并且根据来自所述废气再循环装置（24）的第二额定填充量（magr,soll）来获知用于所述填充调节器（10；16）的指令变量（msoll）。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述指令变量（msoll）从所述第一额定填充量（mfg,soll）和所述第二额定填充量（magr,soll）的总和中产生。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述内燃机（2）的非增压的状态（40）中用所述调节量（m）来运行作为填充调节器的节流装置（10）。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述非增压的状态（40）中根据用于来自所述废气再循环装置（24）的质量流的预先规定值（）来运行废气再循环调节器（26），其中根据在所述节流装置（10）之前的第一输入区段（6）中的第一额定废气再循环率（xvdk,soll）作为指令变量来获知用于来自所述废气再循环装置（24）的质量流的预先规定值（），并且其中根据在所述节流装置（10）之后的第二输入区段（8）中的第二额定废气再循环率（xsr,soll）作为指令变量来获知所述第一额定废气再循环率（xvdk,soll）。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述非增压的状态（40）中所述第一额定废气再循环率（xvdk,soll）由调节份额（xvdk,fb）和预控制份额（xvdk,ff）所组成，并且其中所述第二额定废气再循环率（xsr,soll）由调节份额（xsr,fb）和预控制份额（xsr,ff）所组成。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的方法，其中在所述非增压的状态（40）中根据用于流经所述节流装置（10）的质量流的预先规定值（）来运行所述节流装置（10），其中根据调节份额（）并且根据预控制份额（ ）来获知用于流经所述节流装置（10）的质量流的预先规定值（）。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述内燃机（2）的增压的状态（42）中用所述调节量（m）来运行作为填充调节器的增压装置（16）。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述增压的状态（42）中根据用于来自所述废气再循环装置（24）的质量流的预先规定值（）来运行废气再循环调节器（26），并且其中根据总体积（102）中的额定废气再循环率（xsoll）作为指令变量来获知用于来自所述废气再循环装置（24）的质量流的预先规定值（）。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中在所述增压的状态（42）中根据所述调节量（m）来获知所述总体积（102）中的实际压力（p），并且其中根据用于所述增压装置（16）的指令变量（msoll）来获知所述总体积（102）中的额定压力（psoll）。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中用于来自所述废气再循环装置（24）的质量流的预先规定值（）由调节份额（）和预控制份额（）所组成。
13.用于数字的计算器的计算机程序，该计算机程序构造用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
14.用于运行尤其是机动车的内燃机（2）的控制器（25），该控制器设有数字的计算器、尤其是微型处理器，根据权利要求13所述的计算机程序能够在该微型处理器上运行。
15.用于根据权利要求14所述的控制器（25）的存储介质，在所述存储介质上保存了根据权利要求13所述的计算机程序。
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