CN106481463B - 用于运行带有废气再循环部的内燃机的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于运行在带有废气再循环部的马达系统（1）中的内燃机（2）的方法，包括以下步骤：通过设定再循环的燃烧废气的量来运行内燃机（2）；依赖于预控制部和调节部来设定再循环的燃烧废气的量；并且在负载需求提高时，更改所述预控制部，使得在向着被所述负载需求所说明的负载的过渡期间，把再循环的燃烧废气的量降低至这样的再循环的燃烧废气的量，该量小于在稳定的运行情况中在对应于经提高的负载需求的负载的情况中所得到的再循环的燃烧废气的量。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机、尤其带有废气再循环部的被燃料导引的内燃机。本发明还涉及用于改善这样的内燃机在动态的运行中、尤其在突然的负载提高时的响应特性的措施。
背景技术
废气再循环（AGR）原则上用于：降低在内燃机的缸体中的氧含量并且由此降低通过所述燃烧所产生的温度。由此，能够减小在在内燃机中的燃烧过程期间的氮氧化物的产生。
快速的负载提高在带有被废气驱动的增压设备的内燃机中由于所述增压设备的惯性矩以及由于在增压设备的压缩器和内燃机的进给阀之间的死区体积而导致增压压力的延迟的建立。额外的废气再循环部强化这种效果，因为在废气再循环部活跃时再循环的燃烧废气限制了被供给到缸体的燃烧室中的新鲜空气的量。
为了设定再循环的废气质量流量（AGR质量流量），从现有技术中已知新鲜空气质量流量调节部或AGR率调节部或AGR质量流量调节部。在AGR率调节部中，已知这样的原理，按照该原理基于气体导引系统的物理模型来设定AGR率，或者按照传统的PID调节器基于新鲜空气质量流量偏差或AGR率偏差来设定AGR率。
从公开文件DE10 2013 209 037 A1中已知用于运行自行点火的内燃机的废气再循环部的方法，其中，内燃机具有用于控制进行到内燃机的至少一个燃烧室中的空气供应的空气系统。内燃机的动态的运行状态已知并且在已知的动态的运行状态的情况中执行对于内燃机的空气系统的修正干预。
发明内容
根据本发明，设置了根据本发明的、用于运行带有废气再循环部的内燃机的方法以及根据本发明的装置以及马达系统。
在优选实施例的其它实施例中给出其它的设计方案。
按照第一方面设置了用于运行在马达系统中带有废气再循环部的内燃机的方法，包括下述的步骤：
- 通过设定再循环的燃烧废气的量来运行内燃机；
- 依赖于预控制部和调节部来设定再循环的燃烧废气的量；并且
- 在负载需求提高时，更改所述预控制部，使得在向着被所述负载需求所说明的负载的过渡期间，把再循环的燃烧废气的量降低至这样的再循环的燃烧废气的量，该量小于在稳定的运行情况中在对应于经提高的负载需求的负载的情况中所得到的再循环的燃烧废气的量。
在例如基于PID调节器的废气再循环调节中，用于设定废气再循环调节阀的AGR调节参量基于预控制调节参量和AGR调节部调节参量来生成。所述预控制调节参量能够基于物理模型或气体导引系统的特性图模型（例如依赖于喷射量和马达转速所测量的稳定的AGR阀位置的特性图）依赖于用于所期望的负载的负载数据、例如额定喷射量来产生。AGR调节部调节参量相应地生成作为调节部的调节参量，该调节部能够对应于带有能够适用的调节参数的PID调节部。
在快速的负载升高时，预控制调节参量相应地快速地调节，从而所述调节部仅还必须校正暂态的偏差。但是，这导致的是，如此地设定所述AGR质量流量，使得该AGR质量流量对应于在稳定的情况中在新的运行点处的稳定的AGR质量流量。但是，在暂态的过渡期间，经设定的AGR质量流量限制了提供给缸体的燃烧室的新鲜空气的量，从而由内燃机所提供的马达力矩的升高相应地缓慢地进行，并且由此也延迟了通过所述增压设备进行的增压压力的建立。由此，加强了缓慢的增压压力建立的作为涡轮迟滞已知的效应。
为了在突然的负载升高时将足够的新鲜空气提供到缸体的燃烧室中，上述方法设置的是，在暂态的过渡的持续时间期间如此地更改AGR调节参量，使得比会被传统的AGR预控制部和传统的AGR调节部在所要求的负载的情况中在稳定的状态中设定的AGR质量流量提供更小的AGR质量流量。另外设置的是，如此地更改预控制调节参量，使得废气再循环阀在暂态的负载变换的持续时间期间比这在所要求的稳定的状态的情况中进一步闭合。由此，如此显著地降低再循环的燃烧废气的量，使得新鲜空气的较大的份额到达缸体的燃烧室中。从而能够相应于所述负载需求更快速地提供所述转矩。
此外，再循环的燃烧废气的量依赖于通过所述预控制部所预先设定的预控制调节参量和通过所述调节部所预先设定的AGR调节参量的总和来确定，其中，所述预控制调节参量依赖于暂态指标如此地更改，使得通过所述预控制调节参量所说明的再循环的燃烧废气的量在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间相对于在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡之后作为预控制调节参量得到的稳定的预控制调节参量降低。
尤其，仅当暂态指标说明了在空气供应系统中的超过用于所述动态的特性的所预先设定的阈值的动态的特性时，预控制部才能够将预控制调节参量依赖于暂态指标降低到经减少的再循环的燃烧废气的量。
按照另一个实施方式，调节部能够基于一个或基于多个调节参数，其中，所述调节参数中的至少一个在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间被改变。
能够设置的是，至少一个调节参数的改变依赖于预先设定的因数和/或暂态指标来确定。
此外，调节部能够包括PID调节部，其中尤其，比例调节份额在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间被提高和/或积分调节份额在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间被降低和/或微分调节份额在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间不变地保留或降低。
尤其，PID调节部的I调节份额能够依赖于向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡回缩，尤其依赖于暂态指标回缩，尤其当暂态指标说明了在空气供应系统中的超过了用于所述动态的特性的预先设定的阈值的动态的特性时。
能够设置的是，所述暂态指标说明：负载需求的提高以何种程度造成在马达系统的空气供应系统中的动态的改变。
根据另一方面，设置了用于运行在马达系统中带有废气再循环部的内燃机的装置，其中，所述装置设置用于：
- 通过设定再循环的燃烧废气的量来运行内燃机；
- 依赖于预控制部和调节部来设定再循环的燃烧废气的量；并且
- 在负载需求提高时，更改所述预控制部，使得在向着被所述负载需求所说明的负载的过渡期间，把再循环的燃烧废气的量降低至这样的再循环的燃烧废气的量，该量小于在稳定的运行情况中在对应于经提高的负载需求的负载的情况中所得到的再循环的燃烧废气的量。
按照另一个方面，设置一种带有内燃机和上述装置的马达系统。
附图说明
接下来借助附图详细阐释实施例。图示：
图1是带有被废气驱动的增压设备和废气再循环部的马达系统的示意图；
图2是用于展示用于运行带有经调节的废气再循环部的内燃机的功能的功能图；并且
图3是用于展示增压压力、额定增压压力、空气质量流量、AGR调节参量、预控制调节参量以及I调节份额和P调节份额的时间走势的图表。
具体实施方式
图1展示了带有内燃机2的马达系统1，该内燃机通常包括多个缸体3。内燃机2能够按照四冲程原理工作并且尤其构造为被燃料导引的内燃机，尤其构造为柴油马达。
内燃机2的缸体3经过空气供应系统4被提供新鲜空气。在运行中，相应于负载需求将燃料喷射到缸体3的燃烧室中，在燃料燃烧之后，燃烧废气经过废气导出系5排出。
在空气供应系统4中和在废气导出系5中设置有至少一个被废气驱动的增压设备6。增压设备6包括涡轮机61，该涡轮机布置在废气导出系5中，以便将燃烧废气的废气焓转化为机械能。此外，设置了压缩器62，该压缩器与涡轮机61例如机械地经过轴63耦合，以便把借助涡轮机61获得的旋转能量转化为压缩功率，以用于把从环境中吸取的新鲜空气压缩到增压压力区段41中。
增压压力区段41能够定义空气供应系统4的这样的区段，该区段位于压缩器62的输出端和布置在空气供应系统4中的节气门8之间。此外，在那里能够设置增压空气冷却器44。然后，在节气门8和缸体3的进给阀之间存在空气供应系统4的进气管区段42。对于不带有节气门8的空气供应系统4，增压压力区段41对应于在压缩器62的输出端和缸体3的（未示出的）进给阀之间的空气供应系统4的整个区段。
在增压压力区段41中能够设置压力传感器43，该压力传感器提供了关于实际增压压力pLDist的数据。作为备选方案，能够在进气管区段42中设置压力传感器，能够借助该压力传感器来建模实际增压压力pLDist。
此外，设置了至少一个增压调节器64，该增压调节器能够可变地设定可供使用的涡轮机功率的大小。增压调节器64能够例如构造为废气门阀（Wastegateventil）、VTG调节器（VTG：可变涡轮机几何特征Variable Turbine Geometry）或以其它的方式构造。增压调节器64能够借助合适的调节参量S（该调节参量例如说明了用于增压调节器64的步进电机的占空比）基于增压压力调节部来设定。
此外设置了废气再循环线路7，在该废气再循环线路中彼此相继地存在用于冷却穿流的再循环的燃烧废气的废气冷却器71和AGR阀72。借助AGR阀72，能够设定燃烧废气的这样的量，该量导入空气供应系统4中。在提供给内燃机2的缸体3的新鲜空气中的再循环的燃烧废气的份额称为废气再循环率（AGR率）。AGR率或AGR质量流量或新鲜空气质量流量借助AGR调节系统依赖于内燃机2的运行状态借助AGR调节参量SAGR通过AGR阀62的调节来设定。AGR调节参量SAGR用于直接操控AGR阀72，以便调节AGR质量流量、AGR率或新鲜空气质量流量。
当在图1中展示的废气再循环线路对应于高压废气再循环时，也能够利用低压废气再循环部来使用下文说明的方法。另外，低压废气再循环线路将涡轮机61的输出侧与压缩器62的输入侧相连并且能够作为替代方案或附加方案设置用于高压废气再循环。
设置了控制器10，为了运行内燃机2，该控制器操控AGR阀72、增压调节器64、节气门8和另外的执行器，例如是用于确定有待喷射的燃料量的燃料喷射阀。总共地，控制单元10依赖于由外部提供的关于额定转矩的数据以及关于内燃机2的瞬时的运行状态（例如通过转速和负载和/或另外的运行状态参量所说明）的数据来操控执行器。额定转矩能够从经过驾驶踏板的促动所说明的驾驶员期望中得到。
图2示出了在控制单元10中实施的用于生成AGR调节参量SAGR的功能。AGR调节参量SAGR从AGR预控制调节参量SV和AGR调节参量SR中生成。尤其，预控制调节参量SV和调节调节参量SR在第一求和单元11中相加，以便获得AGR调节参量SAGR。
预控制调节参量SV在基于特性图的预控制部的情况中基本上依赖于预控制块12的结果，给该预控制块预先设定了实时的喷射量mFuel和马达转速nmot，从而该预控制块相应于所述喷射量和马达转速按照所存放的预控制模型能够计算稳定的预控制调节参量SVStat。所述稳定的预控制调节参量SVStat的求取因而基于理想的空气供应系统在以下假设的情况下进行，即即便在负载变换、也即负载升高的情况中，AGR质量流量或AGR率或新鲜空气质量流量被如此地设定，正如其对应在稳定的状态中所要求的负载情况那样。
如果稳定的预控制调节参量SVStat和AGR调节参量SR直接地用于产生AGR调节参量SAGR，则这却导致的是，在快速的负载升高的情况中，AGR率也升高，这限制了新鲜空气供应并且反作用于快速的力矩升高。
因此设置的是，在暂态的过渡的持续时间期间，也即在负载升高发生时，降低AGR率并且比在稳定的状态中的所要求的负载状态中所对应的AGR质量流量更低地设定AGR质量流量。这通过使用所谓的暂态指标TI来实现。在暂态指标块13中产生所述暂态指标TI。暂态指标TI基本上评价在在空气供应系统中的有关的额定压力和实际压力之间的偏差。例如，暂态指标TI对应这样的参量，该参量例如说明了在额定增压压力pLDsoll（该额定增压压力通过负载需求、尤其是能够通过驾驶踏板预先设定的驾驶员期望力矩来说明）和实时增压压力pLDist之间的差异。暂态指标TI能够例如通过在在0和1之间的数值范围中的数据来评估此差异。例如，当暂态指标TI计为1时，能够存在在空气供应系统中的高的动态，并且当暂态指标TI计为0时存在稳定的运行情况。尤其，所述暂态指标TI能够依赖于在额定增压压力pLDsoll和实际增压压力pLDist之间的差异、例如在额定增压压力pLDsoll和实际增压压力pLDist之间的差值除以额定增压压力pLDsoll来确定。为了匹配至相应的运行点，暂态指标TI还能够依赖于马达转速nmot来确定。
在第一乘法单元14中，稳定的预控制调节参量SVStat能够此时与依赖于暂态指标TI的减值RB作乘法，该减值越小，则在马达系统1的空气供应系统中的动态越高。作为该乘法的结果得到了预控制调节参量SV。减值RB能够例如得到作为在1和暂态指标TI之间的差值，也即作为1-TI。这意味着，在突然的负载升高时（其中得到了暂态指标为1），所述减值为0，从而通过在第一乘法单元14中的乘法，不再提供预控制调节参量SV或所述预控制调节参量具有值0。由此，在暂态指标TI的值为1时（这说明了很高的动态），首先AGR调节参量SAGR同样降低到0。
为了提供AGR调节调节参量SR，能够设置在PID调节器形式中的调节单元15。调节单元15能够被用于提供新鲜空气质量流量、AGR质量流量或AGR率的调节。PID调节器15具有以公知的方式对应于在公知的方式中的比例调节器组分、积分调节器组分和微分调节器组分的P单元16、I单元17和D单元18。在微分单元19中，求取在额定新鲜空气质量流量mair，soll和实际新鲜空气质量流量mair，ist之间或在额定AGR率EGRsoll和实际AGR率EGRist之间或在额定AGR质量流量mAGR，soll和实际AGR质量流量mAGR，ist之间的偏差，并且所得到的调节偏差被提供给P单元16、I单元17和D单元18。额定新鲜空气质量流量mair，soll、额定AGR率EGRsoll和额定AGR质量流量mAGR，soll通过马达系统的运行点并且必要时依赖于负载规定、例如驾驶员期望来预先设定。实际值能够作为相应的传感器值或通过建模来提供。
从P单元16中得到的P组分P能够在P暂态块20中借助能够适用的P因数FP依赖于暂态指标TI被更改为经更改的P调节份额P'。类似地，从I单元17中得到的I组分I能够在I暂态块21中借助能够适用的I因数FI依赖于暂态指标TI被更改为经更改的I调节份额I'。从D单元18中得到的D组分能够在D暂态块22中借助能够适用的D因数FD依赖于暂态指标TI被更改为经更改的D调节份额D'。
P因数和/或I因数和/或D因数能够稳固地预先设定或借助相应的P特性图块23、I特性图块24或D特性图块25的相应的因数特性图依赖于运行点来提供，该运行点能够例如通过马达转速nmot和所喷射的燃料量mfuel来说明。特性图块23、24、25能够适用并且基本上确定了在暂态的运行中的PID调节器15的特性。经更改的P调节器份额P'、经更改的I份额I'和经更改的D份额D'在第二求和单元26中相加，并且该和作为AGR调节参量SR提供给第一求和单元11。
在暂态块20、21、22中，经更改的P调节器份额、经更改的I调节器份额和经更改的D调节器份额作为相应的调节器份额P、I、D与暂态指标TI和与P因数、I因数或D因数的乘积以及来自相应的调节器份额P、I、D与减值RB=1-TI的乘积的和来计算。
在暂态块20、21、22中所实现的方程用于：连续地执行从稳定的运行到暂态的运行中的过渡，从而不能够产生AGR调节调节参量SR的突然的改变。
最后，P因数特性图23设置的是，在暂态的运行的情况中，相对于P单元的P调节份额P来提高PID调节部的经更改的P调节份额P'（并且具体而言相应于实现在P暂态块20中的方程相应于P因数FP）。
此外，I单元17在突然的负载升高时（该负载升高造成暂态指标TI超过预先设定的暂态指标阈值TITH）能够回缩到0或预先设定的值。暂态指标TI与预先设定的暂态指标阈值TITH的相应的比较在比较块29中执行，该比较块将回缩信号R提供至I单元17。
在在图2中展示的AGR调节功能的工作方式借助图3的时间走势来展示。图3示出了额定增压压力PLDsoll、实际增压压力PLDist、每个缸体的额定新鲜空气质量流量msoll、每个缸体的实际新鲜空气质量流量mist、AGR调节参量SAGR、AGR预控制调节参量SV、稳定的预控制调节参量SVStat、经更改的P份额P'、经更改的I份额I'以及暂态指标TI的时间走势。借助在图3中所示的走势可见的是，在要求向着时刻T0的快速的负载升高时，额定增压压力PLDsoll突然升高并且实际增压压力PLDist相应于增压压力的所要求的升高通过废气焓的缓慢的升高相应于所要求的额定增压压力PLDsoll来进行。
同时，从中得到了流到内燃机中的空气质量流量mist的相应于额定空气质量流量msoll的升高，该额定空气质量流量对应于在在实际增压压力PLDist升高期间所提供的废气焓的情况中最大地提供的空气质量流量。突然的负载需求在正常情况下导致的是，预控制调节参量SV同样地突然地具有新的值，该值相应于基础的预控制模型对应于在负载升高之后在稳定的运行情况中的再循环的燃烧废气的需求。作为取代方案，在暂态的过渡期间，进一步减小预控制调节参量SV，以便这样来减小再循环的燃烧废气的量并且能够将新鲜空气的更大的量传送至缸体的燃烧室中。如果马达系统1的状态再次接近稳定的状态，则预控制调节参量SV再次回引到对于稳定的运行状态此时适用的值上。通过将AGR预控制调节参量SVGR回缩到值0或接近0，能够从而支持内燃机的负载升高，因为临时地提高了新鲜空气供应。
预控制调节参量SV的减小相应于暂态指标TI的走势来进行，该暂态指标对于额定增压压力PLDsoll的暂态的过渡具有大于0的值并且尤其在大的或突然的负载升高时具有值1，该暂态指标在实际增压压力PLDist至额定增压压力PLDsoll的接近的过程中再次达到值0。
调节单元15的调节参数以相应的方式在暂态的状态期间被匹配。调节参数的匹配能够同样依赖于暂态指标TI尤其依赖于相应的能够适用的因数、即P因数、I因数和D因数来进行。尤其，为了实现上述的特性将P因数提高并且将I因数降低。D因数然后能够保留不变或同样向着0的方向减小。经更改的因数的考虑相应于加权来进行，该加权通过
暂态指标TI相应地预先设定。为了支持预控制调节参量SV的减小以及由此支持被再循环到缸体中的燃烧废气的量，此外能够在暂态的过渡中将I单元的I调节份额回缩到0或低的值上。这通过经更改的I份额I'在负载跳变的时刻处的突然的下降可见。
上述的方法设置了对于用于调节AGR阀72的传统的PID调节部的补充方案，其中再循环的燃烧废气的量在暂态的负载改变时显著减小，以便通过在内燃机2的缸体3中的所供应的新鲜空气量的提高来支持负载提高。
Claims (13)
1.用于运行在带有废气再循环部的马达系统（1）中的内燃机（2）的方法，包括以下步骤：
- 通过设定再循环的燃烧废气的量来运行内燃机（2）；
- 依赖于预控制部和调节部来设定再循环的燃烧废气的量；并且
- 在负载需求提高时，更改所述预控制部，使得在向着被所述负载需求所说明的负载的过渡期间，把再循环的燃烧废气的量降低至这样的再循环的燃烧废气的量，该量小于在稳定的运行情况中在对应于经提高的负载需求的负载的情况中所得到的再循环的燃烧废气的量，其中，再循环的燃烧废气的量依赖于通过所述预控制部所预先设定的预控制调节参量（SV）和通过所述调节部（SR）所预先设定的AGR调节参量的总和来确定，其中，依赖于暂态指标（TI）更改所述预控制调节参量（SV），使得在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间，通过所述预控制调节参量（SV）所说明的再循环的燃烧废气的量相对于一稳定的预控制调节参量（SVStat）降低，该稳定的预控制调节参量是作为在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡之后的预控制调节参量（SV）所得出的。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，仅当暂态指标（TI）说明了在马达系统（1）的空气供应系统（4）中的一动态的特性，该动态的特性超过用于所述动态的特性的所预先设定的阈值时，预控制部才能够将预控制调节参量（SV）依赖于暂态指标（TI）降低到经减少的再循环的燃烧废气的量。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述调节部基于一个或基于多个调节参数（P、I、D），其中，所述调节参数（P、I、D）中的至少一个在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间被改变。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，至少一个调节参数（P、I、D）的改变依赖于预先设定的因数（FP、FI、FD）和/或暂态指标（TI）来确定。
5.按照权利要求3所述的方法，其中，所述调节部包括PID调节部。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，比例调节份额在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间被提高和/或积分调节份额在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间被降低和/或微分调节份额在向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡期间不变地保留或降低。
7.按照权利要求5所述的方法，其中，PID调节部的I调节份额能够依赖于向着通过所述负载需求所说明的负载的过渡进行回缩。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，PID调节部的I调节份额能够依赖于暂态指标（TI）进行回缩。
9.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述暂态指标（TI）说明：负载需求的提高以何种程度造成在马达系统（1）的空气供应系统（4）中的动态的改变。
10.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述调节部包括AGR质量流量调节部、AGR率调节部或新鲜空气质量流量调节部。
11.用于运行在带有废气再循环部的马达系统（1）中的内燃机（2）的装置，其中，所述装置构造用于实施按照权利要求1到10中任一项所述的方法。
12.马达系统（1），包括：
- 内燃机（2）；
- 按照权利要求11所述的装置。
13.能够由机器读取的存储介质，在该存储介质上储存了计算机程序，该计算机程序被设计用于实施按照前述权利要求1到10中任一项所述的方法的所有步骤。
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