CN107131062B - 用于运行带有废气再循环部的内燃机的方法和装置 - Google Patents

用于运行带有废气再循环部的内燃机的方法和装置 Download PDF

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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：‑通过预设额定质量流量（dmAGRsoll）来运行内燃机（2）；‑基于预先给定的额定质量流量（dmAGRsoll），执行质量流量的质量流量调节；并且‑依赖于惰性气体质量流量，求取所述额定质量流量（dmAGRsoll），该惰性气体质量流量依赖于在被提供给内燃机（2）的气体质量流量和新鲜空气质量流量之间的差异来确定，该新鲜空气质量流量被需要以用于达到在所述缸体（3）中的预先给定的空气燃料比。

Description

用于运行带有废气再循环部的内燃机的方法和装置
技术领域
本发明涉及带有废气再循环部的内燃机，尤其涉及用于在负荷转换时设定废气再循环率的方法。
背景技术
尤其，被燃料运行的内燃机（自行点火的内燃机、例如柴油马达）通常设有废气再循环部，以便将惰性的燃烧废气带入缸体中。由此，能够减小空气量，该空气量能够供用于在内燃机的缸体中的燃烧，从而能够减小所述内燃机的氮氧化物排放。
再循环的燃烧废气的量一般地通过能够设定的废气再循环阀来设定。所述废气再循环阀基于废气再循环质量流量（AGR质量流量）的额定预设或废气再循环率（AGR率）的设定预设来调节。所述AGR质量流量的或AGR率的实际值能够通过在所谓的文氏管单元中的合适的测量、例如借助于差压传感器进行的测量来求取。借助所述差压传感器、进气管压力和燃烧废气的温度，能够建模所述AGR质量流量。
从公开文件DE 10 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的方法和装置，其中，识别到了内燃机的动态的运行状态并且在识别到动态的运行状态的情况中，执行到所述内燃机的空气系统中的修正干预。尤其，能够此时获得最佳的增压压力建立：即当经过涡轮增压器提供了最大的质量流量时，其中，在该情况中不进行废气再循环。
公开文件DE 10 2004 004 534 A1说明了用于运行AGR阀的方法，其中，当所述车辆尝试加速时，就闭合所述AGR阀。
发明内容
根据本发明，设置了根据本发明的、尤其用于机动车的用于运行带有废气再循环的内燃机的方法以及根据本发明的装置以及马达系统。
其它的设计方案在优选实施例和其它实施例中给出。
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：
-通过预设额定质量流量来运行内燃机；
-基于预设的额定质量流量，执行质量流量的质量流量调节；并且
-依赖于惰性气体质量流量，求取所述额定质量流量，该惰性气体质量流量依赖于在被提供给内燃机的气体质量流量和新鲜空气质量流量之间的差异来确定，该新鲜空气质量流量被需要以用于达到在所述缸体中的预设的空气燃料比。
尤其，所述方法能够设置的是，通过预设额定AGR质量流量，由被再循环到内燃机的进气管中的燃烧废气来运行内燃机；基于预设的额定AGR质量流量来执行AGR质量流量的AGR质量流量调节，并且将所述额定AGR质量流量作为额定质量流量来求取。
上述的方法设置的是，被再循环的废气质量流量（AGR质量流量）相应于额定AGR质量流量通过调节废气再循环调节阀来设定。在动态的负荷提高中、例如在通过驾驶员请求经提高的马达力矩时，相比于稳定的运行特性（恒定的负荷请求、恒定的转速），由于燃料的经提高的量，则在缸体中缺失氧气。为了限定烟尘排放并且为了达到马达力矩的快速的提高，在动态的负荷提高时，通常闭合所述废气再循环阀，以便通过再循环的废气来结束空气的挤压并且由此将较大的空气量导引到缸体中。于是，随着达到经提高的负荷点，再次打开所述废气再循环阀，以便减小氮氧化物排放，该氮氧化物排放能够在氧气过剩时出现。
上述的方法设置的是，为了避免烟尘形成而确保的是，在动态的负荷提高期间，不出现这样的空气燃料比，该空气燃料比关于预设的最小的空气燃料比具有燃料过剩。相应设置的是，如此地预设额定AGR质量流量：使得此额定AGR质量流量实现了在缸体中的空气量，从而不低于所述预设的空气燃料比。以这种方式，能够实现所述内燃机对提高负载需求的经改善的响应特性，并且也在动态的马达运行中实现较低的烟尘排放和氮氧化物排放。
此外，通过载荷模型，依赖于进气管压力、进气管温度和内燃机的转速，能够求取被提供给内燃机的气体质量流量。
能够设置的是，当提供给内燃机的气体质量流量小于空气质量流量（该空气质量流量被需要用于达到在缸体中的预设的空气燃料比）时，将所述额定AGR质量流量预设为0。
此外，当被提供给内燃机的气体质量流量大于空气质量流量（该空气质量流量被需要用于达到在缸体中的预设的空气燃料比）时，惰性气体质量流量和稳定AGR质量流量中的较小的那个被预设作为额定AGR质量流量，其中，所述稳定AGR质量流量对应于这样的AGR质量流量：其在实时的马达转速中和在燃料的这样的喷射量中从内燃机的稳定的运行中设定，该喷射量尤其基于预设的AGR特性图而配设给瞬时的负载需求。
能够设置的是，AGR质量流量调节对应于PID调节，并且尤其AGR调节参量被提供用于在废气再循环线路中操控AGR阀。
尤其，在避过所述AGR质量流量调节的情况下能够如此地预设所述AGR调节参量：使得所述AGR阀完全地闭合，当所述额定AGR质量流量对应于0时。
按照另一个实施方式，所述方法能够设置这样的步骤：
-通过预设被提供到内燃机的进气管中的新鲜空气质量流量的额定新鲜空气质量流量（作为额定质量流量）来运行所述内燃机，
-基于预设的额定新鲜空气质量流量，执行所述新鲜空气质量流量的空气质量流量调节；并且
-依赖于惰性气体质量流量，求取所述额定新鲜空气质量流量，该惰性气体质量流量依赖于在被提供给内燃机的气体质量流量和新鲜空气质量流量之间的差异来确定，该新鲜空气质量流量被需要以用于达到在所述缸体中的预设的空气燃料比。
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，所述装置构造用于：
-通过预设额定质量流量，运行所述内燃机；
-基于预设的额定质量流量，执行质量流量的质量流量调节；并且
-依赖于惰性气体质量流量，求取所述额定质量流量，该惰性气体质量流量依赖于在被提供给内燃机的气体质量流量和空气质量流量之间的差异来确定，该空气质量流量被需要以用于达到在所述缸体中的预设的空气燃料比。
根据另一个方面设置了马达系统，它包括：
- 内燃机；
- 上述的装置。
附图说明
实施方式随后依据所附的附图更加详细地阐释。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；并且
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。
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，尤其作为柴油马达。
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经过未示出的喷射阀而喷射到缸体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的说明。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阀、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，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彼此相继地布置在该废气再循环线路中。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中并且从而再循环到所述缸体3中。这些也称为AGR质量流量。在被提供给内燃机2缸体3的气体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质量流量调节部依赖于内燃机2的运行状态借助AGR调节参量SAGR通过AGR阀72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。
设置了控制器10，为了运行内燃机2，该控制器能够操控AGR阀72、增压调节器64、节气门8和另外的致动器，例如用于确定有待喷射的燃料量的喷射阀。总共地，控制单元10依赖于由外部提供的关于额定扭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）的数据来操控所述致动器。额定扭矩能够从经过驾驶踏板的促动能够预设的驾驶员期望或负载需求中得到。
此外，能够在废气再循环线路7中设置AGR质量流量传感器73，以便测量实时的AGR质量流量。
在所述控制单元10中还能够施行所述AGR质量流量调节。所述AGR质量流量调节尤其被实施作为软件算法并且依赖于预设的额定AGR质量流量dmAGRsoll来预设用于调节所述AGR阀72的AGR调节参量SAGR。所述AGR质量流量调节被构造用于：借助于所述AGR调节参量如此地设定所述AGR阀72：使得所述实际AGR质量流量尽可能快速地跟随预设的额定AGR质量流量。尤其，能够预设以PID调节器为形式的AGR质量流量调节部。
在图2中，预设了示意的功能图表，以用于表明求取所述额定AGR质量流量dmAGRsoll。所述功能图表对此具有载荷模型21，该载荷模型基于马达系统1的状态参量，尤其进气管压力ps、进气管温度Ts、缸体的数量、缸体冲程容积和马达转速n，求取流进所述内燃机2的缸体3中的气体质量流量dmeng。
在被燃料导引的内燃机中，通过预设燃料的喷射量dmfuel，来设定所需的马达力矩、也即负载规定。这种喷射量dmfuel在控制单元10中以本身已知的方式从预设的驾驶员意愿力矩中尤其依赖于驾驶踏板姿态来求取。
在空气量计算框22中，从相应于所述负载规定所需的燃料的喷射量dmfuel中还计算空气质量流量dmair，该空气质量流量被需要用于达到在缸体3中的预设的空气燃料比。这点同时表现为最小的空气质量流量，为了避免烟尘排放，必须将该空气质量流量提供给缸体3。所述计算以公知的方式基于所述空气燃料比来进行，该空气燃料比依赖于运行点地从预设的特性图中得到。
这样所计算的空气质量流量dmair在减法单元23中被从气体质量流量dmeng减去，并且对应于所期望的惰性气体质量流量的所述结果（差）被提供给最大值挑选块24。所述惰性气体质量流量对应于惰性的燃烧废气的质量流量，该燃烧废气被添加给新鲜空气质量流量，从而在所述缸体中达到了预设的空气燃料比。所述最大值挑选块24求取在预设的值0和惰性气体质量流量之间的最大值并且将该结果进一步传导给最小值挑选块25。
在最小值挑选块25中，从来自最大值挑选块24的结果和稳定AGR质量流量dmAGRstat中挑选最小值，所述最大值挑选块24的结果也就是作为在流进所述内燃机2中的气体质量流量和在内燃机2中所需的空气质量流量dmair之间的差的、要么为值0要么为正的惰性气体质量流量，并且将所述所述最小值作为额定AGR质量流量dmAGRsoll进行提供。
所述稳定AGR质量流量dmAGRstat对应于用于稳定的运行、也即在恒定的转速和负荷情况中的内燃机的运行的额定AGR质量流量。所述稳定AGR质量流量dmAGRstat从相应的AGR特性图26中基于马达转速n和为转化被驾驶员所期望的负载需求所需的稳定运行喷射量dmfuelstat来求取，其中，所述稳定运行喷射量dmfuelstat说明了在恒定的转速和负荷的假设下的用于所期望的负荷的运行点的喷射量。
因为，为了在动态的负荷提高时提高内燃机2的马达转速n，为此所需的增压压力在大多情况下显著过低，并且由此所需的新鲜空气质量流量不能够立即实现，则这点在快速的或突然的负荷提高时首先导致的是，在所述减法单元23后得到了用于惰性气体质量流量的负的值。由此，最大值挑选块提供了值0。作为结果，所述最小值挑选块25同样提供了值0，因为该值小于在稳定的状态中的稳定AGR质量流量dmAGRstat。
额外能够设置的是，在输出用于额定AGR质量流量dmAGRsoll的值0时，在控制单元10中所实施的AGR质量流量调节被回避并且所述AGR阀72立即完全地闭合，而不经过AGR质量流量调节来采取旁路。由此，在快速的动态的负荷提高时实现了很快速的响应特性，因为对有待调节到0的额定AGR质量流量dmAGRsoll而言，完全地闭合了所述AGR阀72。

Claims (10)

1.一种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：
-通过预设额定AGR质量流量（dmAGRsoll）来运行内燃机（2）；
-基于该预设的额定AGR质量流量（dmAGRsoll），执行质量流量的质量流量调节；并且
-依赖于惰性气体质量流量，求取所述额定AGR质量流量（dmAGRsoll），该惰性气体质量流量依赖于在被提供给所述内燃机（2）的气体质量流量和新鲜空气质量流量之间的差被确定，需要该新鲜空气质量流量以用于达到在缸体（3）中的预设的空气燃料比，
其中，当被提供给内燃机（2）的气体质量流量大于被需要用于达到在缸体（3）中的预设的空气燃料比的空气质量流量时，惰性气体质量流量和稳定AGR质量流量（dmAGRstat）中的较小的那个被预设作为额定AGR质量流量（dmAGRsoll），其中，所述稳定AGR质量流量（dmAGRstat）对应于这样的AGR质量流量：在实时的马达转速中和在燃料的以下喷射量中从内燃机（2）的稳定的运行中设定该AGR质量流量，该喷射量基于预设的AGR特性图被配设给瞬时的负载需求。
2.按照权利要求1所述的方法，该方法具有另外的步骤：
- 通过预设额定AGR质量流量（dmAGRsoll），由被再循环到内燃机（2）的进气管区段（42）中的燃烧废气来运行所述内燃机（2）；
- 基于所述预设的额定AGR质量流量（dmAGRsoll），执行所述AGR质量流量的AGR质量流量调节；并且
- 求取所述额定AGR质量流量（dmAGRsoll）作为额定质量流量。
3.按照权利要求2所述的方法，其中，当提供给内燃机（2）的气体质量流量小于空气质量流量时，将所述额定AGR质量流量（dmAGRsoll）预设为0，该空气质量流量被需要用于达到在缸体（3）中的预设的空气燃料比。
4.按照权利要求2所述的方法，其中，所述AGR质量流量调节对应于PID调节，并且，AGR调节参量（SAGR）被提供用于在废气再循环线路（7）中操控AGR阀（72）。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，在避过所述AGR质量流量调节的情况下能够如此地预设所述AGR调节参量（SAGR）：使得当所述额定AGR质量流量（dmAGRsoll）对应于0时，所述AGR阀（72）完全地闭合。
6.按照权利要求1所述的方法，该方法具有步骤：
- 通过预设被再循环到内燃机（2）的进气管区段（42）中的新鲜空气质量流量的额定新鲜空气质量流量，运行所述内燃机（2）；
- 基于所述预设的额定新鲜空气质量流量，执行所述新鲜空气质量流量的空气质量流量调节；并且
- 依赖于惰性气体质量流量，求取所述额定新鲜空气质量流量，该惰性气体质量流量依赖于在被提供给内燃机（2）的气体质量流量和新鲜空气质量流量之间的差进行确定，该新鲜空气质量流量被需要以用于达到在所述缸体（3）中的预设的空气燃料比。
7.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过载荷模型，依赖于进气管压力、进气管温度和内燃机（2）的转速，求取被提供给内燃机（2）的气体质量流量。
8.一种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：
- 通过预设额定质量流量（dmAGRsoll），运行所述内燃机（2）；
- 基于所述预设的额定质量流量（dmAGRsoll），执行所述质量流量的质量流量调节；并且
- 依赖于惰性气体质量流量，求取所述额定质量流量（dmAGRsoll），该惰性气体质量流量依赖于在被提供给内燃机（2）的气体质量流量和空气质量流量之间的差进行确定，该空气质量流量被需要以用于达到在缸体（3）中的预设的空气燃料比，
其中，当被提供给内燃机（2）的气体质量流量大于被需要用于达到在缸体（3）中的预设的空气燃料比的空气质量流量时，惰性气体质量流量和稳定AGR质量流量（dmAGRstat）中的较小的那个被预设作为额定AGR质量流量（dmAGRsoll），其中，所述稳定AGR质量流量（dmAGRstat）对应于这样的AGR质量流量：在实时的马达转速中和在燃料的以下喷射量中从内燃机（2）的稳定的运行中设定该AGR质量流量，该喷射量基于预设的AGR特性图被配设给瞬时的负载需求。
9.一种马达系统（1），其包括：
- 内燃机（2）；
- 按照权利要求8所述的装置。
10.一种能够机读的存储介质，其上储存有被设定用于实施按照权利要求1到7中任一项所述的方法的所有步骤的计算机程序。
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