CN107923331A - 用于使内燃机运行的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在任何驾驶操作中并且特别是在经定义的测试循环期间使内燃机运行的方法，其确定了遵守法规。内燃机具有至少一个废气后处理设备，其具有可调节的效率程度(例如通过改变还原剂)，或具有废气再循环设备或替代变量，其用于改变原始发动机排放。配置至少一个监测窗口给活动曲线图。本发明的目的是使得能够特别是在真实驾驶操作期间满足严格的废气规定，同时允许较低的燃料消耗。该目的这样实现，即，在驾驶曲线图或测试循环内限定驾驶曲线图的至少一个主监测窗口和具有起点和终点的子监测窗口(F2)。在子监测窗口(F2)期间，在达到另一主监测窗口F3的终点之前对主监测窗口F3进行至少一个所观察的排放(E)的预测性的并且定量的估计，并且将预测的排放量与限定的最大排放量比较。在与最大排放量有较大偏差的情况下，适应性地修改内燃机或废气后处理过程的至少一个控制参数，使得所监测的排放(E)的量尽可能地接近特定的目标值，并且优化对运行资源的消耗。

Description

用于使内燃机运行的方法
本发明涉及用于在限定的循环期间使内燃机运行的方法，其中内燃机的发动机原始排放可经由至少一个排放控制参数调节，并且其中使循环分配有具有起点和终点的至少一个监测窗口。该循环可以是任何驾驶模式循环或限定的法定循环。
一般地，调节废气后处理设备下游的点的发动机排放，以在特定的测试循环中、诸如用于欧6商用车的WHTC(WHTC＝世界统一瞬态循环(World Harmonized TransientCycle))中达到规定的排放。对于商用车辆的欧6排放标准规定不仅可在特定的测试循环中，而且可在真实驾驶情况下的整个使用周期期间检查车辆是否符合和遵循法律条例。在该情况下，对使用中的车辆在所谓PEMS循环(便携式排放测量系统(Portable EmissionMeasurement System))中、在标准化路线上对使用中的车辆检查所谓RDE(真实驾驶排放(Real Driving Emissions))。法定循环的标准发动机校准(标定)必须也覆盖这些对于RDE的要求。在该情况下，整个排放校准数据集通常根据运行点在若干阶段上、在具有更高排放的最佳消耗的极限与具有最低排放的更高消耗之间切换。因此，在前述策略中，通常发生在不同情况的特性曲线之间的纯切换，这主要基于当前的发动机运行点和废气后处理设备的温度。
缺点在于，在许多运行点中具有最低排放的运行根据所观察到的排放会导致更高的燃料消耗。良好的燃料消耗值和因此较低的CO2排放产生例如更高的NOx值，因为例如使用了减小的废气再循环，其中，如果为了减小NOx排放而增加了再循环的废气的量，则消耗值增加。
本发明的目的是确保在真实驾驶操作中符合严格的废气法律，而同时维持较低的燃料或运行资源消耗。
这根据本发明这样实现，即，在具有第一起点和第一终点的循环的第一监测窗口中，在第一终点的时刻时，限定具有位于第一终点之前的部分窗口起点和具有与第一终点重合的子窗口终点的至少一个子监测窗口，其中，在达到第二监测窗口的第二终点之前，基于子监测窗口的排放量进行对第二监测窗口的至少一个观察的排放量的预测性的并且定量的估计，第二监测窗口的第二起点位于第一终点之前，并且将针对第二监测窗口的估计的排放量与所限定的最大排放量比较，并且在达到或超过最大排放量时，适应性地改变内燃机的至少一个排放控制参数，从而降低所观察到的排放的量。
因此，所估计的排放量可例如与法定最高排放量比较，其中，在降到低于或超过最大排放量时，适应性地改变废气后处理系统或内燃机的至少一个控制参数和/或至少一个校准变量或排放控制参数，从而在边界情况下将燃料或运行资源的消耗保持得尽可能低，使得所观察到的排放的量在目标范围内。
所考虑的排放可例如是NOx排放。监测窗口和子监测窗口被定义为具有开始时间和结束时间的期间(时间段)。结束时间取决于达到给定的窗口值，例如累积功率。因此，窗口例如以总功率为零的值开始，而终点定义为累积的总功率的值。其它值例如行进的公里数、燃料消耗和类似物可用作子监测窗口尺寸的决定值。
例如，循环可以是法规遵从测试循环，但其它关于一般操作的循环、诸如运行时间或点火次数循环也可在本发明的方法中使用。
本发明使得可能在完成第二监测窗口之前、基于子监测窗口的结果作关于是否达到需要的排放值的估计，和重新调节废气再循环率或计量的数量以及其它影响的变量。这也允许在正常运行期间并且特别是在动力运行中，在可适用的限值内对运行优化。在本发明的上下文中的排放控制参数因此例如是(内部或外部)废气再循环系统的废气再循环率、废气后处理系统(“发动机后处理系统”(Engine Aftertreatment System)，EAS)的计量数量、节流位置或其它。
为了尽管遵守法定排放极限值而仍然将燃料消耗保持得较低，如果适应性地改变内燃机的(例如也是EAS的)所选取的排放控制参数，使得在所观察的第二监测窗口的终点处，所观察到的排放的量的累积值在限定的极限之下，则是有利的。在本发明的一个变型中，控制参数例如是内部或外部废气再循环系统的废气再循环率或现有的废气后处理系统的所计量的量。
在本发明的一个变型中，排放控制参数涉及以下组中的至少一个：内部或外部废气再循环系统的废气再循环率、还原剂或燃料的计量数量、还原剂或燃料的喷射量、空气质量、喷射定时(时间)、喷射系统的油管压力、对现有的废气后处理系统的计量。
较佳地，根据内燃机的至少一个当前运行参数来对所观察到的排放的量的估计从发动机功率、发动机速度、转矩、发动机负荷、废气质量流量和在废气管道的尾管中的所观察到的排放值的浓度以及废气温度构成的组中进行。
为了使得能够对所观察到的排放的量进行快速和最精确地估计，在本发明的上下文中规定了，基于当前运行参数，在达到内燃机或废气后处理设备的至少限定的最低温度之后或在限定的时间窗口之后，计算至少一个第一监测窗口、较佳地是以所限定的时间间隔计算若干监测窗口和/或子监测窗口，并且在各情况下计算在监测窗口内的被考虑的累积比(特定)排放的相关的量。
与此并行地，根据本发明的一变型，基于当前运行参数，在达到内燃机或废气后处理设备的至少一个预定的最低温度之后或在所限定的时间窗口届满之后，计算在监测窗口内的至少一个子监测窗口并且在各情况下计算在该子监测窗口内的所观察到的累积的比排放的相关的量，其中，子监测窗口比相关的第一监测窗口小。较佳地，子监测窗口的开始对应于第二监测窗口的开始，并且同时子监测窗口的结束对应于第一监测窗口的结束。在一变型中，子监测窗口的部分窗口终点对应于第一监测窗口的第一终点。子监测窗口的高度ΔW2可自由计算，并且例如是第一监测窗口的高度ΔW1的百分之50。
取决于对在子监测窗口结束时的排放进行估计的结果，如有需要则改变至少一个排放控制参数，以使得在未来的主监测窗口或第二监测窗口结束时，可实现处于法定要求之下的累积排放的值。
有利地，在实际进行控制参数的改变之前，通过检查功率水平、窗口长度、窗口作功、比排放的量、平均窗口功率的值中的一个或多个来持续检查窗口的有效性。在异常的情况下，否定该窗口的有效性，而对新的监测窗口和/或子监测窗口继续计算。统计地记录有效和无效的窗口。换言之，适宜地、统计地记录异常的(即否定的)监测窗口和非异常的(即未否定的)监测窗口的个数。
根据本发明的一变型，读出在监测窗口内的数据直至已达到所期望的累积作功。读出过程的结果是：窗口有效性、窗口排放、窗口长度、累积作功和累积排放。
为了遵循涉及RDE(真实驾驶排放)的法律条例而对内燃机和废气后处理设备的控制持久地发生，并且实时基于例如以g/kWh(克/千瓦时)的当前排放水平的计算发生，而不必像在常规的排放积分器中那样考虑整个排放历史。该计算借助窗口评估完成，其中，长度、有效性和时间变化。因此，比之前精确得多的控制是可能的，并且可更好地利用所允许的排放范围。此外，在测试驾驶期间已经进行循环评估，并且确定了所有与排放相关的值，并且进行对计算的窗口的统计学评估(例如参见图3)。这消除了对循环结果迄今为止通常的后续并且冗长的计算，因为这些在测试运行结束时已经可获得。
基于当前的发动机速度、转矩、废气尾管(其位于废气后处理设备下游)中的NOx浓度和废气温度，在考虑传感器延迟和对以更高的时间分辨率(例如10ms的临时分辨率)测量的输入值进行平均之后，每秒地计算累积NOx质量(以[g])和累积功率或能量(以[kWs(千瓦秒)])并且存储在缓冲器中。基于该数据，在达到某一发动机或废气温度之后或在时间窗口届满之后，每秒计算主监测窗口与子监测窗口和相关联的累积NOx质量排放，因此得到对应窗口的NOx比排放(特定的NOx)(以[g/kWh(克/千瓦时))])。与来自客车的排放相反，商用车不以g/km而以g/kWh(克/千瓦时)表达排放。这些窗口的开始时间和窗口长度两者动态变化，因为总是实时根据可变的发动机功率、基于速度和载荷曲线图来计算恒定的积分的窗口功率、里程数、作功或类似物。并行地，对该窗口长度的自由可配置的(例如50％)部分附加地进行相同的计算，从而在整个窗口运行时间结束之前预测具有较高可能性的结果，并且如有需要则改变运行模式。因此，在窗口中累积的排放被保持在预定的极限值以下，其中，在绝大多数情况下，可节省SCR催化剂的反应物(尿素)和燃料两者。这些窗口结果每秒进入排放控制系统作为排放储备的引导变量，该引导变量接着激活针对发动机和废气后处理分别需要的运行模式。
同时，为了确认，持久地将窗口的有效性、性能水平、窗口长度、窗口作功、NOx比排放(特定的NOx排放)和平均的窗口性能与要求的可配置的极限和条件比较。仅在符合或满足所有这些极限和条件时，计算的排放窗口才将是有效的并且用于验证。在该情况下，不符合的测试窗口的个数可能不超过总窗口数中的给定比例，以确保测试通过。
并行于主窗口和子窗口的计算，实时统计学地评估窗口结果作为分析的基础和附加引导变量。
接着使有效的窗口的NOx比排放标准化，并且确定可调节的(例如90％)排放值。该统计学的评估的结果是ISC符合性因子(ISC＝在用符合性(In Service Conformity))、最大BS NOx(“制动特定”(break specific):以每千瓦时的NOx的克数表达的NOx排放)、窗口个数、最大窗口功率以及窗口频率在各个排放范围上的分布。在合适的控制设备中，将该信息、但主要是NOx比排放包括为引导变量。在该情况下，可在主窗口、子窗口或在这两个计算结果之间的加权平均之间选择。此后，基于迟滞现象，控制器在排放-资源-优化的校准和运行-资源-优化的校准之间切换运行模式，以实现最佳的可能的燃油经济，同时仍满足所有排放限制。通过将这些结果用作引导变量，控制器可减少对运行资源的消耗、同时维持可允许的排放。因为根据一个变型该控制器使用位于废气后处理设备下游的废气管道中的NOx传感器，可通过增加使用具有更低排放的发动机运行模式来补偿废气后处理设备的老化，并且因此可延长整个系统可能的使用时间。
根据本发明的一变型，根据在第二子监测窗口内累积的比排放，改变内燃机和/或废气后处理设备的至少一个运行参数和/或运行模式，以使得在第二监测窗口结束时，所观察的累积排放处于针对比排放限定的阈值以下。
在本发明的另一变型中，各监测窗口和/或各子监测窗口的计算结果和所计算出的累积比排放被馈送到统计学的评估。
有利地，根据监测窗口和/或子监测窗口的累积比排放，执行对这些排放值进行加权。这些排放值被统计地记录并且馈送到对应的控制变量作为附加的引导变量。
以下将参照在附图中示出的非限制性实施例更详细地阐释本发明，附图中：
图1和图2示出通过使用根据本发明的方法，在测试循环期间商用车的示例性性能和排放曲线图；以及
图3以直方图示出累积的测量值。
测试循环代表关于可应用的循环的若干可能的实施例中的一个。该程序等同地可应用于商用车和乘用车。
在各情况下，在测试循环期间，随着时间t累积地绘制商用车内燃机的例如NOx的所观察的排放E的量Y。
如图1和2中所示的，在整个测试循环或其它驾驶操作的开始和结束之间限定沿着时间轴移动的至少一个第一监测窗口F1，其中，每个第一监测窗口F1具有特定宽度Δt1和高度ΔW1，其中，宽度Δt1对应于在第一监测窗口内的驾驶曲线图部分(从起点到终点)的持续时间。第一监测窗口F1具有第一起点A1和第一终点B1。高度ΔW1基本对应于累积作功，而ΔN1对应于在驾驶曲线图部分的持续时间内排放的累积增加。
基于并且根据至少一个外部计算的变量，每个第一监测窗口F1的宽度Δt1和/或高度ΔW1是可变地确定的或以可变的方式得到。这些窗口特征Δt1、ΔW1可借助校准(标定)来设定或预先限定，并且替代地也可动态改变。外部计算的变量可例如是累积功率、累积排放和/或累积燃料和/或运行资源的累积消耗。如果宽度Δt1变化，则第一监测窗口的高度ΔW1也响应于其而变化。如果相反地高度ΔW1变化，则第一监测窗口的时间宽度Δt1也改变。
在第一监测窗口F1内、接近于监测窗口F1的时间点tact，进一步确定(具有部分窗口起点A2和部分窗口终点B2的)子监测窗口F2，其中，第一监测窗口F1和子监测窗口F2可具有相同的终点(端点)和相同的高度ΔW2(100％)。然而，子监测窗口F2的高度ΔW2并且因此持续时间通常选择为明显更低并且可以是第一监测窗口F1的约0％到50％，在该情况下是约33％(图2)。在未示出的变型中，使用并行运行并且快速地相继开始的监测窗口和子监测窗口。
对于第二、接着的(具有第二起点A3和第二终点B3的)监测窗口F3的高度ΔW3，基于子监测窗口F2估计出累积排放并且与可允许的极限值比较。如果结果是排放的增加(预测的ΔN3)比该极限值高或低太多，则排放控制参数干预内燃机的控制、例如计量的数量，并且改变各排放控制参数，以使得所观察到的排放、例如NOx排放的量可减小或增加(受控制的ΔN3)。这确保了监测窗口(图2)符合法定极限值并且优化对运行资源的消耗。因此，基于对子监测窗口F2的累积排放的估计的中间结果，较早地并且以预调节的方式进行控制，从而因此随后在第二监测窗口F3中不超过特定的目标值，并且将对运行资源的消耗保持为最小。为此目的提供的控制设备根据需要切换对应的运行模式(例如对于排放或消耗量进行优化)和/或废气后处理设备。根据在子监测窗口F2内的累积比排放E，改变内燃机和/或废气后处理设备的至少一个运行参数和/或运行模式，使得在第二时间窗口结束时，所观察的累积排放处于针对该比排放预定的极限值以下。
监测窗口F1和子监测窗口F2两者继续以离散时间步如由箭头tAct示出的、沿着时间轴t进一步移动，其中，步宽Δts能可变地校准。例如，步宽Δts可达到一秒。在该情况下，窗口F1、F2、F3的宽度Δt1、Δt2、Δt3和高度ΔW1、ΔN1、ΔW2、ΔN2、ΔW3、ΔN3可持续变化。在图2中，例如，示出两个相继计算的监测窗口F1和子监测窗口F2，其中，两个相继的监测窗口F1的结束时间偏移步宽Δts。
通过检查功率水平、窗口作功(＝在子监测窗口内的作功输出)的窗口宽度或高度ΔW1、ΔW2、ΔW3、Δt1、Δt2、Δt3、比排放的量和/或平均窗口功率(在子监测窗口内的功率的平均值)来持续地验证窗口F1、F2、F3的有效性。在异常的情况下，否定该窗口的有效性，而对新监测窗口F1、F3和子监测窗口F2的计算继续。统计地记录或加和有效和无效的窗口。举例来说，图3示出具有在不同排放范围内加和的有效或无效窗口的直方图。根据本发明的解决方案允许在循环或驾驶期间在最优范围X中的最优或法定要求极限内的移动。

Claims (12)

1.一种用于使内燃机在限定的循环中运行的方法，其中，所述内燃机的发动机原始排放能经由至少一个排放控制参数进行调节，并且其中所述循环具有带有起点(A1、A2、A3)和终点(B1、B2、B3)的至少一个监测窗口(F1、F2、F3)，其特征在于，在具有第一起点(A1)和第一终点(B1)的所述循环的第一监测窗口(F1)内，在所述第一终点(B1)的时刻，限定具有位于所述第一终点(B1)之前的部分窗口起点(A2)和具有与所述第一终点(A2)重合的子窗口终点(B2)的至少一个子监测窗口(F2)，其中，甚至在达到第二监测窗口(F3)的第二终点(B3)之前，基于所述子监测窗口(F2)的排放量(E)进行对所述第二监测窗口(F3)的至少一个所观察到的排放量(E)的预测性的且定量的估计，所述第二监测窗口的第二起点(A3)位于所述第一终点(B1)之前，并且将对所述第二监测窗口(F3)的估计的排放量与限定的最大排放量比较，并且在达到或超过所述最大排放量时，适应性地修改所述内燃机的至少一个排放控制参数，使得所观察到的排放(E)的量下降。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，适应性地修改所述内燃机的所述排放控制参数，以使得在所观察到的所述第二监测窗口(F3)的终点时，所述所观察到的排放(E)的量的累积值(Y)位于限定的极限值以下。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述排放控制参数涉及以下组中的至少一个：内部或外部废气再循环系统的废气再循环率、还原剂或燃料的计量的量、还原剂或燃料的喷射量、空气质量、喷射时间、喷射系统的油管压力、对现有的废气后处理系统的计量。
4.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，根据来自发动机功率、发动机速度、转矩、发动机负荷、在废气管道的尾管中所观察到的排放值的浓度和废气质量流量和废气温度构成的组中的所述内燃机的至少一个当前运行参数执行对所观察到的排放(E)的量的估计。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述当前运行参数，在达到所述内燃机或废气后处理设备的至少一个限定的最低温度之后或在限定的时间窗口届满之后，计算至少一个第一监测窗口(F1)、较佳地是以限定的时间间隔计数若干监测窗口(F1、F3)和/或所述子监测窗口(F2)并且计算在各个情况下在所述监测窗口(F1、F3)内的所观察到的累积的比排放(E)的相关联的量。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，基于所述当前的运行参数，在达到所述内燃机或废气后处理设备的至少一个限定的最低温度之后或在限定的时间窗口届满之后，计算在所述第一监测窗口(F1)内的至少一个子监测窗口(F2)和对应地在所述子监测窗口(F2)内的所观察到的累积比排放(E)的相关联的量，其中，所述子监测窗口(F2)比所述第一监测窗口(F1)小，并且较佳地所述子监测窗口(F2)的所述子窗口终点(B2)对应于所述第一监测窗口(F1)的所述第一终点(B1)。
7.如权利要求1至6中的一项所述的方法，其特征在于，通过检查功率水平值、窗口宽度(Δt1)、窗口作功、比排放(E)的量、平均窗口功率中的一个或多个来持续检查所述监测窗口(F1、F3)的有效性，在异常的情况下，否定该窗口的有效性，而对新的监测窗口和/或子监测窗口的计算继续。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，统计地记录异常监测窗口和非异常监测窗口的个数。
9.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，根据在所述子监测窗口(F2)内的累积的比排放(E)，改变所述内燃机和/或所述废气后处理设备的至少一个运行参数和/或运行模式，以使得在所述第二监测窗口(F3)结束时，所观察到的累积排放处于针对比排放的限定的极限以下。
10.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，将所述监测窗口(F1、F3)和/或所述子监测窗口(F2)的计算结果和所计算出的累积比排放(E)馈送到统计学的评估。
11.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，根据所述监测窗口(F1、F3)和/或所述子监测窗口(F2)的累积比排放(E)，进行对这些排放值的加权，统计地记录所述排放值，并且将所述排放值供应到对应的控制变量作为附加的引导变量。
12.如权利要求1至11中的一项所述的方法，其特征在于，将NOx和/或CO2考虑为所述排放。
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