CN110073093A - 用于操作安装在车辆内的内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作安装在车辆内的内燃机的方法，所述内燃机特别是柴油发动机，其中在废气后处理之后，沿流动方向测量或计算废气中包含的污染物的瞬时浓度，所述浓度特别是废气中的NOx浓度。使用所确定的污染物浓度，借助特别地影响调节形式的所述内燃机和/或废气后处理系统的操作参数来监控以mg/km为单位的基于预定义的距离的与污染物限值的符合性和/或以mg/kWh为单位的基于预定义的功率的与污染物限值的符合性。

Description

用于操作安装在车辆内的内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作安装在车辆内的内燃机的方法，特别地，所述内燃机为优选地安装在轿车内的柴油发动机。
背景技术
排放限制的持续强化因此证明了在发动机内部和外部使用相应措施是合理的。特别是对于NOx排放，根据可接受的限值，预测1990年至2020年之间减少高达73％。然而，到目前为止，联邦环境局采取的措施还未能验证这些预测。特别地，靠近交通和市中心的NO2排放仍然示出始终如一的高值。由于该事实主要是由于在测试循环期间的排放值与在客户操作期间的排放值之间的偏差，从2017年9月起，在认证过程的范围内，还将引进实际驾驶操作期间的废气排放测试，以便示出测功机(实验室)和道路(实际)之间可能的应用差异。
在必须由与登记相关的车辆携带的移动式排放测量系统(便携式排放测量系统，PEMS)的帮助下对车辆进行污染物(除了NOx之外，例如CO、CO2、碳烟和未燃烧烃)的实际排放的测量。与底盘测功机上的测试程序(该测试程序在限定且恒定的边界条件下进行)相比，在实际驾驶操作期间产生更多数量的参数，这极大地影响内燃机的操作性能，并且因此也在显著更大的程度上影响车辆的排放性能。因此，为了防止所谓的滥用(misuse)(意味着例如由于激进的驾驶风格的滥用(气体和制动踏板之间的相互作用))或其他最坏情况的情景，某些边界条件(BC)由立法者指定。因此，特别地，影响因素包括环境温度、海拔高度、道路的平均坡度、车辆速度、冷启动、驾驶风格、变速器的换档性能和车辆的最大速度。这些参数中的一些参数无法被计划或预见。
在汽油发动机和柴油发动机的情况下，使用废气后处理系统(例如，催化转化器)是现有技术。因此，在排气温度足够的情况下的污染物成分(一氧化碳CO和未燃烧烃HC)的转化以及在均匀的汽油发动机燃烧(λ＝1)的情况下的氮氧化物同样可以得到最大程度的保证。直到此时，在柴油发动机的情况下，借助排放气体再循环(EGR)将废气混合添加至进气中足以减少NOx排放。然而，由于欧-6排放标准最晚引入轿车，因此必须依赖发动机的范围之外的额外措施。因此，用于小型汽车的NOx存储催化转化器(NSC)和用于中高级汽车和高级汽车的借助尿素的选择性催化还原(SCR)得以坚持。
用于废气后处理系统(也适于汽车内燃机上的所有其他部件)的当前解释标准大大取决于认证相关的操作范围，以便确保用于该操作范围的最佳操作。然而，必须考虑点火性能(热容量)、效应范围(空间速度/停留时间)和成本因素之间的折衷。在汽车发动机的情况下，由于用于氮氧化物还原的反应速度相对较低，待覆盖的质量流量范围需要大的催化转化器体积。加热所需的废气能量相应地增加，从而延迟了点火。在这一点上，多个系统(例如NSC和SCR)的组合或多级系统可以提供帮助，然而，其成本相当高并且需要相应的安装空间。
关于实际废气排放(实际驾驶排放RDE)，不仅发动机特性图中的操作范围增加，而且还超过了几个系统的操作极限，并且这些系统的功能品质(效率)显著降低。
由于过高的废气质量流量或过高的废气流量，或过高的废气温度，会在一定程度上(η转化(Kθην)<95％)减少用于内燃机的许多操作点的NOx排放。
到目前为止，在正常情况下，在驾驶操作期间不能很大程度上改变发动机应用。除了其他方面之外，额外存储在发动机控制单元内的操作模式仅用于废气后处理或发动机冷启动或预热的间隔依赖性再生。除了足够高程度的过程效率的目标以及符合各种操作限制和负荷限制的目标之外，如前所述，在发动机控制系统设计的情况下的动机主要集中在认证循环(Zertifizierungszyklus)上。通常，在个体的基础上，必须借助相应的修改对每个车辆类别和家族进行该过程。关于即将到来的RDE认证，这种方法在将来只能以受限制的方式实施。由于关于驾驶曲线的自由度大以及大量不同的影响参数，使排放限值的符合性(因此特别是NOx限值的符合性)更困难。此外，用于最坏情况情景的发动机控制系统的设计对于客户是不合理的，并且对于设定CO2目标是不可能的。
发明内容
因此，本发明的目的是指出与用于包含在内燃机的废气中的污染物的排放限值符合的可能性，特别是在柴油发动机的情况中与NOx排放符合的可能性，而与不同的影响因素无关。因此，应该确保相应的动力车辆的驾驶性能。
根据本发明，该任务借助包括权利要求1的特征的方法来实现。本发明的有利实施方式和其他实施方式可以使用从属权利要求中指定的特征来实现。
在根据本发明的方法的情况下，在废气后处理之后沿流动方向测量或计算废气中的污染物的瞬时浓度，所述浓度特别是废气中的NOx浓度。使用所确定的污染物浓度，借助特别地影响调节形式的内燃机(特别是柴油发动机)和/或废气后处理系统的操作参数来监控以mg/km为单位的基于预定义的距离的与污染物限值的符合性(Einhaltung)和/或以mg/kWh为单位的基于预定义的功率的与污染物限值的符合性。
例如，可以如[A.Schoener：“提出一种计算柴油发动机的氮氧化物排放的方法(Vorschlag einer Methode zur Berechnung der Stickoxid-Emission vonDieselmotoren)”；论文，布伦瑞克的卡洛罗威廉娜技术大学(德国)；1975年]描述地进行废气中NOx浓度的瞬时计算。
借助本发明，可以实现从几乎不能改变的单个车辆发动机应用到自适应通用操作策略的转变。基本的核心代表了用于操作内燃机的尚未存在的方法/策略。
在调节的期间，在内燃机的调节操作的情况下，除了包含在废气中的污染物的瞬时浓度之外，还应该考虑对应于根据各自的驾驶风格、各自的车辆、车辆状态和环境因素的各自的驾驶状况的瞬时燃油消耗和/或可预见的燃油消耗。以这种方式，例如，在激进的驾驶风格的情况下，相比宁静的、平静的和预测性的驾驶风格的情况，考虑特定污染物限值(特别是在较长时间跨度内作为参考变量的NOx值)的调节可以更多地减少瞬时污染物排放。
在调节的情况下，在调节期间考虑废气后处理系统的瞬时状态(特别是所述废气后处理系统的老化过程)、燃油品质和/或添加至用于减少氮氧化物的废气后处理的化合物(例如车用尿素溶液(AdBlue))的量、种类和/或品质。
可以进行喷射的燃油量、喷射的时间点、燃油喷射的类型、所添加的燃烧空气的升压(Ladedruck)、燃烧空气的温度、再循环废气的温度和/或量、阀门控制次数和/或发动机压缩比的影响。
本发明开创了通过考虑相应分配的污染物限制来考虑各自的时间和/或各自的车辆位置而调节内燃机的操作的可能性。以这种方式，例如，在调节期间，可以考虑在地点(环境区或自然保护区)内的NOx限值低于这些区域之外的情况的NOx限值。考虑夜间具有比白天的情况更高的NOx限值，可以在夜间进行调节。
对于调节，可以使用存储在发动机控制系统中的发动机特性图，其中各自的发动机转速和发动机负荷考虑柴油发动机操作的不同变型。
在调节期间，如果在发动机控制系统内没有与所述内燃机的各自的操作状态相对应的发动机特性图可用，则可以进行插值(Interpolation)。
在变型之间没有插值的情况下，在调节的情况下考虑控制偏差而选择相应的变型，根据具有相应插值的控制偏差，或将参考变量转换为用于原始污染物排放的操作点依赖性目标值(例如以[g/(kW·h)]为单位的NOx)和取决于该控制偏差的相应修改。控制偏差描述了目标变量和实际变量之间的偏差，意思是距离相关的污染物排放的限值和当前值之间的差值(例如：以[g/km]为单位的Δ控制偏差＝NOx，限值-NOx，当前值)。
因此，实时监控排放气体中的实际污染物浓度代表了在现有的废气后处理之后借助计算或废气系统中的传感器的方法的起点。通过对这些值进行积分(累积)，考虑各自的驾驶距离，从而与待符合的限值进行比较是可能的。根据限值的超出值或相应的距离(控制偏差)，采用发动机控制系统以便以最佳的可能方式保持例如CO2排放和NOx排放之间的相应折衷。
具体地，这意味着：“优化的”发动机应用不再用于发动机/车辆组合，而是根据相应的污染物排放来执行的柴油发动机的调节，其中可以依靠存储在电子发动机控制系统内的发动机操作特性图。因此，所选择的操作策略可以包括具有不同优化重点的不同部分应用，并且借助该策略保持与车辆无关。根据目标值，可以在各个应用之间进行切换或由于调节而进行插值。如图1中使用NOx排放的示例示意性地示出的，在高处理效率、低氮氧化物排放和考虑当前距离特定的污染物排放的可用发动机动力学之间进行连续优化。在特定的NOx限值的情况下，可以选择较小的NOx值作为参考变量。特别地，如从图1左侧所示的图中可以看出，在操作发动机期间(例如在预热阶段期间)也可以在短期内超过实际最大允许的NOx限值。然而，应该确保符合在特定的最小距离(优选地至少2km的距离)内的累积的NOx限值。图1的右图示出了在操作期间柴油发动机调节应该以以下方式进行：除了NOx限值之外，还可以考虑随着燃油消耗的CO2排放be，并且同时，安全驾驶由柴油发动机驱动的车辆也可以是可能的。
因此，以使得符合在整个距离上的累积的NOx限值的方式进行调节，最重要的是当结束行程时符合累积的NOx限值。因此，应该考虑2km的最小距离。因此，在任何时间点都不得超过最大测量或计算的NOx值。特别地，如果平均值低于各自的特定NOx限值，则在某些驾驶情况下可以发生并且容忍短期超标。
开发柴油发动机的最大挑战是结果表现出最小NOx排放同时具有低的CO2排放。
除了已经提到的减少NOx排放的方式之外，在调节柴油发动机的情况下，考虑在进入周围环境之前直接瞬时计算或测量的废气的相应NOx值(意思是考虑进行的所有废气后处理，例如颗粒的分离和SCR技术)，废气再循环可以具有相应适合的废气再循环率。在废气后处理系统的相应设计和尺寸标注的情况下，可以实施的是，通过EGR来减少车辆内部的NOx排放可以在没有因此是“仅SCR”操作的情况下完成。然而，如已经解释的那样，在汽车使用的内燃机的情况下，可以产生的废气质量流量的相当大的扩散导致了进一步采取关于催化转化器尺寸的设计折衷。
在RDE操作期间，具有在一定测试循环的尺寸标注重点的常规系统快速达到效果极限。出于这个原因，在废气后处理系统和膨胀(Erweiterung)导致一直到全发动机负荷的EGR(高负荷EGR)的使用之间的组合是期望的。
众所周知，EGR导致燃油消耗增加和颗粒排放增加。由于使用颗粒过滤器，颗粒排放再次完全减少，然而，由于基于所需的间隔的再生(碳烟点火)，这还导致CO2排放增加。因此，应该对发动机内部和外部的污染物最小化进行整体考虑。
为了精确评估EGR影响和对燃烧以及废气排放的作用，在具有共轨直喷以及高压EGR和冷却低压EGR的废气涡轮增压2.0升柴油发动机上进行单缸测试发动机和高动态发动机测功机的各种测试系列。
NOx排放的内部发动机影响是基于最大程度的Zeldovich机构，并且因此主要取决于燃烧温度。各种可能性可用于所需的温度降低以减少氮氧化物排放。以这种方式，借助增压空气中间冷却器，通过降低增压空气温度(Ladelufttemperatur)可以降低最终压缩温度。然而，在合理的能量消耗的情况下，该措施限于增压空气的冷却直到环境温度水平的最大值。米勒阀或阿特金森阀控制次数或均匀或部分均匀的燃烧过程的使用可以以目标定向的方式使用，在NOx减少的情况下，在满负荷和标称性能范围内受到限制。用于减少汽车柴油发动机上的NOx排放的最有影响且易于实施的措施是进气系统中的废气再循环(EGR)。借助这种方式实现的燃烧室中惰性气体比例的增加降低了氧分压并且显著地增加了增压混合物的热容量。结果，峰值燃烧温度降低。然而，较低的氧含量同时促进了其他污染物成分的形成，然而最重要的是碳烟的形成。据此，废气再循环的水平(EGR率)承受永久性折衷。向燃烧室注入具有类似作用的水可以在这方面提供一种补救办法。然而，由于存在的挑战(例如水的提供)，迄今为止尚未证明其已准备好批量生产。
此外，与借助再循环的废气对氧的完全取代相比，在以同时符合恒定空气比增加EGR率的情况下，可以限制碳烟颗粒排放的增加。关于恒定的碳烟排放，增加的燃烧空气的升压压力应该进一步增加，(λ↑)，其中，相反地，由此可以减少可实现的NOx排放减少。此外，在以恒定的空气比增加EGR率的情况下，可以在所有操作点实现燃烧效率的提高并由此实现特定的燃油消耗的降低。
与单缸测试发动机相比，内燃机过程的影响范围在多缸发动机中扩展。这主要涉及增压交换、和废气涡轮增压器的各自的涡轮机、或者用于增加的燃烧空气的单独驱动的压缩机。根据所需的进气体积流量和废气焓流量，导致用于增压交换的不同条件，这些条件对过程效率具有直接的影响。这导致测试期间在再次被补偿或甚至被过度补偿的单缸测试发动机上所示的任何优势。最重要的是，在多缸发动机上不能容易地实现具有高升压要求的操作点。
在多缸发动机的情况下，特定燃油消耗最初随着EGR率增加而降低，并且在相当高的EGR率时再次增加。所需的较高升压要求在涡轮机之前更强的排气流阻塞，从而使得废气背压增加。升压和废气背压大约同时增加多达约EGR率的24％(在发动机转速为2100/分钟并且有效中间压力为7巴的工作点处)，从而增压交换不会发生任何不利或几乎没有变化。与无EGR的操作相比，在NOx减少约75％的情况下，得到约2％的消耗优势。
经由低压EGR路径的废气的再循环可以将体积流量的增加引导至涡轮增压器系统的涡轮机。同时，压缩机特性图中各自的操作点可以移至更高的压力比。尽管借助这种方式可以相当地提高压缩机和涡轮机的效率，但是不会发生增压交换的可识别的变化。仅在EGR率相当高(>24％)的情况下，由于不成比例地增加废气背压，增压交换中间压力增加。再循环的废气在恒定空气比的前提下导致气缸内的充气密度(Ladungsdichte)增加。结果，由于增压混合物的较高水平的热容量，在燃烧期间可以降低最终压缩温度和峰值压缩温度。因此，减少了限定燃烧室和燃烧气体混合物的部件之间的温度梯度。结果，除了其他方面，尽管由于更高的充气密度而增加了气体侧传热系数，但减少了壁热损失。由此，可以提高内部发动机效率。
发动机特性图中其他操作点的一般可转移性取决于除了其他方面的关于增压压力、废气背压和压缩机出口温度以及废气涡轮增压器或压缩机的其他特性的现有限制。低压EGR和高压EGR之间的划分以及相应的EGR冷却的使用也具有影响。
此外，由于较高的颗粒排放，必须注意由于柴油颗粒过滤器(DPF)的再生间隔较短而使燃油消耗增加。进入DPF的碳烟增加一倍通常使CO2排放增加平均约2％。
基于所列出的依赖性，低NOx排放和低燃油消耗同时可靠地保持低于法定规定限值的目的只能通过监控发动机控制系统的距离特定性排放和相应的调节适应来实现。
在下文中，在模型生成和方法分析的情况下考虑上述发现。
由于实际的驾驶排放法规，汽车制造商的开发和应用努力显著地增加。这主要涉及进行相应的测试驾驶的具有移动式废气测量技术的车辆的装置以及存储用于各自的柴油发动机的操作的额外特性图数据的努力。在这个背景下，考虑各种影响参数(道路坡度、曲线机动、风等)，将实际驾驶操作的转移和描述为高动态发动机测功机是可能且有意义的。
通过这种方式，可以显著地降低在测试和开发阶段期间用于排放测量的技术支出、财务支出和时间支出。
附图说明
在下文中，将以示例性的方式更详细地解释本发明。
附图示出了：
图1为在实际驾驶操作期间用于符合所需的氮氧化物限值的发动机控制系统的调节适配的示意图；
图2为在各种驾驶循环的情况下用于特定的CO2和NOx排放的测量和仿真的比较；
图3示意性地将用于控制马达的MATLAB/SIMULINK模型集成至1D仿真模型中；
图4为用于计算驾驶循环的耦合模型(车辆模型-发动机操作模型-应用模型)；以及
图5为可列举的循环时间内的排放图。
具体实施方式
用于计算发动机过程的开发模型以及所进行的测试的基础形成具有共轨直喷系统和废气涡轮增压的四缸柴油发动机。2.0升直列式发动机(Reihenmotor)实现330nm的最大满负荷扭矩并且在额定输出点处提供高达110kW。因此，作为标准，水/空气-增压-空气冷却器用于冷却压缩进气，这在单独的低温回路中操作。NOx排放的发动机内部减少经由组合的EGR系统进行，该EGR系统由低压废气再循环和高压废气再循环(LP-EGR和HP-EGR)组成。在LP-EGR的情况下，在借助热交换器引入压缩机管线之前冷却在DPF之后排出的废气部分流量。此外，废气系统中的挡板(Stauklappe)为此部分地实现必要的压力梯度。对高压EGR进行非冷却，由此再循环的废气在增压空气中间冷却器之后且在进气通道之前被引入气缸。对于发动机外部减少的污染物排放(CO、HC、碳烟)，柴油氧化催化转化器(DOC)和随后的DPF靠近马达布置。借助上述废气后处理系统，该发动机符合欧5排放标准。
仿真环境GT-SUITE/GT-POWER(版本7.4.0，构建版本4)中开发的仿真模型包括内燃机的所有的相关部件。从增压交换的实际表示和各种壁热传递和热容量的建模开始，借助于现象学模型，预先地计算燃烧过程和原始废气排放。基于来自高动态发动机测功机的可用测量数据进行所需的校准和验证。从通用的预计算能力和定性评估的角度来看，以这种方式，可以实现足够好的一致性。
车辆模型用于驾驶循环的说明和仿真。经由适当的接口，MATLAB/SIMULINK中为高动态发动机测功机所开发的模型与1D仿真的发动机模型相耦合。车辆和动力传动系统(例如传动装置和离合器)的所有相关特性以及边界条件发生在所描绘的车辆模型的实际驾驶期间。集成驾驶员模型(Fahrermodell)承担速度控制的任务。根据速度差(v当前-v目标)，计算的扭矩需求被传递至发动机操作模型。借助于再循环值，在发动机操作模型内计算的扭矩、车辆操作模型确定速度以及相应的发动机转速。该相应的发动机转速也是针对发动机操作模型的。
在图2中，作为各种驾驶循环的示例，示出了用于当前中级车辆的CO2和NOx的特定距离的排放，由此指示了在各种驾驶循环期间用于特定的CO2和NOx排放的测量和仿真之间的比较。此时，必须注意的是，测量和仿真之间的现有偏差低是从前面提到的用于这种比较情况的静止验证而积累的，由此能够显示出非常好的结果。
上述目的的实现可以借助另一控制模型来实现，该控制模型基于发动机应用的不同变型(Varianten)。为此，应该创建具有低NOx排放的特定的低燃油消耗(意思是高过程效率)和中间变型的应用。
以下解释应该说明可能的应用方法和示例性方式，并且绝不应视为全部的。术语“变型”用于以下对于发动机应用的各自的版本，并且指定为V0.0至V1.0。因此，设计、实施和测试仅通过使用发动机过程仿真来实现。
应用V0.3构成变型开发的起点，并且基本上对应于潜在的基本发动机的应用。产生了特定消耗的最佳变型(V0.0)，其中，除了其他之外，关于燃烧中心和可允许的极限(空气比、气缸压力增加等)内的EGR率优化该变型。对于具有最小NOx排放的机动操作，EGR率应该增加到已经配置所期望的NOx排放的程度。同时，应该进行增压压力的增加，以便与基本的变型相比，保持燃烧空气比恒定。如果目标变量超过特定的限值，则扭矩减小至柴油发动机的最后可显示的工作点。此外，生成的EGR特性图中的等值线(具有恒定EGR率的线)平行于有效的中间压力而与基础相反。借助这种方式，保持氮氧化物原始排放可以几乎与发动机转速无关。此外，为了提高模型的调节品质，可以形成在基本变型(V0.3)和具有最小NOx排放的变型(V1.0)之间具有内插的EGR率的应用V0.7。可以关于用于压缩机和涡轮机的最佳效率范围来进行LP-EGR和HP-EGR之间的分配设计。
发动机操作的变量具有LP-EGR和HP-EGR之间的相同分配以及可实现的完全增压曲线，在消耗最优的情况下一直到最小的NOx排放，并且各个变型的差异可以在不同的两个部分增压操作点被识别。随着NOx排放减少，特定的燃油消耗不断增加。同时，空气比(在最优消耗变型的情况下具有限制)保持不变。
除了排放差异之外，各种测试变型在动态性能方面具有相当大的差异。特别地，在完全增压的范围内，以高EGR率的调节延迟了升压的建立，由此增加了直到实现所期望的扭矩的时间。此外，在发电机组负荷期间，EGR率的规定值(Vorgabe)起着至关重要的作用。降低具有现有的升压差异的速率使得改善动态性能并使得碳烟排放更低，然而同时导致更高的NOx排放。基于在车辆加速期间的弹性测试，由于在发电机组负荷时EGR回收(EGR减少)的影响以及换档策略(使用换挡和不使用换挡)，也会出现差异。较高的EGR目标值随时间逐渐地增加直到达到目标速度。同时，可以记录NOx排放的相当大的降低，而与其相关的碳烟排放显著增加。消除EGR的减少会加剧这种效应。通过换挡至更大的传动比可以减少时间延迟，其中由于较低的发动机扭矩而NOx排放减小，然而，在该过程中颗粒和CO2排放增加。
已经提出的所创建的仿真模型获得用于控制和调节各自的过程变量的不同发动机特性图。经由目标值、发动机转速和发动机负荷、参考变量和预控制变量(例如升压、EGR、升压调节器的位置/VTG设置)，存储燃油质量和喷射时间点。为了同时提供不同的应用变型，将所提及的发动机特性图传输至MATLAB/SIMULINK模型中。经由相应的接口，只能将目标值提供至1D仿真程序，该目标值对应于所选择的变型。此外，该模型计算特定距离的排放，并且使得用于控制的实现和变型的变化成为可能。
图3示意性地示出了用于将发动机控制为1D仿真模型的MATLAB/SIMULINK模型的集成，与车辆模型的耦合以及传递过程和控制变量。
如之前已经解释过的，生成的各种变型存储在MATLAB/SIMULINK模型中的各种发动机特性图中。根据所选择的变型以及发动机转速和负荷的目标值，过程控制变量(例如EGR率)可以从相应的发动机特性图中获取并传递至发动机操作模型。对于指定变型不存在发动机特性图的情况，在连续发动机特性图的值之间的插值是可能的。图4示意性地说明了这种方法。
用于选择和控制各个变型的基础代表了对废气排放的连续监控。从发动机操作模型计算的排放值由MATLAB/SIMULINK模型记录、根据驾驶距离及时积分并用作发动机运行的控制变量。
以[g/km]为单位的待满足的NOx限值的规定值被用作用于变型控制的参考变量。为了实施该调节以及控制(如果适用)，对三个不同的调节版本进行了详细分析：
#a根据控制偏差的变量移位(在变型之间无插值)
#b根据具有相应插值的控制偏差来控制变型
#c将参考变量转换为以[g/(kW·h)]为单位的用于原始排放的操作点依赖性目标值，并根据控制偏差进行相应的修改。
在后一种情况下，根据存储的驾驶阻力曲线，将参考变量转换为以[g/(kW·h)]为单位的用于原始氮氧化物排放的目标值。基于与预先计算的当前原始氮氧化物排放的比较，该排放在最简单的情况下也可以存储在用于每个变型的相应特征图中，进行所需变型的选择。在关于NOx排放的变型之间的连续转移的假设下，意思是在所需的发动机特性图之间的插值的变型插值是允许的。此外，连续线性控制器(PID控制器)借助下游偏移来修改参考变量、瞬时NOx排放，以确保实现并符合参考变量和目标值。
MATLAB/SIMULINK中的控制模型还获得了简化的计算模型，以描绘用于借助尿素的选择性催化还原的废气后处理系统。这包含点火性能的特征(即除了其他方面之外，转换率随温度的变化/发展)、最低温度以及用于尿素喷射的剂量率和转换性能的极高空间速度的恶化。使用计算的实施效率(限制为最大95％)，根据SCR系统确定NOx排放，而NOx排放又可以用作新的控制变量。特别是对于调节版本#c，由此可以考虑废气后处理的效率，并且因此，目标值规定使得待配置的原始氮氧化物排放增加。
在这种情况下，对于再循环废气(LP-EGR)，通过计算模型不能考虑氮氧化物的计算的减少量，并且由此在原始氮氧化物减少的情况下实现强化效果。
在下文中，将针对柴油发动机上的可变应用提出分析结果。首先，认证相关的测试循环用于功能验证：新欧洲驾驶循环(NEDC)、全球统一轻型车辆测试循环(WLTC)、联邦测试程序(FTP75)、激进的驾驶循环(US06)以及新开发的内部RDE循环，应当履行符合规定的边界条件的目前法律要求。在此之后，不同的变型示出了所开发的发动机操作策略的普遍适用性。
发动机操作策略的功能可以使用NEDC的示例来证明，NEDC使用质量大约为1.7吨的目前中级车辆。分析了三个版本的调节，重点是CO2、NOx和碳烟排放的结果。初步地进行了考虑，而未考虑SCR系统。特定距离的氮氧化物原始排放用作控制变量。由于用于控制变量(每个单位距离的NOx排放质量)的商数的形成，距离s最小(smin)的调节被设定为2km的值。变型V0.3用作初始化。在依赖操作点的调节版本#c的情况下，初始化被限制为用于距离s最小的下游偏移的恒定值。
对于调节的所有三种变型，可以以足够的方式精确地符合以g/km为单位的限定的NOx限值。然而，与基础相比，参考用于版本#a和#b的CO2和碳烟排放，示出了更大的差异，该差异的程度与各自的控制器的设置相当耦合。在检查的所有驾驶循环(WLTC等)中都示出了这种性能。背景仅需要不充分地可能选择PID控制器的通常有效的设置。实现的结果与控制器的动态性相关，并且同时与测试循环的长度相关。这使得权衡(Zielkonflikt)控制器配置。
使用控制版本#c可以实现最佳结果。在第一近似值处，速度依赖性变型控制需要相当低的控制干预，并且允许具有更大时间常数的相对“慢”的控制参数。相反，对于此版本，使用的变型几乎每个时间步长都发生变化。对于限制和稳定，调节仅发生在速度超过2km/h且负荷条件高于5Nm。否则，直接指定待使用的变型。特别地，由于各自选择的变型的缓慢变化，在车辆的空转阶段中示出了控制器对偏移(控制性能)的干预。
此外，在该调节的变型的情况下，优势在于直接考虑SCR系统的效果。因此，为了进一步分析，仅进一步研究这种变型。
应该在下面使用具有相同车辆配置的未来认证循环WLTC的示例来描述考虑SCR系统的调节的功能。在认证循环的开始，发动机以及所有气体轴承组件的起始温度为25℃。对于SCR系统的功能，除了实际的催化转化器温度之外，还必须考虑尿素喷射器处的气体温度。除了废气温度之外，使用SCR系统在整个循环时间内实现的实施水平也起作用。作为调节的参考变量，已经限定了80mg/km的NOx目标限值，并且已经限定了2km的初始距离s最小。
大约在循环开始后750秒实现SCR系统的点火。从该时间点开始，氮氧化物原始排放可以大幅增加，从而发动机可以使用消耗有利的变型进行操作。由于车辆加速度强或废气温度过低，如果SCR系统的实施水平(例如大约在1500秒)由于催化涂覆的sDPF中的高空间速度而下降，则立即改变变型，从而适应瞬时的氮氧化物原始排放值。
所呈现的发动机操作策略的主要优势使得在实际驾驶操作期间使用。所选的用于功能验证的RDE循环几乎均匀地划分在所谓的1/3混合循环工况油耗(Drittelmix)(城市、郊区和高速公路)内。关于驾驶动力学，驾驶风格在容许范围的上部分的三分之一(v·apos，>0.1的值)。
在认证循环期间从优化产生的用于选择变型的控制器的设置被用于在此进行的RDE驾驶。对于每个部分区段，因为必须符合所需的NOx限值，因此在循环过程中这些设置也保持不变。
最初，不考虑SCR系统、进行调节以满足基础的氮氧化物值，然后考虑SCR系统、进行调节以达到具有5％的额外余量(Reserve)的80mg/km的NOx限值。正如法律允许的，在RDE循环开始时发动机处于操作温度(T油>70℃)。
对于情况2，在通过最小距离s最小之后，由于存在的控制偏差，设定具有最小NOx排放的变型(对此还参见图5)。从大约2600秒开始，没有达到NOx限值，使得可以配置对于消耗有利的变型。由于控制参数的适应或用于在驾驶性能方面的初始范围的最小距离s最小扩展，可以以积极的方式影响在循环开始时具有高EGR率的操作。结果，也会导致碳烟排放减少。
对于情况3，在工作温度下的废气后处理已经在循环开始时使氮氧化物转化成为可能。因此，最经济的变型可以被配置至具有强的车辆加速度或较低废气温度的阶段。在城市阶段的第二部分(1200秒至2400秒)期间，由于距离分布，废气温度降低至200℃以下，从而降低了SCR系统的实施水平。因此，借助于更高的EGR率，原始的氮氧化物排放减少至遵守NOx限值。
借助于根据本发明的方法，优势使得可以实现各自的瞬时操作状态(车辆、驾驶员、驾驶概况等)的自适应调节，以便符合所需的NOx限值。通过车辆质量和换档行为的变化示出了根据本发明的方法的潜力。在操作温度下使用发动机为所提及的RDE循环进行这些测试，其中，对于每种情况，符合所需的80mg/km的限值，该限值包括5％的余量。
用于RDE测试循环的初步测试已表明，车辆质量增加约5％导致CO2排放增加约5％。借助于根据本发明的方法，由于废气温度升高，可以考虑SCR系统的更高效率。因此，燃油消耗的增加可以限制在只有一半。然而，同时导致剂量注入的尿素的消耗更高。可以在节省燃油和尿素消耗方面进行特定成本的优化。
这也适于修改的换挡策略。具有更高的换档速度的动态换档行为减小了SCR系统的范围。为了符合NOx限值，原始的氮氧化物排放通常降低，承受对燃油消耗的不利。
通过本发明，可以考虑新轿车的即时有效且未来的认证方法。在实际驾驶操作期间符合法定的NOx限值是非常困难的。直到此时，对发动机应用的适应(包括所有可能的边界条件和因素)只在驾驶性能和低燃油消耗的要求方面很难实现。从车辆个体的几乎不变的发动机控制系统到自适应通用调节的建议转换从而在认证测试期间以及在RDE循环的情况下符合NOx限值，该建议转换是在期望方向上的关键步骤。根据车辆状态、驾驶性能和环境条件，发动机控制系统可以以调节的形式进行调整。同时，根据本发明的方法，由此将废气后处理系统和NOx排放作为折衷来考虑，确保了最大可能的驾驶动力学和CO2排放。因此，对于任何发动机，在瞬时计算或测量的NOx值中仍然只需要方法管理，并且先前通常的车辆特定修改将被认为是过时的。

Claims (9)

1.一种用于操作安装在车辆内的内燃机的方法，所述内燃机特别是柴油发动机，其中，在废气后处理之后沿流动方向测量或计算包含在所述废气中的污染物的瞬时浓度，所述浓度特别是所述废气中的NOx浓度，以及，
使用所确定的污染物浓度，借助特别地影响调节形式的所述内燃机和/或废气后处理系统的操作参数来监控以mg/km为单位的基于预定义的距离的与污染物限值的符合性和/或以mg/kWh为单位的基于预定义的功率的与污染物限值的符合性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述内燃机的调节操作的情况下，除了所述污染物的瞬时浓度之外，还考虑对应于根据各自的驾驶风格、各自的车辆、车辆状态和环境因素的各自的驾驶状况的瞬时燃油消耗和/或可预见的燃油消耗。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在调节期间考虑所述废气后处理系统的瞬时状态、燃油品质、和/或添加至用于减少污染物的所述废气后处理的化合物的量、种类和/或品质，所述废气后处理系统的瞬时状态特别是所述废气后处理系统的老化过程。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述调节中，进行对喷射的燃油量、喷射的时间点、燃油喷射的类型、所添加的燃烧空气的升压、所述燃烧空气的温度、再循环废气的温度和/或量、阀门控制次数、或发动机压缩比的操纵。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述调节中，考虑分配给各自的时间和/或各自的车辆位置的污染物限值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述调节，使用存储在发动机控制系统中的发动机特性图，所述发动机特性图针对所述内燃机的操作考虑不同的变型。
7.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述调节中，如果没有与所述内燃机的各自的操作状态相对应的发动机特性图可用，则进行插值。
8.根据前两项权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述变型之间没有插值的情况下，在所述调节期间考虑控制偏差而选择相应的变型，
根据具有相应插值的控制偏差或将参考变量转换为以[g/(kW·h)]为单位的用于各个污染物的原始排放的操作点依赖性目标值进行调节并且如根据所述控制偏差的修改中所要求地进行调节。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以使得符合在至少2km的距离的预定义的污染物限值的方式进行调节。
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