CN110836147B - 用于运行内燃机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法和一种用于实施该方法的装置，所述方法规定了下列步骤：打开内燃机（100）的废气再循环阀（108），关闭内燃机（100）的节气门（104），在废气再循环阀（108）打开和节气门（104）关闭时检测内燃机（100）的进气管压力的值，将值与第一阈值和大于第一阈值的第二阈值（B）相比较，根据值是处在第一阈值和第二阈值（B）之间的值范围内还是处在该值范围外，来识别内燃机（100）的运行状态。因此，能监控不同的空气系统组件并且特别是AGR再循环路径的积碳形成，并且实现了“精准定位”，用这种精准定位也能定位有缺陷的组件。

Description

用于运行内燃机的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行带有节气门且带有废气再循环系统(AGR)的内燃机的方法。本发明尤其涉及一种用于监控AGR质量流量的方法，在该方法中，伴随着打开的AGR阀和关闭的节气门来运行内燃机的空气系统。
背景技术
为了监控AGR质量流量，DE 102008041804 A1公开了，故障可能性在于，在废气再循环组件中可能出现积碳、也就是说炭黑和油雾的沉积，所述积碳可能减小通过废气再循环组件的线路的流动横截面或者可能妨碍AGR阀的工作方式。但积碳无法通过监控调节偏差识别到，因为在调节时积碳由于AGR阀的加强的打开或由于较为强烈地对流过节气门的新鲜空气质量节流而得到均衡。
为了进行监控，DE 10 2008 041 804 A1公开了下列步骤：-执行调节以通过关闭节气门来设定废气再循环率；-提供压差说明，所述压差说明说明了在内燃机的空气输入段中的压差或通过废气再循环组件的压差；-根据内燃机的一个或多个运行参量来确定压差-参考值；-根据所述压差说明和压差-参考值来识别废气再循环组件的故障。
由DE 10 2011 100 585已知另一种监控功能，其基于对质量流量的监控。
发明内容
值得期望的是一种与此相对有所扩展的监控，该监控可以识别到另外的可能的故障情况。
经扩展的监控通过根据本发明的方法和装置来实现。
所述方法包括：打开内燃机的废气再循环阀；关闭内燃机的节气门；检测在废气再循环阀打开和节气门关闭时内燃机的进气管压力(在节气门和气缸进气通道之间的压力)的值；将该值与第一阈值和大于第一阈值的第二阈值比较；根据所述值是否处在第一阈值和第二阈值之间的值范围内还是处在该值范围外来识别内燃机的运行状态。在内燃机的这个运行状态中，将进气管压力传感器的值与第一上阈值和第二下阈值相比较。两个阈值确定了这样一个范围，空气系统在该范围内正常工作。这些值在新的发动机中被确定。监控功能也可以用作应用功能。当压力传感器的所测得的值低于下阈值时，由此可以推断出废气再循环系统(AGR)的、例如AGR冷却器的、AGR阀的或AGR文丘里传感器的、相比于在正常工作的空气系统中的积碳增加的积碳。当压力传感器的所测得的值高于上阈值时，可能存在气缸进气通道的积碳，或者节气门具有泄漏。后一种情况例如为了区分也由电子的节气门诊断功能识别到。因此，能监控不同的空气系统组件和特别是AGR再循环路径的积碳。因此同样实现了“精准定位(Pin-Pointing)”，也就是说，也能定位有缺陷的组件。所述装置包括燃烧室，用于在燃烧室内燃烧的空气质量流量能通过布置在进气管中的节气门输送到燃烧室中。来自燃烧的废气能为了在燃烧室中燃烧而通过布置在废气再循环路径中的废气再循环阀进行输送。通过压力传感器能测量进气管中的压力。控制机构构造用于，通过检测压力传感器的信号并且输出用于节气门和废气再循环阀的操控信号来实施所述方法。
第一阈值或第二阈值优选根据影响进气管压力的参数予以确定。由此调整对内燃机的不同的运行状态的监控。
第一阈值或第二阈值优选根据内燃机的转速予以确定。功能因此在内燃机的转速的大的范围内实现。
第一阈值或第二阈值优选根据环境压力予以确定或校正。功能因此与不同的环境压力相匹配，例如针对不同的高度。
第一阈值或第二阈值优选预先给定了这样一个公差范围，该公差范围表征如下一种运行状态，在该运行状态下，内燃机不具有积碳。阈值确定了这样一个公差范围，在该公差范围内，空气系统假设是正常工作的。这些值例如在新的发动机中通过应用或根据基于结构设计数据的计算予以确定。
当低于第一阈值时，优选识别到了内燃机的废气再循环路径的积碳、特别是废气再循环冷却器的或在废气再循环路径中的废气再循环文丘里传感器的积碳。进气管压力的值下降到下阈值之下允许了在节气门关闭和废气再循环阀打开时得出了这样的结论，即，废气再循环路径具有积碳，该积碳大于正常工作的空气系统所期望的积碳。由此减少了到进气管中的废气质量流量，这导致了进气管中相比正常工作的空气系统总体上更低的空气/废气压力。
当超过了第二阈值时，优选识别到内燃机的气缸进气通道的积碳或在内燃机的节气门上的增加的泄漏。进气管压力的值超过上阈值的上升在节气门关闭和废气再循环阀打开时允许得出这样的结论，即，一个或多个气缸进气通道积碳，或者节气门具有泄漏。在两种情况下，进气管内的空气/废气压力相比正常工作的空气系统提高。
优选地，评估内燃机的空气质量流量或内燃机的电气的节气门诊断来区分进气管的积碳的运行状态和伴随节气门上的泄漏的运行状态。电气的节气门诊断独立于监控功能地识别在节气门上的泄漏。倘若电气的节气门诊断没有识别到泄漏，那么得出进气管积碳的结论。倘若电气的节气门诊断识别到了泄漏，那么有较大概率得出如下结论，即，监控功能同样识别到了这种泄漏，并且不存在进气管的过度的积碳。
优选根据进气管压力与第一阈值和第二阈值的比较的结果来调整用于内燃机的废气再循环系统的前馈调节和/或调整用于通过AGR文丘里管来计算AGR质量流量的参数，或者根据进气管压力与第一阈值和第二阈值的比较的结果来调整内燃机的质量流量模型。这改进了特别是在识别到积碳时对内燃机的调节。
优选在比较中将内燃机的废气再循环质量流量与流入到内燃机中的质量流量相比较，并且根据该比较的结果识别出积碳的废气再循环文丘里管、积碳的文丘里压差传感器、过高的废气再循环温度传感器值或积碳的气缸进气通道。通过这些附加的比较可以区分这些另外的故障。
优选确定废气再循环温度并且检查，用于所述温度的值是否处在温度值范围内，其中，当所述用于温度的值处在温度值范围外时，识别到废气再循环温度传感器故障，并且其中，根据用于温度的值是处在温度值范围内还是处在温度值范围外来识别内燃机的运行状态。在热的内燃机中，这种简单的温度监控已经能识别废气再循环温度传感器信号的误差并且辨别为是内燃机的另外的运行状态。由此也可以简化监控功能，因为监控功能在在了解到是存在还是不存在温度误差时达到了明确的误差诊断。
附图说明
其它有利的设计方案由下列说明和附图得出。附图中示出：
图1示意性示出了内燃机；
图2示意性示出了用于内燃机的监控的框图；
图3示意性示出了方法中的步骤。
具体实施方式
图1示意性示出了内燃机100。在此涉及带有燃烧室102的装置100，用于在燃烧室102中燃烧的空气质量流量能通过布置在进气管106中的节气门104输送到燃烧室中。
来自燃烧的废气能通过布置在废气再循环路径110中的废气再循环阀108输送用于在燃烧室102中进行燃烧。
通过压力传感器112能测量进气管106中的压力。
内燃机100包括控制机构120，该控制机构构造成，通过检测压力传感器112的信号并且输出用于节气门104和废气再循环阀108的操控信号来实施下文中说明的方法。
所提及的传感器的信号可以直接由控制机构120检测或者通过通信网络、例如控制器局域网络接收。用于所提及的致动器的操控信号可以直接由控制机构120输出给这些致动器或者通过通信网络、例如控制器局域网络发送给这些致动器。在图1中为清楚起见没有示出通往控制机构120的和从该控制机构120引出的通信线路或信号线路。
优选进行用于打开和/或关闭节气门和废气再循环阀的操控以完全打开和/或关闭。通过所述方法示出的监控功能在内燃机100的一种废气再循环阀108完全打开并且节气门104完全关闭的运行状态中特别可靠地工作。但并不排除，也不进行完全地打开和/或关闭。
下文中将通过节气门104、进气管106、废气再循环阀108和废气再循环路径110返回至进气管106的空气路径称为内燃机100的空气系统。内燃机100的空气系统可以如在图1中所示那样也具有废气再循环冷却器114或在废气再循环路径110中的废气再循环文丘里传感器116。内燃机的空气系统也可以具有废气涡轮增压器或压缩机。
图2示意性示出了监控的框图，该监控实现了监控功能。
在示例中，第一阈值A作为下阈值小于第二阈值B进行使用，第二阈值说明针对这样一个范围的上阈值，在该范围内内燃机100的空气系统正常工作。在比较中，将用于进气管压力的值X与第一阈值A和第二阈值B进行比较。当值X处在第一阈值A和第二阈值B之间的范围内时，则假设内燃机100的空气系统正常工作。否则就识别到故障情况。
所述方法在下文中参考图3加以说明。
所述方法在步骤302中包括打开内燃机100的废气再循环阀108。
所述方法在步骤304中包括关闭内燃机100的节气门104。
所述方法在步骤306中包括检测在废气再循环阀108打开和节气门104关闭时内燃机100的进气管压力的值X。
所述方法在可选的步骤308中包括确定第一阈值A和/或第二阈值B。这些阈值替代性地也可以从存储器读取，存储器中储存着所述阈值。
第一阈值A或第二阈值B例如根据影响进气管压力的参数予以确定。可以在内燃机100运行期间例如在一个应用中进行该参数的校准。
第一阈值A或第二阈值B例如可以根据内燃机100的、作为参数的转速加以确定。
第一阈值A或第二阈值B此外或替代性地可以根据环境压力加以确定或校正。
取代对于阈值的校准，也可以使用物理的模型。为此，两个阈值不是基于进气管压力限定，而是用作AGR再循环路径110(包括打开的废气再循环阀108、废气再循环冷却器114和当存在时废气再循环文丘里管116)的有效的面积。这包含了这样的优点，即，不需要或相对而言需要对有关发动机转速、环境压力等的阈值作最小的校正，因为这些相关性已经隐含地包含在模型中。
为此，通过一个模型来计算进入到内燃机100中的质量流量。因为在节气门104关闭和废气再循环阀108打开时，这个质量流量在忽略节气门泄漏的情况下必须等于流过废气再循环路径110的质量流量，所以这个质量流量由此也是给定的。当节气门几乎完全或完全关闭时，在废气再循环路径110的上游的以及因此也在废气涡轮增压器的涡轮机的上游的压力，大约等于环境压力。在这种运行状态下产生了一种静态的状况，在该状况中没有气体流过涡轮机，因为所述气体在燃烧室102和废气再循环路径110之间循环。因此，均衡在整个废气设备和涡轮机中的压力，在静态的状况中于是所有的压力都等于环境压力。
气体的温度可以通过合适的温度传感器或基于温度模型而被确定为处于废气再循环冷却器114的上游的、废气再循环冷却器的下游的或进气管中的温度。
通过下列方程式在示例中通过模型化成节流位置来确定输入参数和基准面值(阈值)之间的关系。
关于废气再循环路径110(包括打开的废气再循环阀108、废气再循环冷却器114和当存在时废气再循环文丘里管116)的压力比π作为以下方程式给出：
π＝p_pos/p_pre
p_pos是在带有有效的横截面A的废气再循环路径110之后的压力，
p_pre是在废气再循环路径110之前的压力，其在所观察的伴随废气再循环阀108打开和节气门104关闭的运行中等于环境压力。
关于废气再循环路径110的有效面积A作为以下方程式给出：
A＝dm＊√(R_gas＊T)/(√2＊p_ore＊Ψ(π))
其中，dm是通过废气再循环路径110的质量流量，该质量流量在伴随节气门104关闭和废气再循环阀108打开的运行中近似等于在内燃机100中的质量流量，其中：
R_gas是空气的气体常数，
T是在废气再循环路径110中的气体温度，
ψ(π)是通流函数。
其中，通流函数通过以下方程式给出：
ψ(π)＝√(1/(1-1/k))＊√(1-π^(1-1/k))π^(1/k)
其中，k是空气的等熵指数(Isentropenexponent)。
所述方法在步骤310中包括将值X与第一阈值A和第二阈值B相比较。第一阈值A和第二阈值B预先给定这样一个公差范围，该公差范围表征如下一种运行状态，在该运行状态中内燃机100不具有积碳。
所述方法在步骤312中包括根据值X是处在第一阈值A和第二阈值B之间的值范围内还是这个值范围外来识别内燃机100的运行状态。
当低于第一阈值A时，识别到内燃机100的废气再循环路径110的、特别是废气再循环冷却器114的或在废气再循环路径110中的废气再循环文丘里传感器116的积碳。
当超过第二阈值B时，识别到内燃机100的气缸进气通道的积碳或内燃机100的节气门104上的增加的泄漏。
评估内燃机100的电气的节气门诊断，能够额外地用于区分气缸进气通道的积碳的运行状态和伴随节气门104上的增加的泄漏的运行状态。
在可选的步骤314中，根据进气管压力与第一阈值A和第二阈值B的比较的结果来执行用于废气再循环系统的前馈调节和/或调整用于通过内燃机100的废气再循环文丘里管116的测量参量来计算AGR质量流量的参数。作为对此的替代方案或附加方案，还根据进气管压力与第一阈值A和第二阈值B的比较的结果来调整内燃机100的质量流量模型。
作为对此的替代方案或附加方案可以规定，在步骤312中在比较中将内燃机100的废气再循环质量流量与内燃机100的进气管质量流量相比较，并且根据所述比较的结果来识别积碳的废气再循环文丘里管116、有缺陷的AGR文丘里压差传感器、积碳的气缸进气通道或有缺陷的废气再循环温度传感器。
作为对此的替代方案或附加方案可以规定，在步骤312中确定废气再循环温度并且检查，用于所述温度的值是否处在温度值范围内。在这种情况下，当用于温度的值处在温度值范围外时，识别到废气再循环温度传感器故障。此外，根据用于温度的值是处在所述温度值范围内还是温度值范围外来识别内燃机的运行状态。
步骤302至314在示例中被彼此相继地实施。其它的顺序同样可能，其中，可以省略一些步骤。
总体上，监控功能在示例中根据质量流量、也就是说根据内燃机100的空气系统中的空气和必要时废气并且根据进气管106中的压力来实现监控。在使用包括压差传感器、绝对压力传感器、进气管压力传感器和/或温度传感器的废气再循环文丘里管116时，下列情况在此是可能的：
1)借助于比较空气质量流量(将进入到内燃机中的质量流量与通过废气再循环文丘里管116上的测量参量计算得出的质量流量相比较)来进行监控：
a)在进气管106中的空气质量流量大于在废气再循环路径110中的质量流量。
b)在进气管106中的空气质量流量等于在废气再循环路径110中的质量流量。
c)在进气管106中的空气质量流量小于在废气再循环路径110中的质量流量。
2)借助于将进气管压力的值X或替代性地所计算出的废气再循环路径110的有效的面积与第一阈值A和第二阈值B相比较来进行监控：
a)X大于或等于B
b)X小于或等于A
c)A＜X＜B。
用下列矩阵可以区分内燃机100的运行状态：1a、2a：在此没有观察到的故障情况，因为通过其它方法能简单地诊断，例如有缺陷的进气管压力传感器，
1a、2b：积碳的废气再循环文丘里管116
1a、2c：i)进气管压差传感器显示过低的值
ii)废气再循环温度传感器显示过低的值
1b、2a：在此没有观察到的故障情况，可能时是多个故障或与系统中的另一些其它故障的组合
1b、2b：积碳的废气再循环冷却器114
1b、2c：系统关于所观察到的故障情况运行正常
1c、2a：积碳的进气管，特别是在进入到燃烧室102中的入口附近1c、2b：在此没有观察到的故障情况，可能时是多个故障或与系统中的另一些其它故障的组合
1c、2c:i)进气管压差传感器显示过高的值
ii)废气再循环温度传感器显示过高的值。
在1a、2c和1c、2c的情况中，在识别到废气再循环温度传感器故障时也区分子情况i)和ii)。

Claims (13)

1.一种用于运行内燃机的方法，其特征在于：
打开(302)内燃机(100)的废气再循环阀(108)，
关闭(304)内燃机(100)的节气门(104)，
在废气再循环阀(108)打开和节气门(104)关闭时检测(306)所述内燃机(100)的进气管压力的值(X)，
将值(X)与第一阈值(A)和大于该第一阈值(A)的第二阈值(B)相比较(310)，
根据所述值(X)是处在第一阈值(A)和第二阈值(B)之间的值范围内还是处在该范围外，来识别(312)所述内燃机(100)的运行状态，其中，根据影响所述进气管压力的参数来确定(308)所述第一阈值(A)或所述第二阈值(B)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述内燃机(100)的转速来确定(308)所述第一阈值(A)或所述第二阈值(B)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据环境压力来确定或校正(308)所述第一阈值(A)或所述第二阈值(B)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值(A)和所述第二阈值(B)预先给定如下公差范围，该公差范围表征这样一种运行状态，在该运行状态中所述内燃机(100)不具有积碳。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当低于所述第一阈值(A)时，识别到所述内燃机(100)的废气再循环路径(110)的积碳。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当超过所述第二阈值(B)时，识别到所述内燃机(100)的气缸进气通道的积碳或所述内燃机(100)的节气门(104)上的增加的泄漏。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，评估所述内燃机(100)的空气质量流量或所述内燃机(100)的电气的节气门诊断来区分所述进气管(106)的积碳的运行状态和伴随所述节气门(104)上的泄漏的运行状态。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述进气管压力与所述第一阈值(A)和所述第二阈值(B)的比较的结果来调整(314)用于所述内燃机(100)的废气再循环系统的前馈调节和/或调整用于通过AGR文丘里管的测量参量来计算AGR质量流量的参数，或者根据所述进气管压力与所述第一阈值(A)和所述第二阈值(B)的比较的结果来调整(314)所述内燃机(100)的质量流量模型。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在比较中将所述内燃机(100)的废气再循环质量流量与流入到所述内燃机(100)中的质量流量相比较，并且根据比较的结果识别出(312)积碳的废气再循环文丘里管、积碳的文丘里压差传感器、过高的废气再循环温度传感器值或积碳的气缸进气通道。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，确定废气再循环温度并且检查，用于所述温度的值是否处在温度值范围内，其中，当用于所述温度的值处在该温度值范围外时，识别到(312)废气再循环温度传感器故障，并且其中，根据用于所述温度的值是处在该温度值范围内还是处在该温度值范围外来识别(312)所述内燃机的运行状态。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，特别是根据通过所述废气再循环路径(110)的质量流量(dm)、空气的气体常数(R_gas)、在所述废气再循环路径(110)中处于所述节气门(104)的上游的气体温度(T)和通流函数(ψ(π))来确定阈值中的至少一个阈值作为所述废气再循环路径(110)的有效面积。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当低于所述第一阈值(A)时，识别到废气再循环冷却器(114)的或在废气再循环路径(110)中的废气再循环文丘里传感器的积碳。
13.一种用于运行内燃机的装置(100)，其特征在于如下燃烧室(102)，用于在该燃烧室(102)中燃烧的空气质量流量能通过布置在进气管(106)中的节气门(104)输送到该燃烧室中，其中，来自燃烧的废气通过布置在废气再循环路径(110)中的废气再循环阀(108)能输送用于在所述燃烧室(102)中进行燃烧，其中，通过压力传感器(112)能测量所述进气管(106)中的压力，并且其中，控制机构(120)构造用于，通过检测所述压力传感器(112)的信号并且输出用于所述节气门(104)和所述废气再循环阀(108)的操控信号来实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
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