CN111255576A - 用于调节废气阀门的打开状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节带有涡轮增压器（20）的内燃机（30）的废气系（40）中的废气阀门（42）的打开状态的方法。用于调节废气阀门（42）的打开状态的调节回路使用从内燃机（30）的增压压力（p_IntMnf）或进入到内燃机（30）中的气体质量流量（ṁ_IntMnf）中选出的主导参量。

Description

用于调节废气阀门的打开状态的方法

技术领域

本发明涉及一种用于调节带有涡轮增压器的内燃机的废气系中的废气阀门的打开状态的方法。此外，本发明还涉及一种计算机程序，其实施所述方法的每个步骤，以及涉及一种能机读的储存介质，其储存所述计算机程序。最后，本发明涉及一种电子控制器，该电子控制器设置用于实施所述方法。

背景技术

布置在内燃机的废气系中的废气阀门例如用作发动机制动器的执行元件。废气阀门的不同的打开状态也可以用于，在不同的运行模式中运行内燃机。一个运行模式可以用于在冷启动后加热废气设备。另一个运行模式则可以用于将废气设备的温度维持在一个针对SCR催化（选择性催化还原）的效率必需的温度并且加热到一个对颗粒过滤器的连续的再生必需的温度。又一个运行模式则用于将废气设备加热到一个对基于氧气的主动的颗粒过滤器再生必需的温度。在此，调节废气阀门的打开状态，其中，可以使用进入到内燃机的涡轮增压器中的新鲜空气质量流量作为周边环境的主导参量。

发明内容

用于调节在内燃机的废气系中的废气阀门的打开状态的方法基于此，即，这涉及一种经增压的内燃机，也就是说，涡轮增压器被这样布置，使得其压缩机布置在内燃机的空气输入管路中并且其涡轮机布置在内燃机的废气系中。废气阀门在此尤其处在废气系中的涡轮机的下游。在所述方法中，用于调节废气阀门的打开状态的调节回路作为主导参量要么使用内燃机的增压压力要么使用进入到内燃机中的气体质量流量。

已经发现，这两个参量比新鲜空气质量流量更好地与废气系中的废气阀门的下游的温度相关。因为在废气阀门不应起到发动机制动器的作用的运行状态中对废气阀门的打开状态的调节主要用于将温度调整到期望的值，所以所述方法的优点是，能比在使用主导参量的新鲜空气质量流量时更为准确地达到这个温度的额定值。

进入到涡轮增压器中的新鲜空气质量流量也可以用作针对用于调节内燃机的使用在废气再循环中的废气再循环阀的打开状态的调节回路的主导参量。不过若对废气阀门的打开状态的调节同样应当在使用新鲜空气质量流量的情况下进行，那么这种做法无法以简单的方式实现。在一个时间点上仅能调节两个打开状态中的其中一个打开状态，而另一个打开状态则仅能被控制。但通过使用在内燃机中的增压压力或气体质量流量作为调节废气阀门的打开状态的主导参量，尤其能够同时调节废气再循环阀的打开状态，其中，这种调节的调节回路使用进入到涡轮增压器种的新鲜空气质量流量作为主导参量。

在所述方法的一种实施方式中，为了调节废气阀门的打开状态，使用进入到内燃机中的气体质量流量作为主导参量。不过在此涉及一个参量，其通常没有被测量，而是仅在内燃机的电子控制器中被模型化。在设置用于调节的校准中，调节的额定值尤其在内燃机的气缸装载模型的校准的每一次变化之后被重新适配。所述模型的校准的每一次改变因此导致在校准额定值时的递归。

在所述方法的另一种实施方式中，增压压力用作用于调节废气阀门的打开状态的主导参量。当内燃机在其进气管中不具有节气阀门时，增压压力基本上等于进气管压力。但若存在节气阀门，那么可以在节气阀门的上游测量的增压压力，不同于可以在节气阀门的下游测量的进气管压力。即使在这种情况下原则上也能在使用进气管压力作为主导参量的情况下调节废气阀门的打开状态，但优选的是，在这种情况下也能使用增压压力作为主导参量，因而进气管压力可以作为主导参量用于同时调节节气阀门的打开状态。

在内燃机的低转速和低发动机负荷下，废气质量流量几乎无法克服涡轮增压器的布置在废气系中的涡轮机的惯性并且仅很少运行这个涡轮增压器。因此增压压力在这种运行点中大概对应环境压力。因此不能通过部分关闭废气阀门来进一步减小增压压力。因为在这些运行时间点中无法调节废气阀门的打开状态，所以优选的是，用于调节废气阀门的打开状态的调节回路仅在内燃机的预先给定的工作范围中使用，该预先给定的工作范围由内燃机的转速和内燃机的发动机负荷经参数化地例如通过燃料喷射量、内燃机的转矩或平均压力限定。在这个工作范围外，废气阀门在所述方法的一种实施方式中保持完全关闭。在所述方法的另一种实施方式中，在所述工作范围外取代调节来控制废气阀门的打开状态。

此外优选的是，用于调节打开状态的调节回路仅在内燃机的预先给定的工作范围中使用，在该工作范围中，在环境压力和额定增压压力之间的差大于能预先给定的阈值。这个阈值可以配设有能校准的迟滞。这使得调节所需的校准更为简单并且更加稳健地反作用于可能的振动。在这个工作范围外，废气阀门在此也在所述方法的一种实施方式中保持关闭并且在所述方法的另一种实施方式中加以控制。

此外优选的是，用于调节废气阀门的打开状态的调节回路将废气阀门的打开状态调节为不低于一个值，这个值根据转速和发动机负荷经参数化地例如由燃料喷射量、内燃机的转矩或平均压力预先给定。这种预先给定可以借助针对内燃机的不同的运行状态的综合特性曲线结构被单独地预先给定，像比如针对正常运行和柴油颗粒过滤器再生运行那样。以这种方式防止如此程度地使得废气阀门关闭，从而使在内燃机中的燃烧过程变得不稳定或使内燃机甚至停止。

计算机程序设置用于，执行所述方法的每个步骤，特别是当该计算机程序在计算器上或者在电子控制器上运行时。计算机程序实现在电子控制器上实施该方法的不同实施方式，而不必进行任何结构上的改变。为此，将该计算机程序储存在能机读的储存介质上。通过将计算机程序加载到电子控制器上，获得如下电子控制器，该电子控制器设置用于借助所述方法调节在废气阀门中的打开状态。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在接下来的说明书中加以详细阐释。

图1示意性示出了内燃机连同其输入空气和输出空气系统（Zu- undAbluftsystem），其中可以借助根据本发明的方法的实施例调节废气阀门的打开状态；

图2示出了在根据本发明的方法的实施例中的调节回路；

图3在图表中示出了在根据本发明的方法的实施例中的内燃机的不同的工作范围；

图4示出了在根据本发明的方法的另一种实施例中的调节回路；

图5示意性示出了内燃机连同其输入空气和输出空气系统，其中废气阀门的打开状态可以借助根据本发明的方法的又一个实施例加以调节；

图6示出了在根据本发明的方法的又一个实施例中的调节回路。

具体实施方式

图1示出了空气输入装置（Luftzufuhr）10，其带有用于内燃机30的涡轮增压器20。内燃机30具有废气系40，该废气系通过高压废气再循环装置50与空气输入装置10连接。在空气输入装置10中布置着用于测量新鲜空气质量流量ṁ_cmpr,Us的质量流量传感器11，该新鲜空气质量流量流入到空气输入装置10中。在涡轮增压器20的紧随其后的压缩机的下游布置着增压空气冷却器12。空气输入装置10的布置在增压空气冷却器12和内燃机30之间的区段是指内燃机30的进气管13，在进气管中布置着增压压力传感器14。这个增压压力传感器测量增压压力p_IntMnf，该增压压力由于节气阀门的误差（Fehlen）而对应进气管压力p_Suc。借助在未示出的电子控制器中的模型求取气体质量流量ṁ_IntMnf，该气体空气质量流量通过进气管13流入到内燃机30中。涡轮增压器20的涡轮机22布置在废气系40中。废气流借助涡轮机22驱动压缩机21并且因此造成对于流入到增压空气冷却器12中的空气的压缩。在废气系40中的废气门阀41使得能绕开涡轮机22。在涡轮机22的和废气门阀41的下游布置着处于废气系中的废气阀门42。在废气阀门42的下游紧随废气后处理系统43。高压废气再循环管路50在内燃机30和涡轮增压器20的涡轮机22之间从废气系40分支出去并且通入到进气管13中。在进气管中前后相继地布置着废气再循环阀51、废气冷却器52和振动阀（Flatterventil）53。

在根据本发明的方法的第一个实施例中，借助第一调节回路70调节废气阀门42的打开状态并且借助第二调节回路80调节废气再循环阀51的打开状态。如在图2中示出的那样，第一调节回路70具有调节器71，该调节器作为主导参量而使用增压压力p_IntMnf。第二调节回路80具有调节器81，该调节器作为主导参量而使用新鲜空气质量流量ṁ_cmpr,Us。图2的图示是简化的，因而取消了对输入参量和输出参量的说明。当内燃机30用整个打开或部分打开的废气再循环阀51运行时，新鲜空气质量流量ṁ_cmpr,Us仅是进入到内燃机30中的气体流的一部分。但因为进入到内燃机30中的、也包括来自废气再循环管路50的气体流的整个气体质量流量ṁ_IntMnf在燃烧过程中必须被加热，所以所述方法规定，废气阀门42的打开状态的调节，为了获得期望的废气温度，基于内燃机30中的这个气体质量流量ṁ_IntMnf来实现。这个气体质量流量例如根据公式1计算：

（公式1）。

在此，n_eng指的是内燃机的转速，λ_a是其容积效率，V_H是由内燃机30移动的气体体积，R是通用气体常数并且T_IntMnf是流入到内燃机30中的气体的温度。在公式1中的最重要的参量是增压压力p_IntMnf，其能借助增压压力传感器14测得。增压压力因此用作在第一调节回路70中的主导参量。在空气输入装置10中和内燃机的废气系40中的阀门原则上仅造成在这些阀门旁流过的气体的温度的小的变化。因此在废气阀门42的上游和下游的温度基本上一样。在废气阀门42的上游和涡轮机22的下游的温度T_Trbn,Ds可以借助公式2计算：

（公式2）。

在此，T_ExhMnf说明了从内燃机30流出的气体的温度，η_T指的是涡轮增压器20的涡轮机效率，p_Trbn,Ds是在涡轮机22的下游和废气阀门42的上游的压力，p_ExhMnf是在涡轮机22的上游的压力，并且κ是废气的等熵指数。

从内燃机30流出的废气的温度T_ExhMnf可以根据公式3计算得出：

（公式3）。

在此，L_st是燃烧时在空气和燃料之间的化学计量关系并且δT_eng指的是由公式4得出的因子：

（公式4）。

在此，H_i;fuel是燃料的低的热值并且c_p,exh是在内燃机30的气缸中的气体的比热容。当假定，储存在燃料中的能量被转化成了机械功、通过内燃机30的气缸壁的热损失和从内燃机30流出的气体的加热时，那么所述能量的有助于加热流出的气体的份额是η_gas。这个份额至少针对内燃机30的平均的负荷和高的负荷仅略微与其运行参数相关。针对η_gas = 0.3的值，得出的因子为δT_eng≈1000K。

通过将公式3带入公式2中得出公式5：

（公式5）。

因为还适用于涡轮增压器20的是，压缩机21的功率对应涡轮机22的功率，所以根据公式6得出了在涡轮机22上的气体质量流量ṁ_Trbn：

（公式6）。

在此，ṁ_Cmpr指的是压缩机21上的气体质量流量，c_p,cmpr指的是在压缩机21上的气体的比热容，T_cmpr,Us指的是在压缩机21的上游的温度，并且p_cmpr,Us指的是在压缩机21的上游的压力。

通过将公式6带入公式5中可以用进气压力代替废气压力，其中，p_cmpr,Us是已知的，因为其在此基本上是指环境压力。通过将公式1带入公式5中用增压压力p_IntMnf、温度T_IntMnf和一些其它的值来替代气体质量流量ṁ_IntMnf。由此能根据公式7推导出所述关系：

（公式7）。

燃料质量流量ṁ_fuel在此由转矩请求得出，即由通过机动车中的驾驶员对加速踏板的操纵得出，机动车由所述内燃机30驱动。因为流入到内燃机30中的气体的温度T_IntMnf相对于温度的绝对零点粗略地仅稍稍改变，所以增压压力p_IntMnf保留作为针对在涡轮机22的下游的温度T_Trbn,Ds的主要影响并且因此可以用作在第一调节回路70中的主导参量。在此要注意的是，在压缩机21处的气体质量流量ṁ_Cmpr和在涡轮机22处的气体质量流量ṁ_Trbn基本上是相同的（它们由于在比较中极小的燃料质量流量而不同）并且因此从方程6以良好的近似得到缩减。它们因此不再出现在方程7中。

图3根据内燃机30的转速n_eng和内燃机的平均压力bmep（与内燃机的工作容积或内燃机的参量无关地表征内燃机30的负荷状态的参量）示出了如下工作范围61，在该工作范围内使用根据图2的第一调节回路70来调节废气阀门42的打开状态。在范围62内的这个工作范围61外没有规定这种调节。当内燃机30处在增压压力p_IntMnf的额定值和环境压力之间的差小于例如100 hPa的阈值的运行状态中时，也没有规定所述调节，其中，所述阈值配设有例如+/-10 hPa的迟滞。

当没有调节废气阀门42的打开状态时，这个废气阀门在所述方法的一个实施例中完全被打开。在所述方法的另一个实施例中控制该废气阀门的打开状态。

在图4中示出的根据本发明的方法的第二实施例中，这样来修改调节回路70，使得该调节回路具有调节器72，该调节器作为主导参量而具有进入到内燃机30中的气体质量流量ṁ_IntMnf。这个气体质量流量例如由方程1得出并且可以由储存在内燃机30的电子控制器中的模型得出。

当如在图5中所示那样在进气管13中布置着节气阀门15时，那么仅在节气阀门15的上游存在增压压力p_IntMnf并且在那里可以借助增压压力传感器14加以测量。现在在节气阀门15的下游存在不同于增压压力p_IntMnf的进气管压力p_Suc，该进气管压力能借助单独的进气管压力传感器16进行测量。高压废气再循环管路50在节气阀15的下游通入到进气管13中。

如在图6中所示那样，在进气管13的这个实施方案中，第一调节回路70和第二调节回路80以在图4中示出的方式完全一样地设计。此外，设置有如下第三调节回路90，它的调节器91作为主导参量而使用进气管压力p_Suc。该调节器调节节气阀门15的打开状态。

Claims (11)

1.用于调节带有涡轮增压器（20）的内燃机（30）的废气系（40）中的废气阀门（42）的打开状态的方法，其特征在于，用于调节废气阀门（42）的打开状态的调节回路（70）使用从内燃机（30）的增压压力（p_IntMnf）或进入到内燃机（30）中的气体质量流量（ṁ_IntMnf）中选出的主导参量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还调节所述内燃机（30）的废气再循环阀（51）的打开状态，其中，用于调节打开状态的调节回路（80）作为主导参量而使用进入到所述涡轮增压器（20）中的新鲜空气质量流量（ṁ_cmpr,Us）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述内燃机（30）在其进气管（13）中具有节气阀门（15），其中，所述内燃机（30）的增压压力（p_IntMnf）用作用于调节所述废气阀门（42）的打开状态的调节回路（70）的主导参量并且所述内燃机（30）的进气管压力（p_Suc）用作用于调节节气阀门（13）的打开状态的主导参量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，用于调节所述废气阀门（42）的打开状态的调节回路（70）仅在所述内燃机（30）的预先给定的工作范围（61）内使用，该预先给定的工作范围由所述内燃机（30）的转速（n_eng）和发动机负荷来限定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，用于调节所述废气阀门（42）的打开状态的调节回路（70）仅在所述内燃机（30）的预先给定的工作范围内使用，在该预先给定的工作范围内，在环境压力和额定增压压力（p_IntMnf）之间的差大于能预先给定的阈值。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述工作范围（61）外，所述废气阀门（42）保持完全关闭。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述工作范围（61）外控制所述废气阀门（42）的打开状态。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，用于调节所述废气阀门（42）的打开状态的调节回路（70）将所述废气阀门（42）的打开状态调节为不低于如下一个值，该值根据转速（n_eng）并且根据燃料喷射量或内燃机（30）的转矩预先给定。

9.计算机程序，其设置用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的每个步骤。

10.能机读的储存介质，在其上储存着根据权利要求9所述的计算机程序。

11.电子控制器，其设置用于，借助根据权利要求1至8中任一项所述的方法来调节废气阀门（42）的打开状态。

Images