CN115539179A - 控制用于内燃机的排气系统的燃烧器的方法 - Google Patents

控制用于内燃机的排气系统的燃烧器的方法 Download PDF

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Abstract

一种控制内燃机(1)的方法，该内燃机(1)具有排气导管(10)和排气后处理系统(14)，该排气后处理系统(14)包括：至少一个催化转化器(15、17)，其沿排气导管(10)布置；氧气传感器(18、18*)，其沿排气导管(10)安置并在所述至少一个催化转化器(15、17)的上游布置；以及，燃烧器(21)，其适于将废气引入氧气传感器(18、18*)的上游的排气导管(10)，该方法提供了下述步骤：识别内燃机(1)关断和燃烧器(21)启动的运行阶段，使得氧气传感器(18、18*)仅受到由燃烧器(21)产生的废气撞击；获取由氧气传感器(18、18*)产生的信号；以及，使用由氧气传感器(18、18*)产生的信号，以便确定目标燃料流速
Figure DDA0003722258170000011
和要供给到燃烧器(21)的目标空气流速
Figure DDA0003722258170000012

Description

控制用于内燃机的排气系统的燃烧器的方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2021年6月30日提交的申请号为102021000017252的意大利专利申请的优先权，该专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种控制用于内燃机的排气系统的燃烧器的方法。
现有技术
众所周知，内燃机通常设置有多个气缸，每个气缸连接到进气歧管和排气歧管，排气导管连接到排气歧管，该排气导管将由燃烧产生的废气供给到排气系统，该排气系统将由燃烧产生的气体排放到大气中。
排气后处理系统通常包括：预催化转化器，其沿排气导管布置；微粒过滤器，其也沿着排气导管布置，在预催化转化器的下游；以及，催化转化器，其沿排气导管布置，在微粒过滤器的上游。
沿排气导管还设置有第一λ传感器，该第一λ传感器沿排气导管安置并在预催化转化器的上游布置，以检测进入预催化转化器的废气的空气/燃料比(或滴度)；第二λ传感器，其沿排气导管安置并在预催化转化器和由催化转化器和由微粒过滤器所限定的组件之间插入，以检测在预催化转化器的下游的废气内的氧浓度；以及最后，第三λ传感器，其沿排气导管安置并在由催化转化器和由微粒过滤器所限定的组件的下游布置，以检测在由催化转化器和由微粒过滤器所限定的组件的下游的废气内的氧浓度。
最后，排气后处理系统还包括燃烧器，该燃烧器适合于将废气(和因此产生的热量)引入排气导管，从而加速催化转化器的加热以及便于微粒过滤器的再生。
燃烧室限定在燃烧器内部，该室接收新鲜空气并接收来自注射器的燃料，该注射器被设计为在燃烧室内循环注射燃料。此外，火花塞联接到燃烧器以确定在燃烧室内存在的混合物的点火。
最重要的是，能够控制在燃烧器内部发生的燃烧，以确保实现最佳热功率和离开燃烧器的废气的空气/燃料比的期望/目标值。
出于这个原因，已经建议沿一导管安置另一个λ传感器，该管道适于将离开燃烧器的废气排放到排气导管中；所述另一个λ传感器专门用于检测离开燃烧器的废气的空气/燃料比。然而，该解决方案在经济上是不利的，因为它涉及使用另外的λ传感器。
为了克服这个问题，已经提出将燃烧器布置成将废气引入到在第一λ传感器(使得第一λ传感器仅受由内燃机产生的废气影响)和第二λ传感器(使得第二λ传感器受到由内燃机产生的废气和由燃烧器产生的废气的影响)之间的排气导管中；并使用来自第一λ传感器和第二λ传感器的信号来控制燃烧器并操作空气流速和供给燃烧器的燃料。
文献EP3686404和DE102010029262涉及控制用于内燃机的排气系统的燃烧器的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制用于内燃机的排气系统的燃烧器的方法，该方法没有上述缺点，且特别地，易于实施且成本低廉。
根据本发明，提供一种控制用于内燃机的排气系统的燃烧器的方法，该内燃机具有机动车的废气的排气系统，该排气系统具有排气导管和排气后处理系统，该排气后处理系统包括：至少一个催化转化器，其沿排气导管布置；以及，氧气传感器，优选为线性的氧气传感器，其沿排气导管安置且在所述至少一个催化转化器的上游布置，以检测废气的空气/燃料比，该空气/燃料比提供指示在废气中氧气的含量的输出；以及，燃烧器，其适合于将废气引入氧气传感器上游的排气导管，以加速所述至少一个催化转化器的加热，其中在燃烧器内部定义了燃烧室，该燃烧室通过空气供给设备接收新鲜空气以及接收来自注射器的燃料，所述空气供给设备设置有供给空气的泵送设备，所述注射器被设计为将燃料燃料注射到燃烧室；以及，火花塞，其联接到燃烧器，以便点燃在燃烧室内存在的混合物；该方法包括以下步骤：
a)识别内燃机关断和燃烧器启动的运行阶段，以便氧气传感器只受由燃烧器所产生的废气撞击；
b)获取由氧气传感器产生的信号；和
c)使用由氧气传感器产生的信号，以便控制目标空气流速并确定要供给到燃烧器的目标燃料流速。
附图的简要描述
现在将参考附图描述本发明，附图显示了本发明的一些非限制性实施例，其中：
图1示意性地显示了内燃机，其设置有排气后处理系统的第一变体，该排气后处理系统具有实施根据本发明获得的控制方法的电子控制单元；
图2显示了图1的排气后处理系统的第二个变体；
图3示意性地示出了图1和图2中所示的排气后处理系统的细节；
图4和图6是示意性地示出本发明的用于控制空气流速对象的方法的第一变体的框图；
图5是示意性示出本发明的用于控制燃料流速对象的方法的框图；
图7和图8是示意性地示出本发明的用于控制空气流速对象的方法的第二变体的框图；
图9和图10是示意性地示出本发明的用于控制空气流速对象的方法的第三变体的框图；
图11和图12是示意性地示出本发明的用于控制气流对象的方法的第四变体的框图；和
图13示意性地示出图1的内燃机的细节；和
图14示意性地示出图3的细节的另一个实施例。
本发明的优选实施方案
在图1中，整体上用数字1表示的是增压内燃机，该内燃机设置有在机动车(未示出)中用于废气的排气系统2并具有多个气缸3，每个气缸连接到进气歧管4且和排气歧管5通过至少一个相应的排气阀(未示出)连接。
此外，根据优选实施例，以下公开内容发现在其中供给的燃料是汽油的内燃机1的情况下有利但不排他的应用。
进气歧管4通过进气导管6接收来自外部环境的空气，该进气导管6设置有用于新鲜空气的气流的空气过滤器7并由节流阀8调节。质量空气流量传感器9(更好地称为空气流量计)也沿进气导管6布置在空气过滤器7的下游。
排气歧管5连接到排气导管10，该排气导管10将由燃烧产生的废气供给到排气系统2，该排气系统2将由燃烧产生的气体排放到大气中。
内燃机1的增压系统包括涡轮压缩机11和压缩机13，所述涡轮压缩机11设置有涡轮12，该涡轮12沿排气导管10布置，以在从气缸3排出的废气的作用下高速旋转，所述压缩机13沿进气导管6布置并且机械地连接到涡轮12以被所述涡轮12拖入旋转，从而增加在进气导管6中存在的空气的压力。
排气系统2设置有排气后处理系统14，该排气后处理系统14包括：预催化转化器15，其沿排气导管10布置，在涡轮压缩机11下游；以及，微粒过滤器16(也称为汽油微粒过滤器)，其也沿排气导管10布置，在预催化转化器的下游。根据优选实施例，排气后处理系统14设置有催化转化器17，该催化转化器17沿排气导管10布置，在微粒过滤器16的上游。根据优选实施例，催化转化器17和微粒过滤器16一个接一个地布置在共同的管状容器内。
根据第一变体，内燃机1还设置有UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18，该线性氧传感器18沿排气导管10安置并且在涡轮压缩机11和预催化转化器15之间插入以检测在涡轮压缩机11的下游和预催化转化器15的上游的废气的空气/燃料比(或滴度)(提供指示在废气中氧含量的线性输出)。
内燃机还设置有：λ传感器19，该λ传感器19旨在提供一个指示废气滴度是高于还是低于化学计量值的二进制开/关型输出，其沿排气导管10安置并且在预催化转化器15和由催化转化器17和微粒过滤器16所限定的组件之间插入，以检测在预催化转化器15的下游的废气中的氧浓度；以及最后，λ传感器20，该λ传感器20适于提供一个指示废气滴度是高于还是低于化学计量值的二进制开/关型输出，其沿排气导管10安置并且在由催化转化器17和微粒过滤器16所限定的组件的下游布置，以检测在由催化转化器17和微粒过滤器16所限定的组件的下游的废气中的氧浓度。
根据图2所示的第二个变体，内燃机1还设置有λ传感器19*，该λ传感器19*适于提供一个指示废气滴度是高于还是低于化学计量值的二进制开/关型输出，其沿排气导管10安置并在涡轮压缩机11和预催化转化器15之间插入，以检测在涡轮压缩机11的下游和预催化转化器15的上游的废气的空气/燃料比(或滴度)。
内燃机1还设置有：UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18*，其沿排气导管10安置并且在预催化转化器15与由催化转化器17和微粒过滤器16所限定的组件之间插入，以检测在预催化转化器15的下游的废气中的氧浓度(指示在废气中氧含量的线性输出)；以及最后，λ传感器20，该λ传感器20适于提供一个指示废气滴度是否高于或低于化学计量值的二进制开/关型输出，其沿排气导管10安置并在由催化转化器17和由微粒过滤器16所限定的组件的下游布置，以检测在由催化转化器17和微粒过滤器16所限定的组件的下游的废气中的氧浓度。
排气后处理系统14还包括燃烧器21，该燃烧器21适合于将废气(和因此产生的热量)引入到排气导管10中，从而加速预催化转化器15和/或催化转化器17的加热以及便于微粒过滤器16的再生。
根据在图3中被更好地说明的，燃烧室22限定在燃烧器21内部，该燃烧室通过空气供给回路23接收新鲜空气(即，来自外部环境的空气)，该空气供给回路23设置有泵送设备24，该泵送设备24通过由开/关型截止阀26调节的导管25供给空气。燃烧室22还接收来自注射器27的燃料，该注射器27被设计为在燃烧室22内循环注射燃料。此外，火花塞28联接到燃烧器21以确定在所述燃烧室22内存在的混合物的点火。内燃机1包括燃料供给回路29，该燃料供给回路29设置有泵送设备30，该泵送设备30通过导管31供给燃料。
最后，内燃机1包括控制系统32，该控制系统32适于监督所述内燃机1的运行。控制系统32包括至少一个电子控制单元(通常称为“ECU”-“电子控制单元”)，其监控内燃机1的各种部件的操作。
火花塞28由电子控制单元ECU操作以在其电极之间产生火花，从而确定在燃烧室22内被压缩的气体的点火。控制系统32还包括连接到电子控制单元ECU的多个传感器。
这些传感器尤其包括：被供给到燃烧器21的气流的温度和压力的传感器33，其优选地沿导管25安置；离开燃烧器21的废气的温度和压力的传感器34，其沿用于将离开燃烧器21的废气排放到排气导管10的排气导管35安置；被供给到燃烧器21的燃料的压力的传感器36，其沿导管31安置；以及，被供给到泵送设备24的气流的压力和温度的传感器37。
电子控制单元ECU还连接到UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*和λ传感器19、19*、20。
根据图1所示的第一实施例，燃烧器21被布置成在UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18的上游和预催化转化器15的上游将废气引入排气导管10。
根据图2所示的第二实施例，燃烧器21被布置成将废气引入到在UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18*的上游和由催化转化器17和微粒过滤器16所限定的组件的上游的排气导管10。
下面描述由电子控制单元ECU实现的用于控制燃烧器21的方法。
首先，在以下公开内容中所描述的策略可仅当UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*完全被通过燃烧器21所产生的废气撞击时才实施(换句话说，必须使UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*不被通过内燃机1所产生的废气撞击)。
因此，启动针对燃烧器21的控制策略的条件是所述燃烧器21启动而内燃机1关断。
特别地，以下两种情况可以交替出现：
a)燃烧器21在“冷”排气系统2(即，检测到的温度低于极限值，范围从180℃到200℃)的情况下启动；或者
b)燃烧器21在“热”排气系统2(即，检测到的温度高于极限值，范围从180℃到200℃)的情况下启动。
情况a)可以发生在以下任何一种情况下：
a1)燃烧器21在机动车的驾驶员的车门打开时(通过传感器检测到打开或当通过遥控器解锁车门时，或者甚至在检测到智能钥匙靠近车辆时)启动；
a2)当机动车是以电动模式开启的混合动力车辆并且当机动车被开启后内燃机1尚未启动时，燃烧器21被启动；
a3)当车辆是在电动模式下运行的混合动力车辆并且电子控制单元ECU提出要切换到热模式时(例如，当存储系统的电量状态不足以仍在电动模式下进行的情况)；在这种情况下，燃烧器21在开启内燃机1前大约3到5秒时被启动。
显然的是，可选地，在燃烧器21被布置成在UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18*的上游和由催化转化器17和由微粒过滤器16所限定的组件的上游将废气引入排气导管10的情况下(换言之，当燃烧器21在预催化转化器15和由催化转化器17和由微粒过滤器16所限定的组件之间插入的情况下)，在以下公开内容中描述的策略也可以在内燃机1被启动的情况下实施，因为由内燃机1所产生的废气已经通过了预催化转化器15。
如果发生以下任何情况，则燃烧器21关断：
-检测到排气系统2的温度高于极限值，范围从180℃至200℃；或者
-自燃烧器21启动以来已经过去了预定的时间量；或者
-在供应了所估计的能量的情况下，例如燃料流速的积分超过阈值；
-在通过乘客舱内安置的至少一个识别设备(例如，在机动车的驾驶员的座椅上的传感器，或机动车的驾驶员的座椅安全带的传感器)检测到在预定时间内没有乘客出现在机动车上的情况下。
另一方面，情况b)可以发生在以下任何一种情况下：
b1)当机动车是以电动模式运行的混合动力车辆且内燃机1关断时，燃烧器21启动；
b2)燃烧器21在离合器打开的释放阶段中启动；和
b3)燃烧器21在机动车的所有停止阶段中启动；例如，燃烧器21在设置有“启动和停止”系统的机动车的停止阶段中、在机动车的泊车操作期间、或者甚至是在内燃机1关断后允许通风装置启动的“后运行”阶段中。
在以下任何一种情况发生的情况下，则燃烧器21被关断：
c)内燃机1启动；
d)自燃烧器21被启动以来已过去了预定的时间量；或者
e)在以下公开内容中概述的自适应策略已完成。
下面描述由电子控制单元ECU执行以操作燃烧器21的策略。
首先，电子控制单元ECU被设计为计算达到预催化转化器15或催化转化器17的标称工作温度TCAT_OBJ所需的并通过空气/燃料比的目标值λOBJ所获得的热功率POBJ。
为了计算该热功率POBJ，应考虑目标是将预催化转化器15或催化转化器17从初始温度T0加热到标称工作温度TCAT_OBJ；允许这种温度升高所需的热量QCAT可以计算如下：
QCAT＝CCAT*MCAT*(TCAT_OBJ-T0)
其中CCAT是预催化转化器15或催化转化器17的比热，且MCAT代表预催化转化器15或催化转化器17的质量(本质上，乘积CCAT*MCAT代表预催化转化器15或催化转化器17的热容)。
为了在时间量Δt内加热预催化转化器15或催化转化器17并考虑到热损失QDISS(通过对流、离开催化转化器的气体等)，所需的热功率POBJ因此由下式给出：
POBJ＝(QCAT+QDISS)/Δt
通过在燃烧器21中的燃烧所释放的热功率Pt具有空气流量
Figure BDA0003722258150000091
和滴度λ可以替代地计算如下：
Figure BDA0003722258150000092
其中
λST是化学计量的空气/燃料比；
λ是燃烧滴度；
Figure BDA0003722258150000093
是空气质量流速；
Hi是燃料的较低加热功率；
Hv是燃料的汽化的潜热；和
ηc是燃烧效率。
因此，一旦定义了燃烧空气/燃料比(或滴度)λ，就可以在内燃机1关断的情况下，计算将预催化转化器15或催化转化器17从初始温度T0加热到标称工作温度TCAT_OBJ所需的空气流速
Figure BDA0003722258150000094
如下：
Figure BDA0003722258150000095
在内燃机1启动的情况下，由于所产生的、用于废气交换的热量QENGINE的贡献(如果被供应则为正，或者，如果被削减则为负)可以添加如下：
Figure BDA0003722258150000096
根据达到预催化转化器15或催化转化器17的标称工作温度TCAT_OBJ所需的热功率POBJ，电子控制单元ECU确定目标空气流速
Figure BDA0003722258150000097
和标称燃料流速
Figure BDA0003722258150000098
根据第一变体，泵送设备24通过控制转数N来调节，而截止阀26是开/关型的。
电子控制单元ECU被设计成确定目标空气流速
Figure BDA0003722258150000099
和标称燃料流速
Figure BDA00037222581500000910
这两者通过操作泵送设备24、截止阀26、泵送设备30和注射器27获得。
根据图4中示意性说明的内容，目标空气流速
Figure BDA0003722258150000101
与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM和由传感器33所提供的在导管25中的空气的压力PA——被共同在输入处提供给图表(通常由泵送设备24的制造商提供)。该图表在输出处提供了用于操作泵送设备24的标称转数NNOM。
然而，用于操作泵送设备24的实际转数N由标称转数NNOM和另外两个贡献之和来定义。
特别地，用于操作泵送设备24的标称转数NNOM代表开环贡献，并且使用根据实验得出的控制图表精确地生成；而闭环贡献NCL是通过PID控制器提供的，该PID控制器尝试将空气/燃料比的误差——即在空气/燃料比的目标值λOBJ与由UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*所测量的空气/燃料比的实际值λ之间的差值——进行归零。
第三贡献NADAT也根据PID控制器在静止条件下(即，具有静止的空气流速
Figure BDA0003722258150000102
和燃料流速
Figure BDA0003722258150000103
)的积分作用来确定。
根据图6所示，用于操作泵送设备24的第三贡献NADAT被用来更新先前用于确定标称转数NNOM的图表。特别地，第三贡献NADAT与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM以及由传感器33所提供的在导管25中的空气的压力PA——被共同在输入处提供给图表。该图表在输出处提供了所估计的空气流速的更新值
Figure BDA0003722258150000104
在闭环贡献NCL和第三贡献NADAT之和大于可校准阈值THR1的情况下，诊断出故障或错误。
根据第二变体，泵送设备24不通过控制转数N来调节，而截止阀26被制造为具有可变/可调节的通道截面(换句话说，截止阀26不是开/关型的)。在这种情况下，压力传感器38设置在截止阀26的下游的导管25中以检测被供给到燃烧器21的空气的压力。
因此，电子控制单元ECU被设计为确定通过操作截止阀26、泵送设备30和注射器27所获得的目标空气流速
Figure BDA0003722258150000105
和标称燃料流速
Figure BDA0003722258150000106
根据图7中示意性说明的内容，目标空气流速
Figure BDA0003722258150000107
与其他的量——包括由传感器33所提供的空气的压力PA和温度TA和由传感器38所提供的被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN——被共同在输入处提供给图表(通常由截止泵26的制造商提供)。该图表在输出处提供了用于操作截止阀26的标称通道截面αNOM。
然而，用于操作截止阀26的实际通道截面αOBJ由标称通道截面αNOM和另外两个贡献之和来定义。
特别地，用于操作截止阀26的标称通道截面αNOM代表开环贡献并且使用根据实验得出的控制图表精确地生成。在被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN与空气的压力PA之间的比率小于或等于阈值THR的情况下，闭环贡献αCL通过PID控制器提供，该PID控制器尝试将空气/燃料比的误差——即在空气/燃料比的目标值λOBJ与由UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*所测得的空气/燃料比的实际值λ之间的差值——进行归零。
第三贡献αADAT也根据PID控制器在静止条件下(即，具有静止的空气流速
Figure BDA0003722258150000111
和燃料流速
Figure BDA0003722258150000112
)的积分作用来确定。
根据图8所示的内容，在被供给至燃烧器21的空气的压力PBURN与在导管25内的空气的压力PA之间的比率小于阈值THR的情况下，用于操作截止阀26的第三贡献αADAT被用来更新先前用于确定用来操作截止阀26的标称通道截面αNOM的图表。特别地，第三贡献αADAT与其他的量——包括被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN、在导管25中的空气的压力PA和温度TA——被共同在输入处提供给图表。该图表在输出处提供了空气流速的更新值
Figure BDA0003722258150000113
在被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN与在导管25内的空气的压力PA之间的比率大于阈值THR的情况下，取而代之的是，值VBAT与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM以及由传感器33所提供的在导管25中的空气的压力PA——被共同在输入处提供给图表。该图表在输出处提供了空气流速的标称值
Figure BDA0003722258150000114
但是，空气流速
Figure BDA0003722258150000115
由空气流速
Figure BDA0003722258150000116
的标称值和另外两个贡献之和来定义。
特别地，空气流速
Figure BDA0003722258150000117
的标称值表示开环贡献并且使用根据实验得出的控制图表精确地生成。闭环贡献
Figure BDA0003722258150000118
通过PID控制器提供，该PID控制器尝试将空气/燃料比的误差——即在空气/燃料比的目标值λOBJ与由UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*所测量的空气/燃料比的实际值λ之间的差值——进行归零。
第三贡献
Figure BDA0003722258150000121
也根据PID控制器在静止条件下(即，具有静止的空气流速
Figure BDA0003722258150000122
和燃料流速
Figure BDA0003722258150000123
)的积分作用来确定。
在闭环贡献αCL和第三贡献αADAT之和大于可校准阈值THR2的情况下，诊断出故障或错误。
在闭环贡献
Figure BDA0003722258150000124
和第三贡献
Figure BDA0003722258150000125
之和大于可校准阈值THR3的情况下，诊断出故障或错误。
根据第三变体，泵送设备24通过控制转数N来调节，而截止阀26被制造为具有可变/可调节的通道截面(换句话说，截止阀26不是开/关型的)。同样在这种情况下，压力传感器38设置在截止阀26的下游的导管25中以检测被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN。
因此，电子控制单元ECU被设计为确定通过操作泵送设备24、截止阀26、泵送设备30和注射器27所获得的目标空气流速
Figure BDA0003722258150000126
和标称燃料流速
Figure BDA0003722258150000127
根据图9中示意性说明的内容，目标空气流速
Figure BDA0003722258150000128
与其他的量——包括由传感器33所提供的空气的压力PA和温度TA和由传感器38所提供的被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN——被共同在输入处提供给图表(通常由截止泵26的制造商提供)。该图表在输出处提供了用于操作截止阀26的标称通道截面αNOM。
然而，用于操作截止阀26的实际通道截面αOBJ由标称通道截面αNOM和另外两个贡献之和来定义。
特别地，用于操作截止阀26的标称通道截面αNOM代表开环贡献并且使用根据实验得出的控制图表精确地生成。在被供给至燃烧器21的空气的压力PBURN与空气的压力PA之间的比率小于阈值THR的情况下，通过PID控制器提供闭环贡献αCL，该PID控制器尝试将空气/燃料比的误差——即在空气/燃料比的目标值λOBJ与由UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*所测得的空气/燃料比的实际值λ之间的差值——进行归零。
第三贡献αADAT也根据PID控制器在静止条件下(即，具有静止的空气流速
Figure BDA0003722258150000131
和燃料流速
Figure BDA0003722258150000132
)的积分作用来确定。
此外，目标空气流速
Figure BDA0003722258150000133
还与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM以及在导管25中的目标空气压力PA_OBJ(其根据目标空气流速
Figure BDA0003722258150000134
和被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN来确定)——被共同在输入处提供给图表(通常由泵送设备24的制造商提供)。该图表在输出处提供了用于操作泵送设备24的标称转数NNOM。
然而，用于操作泵送设备24的实际转数N由标称转数NNOM和另外三个贡献之和来定义。
特别地，用于操作泵送设备24的标称转数NNOM代表开环贡献并且使用根据实验得出的控制图表精确地生成。闭环贡献NCL1通过PID1控制器提供，该PID1控制器尝试将空气压力中的误差——即在导管25中的目标空气压力PA_OBJ(其根据目标空气流速
Figure BDA0003722258150000135
和被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN来确定)和由传感器33所测量的空气的实际压力值PA之间的差值——进行归零。
此外，在被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN与空气的压力PA之间的比率大于阈值THR的情况下，另一闭环贡献NCL2通过PID2控制器提供，该PID2控制器尝试将空气/燃料比的误差——即在空气/燃料比的目标值λOBJ与由UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*所测得的空气/燃料比的实际值λ之间的差值——进行归零。
第三贡献NADAT也根据PID1控制器和PID2控制器在静止条件下(即，具有静止的空气流速
Figure BDA0003722258150000136
和燃料流速
Figure BDA0003722258150000137
)的积分作用之和来确定。
换言之，空气流速
Figure BDA0003722258150000138
的调节是根据在被供给至燃烧器21的空气的压力PBURN(在截止阀26的下游)与空气的压力PA(在截止阀26的上游)之间的比率来控制的。当所述比率小于阈值THR时，为了控制空气流速
Figure BDA0003722258150000139
操作截止阀26的打开；由于所述比率大于阈值THR，为了控制空气流速
Figure BDA00037222581500001310
泵送设备24被操作并且截止阀26基本上被完全打开。
根据图10所示的内容，在被供给至燃烧器21的空气的压力PBURN与在导管25内的空气的压力PA之间的比率大于阈值THR的情况下，用于操作泵送设备24的第三贡献NADAT被用来更新先前用于确定标称转数NNOM的图表。特别地，第三贡献NADAT与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM以及由传感器33所提供的在导管25中的空气的压力PA——被共同在输入处提供给图表。该图表在输出处提供了空气流速的更新值
Figure BDA0003722258150000141
另一方面，在被供给至燃烧器21的空气的压力PBURN与在导管25内的空气的压力PA之间的比率小于阈值THR的情况下，用于操作截止阀26的第三贡献αADAT被用来更新先前用于确定标称通道截面αNOM的图表，其中所述标称通道截面αNOM用于操作截止阀26。特别地，第三贡献αADAT与其他的量——包括被供给到燃烧器21的空气的压力PBURN、在导管25中的空气的压力PA和温度TA——被共同在输入处提供给图表。该图表在输出处提供了空气流速的更新值
Figure BDA0003722258150000142
在闭环贡献NCL和第三贡献NADAT之和大于可校准阈值THR1的情况下，诊断出故障或错误。
在闭环贡献αCL和第三贡献αADAT之和大于可校准阈值THR2的情况下，诊断出故障或错误。
根据图13中示意性示出的第四变体，泵送设备24通过控制转数N来调节，而截止阀26是开/关型的。
电子控制单元ECU被设计为确定通过操作泵送设备24、泵送设备30和注射器27所获得的目标空气流速
Figure BDA0003722258150000143
和标称燃料流速
Figure BDA0003722258150000144
根据图11中示意性说明的内容，目标空气流速
Figure BDA0003722258150000145
还与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM和由传感器33所提供的在导管25中的空气的压力PA——被共同在输入处提供给图表(通常由泵送设备24的制造商提供)。该图表在输出处提供了用于操作泵送设备24的标称转数NNOM。
然而，用于操作泵送设备24的实际转数N由标称转数NNOM和另外两个贡献之和来定义。
特别地，用于操作泵送设备24的标称转数NNOM代表开环贡献并且使用根据实验得出的控制图表精确地生成；而闭环贡献NCL是通过PID控制器提供的，该PID控制器尝试将空气流速中的误差——即在目标空气流速
Figure BDA0003722258150000151
和空气流速
Figure BDA0003722258150000152
之间的差值——进行归零。
此外，根据图13所示的内容，从被供给到内燃机1的空气流速
Figure BDA0003722258150000153
中减去由质量空气流量传感器9检测到的总空气流速
Figure BDA0003722258150000154
来计算空气流速
Figure BDA0003722258150000155
例如，通过在专利申请EP3650678和EP3739192A中描述的、用于确定在内燃机的每个气缸中截留的空气的质量的方法来确定被供给到内燃机1的空气流速
Figure BDA0003722258150000156
这些专利申请被并入本文用于参考。
第三贡献NADAT也根据PID控制器在静止条件下(即，具有静止的空气流速
Figure BDA0003722258150000157
和燃料流速
Figure BDA0003722258150000158
)的积分作用来确定。
根据图12所示的内容，用于操作泵送设备24的第三贡献NADAT被用来更新先前用于确定标称转数NNOM的图表。具体地，在用于操作泵送设备24的实际转数N与第三贡献NADAT之间的差值与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM和由传感器33所提供的在导管25中空气的压力PA——被共同在输入处提供给图表。该图表在输出处提供了空气流速的更新值
Figure BDA0003722258150000159
在闭环贡献NCL和第三贡献NADAT之和大于可校准阈值THR1的情况下，诊断出故障或错误。
根据图14中示意性示出的第五个变体和最后的变体，泵送设备24通过控制转数N来调节，而截止阀26是开/关型的。质量空气流量传感器39(更好地称为空气流量计)也沿导管25布置，其在泵送设备24和截止阀26之间插入。
根据另一实施例(未示出)，质量空气流量传感器沿导管25布置在泵送设备24的上游。
因此，电子控制单元ECU被设计为用于确定通过操作泵送设备24、泵送设备30和注射器27所获得的目标空气流速
Figure BDA00037222581500001510
和标称燃料流速
Figure BDA00037222581500001511
根据图11中示意性说明的内容，目标空气流速
Figure BDA00037222581500001512
还与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM和由传感器33所提供的在导管25中的空气的压力PA——被共同在输入处提供给图表(通常由泵送设备24的制造商提供)。该图表在输出处提供了用于操作泵送设备24的标称转数NNOM。
然而，用于操作泵送设备24的实际转数N由标称转数NNOM和另外两个贡献之和来定义。
特别地，用于操作泵送设备24的标称转数NNOM代表开环贡献，并且使用根据实验得出的控制图表精确地生成；而闭环贡献NCL是通过PID控制器提供的，该PID控制器尝试将在空气流速中的误差——即在目标空气流速
Figure BDA0003722258150000161
与由质量空气流量传感器39所检测到的空气流速
Figure BDA0003722258150000162
之间的差值——进行归零。
第三贡献NADAT也根据PID控制器在静止条件下(即，具有静止的空气流速
Figure BDA0003722258150000163
和燃料流速
Figure BDA0003722258150000164
)的积分作用来确定。
根据图12所示，用于操作泵送设备24的第三贡献NADAT被用来更新先前用于确定标称转数NNOM的图表。特别地，第三贡献NADAT与其他的量——包括由传感器37所提供的环境压力PATM和环境温度TATM以及由传感器33所提供的在导管25中的空气的压力PA——被共同在输入处提供给图表。该图表在输出处提供了空气流速的更新值
Figure BDA0003722258150000165
在闭环贡献NCL和第三贡献NADAT之和大于可校准阈值THR1的情况下，诊断出故障或错误。
根据图5中示意性示出的内容，一旦电子控制单元ECU已经确定了用于操作泵送设备24以获得目标空气流速
Figure BDA0003722258150000166
的实际转数N，则计算标称燃料流速
Figure BDA0003722258150000167
标称燃油流速
Figure BDA0003722258150000168
由以下公式确定：
Figure BDA0003722258150000169
Figure BDA00037222581500001610
标称燃料流速
Figure BDA00037222581500001611
所估计的空气流速
A/FSTEC化学计量的空气和燃料比
λOBJ空气/燃料比的期望/目标值。
估计空气流速
Figure BDA0003722258150000171
是根据图6所示和在前公开内容中描述的方法确定的。
然而，目标燃料流速
Figure BDA0003722258150000172
由标称燃料流速
Figure BDA0003722258150000173
和另外两个贡献之和来定义。
特别地，标称燃料流速
Figure BDA0003722258150000174
表示开环贡献，并使用前面描述的公式精确地生成；而燃料流速的闭环贡献
Figure BDA0003722258150000175
由PID控制器提供，该PID控制器尝试将空气/燃料比的误差——即在空气/燃料比的目标值λOBJ与由UHEGO或UEGO型的线性氧传感器18、18*所测量的空气/燃料比的实际值λ之间的差值——进行归零。
燃料流速的第三贡献
Figure BDA0003722258150000176
也根据PID控制器在静止条件下(即，具有静止的空气流速
Figure BDA0003722258150000177
和燃料流速
Figure BDA0003722258150000178
)的积分作用来确定。
在闭环贡献
Figure BDA0003722258150000179
和第三贡献
Figure BDA00037222581500001710
之和大于可校准阈值THR4的情况下，诊断出故障或错误。
在质量空气流量传感器9或39发生故障的情况下，空气流速
Figure BDA00037222581500001711
通过根据环境压力PATM、环境温度TATM和进入燃烧器21的空气的压力PA、操作泵送设备24的实际转数N以及操作泵送设备24的转数的另一自适应贡献NADAT的图表来计算。
很显然的是，在前公开内容中描述的用于控制和调整目标燃料流速
Figure BDA00037222581500001712
和空气流速
Figure BDA00037222581500001713
的策略可以与排气系统2的任何布局一起使用(无论线性氧传感器18，18*的位置如何)。
还清楚的是，在线性氧传感器18、18*、18**被适合提供二进制开/关型输出(指示废气滴度高于或低于化学计量值)的λ传感器代替的情况下，先前的公开内容也可以找到有利的应用。
特别地，在先前公开中描述的策略也可以在沿出口导管35安置的线性氧传感器18**的情况下找到有利的应用。
附图标记列表：
1 内燃机
2 排气系统
3 气缸
4 进气歧管
5 排气歧管
6 进气导管
7 空气过滤器
8 节流阀
9 质量空气流量传感器
10 排气导管
11 涡轮压缩机
12 涡轮
13 压缩机
14 后处理系统
15 预催化转化器
16 微粒过滤器
17 催化转化器
18 UEHGO线性传感器或UEGO开关
19 λ传感器
20 λ传感器
21 燃烧器
22 燃烧室
23 空气供给回路
24 泵送设备
25 导管
26 截止阀
27 注射器
28 火花塞
29 燃料供给回路
30 泵送设备
31 导管
32 控制系统
33 传感器P，T
34 传感器P，T
35 出口导管*
36 传感器P，T
37 传感器P，T
38 压力传感器*
39 质量空气流量传感器

Claims (12)

1.一种控制内燃机(1)的方法，所述内燃机(1)设置有机动车的废气的排气系统(2)，所述排气系统(2)具有排气导管(10)和排气后处理系统(14)，所述排气后处理系统(14)包括：至少一个催化转化器(15、17)，其沿排气导管(10)布置；以及，氧气传感器(18、18*)，优选为线性的氧气传感器，其沿所述排气导管(10)安置并且在所述至少一个催化转化器(15、17)的上游布置，以便检测废气的空气/燃料比，所述空气/燃料比提供指示在废气中氧气的含量的输出；以及，燃烧器(21)，其适合于将废气引入所述氧气传感器(18、18*)的上游的排气导管(10)，以加速所述至少一个催化转化器(15、17)的加热，其中在燃烧器(21)内部定义了燃烧室(22)，所述燃烧室(22)通过空气供给设备(23)接收新鲜空气以及接收来自注射器(27)的燃料，所述空气供给设备(23)设置有供给空气的泵送设备(24)，所述注射器(27)被设计为将燃料注射到燃烧室(22)；以及，火花塞(28)，其联接到所述燃烧器(21)，以便点燃存在于燃烧室(22)内的混合物；所述方法包括以下步骤：
a)识别所述内燃机(1)关断和所述燃烧器(21)启动的运行阶段，以便所述氧气传感器(18、18*)仅受到由所述燃烧器(21)产生的废气撞击；
b)获取由所述氧气传感器(18、18*)产生的信号；以及
c)使用由所述氧气传感器(18、18*)产生的信号，以便控制目标空气流速
Figure FDA0003722258140000011
并确定要供给到所述燃烧器(21)的目标燃料流速
Figure FDA0003722258140000012
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，识别步骤包括在以下情况之一中启动燃烧器(21)的子步骤：
-机动车的驾驶员的门打开；或者
-机动车为混合动力车辆，其以电动方式开启，且在机动车开启后所述内燃机(1)尚未启动；或者
-机动车是以电动模式行驶的混合动力车辆，但即将切换到加热模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，识别步骤包括在以下情况之一中关断燃烧器(21)的子步骤：
-检测到所述排气系统(2)的温度，其高于在从180℃至200℃范围中的极限值；或者
-自燃烧器(21)启动以来已经过去了预定时间量；或者
-在预定的时间内没有检测到乘客出现在机动车上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，识别步骤包括在以下情况之一中启动燃烧器(21)的子步骤：
-当机动车为以电动模式运行的混合动力车辆，伴随内燃机(1)关断；或
-在离合器打开的释放阶段；或者
-在机动车的停止阶段中。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，识别步骤包括在以下情况之一中关断燃烧器(21)的子步骤：
-内燃机(1)启动；或
-自燃烧器(21)启动以来已经过去了预定时间量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用步骤还包括以下子步骤：
计算达到以空气/燃料比的目标值(λOBJ)获得的、所述至少一个催化转化器(15、17)的标称工作温度所需的热功率(POBJ)；以及
确定要供给到燃烧器(21)的目标燃料流速
Figure FDA0003722258140000021
和目标空气流速
Figure FDA0003722258140000022
以获得达到所述至少一个催化转化器(15、17)的标称工作温度所需的热功率(POBJ)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
根据目标空气流速
Figure FDA0003722258140000023
和包括环境压力(PATM)、环境温度(TATM)和流入燃烧器(21)内的压力(PA)的量来确定用于操作所述泵送设备(24)的标称转数(NNOM)；
通过PID控制器确定用于操作泵送设备(24)的转数的闭环贡献(NCL)，所述PID控制器尝试将在空气/燃料比的目标值(λOBJ)和由氧气传感器(18、18*)测量的空气/燃料比的实际值(λ)之间的差值进行归零；
根据静止条件下PID控制器的积分作用，确定用于操作泵送设备(24)的转数的另一贡献(NADAT)；
通过标称转数(NNOM)、用于操作泵送设备(24)的转数的闭环贡献(NCL)和用于操作泵送设备(24)的转数的另一贡献(NADAT)之和来确定用于操作泵送设备(24)的实际转数(N)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤：在闭环贡献(NCL)和用于操作泵送设备(24)的转数的进一步贡献(NADAT)之和超过预定阈值的情况下发出故障信号。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括通过以下公式确定标称燃料流速
Figure FDA0003722258140000031
的另一步骤：
Figure FDA0003722258140000032
Figure FDA0003722258140000033
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所估计的空气流速
Figure FDA00037222581400000310
是通过在实际转数(N)与用于操作泵送设备(24)的转数的另一贡献(NADAT)之间的差值以及通过包括环境压力(PATM)、环境温度(TATM)和在泵送设备(24)的下游的导管(25)中的空气的压力(PA)的量来计算的。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过PID控制器确定燃料流速的闭环贡献
Figure FDA0003722258140000034
所述PID控制器尝试将在空气/燃料比的目标值(λOBJ)与由氧气传感器(18、18*)测量的空气/燃料比的实际值(λ)之间的差值进行归零；
根据静止条件下PID控制器的积分作用确定燃料流速的另一贡献
Figure FDA0003722258140000035
和
通过标称燃料流速
Figure FDA0003722258140000036
燃料流速的闭环贡献
Figure FDA0003722258140000037
和燃料流速的另一贡献
Figure FDA0003722258140000038
之和来确定目标燃料流速
Figure FDA0003722258140000039
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在燃料流速的闭环贡献
Figure FDA0003722258140000041
和另一贡献
Figure FDA0003722258140000042
之和超过预定阈值的情况下发出故障信号。
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