CN1590736A - 内燃机的工作方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明建议了一种内燃机(1)的工作方法和设备，它能够调节总新鲜空气质量流量的额定值作为最高调节目标。内燃机(1)包括一个多路空气系统，该系统包括一个多管道的空气输入装置(30、35)和一个相应的多管道的废气排出装置(15、20)。其中废气由多管道的废气排出装置(15、20)回流到多管道的空气输入装置(30、35)中，并且控制废气回流，以调节额定新鲜空气质量流量。对于至少一个废气回流管道(21、22)，预先给定内燃机(1)所需的总新鲜空气质量流量值作为废气回流控制装置的额定值。

Description

内燃机的工作方法和设备
技术领域
本发明涉及按照独立权利要求所述的内燃机的工作方法和设备。
背景技术
众所周知，特别是大型柴油机越来越多地装备双路空气系统。两个涡轮增压器将两路新鲜空气质量流压缩到共同的增压压力。同时废气质量流驱动两个涡轮增压器的涡轮。在这样的两路或多路空气系统中，具有相应的多管道空气进入装置和相应的多管道废气排出装置。此时，由多管道排出装置排出的废气回流到多管道的空气进气装置中，并且废气回流被调节，以便调定额定的新鲜空气流量。
标准的方法是能够a)在对废气回流管道中的废气回流阀门同样控制的情况下，对满足排放标准所要求的新鲜空气质量流量进行调节；或能够b)对每个空气路径或空气管道进行调节，使其具有相同的总新鲜空气质量流量份额，在双路空气系统的情况下，调节到总新鲜空气质量流量的一半。理论上，也就是在均衡的空气路径或空气管道和相同的废气回流阀门状态的理想情况下，满足排放标准，同时在已有的空气路径或空气管道中同时达到相同的空气质量流量。实际上，所有的多路空气系统都是非对称的，而且一般废气回流阀门的状态，由于诸如制造误差或老化等原因也不相同。这样，在a)情况下，将引起每个空气路径或空气管道中的空气质量流量不一样，从而使涡轮增压器的转速很低，因此使加速性能很差或响应度很低。反之，在b)情况下，将达不到界限范围内的额定总空气质量流量。在双路空气系统的这种情况下，例如第一个空气管道或空气路径的第一个废气回流调节装置在调节参数界限内工作，而第二个空气管道或空气路径的废气回流调节装置只调节由它所输送的一半总空气质量流量。
发明内容
具有独立权利要求特征的、内燃机的本发明工作方法和设备则与此相反，它具有的优点是，对于至少一个废气回流管道，预先规定一个内燃机所需的总新鲜空气质量流量值作为废气回流控制装置的额定值，从而保证达到总新鲜空气质量流量的额定值。因此，由于诸如制造误差或老化等原因而造成的空气路径或空气管道不相同或废气回流阀门不一样的情况下，也达到排放标准。然后，在此范围内按照技术人员已知的方法尽可能好地力求空气质量达到均衡，以限制响应度方面的损失。
通过从属权利要求所述的措施，能够使主权利要求中给定的方法更好地得到进一步改进和完善。
特别有利的是，对于至少一个废气回流管道，预先规定内燃机所需的总新鲜空气质量流量值作为废气回流控制装置的额定值；而在另一个废气回流管道中没有达到预先规定的新鲜空气质量流量的额定值。以此方式，可以首先使用上面b)中所给定的标准方法。只有当空气路径或空气管道中的一个，由于例如所布置废气回流管道中的废气回流阀门处于被限制的情况而没有达到所预先规定的总新鲜空气质量流量份额，则至少赋予另一个空气路径的调节装置以新的调节目标，用于相应废气回流管道中的废气回流控制，以达到总新鲜空气质量流量的额定值。
另一优点是在下述情况：对于至少一个废气回流管道，预先规定内燃机所需的总新鲜空气质量流量值作为废气回流质量控制装置的额定值；而在废气回流控制装置的控制回路中发现一个调节器或一个传感器有故障。以此方式同样可以首先使用上面b)中给定的标准方法。只有当发现废气回流控制装置的一个控制回路中的一个调节器(例如废气回流阀门)或一个传感器(例如空气质量测量装置)发生故障，则至少赋予一个空气路径的调节装置以新的调节目标，用于相应废气回流管道中的废气回流控制，以达到总新鲜空气质量流量的额定值。
附图说明
本发明的实施例在图中描述，并在以后的描述中详细说明。
图1表示一台具有双路空气系统的内燃机简图，
图2表示本发明设备的方框图，
图3表示为形成各个废气回流控制装置间调节差别的功能图，
图4表示为形成选择信号以调定调节差别的功能图。
具体实施方式
图1表示一台内燃机1，例如汽车用内燃机。内燃机1包括第一发动机台位75和第二发动机台位80。第一发动机台位75和第二发动机台位80可以构成一台柴油机或一台汽油机。两个发动机台位通过第一空气管道30和第二空气管道35输入新鲜空气。通过第一空气管道30输入的第一空气质量流量或新鲜空气质量流量dm1/dt，被第一废气涡轮增压器5的第一压气机100压缩。通过第二空气管道35输入的第二空气质量流量或新鲜空气质量流量dm2/dt，被第二废气涡轮增压器10的第二压气机105压缩。两个新鲜空气质量流量dm1/dt和dm2/dt统一流到一个公共的空气室120中，室中为增压压力pb。新鲜空气由公共空气室120输入到两个发动机台位75、80中。两个发动机台位75、80在图1例中每个包括四个气缸(未详细表征)。此时，新鲜空气由公共空气室120分配到各个气缸的燃烧室中。此外，通过公共空气室120或直接将燃料输入到各个气缸的燃烧室中，这样在燃烧室内形成的空气/燃料混合物被点火，通过气缸内的活塞，以技术人员所熟知的方式驱动曲轴85。借助于图1中的转速传感器(未表示出)可以测量曲轴85的转速，从而查明发动机转速nmot。在第一发动机气缸体75的燃烧室中，空气/燃料混合物燃烧所形成的废气，通过第一废气管道15排出。在第二发动机气缸体80的燃烧室中，空气/燃料混合物燃烧所形成的废气，通过第二废气管道20排出。在第一废气管道15中为第一废气背压pe_1，在第二废气管道20中为第二废气背压pe_2。在第一废气管道15中，安装有第一废气涡轮增压器5的第一涡轮90，它通过第一轴110驱动第一压气机100。在第二废气管道20中，安装有第二废气涡轮增压器10的第二涡轮95，它通过第二轴115驱动第二压气机105。
具有两个空气管道30、35和两个废气管道15、20的内燃机1的空气系统是双路的。第一新鲜空气质量流量dm1/dt和第二新鲜空气质量流量dm2/dt可以分别由图1中未表示出的第一空气管道30或第二空气管道35中的空气质量测量装置测量，或以技术人员所熟知的方法模拟。另外，在第一废气管道15中的第一实际废气背压pe_1_ist和在第二废气管道20中的第二实际废气背压pe_2_ist可以分别由图1中未表示出的第一废气管道15或第二废气管道20中的压力传感器测量，或以技术人员所熟知的方法模拟。同样，公共空气室120中的实际增压压力pb_ist也可以由图1中未表示出的压力传感器测量，或以技术人员所熟知的方法模拟。
第一废气回流管道21由第一废气管道15分支出来，并在第一压气机100下流汇入第一空气管道30中。在第一废气回流管道21中装有一个第一废气回流阀门25。第一废气回流阀门25由图1中未表示出的第一废气回流控制装置50控制，以便通过第一空气管道30流入的新鲜空气质量流量来调节空气室120内预先给定的第一额定值。第二废气回流管道22由第二废气管道20分支出来，并在第二压气机105下流汇入第二空气管道35中。在第二废气回流管道22中装有一个第二废气回流阀门26。第二废气回流阀门26由图1中未表示出的第二废气回流控制装置55控制，以便通过第二空气管道35流入的新鲜空气质量流量来调节空气室120内预先给定的第二额定值。
图2表示出本发明设备40的方框图，例如在内燃机1的发动机控制装置中可以提供软件和/硬件。向本发明设备40例如通过所述的空气质量测量装置输入第一新鲜空气质量流量dm1/dt，作为新鲜空气质量流量的第一实际值m_ist1，输入第二新鲜空气质量流量dm2/dt，作为新鲜空气质量流量的第二实际值m_ist2。此外，向设备40输入进入空气室120、从而进入两个发动机台位75、80各个气缸燃烧室的总的新鲜空气质量流量的额定值m_soll，以后也称为总新鲜空气质量流量。这个额定值m_soll以技术人员所熟知的方法，例如根据司机愿望或油门踏板位置来查明。设备40包括为区分调节差别的模块45，向该模块输入新鲜空气质量流量的两个实际值m_ist1、m_ist2和总新鲜空气质量流量的额定值m_soll。此外，由第一废气回流控制装置50将第一限制信号in_Begrenzung1输入给模块45。在第一废气回流控制装置50或第一废气回流阀门25处于限制状态时，该信号被设置，否则复原。此时，第一废气回流控制装置50和第一废气回流阀门25的限制状态，以技术人员所熟知的方法来检测，并以第一限制信号in_Begrenzung1表示。此外，由第二废气回流控制装置55将第二限制信号in_Begrenzung2输入给模块45。在第二废气回流控制装置55和第二废气回流阀门26处于限制状态时，该信号被设置，否则该信号被复原。此时，第二废气回流控制装置55和第二废气回流阀门26的限制状态，同样以技术人员所熟知的方法来检测，并以第二限制信号in_Begrenzung2表示。模块45根据它所列的输入参数形成第一废气回流控制装置50的第一调节差别RD1和第二废气回流控制装置55的第二调节差别RD2。第一调节差别RD1输入给第一废气回流控制装置50。第一废气回流控制装置50形成第一控制信号ARK1，以调节第一废气回流阀门25的开启度，使第一调节差别RD1达到最小。为此目的，第一控制信号ARK1输入给第一废气回流阀门25。第二调节差别RD2输入给第二废气回流控制装置55。第二废气回流控制装置55形成第二控制信号ARK2，以调节第二废气回流阀门26的开启度，使第二调节差别RD2达到最小。为此目的，第二控制信号ARK2输入给第二废气回流阀门26。此外，信息信号Auswahl_Ziele(选择_目标)输入给模块45，此时信息信号表明处于设置状态，应该将调节总新鲜空气质量流量的预先给定额定值m_soll作为最高目标；而在复原状态时，应该采取另外的策略，例如在两个空气管道30、35中，对总新鲜空气质量流量预先规定的半额定值m_soll/2进行调节。此时，信息信号例如可预先给定，或根据内燃机1的工况点由发动机控制装置预先给定。因此，信息信号Auswahl_Ziel例如在高负载运转范围内(例如在加速过程时)复原，以便作为最高目标实现两个空气管道30、35中的空气质量流量一样，从而使两个涡轮增压器5、10达到好的响应状态。为此目的，应该将两个空气管道调节成一样的总新鲜空气质量流量的半额定值m_soll/2。在低负载运转范围内(例如怠速时)，可以设置信息信号Auswahl_Ziel，以便作为最高目标来调节总新鲜空气质量流量的额定值m_soll，和满足废气排放标准的要求。
图3表示出实现模块45以区分调节差别的功能图。此时，将总新鲜空气质量流量的额定值m_soll输入给一个除法单元125，并在那儿除以值2.0，所得商数即为总新鲜空气质量流量的半额定值m_soll/2，再在第二减法单元135中减去第一实际值m_ist1，所得差值m_soll/2-m_ist1输入给第一开关145的端子“ 0”。另外，除法单元125的输出值，即半额定值m_soll/2再在第三减法单元140中减去第二实际值m_ist2。在第三减法单元140出口处所形成的差值m_soll/2-m_ist2输入给第二开关150的第一端子“0”。在第一减法单元130中，图3中未表示出的加法单元中由两个实际值m_ist1、m_ist2所形成的和m_ist1+m_ist2，即总新鲜空气质量流量的实际值，减去总新鲜空气质量流量的额定值m_soll。将这样得到的差值不仅输入给第一开关145的第二端子“1”而且还输入给第二开关150的第二端子“1”。第一开关145受第一选择信号RDA1的控制，以便对第一开关145的两个开关位置或端子“0”、“1”中的一个进行选择。第二开关150受第二选择信号RDA2的控制，以便对第二开关150的两个开关位置或端子“0”、“1”中的一个进行选择。按照控制，第一开关145的出口同第一端子“0”或第二端子“1”相连，并表示为第一调节差值RD1。按照控制，第二开关150的出口同第一端子“0”或第二端子“1”相连，并表示为第二调节差值RD2。
图4表示出为查明两个选择信号RDA1、RDA2的功能图。同样，在模块45中对调节差别进行区分。此时，第二限制信号in_Begrenzung2和信息信号Auswahl_Ziel输入给第一UND-单元(“和”-单元)155。第一UND-单元155的出口控制第三开关165，它的出口是第一选择信号RDA1，并且它被设置到“0”或“1”。如果第一选择信号RDA1为“0”，则其按照图3来控制第一开关145，使第一调节差值RD1与第一开关145的第一端子“0”处的信号值相符。如果第一选择信号RDA1为“1”，则其按照图3来控制第一开关145，使第一调节差值RD1与第一开关145的第二端子“1”处的信号值相符。在第一UND-单元155的两个入口已被设置的情况下，则第一UND-单元155的出口也被设置，否则复原。在设置的状态下，第一UND-单元155的出口控制第三开关165，使第一选择信号RDA1设置在“1”处。此外，限制信号in_Begrenzung和信息信号Auswahl_Ziel输入给第二UND-单元160。第二UND-单元160的出口控制第四开关170，使其出口为第二选择信号RDA2，并且被设置在“0”或“1”上。如果第二选择信号RDA2为“0”，则其根据图3来控制第二开关150，使第二调节差值RD2与第二开关150的第一端子“0”处的信号值相符。如果第二选择信号RDA2为“1”，则其根据图3来控制第二开关150，使第二调节差值RD2与第二开关150的第二端子“1”处的信号值相符。如果第二UND-单元160的两个入口被设置，则第二UND-单元160的出口也被设置，否则复原。在设置的状态下，第二UND-单元160的出口控制第四开关170，使第二选择信号RDA2被设置在“1”上。
下面举例来描述本发明方法和本发明设备40的原理。此时例如假定，信息信号Auswahl_Ziel被预先确定和设置。因此两个废气回流控制装置50、55的最高目标是调节总新鲜空气质量流量的额定值m_soll。但是两个空气管道30、35中每一个管道的废气回流控制装置都单独进行。将每个总新鲜空气质量流量的半额定值m_soll/2预先规定为两个废气回流控制装置50、55的额定值。如果由于空气管道中的废气回流控制装置或废气回流管道中的废气回流阀门处于限制状态，而使两个空气管道30、35中的一个不再达到总新鲜空气质量流量的半额定值m_soll/2，则赋予两个空气管道30、35中的另一个管道废气回流控制装置以新的调节目标，以达到总新鲜空气质量流量的额定值m_soll。
具体地按照图4的功能图首先就可以在空气质量均衡的情况下，对总新鲜空气质量流量进行全面的调整，然后将第一开关145和第二开关150都放置在第一端子“0”的位置上，并且两个废气回流控制装置50、55都供以总新鲜空气质量流量的半额定值m_soll/2，因此第一调节差值RD1＝m_soll/2-m_ist1，而第二调节差值RD2＝m_soll/2-m_ist2。如果两个废气回流控制装置50、55中的一个，或其相应的废气回流阀门25、26达到了调整参数的限界，因此而不再能达到总新鲜空气质量流量的半额定值m_soll/2，此时按照图3所示相应的开关依然保留在第一端子“0”上，而两个废气回流控制装置50、55中的另一个，则得到总新鲜空气质量流量的额定值m_soll扣除总新鲜空气质量流量的的实际值作为调节差值，而且按照图3所示相应的开关被转换到第二端子“1”上。
按照一种可替代实施方式，如果在一个调节装置，例如在废气回流阀门25、26中的一个阀门，或在一个传感器，例如空气测量装置中的一个装置，在废气回流控制装置50、55的控制回路中的一个回路中，按照专业人员所熟知的方法检测出一个故障，可以附加地或替代地规定，将总新鲜空气质量流量的额定值m_soll预先规定为一个或两个废气回流控制装置50、55的额定值。在这种情况下，对于两个废气回流控制装置50、55中的至少一个装置，将总新鲜空气质量流量的额定值m_soll扣除总新鲜空气质量流量的实际值作为调节差值，并将相应的开关按照图3转换到第二端子“1”上。
四个开关145、150、165、170的开关过程可另外采用滞后状态进行，以避免经常来回开关。
另外，为了替换上述模块45按照图3和4来区分调节差值的实施方案，可以规定应用特征曲线族来确定调节差值RD1、RD2，根据图2所示它们的入口参数就是模块45的入口参数；它们的出口参数就是调节差值RD1、RD2。特征曲线族可以例如在试验台上应用，以便在两个废气回流控制装置50、55或两个废气回流阀门25、26不处于限制的状态下，预先规定将m_soll/2-m_ist1作为第一废气回流控制装置50的第一调节差值RD1，将m_soll/2-m_ist2作为第二废气回流控制装置55的第二调节差值RD2。对于两个废气回流控制装置50、55中的一个或两个废气回流阀门25、26中的一个处于限制的状态下，将m_soll-(m_ist1+m_ist2)预先规定为两个废气回流控制装置50、55中的另一个或布置在废气回流控制装置中的两个废气回流阀门25、26中另一个的调节差值。
此外还可以规定，对各个废气回流控制装置或各个废气回流控制装置所采用的调节装置，根据区分调节差值的模块45所选择的相应调节差值RD1、RD2进行参数化。
基于双路空气系统对实施例进行了描述，这也能够直接适用于具有相应多管道空气进入和多管道废气排出，因而也适用于多管道废气回流的一般和类似的多路空气系统，其中总新鲜空气质量流量的半额定值m_soll/2的调节，采用一个总新鲜空气质量流量的相应份额额定值m_soll/n，其中n相应于空气管道的数目，并且n大于或等于2。一旦n个废气回流控制装置中的一个或n个废气回流阀门中的一个进入限制状态，其余的废气回流控制装置或装有其余废气回流阀门的废气回流控制装置则被输入调节差值 m_soll-(m_ist1+m_ist2+…+m_istn)。如果在废气回流控制装置中的一个控制回路中检测出调节装置或传感器有一个故障，则所有的废气回流控制装置都供给以调节差值m_soll-(m_ist1+m_ist2+…+m_istn)。

Claims (4)

1.具有一个多路空气系统的内燃机(1)的工作方法，该空气系统包括一个多管道的空气输入装置(30、35)和一个相应的多管道的废气排出装置(15、20)，其中废气由多管道的废气排出装置(15、20)回流到多管道的空气输入装置(30、35)中，而且控制废气回流，以调节额定新鲜空气质量流量，其特征是，对于至少一个废气回流管道(21、22)，预先规定一台内燃机(1)所需的总新鲜空气质量流量值作为废气回流控制装置的额定值。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，对于上述至少一个废气回流管道(21、22)，如果另一个废气回流管道(21、22)没有达到新鲜空气质量流量的预先规定的额定值，预先规定一台内燃机(1)所需的总新鲜空气质量流量值作为废气回流控制装置的额定值。
3.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征是，对于至少一个废气回流管道(21、22)，如果检测出废气回流控制装置的控制回路中一个调节装置(25、26)或一个传感器有故障的话，预先给定一台内燃机(1)所需的总新鲜空气质量流量值作为废气回流控制装置的额定值。
4.具有一个多路空气系统内燃机(1)的工作设备(40)，该空气系统包括一个多管道的空气输入装置(30、35)和一个相应的多管道的废气排出装置(15、20)，其中设有废气回流管道(21、22)，以便使废气由多管道的废气排出装置(15、20)回流到多管道的空气输入装置(30、35)中，并且还有一个废气回流控制装置，以便实现额定新鲜空气质量流量的调节，其特征是，设有预先规定额定值的机构(45)，对于至少一个废气回流管道(21、22)，预先给定内燃机(1)所需的总新鲜空气质量流量值作为废气回流控制装置的额定值。
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