CN102042131A - 用于操作内燃机***的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作内燃机***的方法，所述内燃机***至少包括：柴油发动机；第一EGR路径(50)，用于将废气从排气歧管传递到进气歧管中；第二EGR路径(60)，用于将具有较低温度的废气传递到进气歧管，和调节装置(52、62、63)，用于调节通过第一和第二EGR路径的废气流量，该方法包括步骤：确定第一设定点值，用于需要进入进气歧管的废气的总量；确定第二设定点值，用于一参数，该参数表示需要进入进气歧管的废气的总量、来自第一和第二EGR路径的废气量之间的关系，将所述第一和第二设定点值施加到控制路径，用于相应地调整调节装置，确定第三设定点值，用于进气歧管内的温度；确定进气歧管内的实际温度；计算所述实际温度和第三设定点值之间的差，和使用所述差用于产生校正指数以施加到第二设定点值，以便使所述差最小化。

Description

用于操作内燃机***的方法
技术领域
本发明涉及用于操作内燃机***的方法，特别是一种涡轮增压的柴油发动机***。
背景技术
涡轮增压的柴油发动机***通常包括：柴油发动机，具有进气歧管和排气歧管；进气管线，用于将新鲜空气从环境传送到进气歧管中；排气管线，用于将废气从排气歧管传送到环境；以及涡轮增压机，包括在进气管线内的压缩机，用于压缩在其中流动的空气流，和在排气管线内的涡轮，用于驱动所述压缩机。
涡轮增压的柴油发动机***还包括：中间冷却器，在进气管线中位于压缩机下游，用于在空气流到达进气歧管之前对其冷却；和柴油氧化催化剂(DOC)，在排气管线中位于涡轮下游，用于降解废气中的残余碳氢化合物和碳氧化物。
涡轮增压的柴油发动机***还可被装备有柴油颗粒过滤器(DPF)，在排气管线中位于DOC下游，用于从废气中捕获和去除柴油颗粒物(烟尘)。
为了减小污染排放，大多数涡轮增压的柴油发动机***实际上包括废气再循环(EGR)***，以便选择性地将废气从排气歧管引导回进气歧管。
与新鲜进气混合的废气被吸入发动机缸体，以便减小在燃烧过程中的未燃烧碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、烟尘和氮氧化物(NOx)。
传统的EGR***包括：EGR管道，用于将排气歧管与进气歧管流体地连接；EGR冷却器，用于在废气与进气混合之前将废气冷却；阀装置，用于调节通过EGR管道的废气的流量；以及基于微处理器的控制器(ECU)，用于确定废气的需求量和用于相应地控制所述阀装置。
废气的需求量通常由ECU使用经验确定数据组或图表确定，该经验确定数据组或图表将排气量与多个发动机操作参数相关联，诸如发动机速度、发动机负载和发动机冷却剂温度。
由于EGR管道将排气歧管与进气歧管直接连接，被这些传统EGR***导回的废气处于高温，并相关地导致进气歧管中的进气温度增加，在正常发动机操作条件下典型地高达80℃-90℃。
尽管进气的高温对于减少HC和CO的排放有用，但其促使产生NOx，NOx的排放不能保持在被严格标准(例如欧6)规定的临界值之下。
为了进一步减小NOx排放，已经考虑改善EGR***，该***包括：附加EGR管道，其将DPF下游的排气管线与涡轮增压机的压缩机上游的进气管线流体地连接；附加的EGR冷却器，定位在附加的EGR管道中；和附加的阀装置，用于调节穿过附加EGR管道的废气的流量。
在这些改进的***中，尽管传统EGR管道限定用于废气再循环的较短路径，附加的EGR管道限定了用于废气再循环的较长路径，其还包括排气管线的相关部分和进气管线的相关部分。
沿长路径流动，废气然后被迫使通过涡轮增压机的涡轮、DOP、DPF、附加的EGR冷却器、涡轮增压机的压缩机和中间冷却器，从而其比流过短路径的废气冷得多，从而以较低温度到达进气歧管。
因此，将废气仅通过长路径导回，在正常发动机操作条件下可在进气歧管中获得大约40℃-50℃的进气温度。
但是，进气如此的低温是不允许的，因为其适于减小NOx排放，但是增加HC和CO的排放。
因此，这些改进的EGR***通常被构造用于将废气部分地通过短路径、部分地通过长路径导回，以便在任意发动机操作条件下将进气歧管内的进气温度保持在优化的中间值。
在发动机设计阶段，出于减小NOx排放和增加HC及CO排放之间的妥协的目的，确定这样的优化中间值。
在生产时，这些改善的EGR***然后被设置有基于微处理器的控制器(ECU)，其被构造用于确定所需的废气总量，用于确定获得所需优化温度需要的长路径废气比率，并用于相应地控制两个EGR管道的阀装置。
废气总量和长路径废气比率通过ECU使用经验确定数据组或图表确定，其分别将废气总量和长路径废气比率与多个发动机操作参数相关联，诸如发动机速度、发动机负载和发动机冷却剂温度。
这些改进的EGR***的一个缺点是，这样的数据组或图表在标定过程中使用发动机完美效率在标准环境条件(即，标准环境温度、压力和湿度)下操作被确定。
因此，数据组或图表中的值仅对在与标定阶段相同的环境条件下的发动机有效，并完全忽略由于老化导致的发动机***部件效率降低。
例如，可以观察到冷却设备(诸如中间冷却器和EGR冷却器)显示了性能的逐渐下降。
这样的性能下降暗示了与新鲜发动机进气混合的废气的温度增加，这是由于废气和冷却器的冷却剂之间的热传递下降导致的。
在这种情况下，由经验数据组或图表提供的长路径EGR比率不允许获得用于进气歧管中的发动机进气的预定优化温度值，但相对于所期望的NOx排放温度获得了增加的较高温度。
更一般地，还可以观察到，环境条件或部件效率相对于在标定期间考虑的参考值的任意变化，导致废气温度的变化，该变化导致相对于所期望排放扩散的排放。
发明内容
本发明的目的是以简单、合理和廉价的方案解决或至少积极地减少上述缺点。
本发明的实施例的目的是通过独立权利要求中记载的本发明特征实现。从属权利要求记载了本发明优选和/或特别有利的特征。
本发明提供了一种用于操作内燃机***的方法，其中，所述内燃机***至少包括：
柴油发动机，具有进气歧管和排气歧管；
第一EGR路径，用于将废气从排气歧管传递到进气歧管中；
第二EGR路径，用于将废气从排气歧管传递到进气歧管中，其中，第二EGR路径被构造为将具有较低温度的废气传递到进气歧管中，所述较低温度低于传送通过第一EGR路径的废气温度，和
调节装置，用于调节通过第一EGR路径的废气流量和通过第二EGR路径的废气流量。
该方法包括步骤：
确定第一设定点值，用于需要进入进气歧管的废气的总量；
确定第二设定点值，用于一参数，该参数表示需要进入进气歧管的废气的总量、来自第一EGR路径的废气量和来自第二EGR路径的废气量之间的关系，
将所述第一和第二设定点值施加到控制路径，用于相应地调整调节装置。
根据本发明，该方法还包括步骤：
确定第三设定点值，用于进气歧管内的温度；
确定进气歧管内的实际温度；
计算所述实际温度和第三设定点值之间的差，和
使用所述差用于产生校正指数以施加到第二设定点值，以便使所述差最小化。
事实上，根据本发明的方法执行进气歧管中的进气温度的外部控制环路，其能连续地校正来自第一和第二EGR路径的废气比率，以便补偿环境条件和/或发动机部件效率中的最终变化，以由此在任意发动机操作条件中获得期望的温度值。
根据本发明的方法，由第二设定点值表示的参数是来自第二EGR路径的废气在需要进入进气歧管中的废气总量的比率。替换地，这样的参数可以是来自第一EGR路径的废气比率，或来自第一EGR路径的废气和来自第二EGR路径的废气之间的比率。
根据本发明的另一方面，在进气歧管内的实际温度通过测量在其中的温度确定，例如通过设置在进气歧管内的温度传感器。但是，进气歧管温度可以被评估。
根据本发明的实施例，校正指数可被添加到第二设定点值。
根据本发明的另一实施例，第二设定点值和第三设定点值二者通过经验确定的数据组或图表确定，其分别将“参数”和进气歧管温度关联至多个发动机操作参数，诸如发动机速度、发动机负载和发动机冷却剂温度。
根据本发明的方法可以计算机程序的形式和计算机程序产品的形式实现，该计算机程序包括程序代码以执行本发明方法的所有步骤，该计算机程序产品包括用于执行计算机程序的装置。
根据本发明的优选实施例，计算机程序产品包括用于IC发动机的基于微处理器的控制设备，例如发动机的ECU，其中存储有程序，以使得该控制设备以与该方法相同的方式限定本发明。在这种情况下，控制设备执行计算机程序，根据本发明的方法的全部步骤被执行。
计算机程序可通过电磁信号传送，所述信号被调制，以传送代表计算机程序的数据位序列，以执行本发明的方法的全部步骤。
附图说明
将通过实例、参考附图描述本发明，其中：
图1是允许根据本发明的方法的涡轮增压的柴油发动机***的示意图。
具体实施方式
本发明此后将参考涡轮增压的柴油发动机***进行描述。但是，本发明理论上可以应用于不同柴油发动机***，且甚至是火花点火发动机***。
涡轮增压的柴油发动机***包括：柴油发动机1，具有进气歧管10和排气歧管11；进气管线2，用于将新鲜空气从环境传送到进气歧管10中；排气管线3，用于将废气从排气歧管11传送到环境；以及涡轮增压机4，包括在进气管线2内的压缩机40，用于压缩在其中流动的空气流，和在排气管线3内的涡轮41，用于驱动所述压缩机40。
涡轮增压的柴油发动机***还包括：中间冷却器20，在进气管线2中位于涡轮增压机4的压缩机40下游，用于在空气流到达进气歧管10之前对其冷却；和阀21，在进气管线中位于中间冷却器20和进气歧管10之间。
涡轮增压的柴油发动机***还包括：柴油氧化催化剂(DOC)30，在排气管线3中位于涡轮增压机4的涡轮41下游，用于降解废气中的残余碳氢化合物和碳氧化物；和柴油颗粒过滤器(DPF)31，在排气管线3中位于DOC30下游，用于从废气中捕获和去除柴油颗粒物(烟尘)。
为了减小污染排放，涡轮增压的柴油发动机***包括废气再循环(EGR)***，以便选择性地将废气从排气歧管引导回进气歧管。
EGR***包括：第一EGR管道50，用于将排气歧管11与进气歧管12直接地流体地连接；第一EGR冷却器51，用于冷却废气；和第一电控阀52，用于确定通过第一EGR管道51的废气的流量。
第一EGR管道51限定用于废气再循环的较短路径，从而由该EGR管道51导回的废气相当热。
EGR***还包括：第二EGR管道60，其将DPF下游的排气管线3的分支点32与涡轮增压机4的压缩机40上游的进气管线2的引导点22流体地连接；第二EGR冷却器61，定位在附加EGR管道60中。
通过第二EGR管道60的废气的流量通过两个第二电控阀62和63确定，其中，阀62在第二EGR导管60中定位在第二EGR冷却器61下游，阀63在进气管线2定位在空气过滤器23下游、引导点22上游。
第二EGR管道60限定用于废气再循环的长路径，其还包括排气管线3的在排气歧管11和分支点32之间的部分，以及进气管线2的在引导点22和进气歧管10之间的部分。
沿长路径流动，废气被迫使通过涡轮增压机4的涡轮41、DOP30、DPF31、第二EGR冷却器61、涡轮增压机4的压缩机40和中间冷却器20，从而其比流过第一EGR管道50的废气冷得多，从而以较低温度到达进气歧管。
涡轮增压的柴油发动机***通过基于微处理器(ECU)的控制电路***作，该电路被设置用于产生和施加控制信号至阀52、62和63，以由此调整通过第一EGR管道50和第二EGR管道60的废气流量(flow rate)。
控制电路在图1中用点线表示。
控制电路确定设定点值S1，用于需要进入排气歧管10的废气总量，和设定点值S2，用于长路径废气在所述总量上的需要比率，该比率是必须来自第二EGR管道60的废气在该总量上的百分数。
明显地，其余百分数的废气必须来自第一EGR管道50。
设定点值S1被ECU通过经验确定的图表70确定，该图表将排气量与多个发动机操作参数相关联，诸如发动机速度、发动机负载和发动机冷却剂温度。
设定点值S2被ECU通过另一经验确定的图表70确定，该图表将长路经废气比率与多个发动机操作参数相关联，诸如发动机速度、发动机负载和发动机冷却剂温度。
图表70、71存储在控制电路的存储模块(未示出)中。
控制电路确定存在于进气歧管10中的废气实际量A1。
量A1的确定通过评估实现，该评估通过ECU使用涡轮增压机柴油发动机***的物理模型进行，并且作为虚拟传感器72在图1中示出。
量A1的确定最后通过另一物理参数的确定进行，该另一物理参数与废气量相关，例如氧气(O2)浓度。
量A1的确定也将通过测量废气量，或与废气量相关的另一物理参数，通过设置到进气歧管11中的传感器提供。
进入到进气歧管10的废气量的确定值A1被发送到加法器73，该加法器计算设定点值S1和所述确定值A1之间的差：
E1＝S1-A1。
差E1被提供给控制器74，例如PI控制器，作为上述差的函数，产生被施加到阀52的控制信号的校正信号，以便调整通过第一EGR管道50的废气的流量，用于使所述差E1最小化。
同时，设定点值S1和设定点值S2被传送给乘法器75，该乘法器计算另一设定点值S4，用于被需要来自第二EGR管道60的废气量：
S4＝S1*S2。
同时，控制电路确定在阀21上游、中间冷却器20下游进入到进气管线2的废气实际量A2，其是被第二EGR管道60提供的废气的实际量。
量A2的确定通过评估提供，该评估由ECU使用涡轮增压机柴油发动机***的物理模型进行，并且作为虚拟传感器76在图1中示出。
量A2的确定最后通过另一物理参数的确定进行，该另一物理参数与废气量相关，例如氧气(O2)浓度。
量A2的确定也将通过测量废气量，或与废气量相关的另一物理参数，通过设置到中间冷却器20和阀21之间的进气歧管11中的传感器提供。
确定的值A2被发送到加法器77，该加法器计算设定点值S4和所述确定的值A2之间的差：
E2＝S4-A2。
差E2被提供给控制器78，例如PI控制器，作为上述差的函数，产生被施加到阀62和/或63的控制信号的校正信号，以便调整通过第二EGR管道60的废气的流量，用于使所述差E2最小化。
事实上，控制电路执行进气歧管中的废气总量的控制环路，和被第二EGR管道60提供的在总量上的废气量的控制环路，这两个控制环路能连续地校正通过第一和第二EGR管道50和60的废气流量，以便确实达到设定点S1和S2(S4)。
根据本发明，在前述步骤同时，控制电路还确定设定点值S3，用于进气歧管10内的温度。
设定点值S3被ECU通过经验确定的图表79确定，该图表将进气歧管温度与多个发动机操作参数相关联，诸如发动机速度、发动机负载和发动机冷却剂温度。
图表79存储在控制电路的存储模块(未示出)中。
实际温度A3通过测量进气歧管10内的温度确定，该测量通过温度传感器80进行。
替换地，进气歧管温度A3最后被评估。
确定的温度值A3被发送给加法器81，该加法器计算设定点值S3和所述确定的温度值A3之间的差E3：
E3＝S3-A3。
差E3被提供给控制器82，例如PI控制器，作为上述差的函数，产生被施加到设定点值S2的校正指数I，以便改变乘法器75上游的设定点值S2，以便使所述差E3最小化。
事实上，校正指数I被发送给加法器83，该加法器在设定点S2被发送到乘法器75之前将校正指数I添加到该设定点。
明显地，校正指数I还可以是负数。
以此方式，控制电路执行进气歧管10中的进气温度的外部控制环路，其能连续地校正来自第一和第二EGR管道50和60的废气比率，以便补偿环境条件和/或发动机部件效率中的最终变化，以由此在任何发动机操作条件下获得期望的温度值S3。
尽管本发明已经参考一定优选实施例和特定应用进行描述，应该理解，上述说明仅仅作为示例而并非限制性的。本领域的技术人员应该认识到对于特定实施例的在所附权利要求的范围内的各种改变。因此，本发明并不被限制到披露的实施例，但其具有由所附权利要求的语言允许的全部范围。

Claims (15)

1.一种用于操作内燃机***的方法，所述内燃机***至少包括：
柴油发动机(1)，具有进气歧管(10)和排气歧管(11)；
第一EGR路径(50)，用于将废气从排气歧管(11)传递到进气歧管(10)中；
第二EGR路径(60)，用于将废气从排气歧管(11)传递到进气歧管(10)中，其中，所述第二EGR路径(60)被构造为将具有较低温度的废气传递到进气歧管(10)中，所述较低温度低于通过第一EGR路径(50)传送的废气温度，和
调节装置(52、62、63)，用于调节通过第一EGR路径(50)的废气流量和通过第二EGR路径(60)的废气流量，
该方法包括步骤：
确定第一设定点值(S1)，用于需要进入进气歧管(10)的废气的总量；
确定第二设定点值(S2)，用于一参数，该参数表示需要进入进气歧管(11)的废气的总量、来自第一EGR路径(50)的废气量和来自第二EGR路径(60)的废气量之间的关系，
将所述第一和第二设定点值(S1、S2)施加到控制路径，用于相应地调整调节装置(52、62、63)，
其特征在于，该方法还包括步骤：
确定第三设定点值(S3)，用于进气歧管(11)内的温度；
确定进气歧管(10)内的实际温度(A3)；
计算所述实际温度(A3)和第三设定点值(S3)之间的差(E3)，和
使用所述差(E3)用于产生校正指数(I)以施加到第二设定点值(S2)，以便使所述差(S3)最小化。
2.如权利要求1所述的方法，其中，由第二设定点值(S2)表示的参数是来自第二EGR路径(60)的废气在需要进入进气歧管(10)的废气总量中的比率。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在进气歧管(10)内的实际温度(A3)通过测量在其中的温度确定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正指数(I)被添加到第二设定点值(S2)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二设定点值(S2)通过经验确定的数据组或图表(71)确定，该数据组或图表将所述参数关联至多个发动机操作参数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三设定点值(S3)通过经验确定的数据组或图表(79)确定，该数据组或图表将进气歧管(10)内的温度关联至多个发动机操作参数。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述发动机操作参数在以下组中选择：发动机速度、发动机负载和发动机冷却剂温度。
8.如权利要求1所述的方法，其中，内燃机***还包括：
进气管线(2)，用于将空气从环境传送到进气歧管(10)中，和排气管线(3)，用于将废气从排气歧管(11)传送到环境，并且其中，
第一EGR路径包括第一EGR管道(50)，其将排气歧管(11)与进气歧管(10)流体地连接，
第二EGR路径包括第二EGR管道(60)，其将在排气歧管(11)下游的排气管线(3)的点(32)与在进气歧管(10)上游的进气管线(2)的点(22)流体地连接，和
调节装置包括：第一阀装置(52)，用于调节通过第一EGR管道(50)的流量；和第二阀装置(62、63)，用于调节通过第二EGR管道(60)的流量，
并且其中，控制程序包括以下步骤：
确定进入到进气歧管(10)的废气的实际量(A1)；
计算废气的所述实际量(A1)和第一设定点(S1)之间的差(E1)；
使用该差(E1)用于产生校正以施加到第一阀装置(52)的控制信号，以便调整废气的流量，以便使该差(S1)最小化，
使用第一和第二设定点值(S1、S2)，用于计算第四设定点值(S4)，该第四设定点值用于需要来自第二EGR路径(60)的废气量，
确定在进气歧管(10)上游和第二EGR管道(60)下游进入到进气管线(2)中的废气的实际量(A2)，
计算进气管线(2)中的废气的所述实际量(A2)和第四设定点值(S4)之间的差(E2)；。
使用该差(E2)用于产生校正以施加到第二阀装置(62、63)的控制信号，以便调整废气的流量，以便使该差(S2)最小化，
9.如权利要求8所述的方法，其中，内燃机***还包括：
涡轮增压机(4)，具有在进气管线(2)中的压缩机(40)，和在排气管线中用于驱动压缩机(40)的涡轮(41)，
并且其中，
第二EGR管道(60)将涡轮(41)下游的排气管线(3)的点(32)和压缩机(40)上游的进气管线(2)的点(22)流体地连接，和
其中，进入到进气管线(2)的废气的实际量(A2)的确定提供了压缩机(40)下游的这样的实际量(A2)的确定。
10.如权利要求8所述的方法，其中，内燃机***还包括：
第一EGR冷却器(51)，位于第一EGR管道(50)中，
第二EGR冷却器(61)，位于第二EGR管道(60)中，和
中间冷却器(21)，在进气管线(2)中位于进气歧管(10)上游、第二EGR管道(60)下游，并且其中，进入到进气管线(2)的废气的实际量(A2)的确定提供了中间冷却器(21)下游的这样的实际量(A2)的确定。
11.如权利要求8所述的方法，其中，进入到进气歧管(10)的废气的实际量(A1)的确定，和进入到进气管线(2)的废气的实际量(A2)，通过各自的基于模型的评估提供。
12.一种计算机程序，包括计算机代码，以执行根据前述任一项权利要求所述的方法。
13.一种计算机程序产品，包括如权利要求12所述的程序。
14.如权利要求13所述的计算机程序产品，包括控制设备，其中存储有计算机程序。
15.一种电磁信号，模制为用于数据位序列的载波，该数据位序列表示如权利要求12所述的计算机程序。
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