CN103492690B - 用于内燃机的进气压力受导控制方法 - Google Patents

Abstract

一种控制具有处理排气的微粒过滤器的内燃机的进气压力的方法，其中，进气压力被控制以达到额定进气压力值，并且其中，该额定进气压力值根据运行参数来设置，其中，在考虑进气压力对内燃机燃料消耗的直接影响的情况下，确定最小化燃料消耗的进气压力的第一值；以及一种内燃机，其具有处理排气的微粒过滤器，使用这样的控制方法。

Description

用于内燃机的进气压力受导控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制具有处理排气的设备尤其是微粒过滤器和/或氮氧化物催化剂的内燃机的进气压力的方法，其中，该进气压力(charging pressure)被控制以达到额定进气压力值，并且其中，所述额定进气压力被设置为操作参数的函数，其中，确定使燃料消耗最小化的进气压力的第一值——这考虑到进气压力对于内燃机燃料消耗的直接影响，还涉及一种内燃机，其具有用于处理排气的微粒过滤器，其中，这样的控制方法被使用。

背景技术

在内燃机中，涡轮进气，此外增加进气压力，同时允许进气压力本质上自由地被设置。作为规则，在进气压力上的增加导致微粒排放的减少，这由于因而发生在燃空比上的变化。具有可调涡轮叶片的排气涡轮进气的进气压力控制方法在DE19905420A1中描述。通过至少一个控制器作用在设置设备上，进气压力被设置为额定进气压力值，且控制器参数通过作为运行参数的函数的特征曲线或特征图被设置。

当控制进气压力时，频繁地主要目标是设置消耗最优额定值，同时注意被法律要求的所有排放值界限。根据本领域情况存在的由微粒过滤器再生引起的燃料消耗而设置进气压力的缺点没有被考虑。

发明内容

本发明的一个目标是最优化包括内燃机和排气处理***的整个***的燃料消耗。

在用于控制具有处理排气的设备的内燃机的进气压力的本发明方法的情况下，进气压力通过设置额定进气压力值来控制，其中额定进气压力值根据运行参数来设置。更具体地，进气压力通过涡轮进气装置来控制，该涡轮进气装置压缩吸入的空气，以及可选地，压缩为了在被供给到内燃机之前增加进气压力目的而回收的排气。排气处理设备优选地包括微粒过滤器和/或氮氧化物催化剂。

通过改变进气压力的燃料/空气比上的变化通过内燃机内燃烧过程而影响燃料消耗。一方面，这影响高压过程的过程效率，另一方面，进气压力上的增加在引擎(engine)中的进气交换循环期间导致改变的条件，以致于内燃机的低压过程也受影响。所述影响对高压过程和低压过程产生影响，因此在进气压力和燃料消耗之间建立直接联系。

根据本发明，考虑到进气压力对内燃机燃料消耗的直接影响，确定最小化燃料消耗的进气压力的第一值。在影响内燃机燃料消耗的所述影响下，将上述影响高压过程的影响和低压过程中的进气交换相组合。因此，在优选具体实施方式中，考虑到进气压力对内燃机高压过程的效率值和低压过程中的进气交换的直接影响，确定最小化燃料消耗的进气压力的第一值。

此外，考虑到进气压力对处理排气的设备的已确定间隔的再生的间接影响，根据本发明建议确定最小化燃料消耗的进气压力的第二值。进气压力的变化影响内燃机的微粒排放，微粒排放对于微粒过滤器的再生频率是决定性的。因此，额定进气压力值也影响再生间隔的长度。再生间隔的长度又影响燃料消耗，这是因为对于每次微粒过滤器再生，一定附加量的燃料被消耗。确定第二值的参数是内燃机速度、喷射量和进气压力，因此，以有利地方式，不必需要附加的传感器。

此外，根据本发明通过考虑第一值和第二值，最优化额定进气压力值被设置。设置额定进气压力值，更具体地，包括所述值的确定。在一个优选具体实施方式中，额定进气压力被最优化以获得最小化燃料消耗。此外，额定进气压力值优选地被设置或修正，同时遵守排放值限制。

本发明方法的优势由下面组成：除在额定驱动条件下消耗的燃料之外，最优化的额定进气压力值，还考虑到微粒过滤器再生需要的燃料作为燃料消耗，因此提供整个***的消耗最优化的额定进气压力值。整个***的效率因此以有利地方式增加。进一步的优势包括：作为本发明方法的结果，进气压力的校准参数变得不相关，这导致在校准过程中重要的优势。本发明方法使得以有利的方式显著减少汽车车辆上的应用。空气参数的任何修正，例如对于大气压力和低温度，可以以有利的方式被补偿。在运行汽车车辆内燃机时，可预期燃料消耗的高达百分之二的减少。

根据本发明方法的优选具体实施方式，在考虑到其它影响因素的情况下，提议确定最小化燃料消耗的进气压力的另外值，其中，考虑到所有值或至少这些值一些，最优化额定进气压力值被设置。例如，内部效率构成影响因素，该影响因素可以被考虑且取决于燃烧空气比。

根据本发明方法优选的具体实施方式，为了确定第二值的目的，建议内燃机的烟排放被量化。

第一变量由下面构成：烟排放根据模型的进气压力来确定。更具体地，所述模型被经验地确定。可选地，可能的是使用物理模型。

第二变量由下面构成：烟排放经由特征图根据进气压力来确定。

本发明的进一个目标涉及具有处理排气的微粒过滤器的内燃机，其中上述的进气压力受导(guided)控制方法被使用。

附图说明

下面，参照附图更详细地描述本发明。该描述同时适用于本发明的方法和本发明的内燃机。

图1是本发明的方法的具体实施方式图示；

图2是表示燃料消耗的不同参数的影响的图示；

图3和4是解释根据图2的进气压力额定值的消耗最优值。

具体实施方式

在控制空气***的质量时，设置消耗最优的额定进气压力值同时考虑按照法律要求的排放值界限，这是非常重要的。根据图1的用于进气压力受导控制方法的额定值，也称为额定进气压力值30，极大地影响内燃机的燃料消耗。一方面，它经由燃烧过程中的效率和进气交换直接影响燃料消耗，另一方面，经由缩短或延长再生间隔的微粒排放间接影响燃料消耗。本发明的方法因此在计算额定进气压力值30时考虑了这两条影响路径。烟排放最好作为进气压力7的函数通过模块2确定，同时考虑引擎速度5和喷射量6。因此，可有利地期望作为微粒过滤器再生的结果的附加消耗值。进气交换和在燃料消耗的高压过程中的过程效率的影响也通过现有技术特征曲线和/或包括性能特征的特征图由根据运行参数来确定。

用于进气压力的第一值10和第二值20——这些值是由根据最小化燃料消耗的不同影响来确定的——在接下来最优化步骤3中被处理，其方式是这样的：确定额定进气压力值30——其是整个***的消耗最优值。随后限制步骤4优选地确定修正额定进气压力值40，其确保遵守排放值界限。

图2示出图示，其给出作为轴100上的进气压力梯度的函数的轴101上的单位(specific)燃料消耗，且不同的曲线11、12、21表示基于某些影响因素的燃料消耗。间断线8表示进气压力在此可能存在化学计量燃空混合物，也就是λ值为1。柴油引擎，作为一个规则，运行在比化学计量比更窄(leaner)的范围。曲线11表示受进气交换影响的燃料消耗。曲线12表示进气压力对内部效率即高压过程的过程效率的影响。由曲线11、12表示的影响因素是仅仅由内燃机决定的。曲线21表示燃料消耗与进气压力之间归因于微粒过滤器再生间隔的影响的间接关系。这些值经验为主地被确定且形成用于量化烟排放的经验模型的基础。最后，曲线31组合了所有影响因素。本发明的方法的目标是设置额定进气压力值为由箭头9指示的曲线31的最小值。

进气压力的增加导致在进气交换或进气气体交换中的更高损失，即更高的燃料消耗，就像再生产生燃料消耗的增加，考虑到燃料消耗的增加，最优值是其中单位燃料消耗的梯度等于零：

db_eff/dp₂＝db_{eff,GasExchang}/dp₂+db_eff,Reg/dp₂＝0,

其中，b_eff(b_效率)是单位燃料消耗，b_{eff，GasExchang}(b_{效率，气交换})是由进气交换引起的燃料消耗的单位增加，以及，b_eff，Reg(b_{效率，再生})是由再生引起的燃料消耗的单位增加。

根据曲线11的进气交换的影响可以被假定是常数；在图3中其被图表解释。随着增加的进气压力而增加的进气交换中的损失13依赖于内燃机的速度5且与作为速度5和喷射量6的函数的单位功率14有关；参见方框15。归因于进气压力的变化率16(其还取决于速度5和喷射量6)，根据图2中的曲线11，获得了归因于进气交换的消耗相对于进气压力变化率的单位增加，(d_{beff，GasExchange}/dp₂)。

图4显示在图2中的曲线21的示意图，以及向着得到的曲线31的最小点9的最优化步骤。考虑进气压力7、速度5和喷射量6还有氧含量22的输入参数作为控制变量，烟模型2提供微粒质量m_PM的质量流量23。方框24表示内燃机的单位基准消耗b_eff，0，其作为速度5和喷射量6的函数。在方框25中的计算

$d_{beff,\mathrm{Re}g/d{\stackrel{\·}{m}}_{PM}}=\frac{b_{eff,0}\·(k_{add,\mathrm{Re}g}-1)\·t_{\mathrm{Re}g}\·V_{DPF}\·{\mathrm{\ρ}}_{max,DPFloading}}{{(t_{\mathrm{Re}g}\·{\stackrel{\·}{m}}_{PM}+V_{DPF}\·{\mathrm{\ρ}}_{max,DPFloading})}^2}$

-给定因子k_add，Reg(k_{添加，再生})，其表示在再生期间燃料消耗与无再生的燃料消耗的比率；再生时间t_Reg(t_再生)；微粒过滤器的容积V_DPF和过滤器的单位载荷ρ_{max，DPFloading}(ρ_{max，DPF加载})——根据微粒质量(21’)的质量流量提供通过再生的消耗的单位增加。通过考虑到微粒质量流量，因此获得图2的曲线21。

根据图3，由于进气交换11引起的消耗的单位增加现在(具有负符号)根据微粒质量(21’)的质量流量被设置为与通过再生的消耗的单位增加有关。为了从结果质量流量值32获得额定进气压力值30和修正额定进气压力值40，使用一个反向的烟模块2’。由于氧控制22，额定进气压力值30,40也对应于λ的额定值。

附图标记列表：

1 特征图

2 烟模型

2’ 反向烟模型

3 最优化

4 限制

5 引擎速度

6 喷射量

7 进气压力

8 线

9 箭头

10 第一值

20 第二值

30 消耗最优化额定进气压力值

40 修正额定进气压力值

100、101 轴

11 由对进气交换的影响引起的消耗的单位增加，曲线

12 由效率的内部变化引起的消耗的单位增加，曲线

21 由再生引起的消耗单位增加，曲线

21’ 根据质量流量的消耗单位增加

31 组合的

13 在进气交换循环中的损失

14 单位功率

15 方框

16 进气压力变化率

22 氧含量控制

23 微粒质量流量

24 基准消耗

32 质量流量值

Claims (8)

1.一种控制具有处理排气的微粒过滤器的内燃机的进气压力的方法，其中所述进气压力被控制以达到额定进气压力值，并且其中所述额定进气压力值根据运行参数来设置，

其中在考虑到所述内燃机的速度和喷射量的情况下确定第一值，其中所述第一值在所述内燃机的高压过程中受过程效率影响并且在所述内燃机的低压过程中受进气交换循环影响，

其中，

经由作为所述进气压力、所述内燃机的速度和所述喷射量的函数的模型确定第二值，其中所述第二值受所述进气压力对所述处理排气的微粒过滤器的已确定间隔的再生影响，

其中，在考虑到所述第一值和第二值的情况下，确定最小化燃料消耗的额定进气压力值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述额定进气压力值被设置，同时遵守排放值限制。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述第二值，内燃机的烟排放被量化。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述烟排放经由模型根据进气压力来确定。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述模型是通过经验手段确定的。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，物理模型被用于所述烟排放。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述烟排放经由特征图根据进气压力来确定。

8.一种内燃机，其具有处理排气的微粒过滤器，其中，提供根据在前任一项权利要求的用于控制具有处理排气的微粒过滤器的内燃机的进气压力的方法。