CN114127394A - 用于借助于预测器调节内燃机的排气道中的构件的温度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节内燃机（100）的排气道（110）中的构件（170）的温度的方法和设备，其中所述排气道（110）具有温度传感器（180），所述温度传感器在所述排气道（110）中布置在所述构件（170）上游，其中所述方法具有以下步骤：‑提供调节回路用于调节所述构件（170）的温度；‑在所述内燃机（100）的运行中利用所述温度传感器（180）检测测量信号（310），其中所述测量信号（310）表征所述构件（170）上游的废气（160）的废气温度（312），其中所述测量信号（310）被用作用于所述调节回路的所测量的调节参量（330）用于调节所述构件（170）的温度；‑为所述构件（170）上游的所述废气（160）的废气温度（312）提供温度模型（320），其中所述温度模型（320）被用作用于所述调节回路的预测器，并且其中从所述温度模型（320）中提供建模的调节参量（340）。

Description

用于借助于预测器调节内燃机的排气道中的构件的温度的方 法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于调节内燃机的排气道中的构件的温度的方法和设备，其中所述排气道具有温度传感器，所述温度传感器在排气道中布置在构件上游，以及其中为了调节构件的温度使用具有预测器的调节回路。

背景技术

内燃机的排气道尤其是被构造用于将废气从内燃机中引开。附加地，在现代内燃机中，排气道被构造用于从内燃机的废气中移除或减少有害物质。关于这一点，排气道例如具有废气催化转化器，该废气催化转化器借助于通过氧化或通过还原的化学转换将有害物质结合（binden）在废气催化转化器中。附加地，排气道可以具有微粒过滤器用于过滤微粒。在内燃机的运行中，微粒过滤器从废气中过滤在燃料在内燃机中燃烧期间形成的微粒，并且从而减少发出给周围环境的微粒的数量。

被设置用于从内燃机的废气中减少/过滤有害物质/微粒的排气道中的构件、诸如废气催化转化器或废气微粒过滤器的所必要的运行温度是不同的。因为在废气催化转化器中执行的废气催化需要特定的最小温度用于进行有效的后处理，所以常规的废气催化转化器的所必要的运行温度例如处于

200℃的范围中。

排气道中的构件的温度的调节常规地借助于布置在各自构件上游或下游的温度传感器被执行。为此，由温度传感器检测的测量信号作为输入参量被转交给控制装置，其中所述测量信号表征排气道中的废气在温度传感器的各自的位置处的温度，由此借助于控制装置设定内燃机的参数，以便尽可能快速地达到排气道中的相应构件的期望的温度。

由于这样的控制***的延迟时间和排气道中的构件、诸如废气催化转化器的比较长的加热阶段，常规的控制***必须非常保守/缓慢/小心地被设定。控制***的这种设定导致控制不是最优的，并且在出现操纵参量（Stellgrößen）时，控制***不能最优地作出反应。

发明内容

本发明的任务是创造一种方法和设备，利用所述方法或利用所述设备，可靠地调节内燃机的排气道中的构件的温度是可能的。

该任务通过具有独立专利权利要求的特征的方法和被构造用于执行该方法的设备来解决。本方法的有利设计方案在从属权利要求中予以说明。

根据本公开，用于调节内燃机的排气道中的构件的温度的方法具有以下步骤，其中所述排气道具有温度传感器，所述温度传感器在所述排气道中布置在所述构件上游：

-提供调节回路用于调节所述构件的温度；

-在所述内燃机的运行中利用所述温度传感器检测测量信号，其中所述测量信号表征所述构件上游的废气的废气温度，其中所述测量信号被用作用于调节所述构件的调节回路的所测量的调节参量（Regelgröße）用于调节所述构件的温度；

-为所述构件上游的废气的废气温度提供温度模型，其中所述温度模型被用作用于调节回路的预测器，并且其中从所述温度模型中提供建模的调节参量；

-使用所述建模的调节参量和所述所测量的调节参量来设定所述调节回路的操纵参量用于调节所述构件的温度。

根据一种实施方式，内燃机可以是汽油运行的或柴油运行的内燃机。根据另一实施方式，内燃机也可以利用其他燃料运行。内燃机的排气道被构造用于将内燃机的废气从内燃机引走。因此，内燃机的废气在入口区域处流入排气道中并且在出口区域处流出。在入口区域和出口区域之间在排气道中可以布置有不同的构件。例如，这些构件用于处理废气，并且由此从废气中减少或过滤有害物质。根据本公开，温度传感器在排气道中布置在所述构件上游。这意味着从内燃机流过排气道的废气包首先流经或流过温度传感器，并且随后流经或流过构件。根据本公开，调节回路是用于影响技术过程中的物理参量的自包含式作用流程（in sich geschlossener Wirkungsablauf）。当前，调节回路被用于设定内燃机的排气道中的构件的温度。因此，利用温度传感器检测测量信号，所述测量信号表征排气道中的构件上游、与此相应地在温度传感器的位置处的废气的废气温度。根据一种实施方式，测量信号例如可以直接是废气温度，或者是表征废气的废气温度的其他参量。根据本公开，温度传感器的测量信号被用作用于调节回路的所测量的调节参量用于调节构件的温度。因此，测量信号被输入到调节回路中。

附加地，根据本公开，为构件上游的废气的废气温度提供温度模型。根据一种实施方式，温度模型可以由一个或多个特性曲线族组成，所述一个或多个特性曲线族根据输入参数提供用于构件上游的废气的废气温度的相应的输出参数。由此使用温度模型作为调节回路的预测器。温度模型使用存储在其中的模型/计算，以便基于馈入给温度模型的输入参数作为预测器输出针对未来调节参量变化过程的预测。根据本公开，温度模型提供建模的调节参量。因此，建模的调节参量包含来自温度模型和属于此的相应输入参数的预测。

根据本公开，建模的调节参量和所测量的调节参量被用于设定调节回路的操纵参量用以调节构件的温度。换句话说，建模的调节参量和所测量的调节参量的信息被合并到操纵参量中。因此，一方面来自作为预测器的温度模型的预测和作为所测量的调节参量的来自温度传感器的当前现存的信息被合并到操纵参量中。由此，可以总体上更快速地和更好地适配操纵参量，用于以期望的方式调节构件的温度。因此，建模的调节参量包含关于基于输入参数的预期废气温度的信息，而所测量的调节参量包含来自在温度传感器的位置处的废气的实际现存的温度的信息。两种信息以聚集的方式被用于设定操纵参量。因此，可以总体地以积极进取的方式/反应快速地/以快速响应的方式设定操纵参量并且因此设定整个调节回路，由此调节回路可以如期望的那样非常可靠和快速地设定或调节构件的温度。总体而言，利用根据本发明的方法利用调节回路可以非常快速且可靠地设定构件的温度。附加地，可以对干扰参量或对影响构件的温度调节的其他外部影响快速且可靠地作出反应。

根据一种实施方式，构件是微粒过滤器，所述微粒过滤器布置在内燃机的排气道中。微粒过滤器是在不同温度下被运行的构件。因此，相应地调节排气道中的微粒过滤器的温度就愈加重要。根据本实施方式的用于调节内燃机的排气道中的微粒过滤器的温度的方法，可以有利地快速且精确地设定或调节微粒过滤器内的温度，使得微粒过滤器总体地能够在其运行时间期间在其最优温度窗口中根据运行阶段被运行。

根据另一实施方式，该构件是废气催化转化器，所述废气催化转化器布置在内燃机的排气道中。废气催化转化器布置在排气道中，以便减少和结合来自废气的有害物质。为了最优地运行废气催化转化器，需要的是，废气催化转化器达到特定的运行温度，或者尽可能在特定的运行窗口内被运行，使得废气催化转化器能够良好地从废气中减少有害物质。例如，从而在内燃机的冷态起动时非常重要的是，将废气催化转化器快速地置于需要的运行温度，使得能够使废气催化转化器在其最优运行温度窗口中运行并且可以最优地从废气中减少有害物质。根据本实施方式的方法，排气道中的废气催化转化器的温度有利地快速地被设定或调节，使得废气催化转化器可以非常快速地被置于期望的运行温度或不离开其温度窗口。根据一种附加的实施方式，构件是废气催化转化器和微粒过滤器，使得因此废气催化转化器和微粒过滤器的温度被调节。

根据一种实施方式，调节回路的操纵参量是内燃机的储备扭矩，所述储备扭矩借助于控制内燃机的各个气缸的点火时刻被设定。作为本公开，储备扭矩是调节回路的操纵参量。因此，根据或基于建模的调节参量和所测量的调节参量来设定储备扭矩。根据本公开，借助于控制内燃机的各个气缸的点火时刻来设定储备扭矩。因此，对点火时刻的控制基于调节回路的建模的调节参量和所测量的调节参量。各个气缸的点火时刻是内燃机的可以非常精确地设定的运行参数，使得可以借助于控制点火时刻非常精确和快速地调节构件的温度的调节。

根据一种实施方式，借助于温度模型基于内燃机的至少一个运行参数来提供建模的调节参量。换句话说，内燃机的运行参数之一被输入到温度模型中，由此建模的调节参量被确定并且被提供给调节回路。

根据一种实施方式，运行参数中的至少一个运行参数是内燃机的转速、内燃机的负载、内燃机的当前点火角、内燃机的λ值（Lambdawert）、内燃机的废气质量流量或内燃机的冷却剂温度。内燃机的其他运行参数附加地可以被提供给温度模型。内燃机的上述运行参数直接对排气道中的构件的温度有影响。因此，借助于考虑这些运行参数，可以以非常精确地建模的方式从温度模型中导出建模的调节参量。根据另一实施方式，将大量上述运行参数加上可能的附加参数输送给温度模型，从中确定建模的调节参量并且提供给调节回路。

根据一种实施方式，附加地借助于温度模型基于至少一个环境参数提供建模的调节参量。换句话说，至少一个环境参数一起被输入用于确定建模的调节参量。通过根据该实施方式基于现存的环境条件附加地设定调节参量，构件的温度的调节附加地变得更精确和更可靠。根据一种实施方式，环境参数中的至少一个环境参数是环境空气温度或环境空气压力。尤其是，环境空气温度一方面在内燃机冷态起动之后立即对构件的温度有影响，而且在内燃机的运行期间也对构件的温度有影响。因此，尤其是有利的是，在借助于温度模型确定建模的调节参量时考虑环境空气温度和环境空气压力。根据一种实施方式，在温度模型中使构件温度与废气温度等同。

根据一种实施方式，温度模型是动态温度模型，所述动态温度模型借助于阻尼函数来抑制对所述调节回路的干扰参量。动态温度模型与温度模型的不同之处在于考虑附加的参数。根据一种实施方式，在动态温度模型中考虑从废气到构件的热传导。在此，热传导的梯度由废气温度和构件温度之间的温度降来描述。根据该实施方式，该构件具有比废气更高的热容。热容影响构件的加热和冷却特性。根据该实施方式，这在动态温度模型中被考虑。

根据一种实施方式，温度模型具有无死区时间的温度模型和有死区时间的温度模型。在调节回路的***输入的信号变化和***输出处的信号响应之间的时间间隔被称为死区时间（Totzeit）。无死区时间的温度模型是温度模型的不受有死区时间的影响影响或仅非常少地受有死区时间的影响影响的那个部分。与此相反，有死区时间的温度模型是温度模型的或多或少强烈地受有死区时间的影响影响的那个部分。通过将无死区时间的温度模型与有死区时间的温度模型分开，可以附加地精确地对影响进行分配或聚类，由此附加地使得能够更快速和更精确地调节构件的温度。根据一种实施方式，温度模型是史密斯预测器。

根据本公开的另一方面，计算机程序产品具有至少一个计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有其上存储的由计算机可执行的程序代码指令，其中由计算机可执行的程序代码指令被构造用于执行上述方法。计算机程序产品例如可以存储在内燃机的发动机控制单元中。

根据本公开的另一方面，用于调节内燃机的排气道中的构件的温度的设备具有控制单元，所述控制单元被构造用于控制上述方法。该设备例如可以是发动机控制单元。也可设想的是，该设备是发动机控制单元的一部分或作为附加的控制单元被安装，例如安装在具有内燃机的车辆中。

附图说明

根据本公开的方法的实施例和改进方案在图中示出并且根据下面的描述被更详细地阐述。其中：

图1示出具有排气道和控制单元的内燃机的示意图，

图2示出用于调节内燃机的排气道中的构件的温度的方法的框图。

具体实施方式

图1示出具有排气道110的内燃机100的示意图，所述排气道被构造用于排出内燃机100的废气160。内燃机100具有内燃机块120和点火***130。点火***130被构造用于控制内燃机块120的气缸中的单独的燃料空气混合物的点火。内燃机100附加地具有进气道140，所述进气道被构造用于将进气150引导到内燃机块120中。排气道110将废气160从内燃机块120排出。根据图1，排气道110具有微粒过滤器172和废气催化转化器174。废气催化转化器布置在内燃机块120下游。微粒过滤器172在废气流动方向上布置在废气催化转化器174下游。微粒过滤器172和废气催化转化器174作为构件170布置在排气道110中。排气道110附加地具有温度传感器180。温度传感器180在排气道110中布置在废气催化转化器174上游和内燃机块120下游。温度传感器180被构造用于检测测量信号310（图2），其中测量信号310表征内燃机100的废气160的废气温度312（图2）。

图1此外示出控制单元200，所述控制单元具有计算单元210、数据存储器220、程序存储器230和差错存储器240。控制单元200被构造用于处理温度传感器180的测量信号310。控制单元200附加地被构造用于执行根据本公开的方法并且由此调节内燃机100的排气道110中的构件170的温度。关于这一点，必要的参数可以存储在控制单元200的数据存储器220中。附加地，温度模型320（图2）可以存储在控制单元200的程序存储器230中。在内燃机100的运行中，控制单元200的计算单元210可以借助于来自温度传感器180的测量信号310和借助于温度模型320来确定建模的调节参量340（图2）和所测量的调节参量330（图2），并且提供给调节回路，从中确定用于调节回路的操纵参量350（图2），其中操纵参量350被输送给内燃机100的点火***130，以便调节内燃机100的排气道110中的构件170中的至少一个构件的温度。如果在调节构件170中的至少一个构件的温度期间应该出现差错，则可以将所述差错存储在控制单元200的差错存储器240中。附加地，可以操控差错显示设备250，以便向内燃机100的用户或驾驶具有内燃机100的车辆的驾驶员显示差错。

图2示出根据本公开的方法的实施例的框图300，所述方法例如可以在控制单元200上被执行。根据框图300，提供测量信号310，所述测量信号表征废气温度312。从测量信号310中提供所测量的调节参量330，所述调节参量被用于调节构件的温度。附加地，提供温度模型320，其中温度模型320具有无死区时间的温度模型322和有死区时间的温度模型324。温度模型320可以存储在控制单元200的程序存储器230上。温度模型320用作用于调节构件170的温度的调节回路的预测器326。内燃机100的运行参数342和环境参数344被输入到温度模型320中。借助于温度模型320和输入数据（运行参数342和环境参数344）确定建模的调节参量340，所述建模的调节参量被用于调节构件170的温度。从建模的调节参量340和所测量的调节参量330中确定用于调节回路的操纵参量350。操纵参量350被传送给内燃机100的点火***130，由此借助于点火角控制储备扭矩（Reservemoment），由此排气道110中的构件170的温度被调节。

Claims (10)

1.一种用于调节内燃机（100）的排气道（110）中的构件（170）的温度的方法，其中所述排气道（110）具有温度传感器（180），所述温度传感器在所述排气道（110）中布置在所述构件（170）上游，其中所述方法具有以下步骤：

-提供调节回路用于调节所述构件（170）的温度；

-在所述内燃机（100）的运行中利用所述温度传感器（180）检测测量信号（310），其中所述测量信号（310）表征所述构件（170）上游的废气（160）的废气温度（312），其中所述测量信号（310）被用作用于所述调节回路的所测量的调节参量（330）用于调节所述构件（170）的温度；

-为所述废气（160）的废气温度（312）提供温度模型（320），其中所述温度模型（320）被用作用于所述调节回路的预测器，并且其中从所述温度模型（320）中提供建模的调节参量（340）；

-使用所述建模的调节参量（340）和所述所测量的调节参量（330）来设定所述调节回路的操纵参量（350）用于调节所述构件（170）的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述构件（170）是布置在所述内燃机（100）的排气道（110）中的微粒过滤器（172），或者其中所述构件（170）是布置在所述内燃机（100）的排气道（110）中的废气催化转化器（174）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调节回路的操纵参量（350）是所述内燃机（100）的储备扭矩，所述储备扭矩借助于控制所述内燃机（100）的各个气缸的点火时刻被设定。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中借助于所述温度模型（320）基于所述内燃机（100）的至少一个运行参数（342）提供所述建模的调节参量（340）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述运行参数（342）中的至少一个运行参数是所述内燃机（100）的转速、所述内燃机（100）的负载、所述内燃机（100）的点火角、所述内燃机（100）的λ值、所述内燃机（100）的废气质量流量或所述内燃机（100）的冷却剂温度。

6.根据权利要求4所述的方法，其中附加地借助于所述温度模型（320）基于至少一个环境参数（344）提供所述建模的调节参量（340）。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述环境参数（344）中的至少一个环境参数是环境空气温度或环境空气压力。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述温度模型（320）是动态温度模型，所述动态温度模型借助于阻尼函数来抑制所述调节回路上的干扰参量。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述温度模型（320）具有无死区时间的温度模型（322）和有死区时间的温度模型（324）。

10.一种用于调节内燃机（100）的排气道（110）中的构件（170）的温度的设备，其中所述设备具有控制单元（200），所述控制单元表明用于控制根据前述权利要求中任一项所述的方法。

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