專利名稱：內(nèi)燃機的控制方法和裝置的制作方法
內(nèi)燃機的控制方法和裝置 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的一種控制方法和裝置。
現(xiàn)有技術
內(nèi)燃機的一種控制方法和裝置例如可從DE 196 20 036 Al得知。 在該處，第一調(diào)節(jié)器用于影響輸入內(nèi)燃機的新鮮空氣質(zhì)量流量，而第 二調(diào)節(jié)器則用于影響廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量。作為第一調(diào)節(jié)器最好用一 個節(jié)氣門，該節(jié)氣門在進氣管中布置在壓縮機下游。作為第二調(diào)節(jié)器 最好用一個高壓側的廢氣再循環(huán)閥，該閥布置在高壓側的廢氣再循環(huán) 管路中。廢氣再循環(huán)閥和節(jié)氣門都可進行可調(diào)運行，以便在一定的運 行狀態(tài)中可對新鮮空氣質(zhì)量流量和再循環(huán)廢氣的 一部分進行精確的調(diào) 節(jié)。 一般進行進氣管壓力即進入內(nèi)燃機前的壓力調(diào)節(jié)。通過廢氣再循 環(huán)閥進行的進氣管壓力調(diào)節(jié)基于這樣的假定當高壓側的廢氣再循環(huán) 閥繼續(xù)地開啟時，進氣管壓力總是升高而與節(jié)氣門的位置無關。但這 只有在節(jié)氣門開啟到這樣的程度即通過它產(chǎn)生明顯壓力降時才是正確 的。從節(jié)氣門的一定的開啟角起，這個效應則可能逆轉。在這種情況 中，開啟廢氣再循環(huán)閥時，不再有廢氣流經(jīng)廢氣再循環(huán)管路，并因而 只有少量質(zhì)量流量通過渦輪機。由于這個原因，壓縮機輸送較少，且 壓縮機下游的壓力變得較小。這又導致進氣管壓力也下降。其結果是， 借助廢氣再循環(huán)閥進行的進氣管壓力調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)方向可能隨節(jié)氣門的 開啟角變化。調(diào)節(jié)器不可能補償這個特性，所以，也不可能調(diào)節(jié)理論 值，為了解決這些問題，未提前公開的DE 10 2004 035 316. 6提出了 一種用第一調(diào)節(jié)器來影響輸入內(nèi)燃機的新鮮空氣質(zhì)量流量和用第二調(diào) 節(jié)器來影響廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的內(nèi)燃機控制方法，其中根據(jù)新鮮空 氣質(zhì)量流量的第 一理論值和第 一 實際值之間的比較可預先給定第一調(diào) 節(jié)器的第 一調(diào)節(jié)參數(shù)并根據(jù)廢氣質(zhì)量流量的第二理論值和第二實際值 之間的比較可預先給定第二調(diào)節(jié)器的第二調(diào)節(jié)參數(shù)。第 一調(diào)節(jié)值和第 二調(diào)節(jié)值分別與借助模型預先確定的預調(diào)節(jié)進行疊加。這種方法可避
"i無關?？诖讼Σ?，明顯地簡化了、應;，因;迄;為止i氣再循環(huán)比率 都必須間接地施加進氣管壓力。而在這種方法時，廢氣再循環(huán)比率可 直接作為理論值預先給定。通過基于受控系統(tǒng)的模擬的預調(diào)節(jié)可達到 理論值的快速調(diào)節(jié)。
除了高壓側的廢氣再循環(huán)外，現(xiàn)在在一些使用領域中也要求低壓 側的廢氣再循環(huán)。此時，廢氣在渦輪機后面被引出并在壓縮機前面輸 入。為此，設置了一個低壓廢氣再循環(huán)管路。此時，設置了一個低壓 廢氣再循環(huán)閥，以便能夠影響通過低壓管路的再循環(huán)廢氣的量。此外， 也可設置別的調(diào)節(jié)器，例如在低壓側的廢氣再循環(huán)輸入之前設置 一 個
排氣門和/或一個節(jié)氣門。這種系統(tǒng)存在這樣的問題必須同時調(diào)節(jié)多
個理論值，亦即必須補償多個要求的實際值。這就是說，必須同時調(diào) 節(jié)高壓廢氣再循環(huán)比率的理論值，低壓廢氣再循環(huán)比率的理論值和新 鮮空氣質(zhì)量流量的理論值。
在一定的物理邊界條件情況下，例如在調(diào)節(jié)器定位的情況下，需 要在單個理論值之間設定優(yōu)先權，因為不再存在調(diào)節(jié)的全部需要的自 由度。例如當高壓側的廢氣再循環(huán)閥達到一個開啟定位時不再可能同 時調(diào)節(jié)全部三個理論值。這用常規(guī)的調(diào)節(jié)方法要么根本不可能，要么 只有付出高昂代價才有可能，其中，尤其在動力區(qū)域存在問題。在高 動力區(qū)域也存在問題，因為單個調(diào)節(jié)器在該處會產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的運動。 從而使調(diào)節(jié)質(zhì)量降低，并在最壞的情況下不可能調(diào)節(jié)理論值。
為了解決這些問題，提出了第一基于模型的預調(diào)值疊加到第一調(diào) 節(jié)參數(shù)上，第二基于模型的預調(diào)值疊加到第二調(diào)節(jié)參數(shù)上和第三基于 模型的預調(diào)值疊加到第三調(diào)節(jié)參數(shù)上。這些基于模型的預調(diào)值通過一 個模型來確定，該模型將新鮮空氣質(zhì)量流量的 一個理論值映射到第一 調(diào)節(jié)器的一個調(diào)節(jié)參數(shù)理論值上和/或將高壓側廢氣質(zhì)量流量的一個 理論值映射到第二調(diào)節(jié)器的 一 個調(diào)節(jié)參數(shù)理論值上和/或將低壓側廢 氣質(zhì)量流量的 一 個理論值映射到第三調(diào)節(jié)器的 一 個調(diào)節(jié)參數(shù)理論值 上。每次這樣的映射在不定程度上都表示相應被控系統(tǒng)的一次逆轉。
通過該模型可進行調(diào)節(jié)器前面的至少混合地點容積V2 2和容積V 21 的模型化。
實際值可借助第二模型來獲得，借助它可清除現(xiàn)有傳感器信號的 干擾效應、計算不可測的信號和避免其他昂責的傳感器。


下面結合附圖所示的實施例來詳細說明本發(fā)明的其他優(yōu)點和特
征。附圖表示
圖1 內(nèi)燃機的示意方框圖； 圖2 本發(fā)明做法的方框圖。
具體實施例方式
下面以 一個節(jié)氣門、 一個高壓側的廢氣再循環(huán)閥和一個低壓側的 廢氣再循環(huán)閥為例來說明本發(fā)明的方法。原則上，本發(fā)明做法可用于 全部用來影響某種氣體質(zhì)量流量的調(diào)節(jié)器，例如影響新鮮空氣質(zhì)量流 量、高壓側的廢氣質(zhì)量流量或低壓側的廢氣質(zhì)量流量。很明顯，除新 鮮空氣質(zhì)量流量或高壓側的和低壓側的廢氣質(zhì)量流量外，也可調(diào)節(jié)和/ 或控制相應于這些參數(shù)的其他參數(shù)。所以這些參數(shù)的在下面要述及的 實際值和理論值指的是表征新鮮空氣質(zhì)量流量、高壓側的廢氣再循環(huán) 質(zhì)量流量和低壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的調(diào)節(jié)參數(shù)。作為調(diào)節(jié)參數(shù) 指的是控制相應調(diào)節(jié)器用的適當?shù)牧俊?br> 內(nèi)燃機100通過一條高壓新鮮空氣管路102輸入一定的氣體量， 該氣體量含有一定的氧成份。高壓新鮮空氣102具有兩部分。第一部 分102a通到一個進行廢氣混合的地點。第二部分102b通到廢氣進行 混合之后的一個地點。節(jié)氣門104布置在第一部分102a中。
周圍空氣通過一根低壓新鮮空氣管路108到達一個壓縮機106,然 后通過節(jié)氣門104流入高壓新鮮空氣管路102中。通過壓縮機106使 空氣量經(jīng)節(jié)氣門104流入高壓新鮮空氣管路102。在壓縮機106和節(jié)氣 門之間有一個容積V21，在該容積中存在壓力P21。在混合地點，容積 V22中存在壓力P22。
帶有一定氧成份的空氣量從內(nèi)燃機100流入高壓廢氣管路110。該 高壓廢氣管路具有一個分支，分支一方面通到一個高壓側的廢氣再循 環(huán)閥118,另一方面通到一個渦輪機112。廢氣從渦輪機112進入一根 低壓廢氣管路114，該管路也叫做排氣管。渦輪機112通過一根軸111 驅動壓縮機106。借助于增壓器調(diào)節(jié)器113可影響渦輪機112的特性并 由此影響整個增壓器的特性。增壓器調(diào)節(jié)器113用一個觸發(fā)信號來觸 發(fā)，該觸發(fā)信號引起增壓器調(diào)節(jié)一個升程(Hub)，該升程也叫做增壓
器升程，該觸發(fā)信號也叫做增壓器調(diào)節(jié)參數(shù)。
在高壓廢氣管路110和高壓新鮮空氣管路102之間存在一個連 接，該連接叫做高壓側的廢氣再循環(huán)管路116。廢氣量流動通過這根高 壓側的廢氣再循環(huán)管路116。高壓側的廢氣再循環(huán)管路116的橫截面可 最好用高壓側的廢氣再循環(huán)閥118來控制。廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器119用 一個觸發(fā)信號來控制，該觸發(fā)信號引起廢氣再循環(huán)閥118調(diào)節(jié)一個升 程，該升程也叫做廢氣再循環(huán)閥升程，該控制信號也叫做廢氣再循環(huán) 調(diào)節(jié)參數(shù)。
在低壓側的廢氣管路114和低壓側的新鮮空氣管路108之間也有 一個連接，該連接叫做低壓側的廢氣再循環(huán)管路126。廢氣量流動通過 這個低壓側的廢氣再循環(huán)管路126。低壓側的廢氣再循環(huán)管路126的橫 截面優(yōu)選可用一個低壓側的廢氣再循環(huán)閥128來控制。為了觸發(fā)，給 低壓側的廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器129加一個觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號引起廢 氣再循環(huán)閥128調(diào)節(jié)一個升程，該升程也叫做低壓側的廢氣再循環(huán)閥 升程，而該觸發(fā)參數(shù)則叫做低壓側的廢氣再循環(huán)閥調(diào)節(jié)參數(shù)。此外， 內(nèi)燃機的曲軸和/或凸輪軸的轉速也用一個轉速傳感器101進行探測。 此外，設置有量執(zhí)行元件103，這種元件確定供給內(nèi)燃機的噴入油量。 給執(zhí)行元件103加一個量信號。
圖2表示本發(fā)明作法的方框圖。
實際值確定裝置210根據(jù)未示出的輸入?yún)?shù)分別確定新鮮空氣質(zhì) 量流量的 一 個實際值、低壓側廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的 一 個實際值以及 高壓側廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的一個實際值。該實際值確定裝置優(yōu)選通 過一 個模型來實現(xiàn)。新鮮空氣質(zhì)量流的實際值確定用的模型計算部例
如可從DE 199 63 538 Al中得知，該文獻為/>開的目的被納入本次申 請中。低壓側和高壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的實際值也按相應的方 式模型化。實際值確定裝置210可包括多個分模型。實際值確定裝置 的輸出信號分別到達下面尚待詳細說明的調(diào)節(jié)器230、 240、 250。這些 調(diào)節(jié)器230、 240、 250的輸出信號又被分別加到節(jié)氣門104、高壓側廢 氣再循環(huán)閥118的調(diào)節(jié)器119以及低壓側廢氣再循環(huán)閥129的調(diào)節(jié)器 129。
在一個作為整體用220標出的模型中，相應調(diào)節(jié)器即節(jié)氣門、低 壓側廢氣再循環(huán)閥128的調(diào)節(jié)器129以及高壓側廢氣再循環(huán)閥118的
調(diào)節(jié)器119的理論值從新鮮空氣質(zhì)量流量225、低壓側廢氣再循環(huán)質(zhì)量 流量226以及高壓側廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量227的輸入?yún)?shù)中算出。為 此，這個也可叫做被控系統(tǒng)的逆模型的模型220包括計算裝置222、 223、 224,這些計算裝置進行調(diào)節(jié)參數(shù)限制、運動學限制和由該系統(tǒng) 引起的其他限制以及輸入?yún)?shù)225、 226、 227的類似限制。如果例如 新鮮空氣質(zhì)量具有一個躍變，則該躍變在計算裝置222中被"整平"。 相應地，低壓側以及高壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的躍變在相應的計 算裝置223和224中進行整平。這些躍變也動態(tài)進行適配。然后在這 個分別可由容積V22和容積V21的分模型構成的逆模型221中確定在 調(diào)節(jié)器即節(jié)氣門、低壓側廢氣再循環(huán)岡128的調(diào)節(jié)器129以及高壓側 廢氣再循環(huán)閥118的調(diào)節(jié)器119的氣體質(zhì)量流量的理論值，并將其同 樣輸入計算裝置230、 240、 250中。
每個計算裝置230、 240、 250都具有相同的結構，所以這些計算 裝置230、 240、 250的功能在下面示例性地借助用于確定節(jié)氣門104 的計算裝置230進行說明。模型220或相應的分模型給相應的調(diào)節(jié)器 提供理論質(zhì)量流量。這些理論質(zhì)量流量通過另一個模型轉換成有效的 通流面積并借助相應的特性曲線轉換成一個調(diào)節(jié)器升程，所述另一個 模型把調(diào)節(jié)器映射為節(jié)流件。這種預調(diào)節(jié)具有這樣的優(yōu)點，能夠很快 地反應理論值的變化，從而提供一個很快的導向響應。在這種情況下， 系統(tǒng)動態(tài)性已被考慮。這就是說，通過模型220和一個調(diào)節(jié)器升程的 轉換使高壓側廢氣再循環(huán)比率或高壓側廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量、低壓側 廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量或低壓側廢氣再循環(huán)比率和空氣質(zhì)量流量很快地 匹配變化的理論值。這尤其在不同運行狀態(tài)之間轉換時例如在轉換到 再生運行或從再生運行轉換出來時是特別有利的(例如對氮氧化物存 儲催化器(NOx-Speicherkat)、微粒濾清器再生、部分均勻運行)。
調(diào)節(jié)器230包括兩個計算單元231、 232。第一計算單元231對應 來自預調(diào)節(jié)裝置220的質(zhì)量流量的理論值。第二計算單元232對應由 模型210確定的新鮮空氣質(zhì)量流量。這些計算裝置實質(zhì)上是逆節(jié)流件， 因為節(jié)氣門104和廢氣再循環(huán)閥118、 128在流動中分別起節(jié)流件的作 用。從計算裝置231的輸出信號即從通過預調(diào)節(jié)裝置220確定的質(zhì)量 流的理論值和從逆節(jié)流件模型得出節(jié)流件的有效面積，然后借助特性 曲線2 3 3將這個有效面積轉換成節(jié)氣門的預調(diào)節(jié)信號。
與此同時，在計算裝置232后面，有效面積的實際值在連接點235 減去計算裝置231的輸出值并輸送給一個PI調(diào)節(jié)器234中。PI調(diào)節(jié)器 2 3 4使實際面積匹配理論面積，所以空氣質(zhì)量流量的理論值也相應于實 際空氣質(zhì)量流量。為此，通過模型210提供的實際值與濾波的理論值 進行比較。然后根據(jù)理論值與實際值的偏差由調(diào)節(jié)器234預先給出加 到節(jié)氣門104的調(diào)節(jié)參數(shù)。在此通過模型200、計算裝置2n和特性曲 線233形成的預調(diào)節(jié)裝置被疊加在這個調(diào)節(jié)上。預調(diào)節(jié)裝置的模型-如 已述及-根據(jù)新鮮空氣質(zhì)量的理論值預先給定節(jié)氣門104的一個調(diào)節(jié)參 數(shù)。為此，預調(diào)節(jié)裝置220的逆模型221包括分模型，這個分模型模 擬調(diào)節(jié)器即節(jié)氣門104前面的混合位置容積V22和容積V21的模型化。
權利要求
1.內(nèi)燃機的控制方法，內(nèi)燃機有第一調(diào)節(jié)器(104)用來影響輸入內(nèi)燃機的新鮮空氣質(zhì)量流量、有第二調(diào)節(jié)器(118)用來影響高壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量，還有至少一個第三調(diào)節(jié)器(128)用來影響低壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量，其中，根據(jù)新鮮空氣質(zhì)量流理的第一理論值和第一實際值和/或別的模型化的參數(shù)或測量出的參數(shù)之間的比較可預先給定第一調(diào)節(jié)器(104)的第一調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)高壓側廢氣質(zhì)量流量的第二理論值和第二實際值和/或別的模型化的參數(shù)或測量出的參數(shù)之間的比較可預先給定第二調(diào)節(jié)器(118)的第二調(diào)節(jié)參數(shù)，并根據(jù)低壓側廢氣質(zhì)量流量的第三理論值和第三實際值和/或別的模型化的參數(shù)或測量出的參數(shù)之間的比較可預先給定至少一個第三調(diào)節(jié)器(128)的至少一個第三調(diào)節(jié)參數(shù)。
2. 按權利要求l的方法，其特征為，第一基于模型的預調(diào)值被疊 加到第一調(diào)節(jié)參數(shù)上。
3. 按權利要求l的方法，其特征為，第二基于模型的預調(diào)值被疊 加到第二調(diào)節(jié)參數(shù)上。
4. 按權利要求l的方法，其特征為，第三基于模型的預調(diào)值被疊 加到第三調(diào)節(jié)參數(shù)上。
5. 按權利要求2、 3或4的方法，模型(221)將新鮮空氣質(zhì)量流 量的理論值映射到第一調(diào)節(jié)器(104)的理論值上和/或將高壓側廢氣 質(zhì)量流量的理論值映射到第二調(diào)節(jié)器(118)的理論值上和/或將低壓 側廢氣質(zhì)量流量的理論值映射到第三調(diào)節(jié)器(128)的理論值上。
6. 按權利要求5的方法，其特征為，通過該模型進行第一調(diào)節(jié)器 (104 )前面的至少混合地點容積V22和容積V21的模型化。
7. 按前述權利要求任一項的方法，其特征為，借助另外的模型 (210)可預先給定實際值。
8. 按前述權利要求任一項的方法，其特征在于，通過相應的調(diào)節(jié) 器(230; 240; 250 )使新鮮空氣質(zhì)量流量的實際值匹配新鮮空氣質(zhì)量 流量的理論值和/或使高壓側廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的實際值匹配高壓 側廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的理論值和/或使低壓側廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量 的實際值匹配低壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量的理論值。
9. 按權利要求8的方法，其特征為，該調(diào)節(jié)器包括帶有基于模型的預調(diào)節(jié)功能和面積估算功能的PI調(diào)節(jié)器。
10.內(nèi)燃機(IOO)的控制裝置，具有第一調(diào)節(jié)器(104)來影響 輸入內(nèi)燃機(100)的氣體質(zhì)量流量、具有第二調(diào)節(jié)器(118)來影響 高壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量、具有至少一個第三調(diào)節(jié)器U28)來影 響低壓側廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量，具有根據(jù)新鮮空氣質(zhì)量流量的第一理 論值和第 一 實際值和/或別的模型化的或測量出的參數(shù)之間的比較預 先給定第一調(diào)節(jié)器(104)的第一調(diào)節(jié)參數(shù)的、根據(jù)高壓側廢氣質(zhì)量流 量的第二理論值和第二實際值和/或別的模型化的或測量出的參數(shù)之 間的比較預先給定第二調(diào)節(jié)器(118)的第二調(diào)節(jié)參數(shù)的及根據(jù)低壓側 廢氣質(zhì)量流量的第三理論值和第三實際值和/或別的模型化的或測量 出的參數(shù)之間的比較預先給定至少一個第三調(diào)節(jié)器U")的至少一個 第三調(diào)節(jié)參數(shù)的部件。
全文摘要
內(nèi)燃機的控制方法用第一調(diào)節(jié)器(104)來影響輸入內(nèi)燃機的新鮮空氣質(zhì)量流量、用第二調(diào)節(jié)器(118)來影響高壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量，并用至少一個第三調(diào)節(jié)器(128)來影響低壓側的廢氣再循環(huán)質(zhì)量流量，其中，根據(jù)新鮮空氣質(zhì)量流量的第一理論值和第一實際值和/或別的模型化的參數(shù)或測量出的參數(shù)之間的比較可預先給定第一調(diào)節(jié)器(104)的第一調(diào)節(jié)參數(shù)、根據(jù)高壓側廢氣質(zhì)量流量的第二理論值和第二實際值和/或別的模型化的參數(shù)或測量出的參數(shù)之間的比較可預先給定第二調(diào)節(jié)器(118)的第二調(diào)節(jié)參數(shù)，并根據(jù)低壓側廢氣質(zhì)量流量的第三理論值和第三實際值和/或別的模型化的參數(shù)或測量出的參數(shù)之間的比較可預先給定至少一個第三調(diào)節(jié)器(118)的至少一個第三調(diào)節(jié)參數(shù)。
文檔編號F02D41/00GK101194092SQ200680020656
公開日2008年6月4日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權日2005年6月9日
發(fā)明者C·斯蒂勒, F·海伯, T·布萊勒 申請人:羅伯特·博世有限公司