專利名稱：用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)是外源點(diǎn)火的汽油發(fā)動機(jī),并通常在空氣系數(shù)或Lambda-值λ =1時運(yùn)行，以便實(shí)現(xiàn)在例如設(shè)計成三元催化器的催化器中廢氣-排放的最佳轉(zhuǎn)換。此外，在均質(zhì)壓燃(HCCI)時在避免焰鋒的情況下可實(shí)現(xiàn)較低的燃燒溫度。因此，產(chǎn)生較少的直至甚至不產(chǎn)生氮氧化物或者說NOx-排放量。因此，無需使用成本高昂的NOx-廢氣再處理、例如NSC (其中廢氣通過氮氧化物-存儲催化器來引導(dǎo))或SCR (選擇性催化還原)，在空氣系數(shù)λ明顯大小I時也能實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)運(yùn)行。從無節(jié)流(Entdrosselung)中再 次產(chǎn)生更好的效率，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的外源點(diǎn)火的運(yùn)行相比導(dǎo)致了消耗優(yōu)點(diǎn)并導(dǎo)致了較小的CO2排放。在當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)中，在HCCI-運(yùn)行中根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)廢氣循環(huán)，通常根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)載和/或根據(jù)燃燒特征，它們典型地可由燃燒室壓力推導(dǎo)出并例如描述了燃燒情況，但并不基于廢氣中測得的NOx-排放。

發(fā)明內(nèi)容
在此背景下，介紹了一種具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的方法和裝置。本發(fā)明的其它設(shè)計方案由從屬權(quán)利要求和說明書中得出。在本發(fā)明的框架內(nèi)，在HCCI-運(yùn)行期間借助廢氣循環(huán)來調(diào)節(jié)氮氧化物(NOx)的量或氮氧化物在廢氣中的份額或濃度。在所謂的HCCI-運(yùn)行(Homogenous Charge CombustionIgnition或者說homogene Kompressionsziindung (均質(zhì)壓燃))中，由空氣和燃料構(gòu)成的混合物通過較高的壓縮最終溫度來自點(diǎn)火，例如在實(shí)施內(nèi)部和/或外部的廢氣循環(huán)的情況下通過將熱廢氣保留在汽缸中。為此，在HCCI-運(yùn)行期間并因此在均質(zhì)壓燃時，設(shè)置了封閉的調(diào)節(jié)回路，用來調(diào)節(jié)NOx-最佳的內(nèi)部(里)和/或外部(外)廢氣循環(huán)。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，可在應(yīng)用階段期間與運(yùn)行點(diǎn)相關(guān)地求得廢氣循環(huán)系統(tǒng)(AGR)的那種調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)最小的NOx-未處理排放，在該應(yīng)用階段時內(nèi)燃機(jī)被調(diào)節(jié)和設(shè)計得用于持續(xù)的運(yùn)行。在此求得的最佳的NOx-排放值作為NOx-額定值存儲在應(yīng)用綜合特征曲線(Applikationskennfeld)中，并且可在車輛使用壽命上通過比較隨同運(yùn)行而測量的NOx-濃度和至少一個能從中推導(dǎo)出的NOx-實(shí)際值以及AGR的典型的隨同運(yùn)行而進(jìn)行的調(diào)校，來調(diào)節(jié)在此求得的最佳N0X_排放值。因此，例如可借助AGR-閥來調(diào)校外部的AGR。內(nèi)部AGR的調(diào)?？山柚馆嗇S調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)。因此，還可降低內(nèi)燃機(jī)的零件和/或元件的樣品偏差的作用，并且與偏離的或變化的測量因素相比(例如在廢氣循環(huán)閥布滿煙垢時)，還提高了該系統(tǒng)或車輛結(jié)構(gòu)的長時間牢固性，其包含內(nèi)燃機(jī)、必要時還包含帶有至少一個催化器的排氣設(shè)備。
在設(shè)計方案中本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了，在HCCI-運(yùn)行期間通過封閉的NOx-調(diào)節(jié)回路可使保留的或內(nèi)部的廢氣和循環(huán)的或外部的廢氣的份額最佳地進(jìn)行匹配。因此，對于批量制造的內(nèi)燃機(jī)來說，即使在出現(xiàn)零件偏差時并在長時間偏離時，也能實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的NOx-優(yōu)化的運(yùn)行。
·
在本發(fā)明的框架中規(guī)定，NOx-傳感器通常在廢氣流方向上安裝在排氣設(shè)備的第一催化器之前，該排氣設(shè)備與內(nèi)燃機(jī)相連接。該NOx-傳感器構(gòu)造成用來測量NOx-未處理排放，并且從中求得和/或提供當(dāng)前的NOx-實(shí)際值或表征NOx-未處理排放的變量。在以傳感方式測得的NOx-濃度的基礎(chǔ)上提供的NOx-信號包括當(dāng)前的NOx-實(shí)際值，其被用于將隨同運(yùn)行測得的NOx-未處理排放調(diào)節(jié)到額定值。根據(jù)通常與運(yùn)行點(diǎn)相關(guān)的NOx-額定值，在出現(xiàn)調(diào)節(jié)偏差時對燃燒的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行干預(yù)。因此，例如通過針對性地調(diào)節(jié)干預(yù)較冷的外部AGR，可以影響燃燒溫度并且進(jìn)而NOx-未處理排放，其中可降低內(nèi)部的較熱的廢氣循環(huán)的廢氣的份額。其它可能的調(diào)節(jié)干預(yù)可以在必要時借助凸輪軸調(diào)節(jié)或在調(diào)節(jié)噴射量的情況下來影響內(nèi)部的廢氣循環(huán)。在應(yīng)用階段期間通過以下方式來求得至少一個NOx-額定值，即用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣循環(huán)如此進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在考慮其它必要的邊界條件的情況下，例如燃燒穩(wěn)定性、燃燒位置、噪音和/或燃燒室壓力，可在廢氣中產(chǎn)生最少的氮氧化物。該至少一個NOx-額定值則根據(jù)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行參數(shù)、例如轉(zhuǎn)速或負(fù)載而存儲在用于車輛結(jié)構(gòu)的控制設(shè)備中，該車輛結(jié)構(gòu)包含內(nèi)燃機(jī)和必要時排氣設(shè)備。當(dāng)在HCCI-模式中隨后運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)期間，該NOx-額定值與當(dāng)前以傳感方式測得的NOx-實(shí)際值進(jìn)行比較，并且在此與NOx-額定值的必要時求得的偏差經(jīng)由適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器、例如PI-調(diào)節(jié)器或比例-積分-調(diào)節(jié)器通過廢氣循環(huán)的匹配來調(diào)節(jié)。為此，可典型地在數(shù)量上和/或彼此相對地調(diào)節(jié)內(nèi)部循環(huán)的廢氣和外循環(huán)的廢氣在整體循環(huán)的廢氣中的份額。因?yàn)橛蓛?nèi)燃機(jī)獲得的廢氣根據(jù)廢氣質(zhì)量流和傳感器位置需要不同的時間，直到它們被NOx-傳感器檢測和測量，并且因?yàn)镹Ox-傳感器還可具有與質(zhì)量流相關(guān)的響應(yīng)性能(Ansprechverhalten),所以在動態(tài)運(yùn)行時在NOx-額定值和感應(yīng)方式測得的NOx-實(shí)際值之間產(chǎn)生通常的偏差，該偏差可能會不期望地干擾調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)內(nèi)部和外部循環(huán)的廢氣的份額。因此在設(shè)計方案中規(guī)定，NOx-額定值借助線路模型適應(yīng)于NOx-傳感器的測量位置，并因此將通常產(chǎn)生的偏差最小化。借助該線路模型，可以在空間和/或時間上考慮廢氣的流動性能，該廢氣從內(nèi)燃機(jī)中排出且流動通過排氣設(shè)備。與在λ調(diào)節(jié)時采取的措施相似，這一點(diǎn)也可借助為此設(shè)置的λ探針來實(shí)現(xiàn)。如果NOx-傳感器也提供了連續(xù)的λ信號，則它還可在HCCI-運(yùn)行中在空氣系數(shù)λ=1時用于汽油發(fā)動機(jī)的廢氣調(diào)節(jié)，并使用在內(nèi)燃機(jī)的外源點(diǎn)火的均質(zhì)運(yùn)行中。因此，在實(shí)際求得的NOx-濃度的基礎(chǔ)上，并基于NOx-未處理排放來調(diào)節(jié)氮氧化物(NOx)0為了在負(fù)載增加時也能使得燃燒溫度保持較低，在設(shè)計方案中隨著負(fù)載的增大也通過冷卻的外部廢氣循環(huán)來循環(huán)增大份額的廢氣。按本發(fā)明的裝置設(shè)計成用來實(shí)施所介紹的方法的所有步驟。在此，該方法的單個步驟也可由該裝置的單個元件來實(shí)施。此外，該裝置的功能或該裝置的單個元件的功能可換成方法的步驟。此外還可能的是，該方法的步驟作為該裝置的至少一個元件或整個裝置的功能來實(shí)現(xiàn)。從描述和附圖中得出本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計方案。當(dāng)然，前述的以及下面還將闡述的特征不僅可用在分別說明的組合中，也可用于其它組合或者單獨(dú)地應(yīng)用，然而并不離開本發(fā)明的范圍。


圖I以示意圖示出了按本發(fā)明的裝置的實(shí)施例；
圖2以示意圖示出了車輛結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，該車輛結(jié)構(gòu)包含內(nèi)燃機(jī)和帶催化器的排氣設(shè)備。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明借助附圖中的實(shí)施例示意性地示出，并在下面參照附圖進(jìn)行詳細(xì)闡述。這些附圖被概括性和綜合性地描述，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。圖I以示意圖示出了車輛結(jié)構(gòu)2，該車輛結(jié)構(gòu)具有內(nèi)燃機(jī)5和作為排氣設(shè)備的元件的催化器6,該內(nèi)燃機(jī)具有汽缸體4。此外，圖I示出了按本發(fā)明的裝置8的實(shí)施例，該裝置在此具有氮氧化物或者說NOx-傳感器10和控制設(shè)備12，該控制設(shè)備在圖I中用虛線框起來。該裝置8的控制設(shè)備12在本實(shí)施例中包含存儲模塊14，在該存儲模塊中在應(yīng)用綜合特征曲線內(nèi)部存儲一定數(shù)量的NOx-額定值16。此外，控制設(shè)備12還包含線路模型(Streckenmodell) 18、比例-積分-調(diào)節(jié)器或者說PI-調(diào)節(jié)器20和激勵模塊22。可借助線路模型18考慮廢氣的流動特性，這一點(diǎn)還涉及NOx-傳感器10相對于內(nèi)燃機(jī)4和/或催化器6的位置。為了進(jìn)一步描述本發(fā)明的本實(shí)施例請參照附圖2，其中再次示意性地示出了圖I中的內(nèi)燃機(jī)5、催化器6以及NOx-傳感器10。作為內(nèi)燃機(jī)5的廢氣循環(huán)結(jié)構(gòu)23的元件，在圖2中示出了用來提供外部廢氣循環(huán)的外部廢氣循環(huán)閥24，并示出了內(nèi)部的廢氣循環(huán)裝置26，其用來為汽缸體4并因此為內(nèi)燃機(jī)5提供內(nèi)部廢氣循環(huán)。此外，圖2還示出了控制設(shè)備12的激勵模塊22。規(guī)定了，在本實(shí)施例中NOx-傳感器10作為按本發(fā)明的裝置8的元件設(shè)置在排氣設(shè)備的第一催化器6之前。這同時意味著，NOx-傳感器10設(shè)置在汽缸體4之后，并因此設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)5之后。在內(nèi)燃機(jī)5的所謂應(yīng)用階段求得NOx-額定值16。在內(nèi)燃機(jī)5的發(fā)展過程期間，應(yīng)用用于內(nèi)燃機(jī)5的控制設(shè)備12以及存儲在其中的綜合特征曲線、特征曲線以及例如調(diào)節(jié)器參數(shù)。此外，NOx-額定值16還與內(nèi)燃機(jī)5的運(yùn)行參數(shù)28、例如負(fù)載、轉(zhuǎn)速或溫度相關(guān)。該NOx-額定值16根據(jù)該運(yùn)行參數(shù)28如此進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得NOx-額定值16相應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)5的廢氣中最小的NOx-或者說氮氧化物-份額，并因此相應(yīng)于期望的、通常最小的NOx-濃度5。在按本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，借助NOx-傳感器10在運(yùn)行同時測量內(nèi)燃機(jī)5的廢氣的氮氧化物-份額或NOx-濃度，并在該基礎(chǔ)上求得各個與運(yùn)行相關(guān)的NOx-實(shí)際值30，并提供給控制設(shè)備12。
此外，各個當(dāng)前的、與運(yùn)行點(diǎn)相關(guān)的NOx-額定值16和用于在運(yùn)行期間存在的廢氣質(zhì)量流32的數(shù)值被提供給線路模型18，并通常共同進(jìn)行處理。這一點(diǎn)通常包含下述措施，即預(yù)先給定的NOx-額定值16借助線路模型16在流體技術(shù)方面與當(dāng)前的廢氣質(zhì)量流32相適配，必要時進(jìn)行修改。被適配或修正的NOx-額定值16和當(dāng)前求得的NOx-額定值30被傳輸給PI-調(diào)節(jié)器20。從所述的、被輸入的數(shù)值中由PI-調(diào)節(jié)器20求得用于廢氣循環(huán)的修正變量34，并與至少一個廢氣循環(huán)-額定值36 —起被傳輸給激勵模塊22。在該方法的設(shè)計方案中，NOx-額定值16和測得的NOx-實(shí)際值30進(jìn)行比較，并且修正變量34由PI-調(diào)節(jié)器20根據(jù)NOx-實(shí)際值30與NOx-額定值16的偏差來調(diào)節(jié)。在本發(fā)明的框架中還規(guī)定,該至少一個廢氣循環(huán)-額定值36與NOx-額定值16一起在內(nèi)燃機(jī)5的已描述的應(yīng)用階段期間以下述方式求得，即內(nèi)燃機(jī)5的廢氣具有最小的NOx-份額。 在修正變量34以及至少一個廢氣循環(huán)-額定值36的基礎(chǔ)上，借助激勵模塊22來傳輸用于廢氣循環(huán)結(jié)構(gòu)23的外部廢氣循環(huán)閥24和內(nèi)部廢氣循環(huán)裝置26的份額值38。通過用于廢氣循環(huán)的份額值38，在整個待循環(huán)的廢氣方面調(diào)節(jié)內(nèi)部廢氣42和外部廢氣40的、要一起循環(huán)至汽缸體4并因此全部循環(huán)至內(nèi)燃機(jī)5中的份額。這意味著，在一種設(shè)計方案中通過份額值38這樣來加載外部廢氣循環(huán)閥24和內(nèi)部廢氣循環(huán)裝置26，即汽缸體4以及進(jìn)而內(nèi)燃機(jī)5包含外部廢氣40和內(nèi)部廢氣42的最佳份額。例如通過有針對性地在各個汽缸的進(jìn)入閥和排出閥之間進(jìn)行閥門調(diào)整(Ventilunterschneidung),來保留內(nèi)部廢氣42的份額。為此，閥門開啟的度數(shù)和閥門開啟的定時可借助凸輪軸調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)。外部廢氣40的份額通過外部廢氣循環(huán)閥24在廢氣流的方向上從內(nèi)燃機(jī)5后面的部段、通常是排氣設(shè)備的部段中再次傳輸至內(nèi)燃機(jī)5。隨后，外部廢氣40也可稱為已輸入的廢氣，它比熱的內(nèi)部廢氣42更冷，該內(nèi)部廢氣也稱為被保留的廢氣。借助本發(fā)明的在此處介紹的實(shí)施例，還可為外部廢氣40和內(nèi)部廢氣42在廢氣總量上的份額提供封閉的NOx-調(diào)節(jié)回路。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)(5)的方法，其中測得的NOx-實(shí)際值(30)與NOx-額定值(16)進(jìn)行比較，并且其中根據(jù)所述NOx-實(shí)際值(30)與所述NOx-額定值(16)的偏差來調(diào)節(jié)廢氣循環(huán)，其中為了調(diào)節(jié)廢氣循環(huán)，在整個循環(huán)的或被保留的廢氣方面調(diào)節(jié)內(nèi)部保留的廢氣(42)的份額和外部循環(huán)的廢氣(40)的份額。
2.按權(quán)利要求I所述的方法，其中在應(yīng)用階段期間根所述據(jù)內(nèi)燃機(jī)(5)的運(yùn)行參數(shù)(28)來求得用于最佳NOx-濃度的值，并從中推導(dǎo)出NOx-額定值(16)，并且將其存儲在應(yīng)用綜合特征曲線中。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其中所述NOx-額定值(16)在所述應(yīng)用階段期間如此進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得廢氣中的NOx-濃度最小。
4.按權(quán)利要求2或3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述內(nèi)燃機(jī)(5)的使用壽命中通過與測得的NOx-濃度進(jìn)行比較而在調(diào)校廢氣循環(huán)時來調(diào)節(jié)NOx-額定值(16)。
5.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法在實(shí)施均質(zhì)壓燃時被設(shè)計用于構(gòu)成為汽油發(fā)動機(jī)的所述內(nèi)燃機(jī)(5)。
6.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中NOx-額定值(16)借助線路模型(18)被調(diào)節(jié)到NOx-傳感器(10)的測量位置上，利用所述NOx-傳感器求得NOx-實(shí)際值(30)。
7.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在考慮當(dāng)前測得的廢氣質(zhì)量流(32)的情況下調(diào)節(jié)NOx-額定值(16 )。
8.—種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)(5)的裝置，其設(shè)計用于測量NOx-實(shí)際值(30)，并與NOx-額定值(16)進(jìn)行比較，并根據(jù)NOx-實(shí)際值(30)與NOx-額定值(16)的偏差來調(diào)節(jié)廢氣循環(huán)，其中所述裝置(8)被設(shè)計用于為了調(diào)節(jié)廢氣循環(huán)，在整個循環(huán)的或被保留的廢氣方面調(diào)節(jié)內(nèi)部保留的廢氣(42)的份額和外部循環(huán)的廢氣(40)的份額。
9.按權(quán)利要求8所述的裝置，所述裝置具有被設(shè)計用于測量NOx-實(shí)際值(30)的NOx-*感器(10),所述傳感器設(shè)置在位于所述內(nèi)燃機(jī)(5)之后的排氣設(shè)備的第一催化器(6)之前。
10.按權(quán)利要求8或9所述的裝置，所述裝置具有封閉的NOx-調(diào)節(jié)回路，所述NOx-調(diào)節(jié)回路提供了被保留的內(nèi)部廢氣(42)和循環(huán)的外部廢氣(40)的份額。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)(5)的方法，其中測得的NOx-實(shí)際值(30)與NOx-額定值(16)進(jìn)行比較，并且其中根據(jù)所述NOx-實(shí)際值(30)與所述NOx-額定值(16)的偏差來調(diào)節(jié)廢氣循環(huán)，其中為了調(diào)節(jié)廢氣循環(huán)，在整個循環(huán)的或被保留的廢氣方面調(diào)節(jié)內(nèi)部保留的廢氣(42)的份額和外部循環(huán)的廢氣(40)的份額。此外，本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)(5)的裝置(8)。
文檔編號F02D41/30GK102859159SQ201180019976
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者G.波滕, K.溫克勒, T.蔡恩, U.米勒 申請人:羅伯特·博世有限公司