用于調(diào)節(jié)直噴式內(nèi)燃機的廢氣溫度的方法
【專利摘要】一種用于調(diào)節(jié)直噴式內(nèi)燃機(2)的廢氣溫度的方法，其中，將燃燒的燃料噴射分成多次單獨的噴射，并且在預(yù)定負載(PMI)下，通過調(diào)節(jié)所有燃燒的燃料噴射的整個噴射量(q噴射)和轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)來調(diào)節(jié)從內(nèi)燃機(2)離開的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度T3。
【專利說明】用于調(diào)節(jié)直噴式內(nèi)燃機的廢氣溫度的方法
[0001]描述
[0002]本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)直噴式內(nèi)燃機的廢氣溫度的方法以及這種內(nèi)燃機。
[0003]離開內(nèi)燃機的廢氣的溫度對于廢氣管路中后續(xù)的裝置和設(shè)備來說特別重要。為了高效的廢氣凈化，特別是廢氣后處理裝置有時需要最小溫度。此外，為了使廢氣后處理再生成，有時還需要盡可能高效地實現(xiàn)的最小溫度。另一方面，不允許超過一定的溫度范圍，以使如渦輪增壓機的渦輪機的構(gòu)件不會熱過載。
[0004]此外，由于當前的和未來的廢氣法規(guī)而對內(nèi)燃機、特別是柴油發(fā)動機提出了日益更高的要求。為了降低排出的顆粒物排放量，在市場上早已有封閉的顆粒物過濾器。這種過濾器的使用需要以一定間隔來再生成。這種再生成需要精確和盡可能快速地調(diào)節(jié)廢氣溫度，以使再生成時間盡可能短并且避免顆粒物過濾器的損壞。為此，除了滯后調(diào)節(jié)主噴射外還采用了更滯后的所謂二次噴射。轉(zhuǎn)化成燃燒并且構(gòu)成力矩的主噴射和較早的二次噴射的共同作用必須在昂貴的試驗中的校準過程中適應(yīng)于所有可能的環(huán)境條件。
[0005]DE 10 2006 015 503 Al描述了一種用于調(diào)節(jié)直噴式內(nèi)燃機的噴射過程的方法，其中，這種調(diào)節(jié)起到基于至少一個在第一工作循環(huán)過程中獲取的參數(shù)來在至少第一工作循環(huán)過程中改變噴射過程的作用。設(shè)有燃燒調(diào)節(jié)器，該燃燒調(diào)節(jié)器基于燃燒重心位置來調(diào)節(jié)噴射開始和噴射特征。在此，燃燒重心位置通常在轉(zhuǎn)化了 50%的所噴入的燃料量之后獲取，即便這關(guān)于轉(zhuǎn)化率的積分面積是不精確的。為了確定燃燒重心位置而使用燃燒室壓力傳感器，借助該燃燒室壓力傳感器可根據(jù)燃燒室壓力得出轉(zhuǎn)化率。
[0006]離開直噴式內(nèi)燃機的廢氣的溫度對應(yīng)于排氣閥后的溫度或者如果渦輪增壓機直接位于內(nèi)燃機之后則對應(yīng)于渦輪增壓機的渦輪機前的溫度。通常通過已知的調(diào)節(jié)方法來調(diào)節(jié)該溫度。然而，在每個調(diào)節(jié)回路中會出現(xiàn)對調(diào)節(jié)量進行調(diào)節(jié)的延遲，這是因為必須首先確定或測得該調(diào)節(jié)量，以便隨后在反饋中再饋送到調(diào)節(jié)器。為了解決該問題，WO 2009/112056Al建議了建立氣缸燃燒室內(nèi)的氣體的溫度模型，以預(yù)計地確定離開氣缸燃燒室的廢氣的溫度并將該溫度饋送到調(diào)節(jié)器。在該文獻中描述的內(nèi)燃機中還設(shè)有HC-排放模型，以確定離開燃燒室的廢氣的HC-排放量。這用于調(diào)節(jié)廢氣凈化設(shè)備、特別是顆粒物過濾器的再生成。
[0007]本發(fā)明的任務(wù)是提出一種用于調(diào)節(jié)廢氣溫度的簡單又精確的方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過一種用于調(diào)節(jié)直噴式內(nèi)燃機的廢氣溫度的方法來解決，其中，將燃燒的燃料噴射分成多次單獨的噴射，并且在預(yù)先給定的負載情況下通過調(diào)節(jié)所有燃燒的燃料噴射的總噴射量和轉(zhuǎn)化率面積重心來調(diào)節(jié)離開內(nèi)燃機的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度。
[0009]與目前的方法不同地采用轉(zhuǎn)化率的面積的重心位置，而不是50%噴射燃料轉(zhuǎn)化的位置，這已產(chǎn)生較高的精度。這主要是由于在多次噴射時通過移動噴射之一的位置在某些情況下跳躍式地改變50%燃料轉(zhuǎn)化的位置。
[0010]這主要是由于在多次噴射時通過移動噴射之一的位置在某些情況下、例如當正好位于各次噴射之間時50%燃料轉(zhuǎn)化的位置不移動，但是關(guān)于所有噴射的轉(zhuǎn)化的面積重心很可能移動。[0011]此外，在調(diào)節(jié)回路中已調(diào)節(jié)了該轉(zhuǎn)化率面積重心。因此，調(diào)節(jié)變量是轉(zhuǎn)化率面積重心，由此可實現(xiàn)快速響應(yīng)的調(diào)節(jié)。
[0012]較佳地，由發(fā)動機廢氣溫度的預(yù)先給定的理論值和發(fā)動機廢氣溫度的測得的實際值確定所需的溫度差，并且由此借助調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)用于轉(zhuǎn)化率面積重心的校正值。
[0013]由用于轉(zhuǎn)化率面積重心的校正值和轉(zhuǎn)化率面積重心的理論值確定轉(zhuǎn)化率面積重心的經(jīng)校正的理論值。
[0014]此外，由轉(zhuǎn)化率面積重心的經(jīng)校正的理論值與轉(zhuǎn)化率面積重心的實際值確定轉(zhuǎn)化率面積重心的差值，并且基于該差值、借助調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)各次噴射的位置和/或總噴射量分布到各次噴射上的噴射量分布狀況。
[0015]在此，可基于特性曲線來確定轉(zhuǎn)化率面積重心的理論值。
[0016]轉(zhuǎn)化率面積重心的實際值較佳地借助內(nèi)燃機模型或者由燃燒室壓力的測得壓力曲線來確定。使用模型的優(yōu)點在于可預(yù)計地確定實際值。
[0017]較佳地，在調(diào)節(jié)時同樣利用負載、即所指示的中間壓力，其中，由負載的理論值和負載的實際值得出所需的負載差，并且借助調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)總噴射量。
[0018]較佳地規(guī)定，直接借助調(diào)節(jié)器、根據(jù)轉(zhuǎn)化率面積重心的差值來調(diào)節(jié)用于總噴射量的校正值，并由該校正值和總噴射量來確定經(jīng)校正的總噴射量。
[0019]此外，該任務(wù)通過具有調(diào)節(jié)單元的直噴式內(nèi)燃機來解決，該調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)上述方法調(diào)節(jié)離開內(nèi)燃機的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度。
[0020]在此，在廢氣管路中設(shè)有渦輪增壓機，并且渦輪增壓機的渦輪機前的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度是可調(diào)節(jié)的。
[0021]此外可設(shè)有例如涉及顆粒物過濾器、NOx-儲存催化器或者SCR-催化器的廢氣后處理裝置，其中通過調(diào)節(jié)發(fā)動機廢氣溫度來例如為了再生成而調(diào)節(jié)廢氣后處理裝置所需的溫度。
[0022]為了燃燒位置調(diào)節(jié)可設(shè)有至少一個燃燒室壓力傳感器。此外，可設(shè)有用于確定發(fā)動機廢氣溫度的溫度傳感器。
[0023]下面根據(jù)附圖來進一步闡釋本發(fā)明。
[0024]附圖示出:
[0025]圖1示出根據(jù)第一實施方式的調(diào)節(jié)的總體結(jié)構(gòu)，
[0026]圖2示出根據(jù)第二實施方式的調(diào)節(jié)的總體結(jié)構(gòu)，
[0027]圖3示出示例性轉(zhuǎn)化率變化，
[0028]圖4示出在根據(jù)圖3的轉(zhuǎn)化率變化情況下的燃燒過程，以及
[0029]圖5示出具有廢氣設(shè)備的內(nèi)燃機的示意圖。
[0030]圖1示出用于特定燃燒過程、例如是柴油機的顆粒物過濾器再生成運行的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)包括兩個單獨的調(diào)節(jié)回路1、2。即，用于燃燒的積分位置、也就是轉(zhuǎn)化率面積重心的第一調(diào)節(jié)回路I以及用于例如通過所指示的中間壓力或內(nèi)部力矩所確定的負載的第二調(diào)節(jié)回路2。
[0031]在第一調(diào)節(jié)回路I中設(shè)有總共兩個調(diào)節(jié)器。將作為主導(dǎo)參量的位于渦輪機前的溫度的理論值與作為反饋的渦輪機前的溫度的實際值之間的調(diào)節(jié)偏差饋送到第一調(diào)節(jié)器3。渦輪機前的溫度在此等于離開內(nèi)燃機的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度。借助第一調(diào)節(jié)器3確定用于轉(zhuǎn)化率面積重心的校正值，通過該校正值來校正例如從特征曲線獲取的轉(zhuǎn)化率面積重心的理論值?？捎蓽y得的或者借助燃燒室的熱動力模型而模型化的壓力變化來確定轉(zhuǎn)化率面積重心的當前實際值。將轉(zhuǎn)化率面積重心的實際值與經(jīng)校正的理論值進行比較，隨后第二調(diào)節(jié)器4按照規(guī)定值來改變噴射概況。噴射概況(Einspritzprofil)可包括例如主噴射和二次噴射的各次噴射的位置。此外，噴射概況可包括各次噴射的噴射量分布。對于穩(wěn)定的過渡運行，調(diào)節(jié)回路可補充有基于特征曲線或者基于模型的預(yù)控制。
[0032]第一調(diào)節(jié)回路I相應(yīng)地改變轉(zhuǎn)化率面積重心的理論值，從而調(diào)節(jié)渦輪機前的期望溫度。第二調(diào)節(jié)回路2調(diào)節(jié)負載。為此設(shè)有第三調(diào)節(jié)器5。針對第三調(diào)節(jié)器5的調(diào)節(jié)偏差由例如所指示的中間壓力中的負載的理論值確定，并且將負載的實際值饋送到第三調(diào)節(jié)器
5。由此確定總噴射量。
[0033]由于兩個調(diào)節(jié)回路1、2緊密耦合，因而總體結(jié)構(gòu)可補充有解耦環(huán)節(jié)6。在此，基于轉(zhuǎn)化率面積重心的調(diào)節(jié)偏差、即基于轉(zhuǎn)化率面積重心的經(jīng)校正理論值和轉(zhuǎn)化率面積重心的實際值，在解耦環(huán)6中進行預(yù)調(diào)節(jié)，以在第三調(diào)節(jié)器5之后校正總噴射量。解耦環(huán)例如可以是DTl環(huán)。
[0034]圖2示出根據(jù)圖1的調(diào)節(jié)，其中，一致的元件標設(shè)有相同的附圖標記。但在根據(jù)圖
2的調(diào)節(jié)中不設(shè)有解耦環(huán)。更確切地說設(shè)有內(nèi)燃機模型8，該內(nèi)燃機模型作為輸入量具有針對渦輪機前的溫度和針對負載的理論值。由內(nèi)燃機模型8確定轉(zhuǎn)化率面積重心的理論值以及總噴射量的預(yù)校正，以使內(nèi)燃機模型8除了提供理論值外還用于與兩個調(diào)節(jié)回路1、2解率禹。
[0035]圖3示例性地示出具有主噴射和二次噴射的轉(zhuǎn)化率變化，這兩個噴射進行燃燒轉(zhuǎn)化并由此形成扭矩。轉(zhuǎn)化率變化通過曲柄角來示出，其中可看出在曲柄角緊鄰200度之前進行主噴射，并且在225度和250度之間進行二次噴射。在圖4中示出對應(yīng)的燃燒過程。燃燒過程表明百分之多少的總噴射量被轉(zhuǎn)化或燃燒了。此外，在圖3中給出轉(zhuǎn)化率面積重心。該轉(zhuǎn)化率面積重心基于轉(zhuǎn)化率變化曲線下方的面積的重心來計算。該重心位于200度與225度之間。在圖4可看出在225度之后的位置中轉(zhuǎn)化了 50%的噴射量。這兩個值、SP轉(zhuǎn)化率面積重心和50%燃料轉(zhuǎn)化的位置明顯彼此不同。如果少量提高主噴射的噴射量并且相應(yīng)地減少二次噴射的噴射量，則根據(jù)圖1的燃燒過程曲線移動其鞍點7。鞍點7例如上升到超過0.5的值。由此，50%燃料轉(zhuǎn)化的位置從超過225度跳躍式地移動到明顯低于225度。但轉(zhuǎn)化率面積重心卻幾乎不變化。這顯然使得采用轉(zhuǎn)化率面積重心可產(chǎn)生明顯更穩(wěn)定和更可靠的調(diào)節(jié)。
[0036]圖5示意地示出具有廢氣設(shè)備9的內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)。柴油式內(nèi)燃機10與第一廢氣管11連接，該第一廢氣管引向渦輪增壓機的渦輪機12。第一廢氣管11可包含一個或多個廢氣彎管，柴油式內(nèi)燃機10的不同燃燒室或氣缸的廢氣流匯集到該一個或多個廢氣彎管中。在此，還可設(shè)有其它構(gòu)件，例如AGR閥和AGR支管。
[0037]渦輪機12經(jīng)由第二廢氣管13與呈氧化催化器14和顆粒物過濾器15形式的廢氣后處理裝置連接。在顆粒物過濾器后面連接有第三廢氣管16。還可在第二廢氣管13以及第三廢氣管16中設(shè)有其它構(gòu)件。
[0038]為了在第一廢氣管11內(nèi)調(diào)節(jié)離開柴油式內(nèi)燃機10并位于渦輪機12之前的、通常標記為T3的廢氣溫度，設(shè)有之前所述的調(diào)節(jié)回路。[0039]附圖標記列表
[0040]I第一調(diào)節(jié)回路(負載)
[0041]2第二調(diào)節(jié)回路(轉(zhuǎn)化率面積重心)
[0042]3第一調(diào)節(jié)器
[0043]4第二調(diào)節(jié)器
[0044]5第三調(diào)節(jié)器
[0045]6解耦環(huán)
[0046]7鞍點
[0047]8燃燒模型
[0048]9具有廢氣設(shè)備的內(nèi)燃機
[0049]10柴油內(nèi)燃機
[0050]11第一廢氣管
[0051]12渦輪機
[0052]13第二廢氣管
[0053]14氧化催化器
[0054]15顆粒物過濾器
[0055]16第三廢氣管
【權(quán)利要求】
1.一種用于調(diào)節(jié)直噴式內(nèi)燃機(2)的廢氣溫度的方法， 其中，燃燒的燃料噴射被分成多次單獨的噴射，以及 在預(yù)先給定的負載(PMI)下通過調(diào)節(jié)所有燃燒的燃料噴射的整個噴射量(q?i)和轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)來調(diào)節(jié)離開所述直噴式內(nèi)燃機(2)的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度(T3)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于， 由所述發(fā)動機廢氣溫度的預(yù)先給定的理論值和所述發(fā)動機廢氣溫度的測得的實際值確定所需的溫度差，并且由此借助調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)用于所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的校正值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于， 由用于所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的所述校正值和所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的理論值確定所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的經(jīng)校正的理論值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法， 其特征在于， 由所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的經(jīng)校正的理論值與所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的實際值確定針對所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的差值，并且基于所述差值、借助調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)各次噴射的位置和/或總噴射量分布到各次噴射的噴射量分布狀況。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法， 其特征在于， 基于特征曲線來確定所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的理論值。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法， 其特征在于， 所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的實際值是借助內(nèi)燃機模型或者由燃燒室壓力的測得的壓力變化來確定的。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 由所述負載的理論值和所述負載的實際值來確定所需的負載差，并由此借助調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)所述總噴射量。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 直接借助調(diào)節(jié)器、根據(jù)所述轉(zhuǎn)化率面積重心(UFS)的差值來調(diào)節(jié)用于總噴射量的校正值，并由所述校正值和所述總噴射量來確定經(jīng)校正的總噴射量。
9.一種具有調(diào)節(jié)單元的直噴式內(nèi)燃機(2)，所述調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項來調(diào)節(jié)離開所述內(nèi)燃機(2)的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度(T3)。
10.如權(quán)利要求9所述的直噴式內(nèi)燃機， 其特征在于， 設(shè)有渦輪增壓機，并且所述渦輪增壓機的渦輪機(4)前的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度(T3)是可調(diào)節(jié)的。
11.如權(quán)利要求10所述的直噴式內(nèi)燃機， 其特征在于， 設(shè)有特別是顆粒物過濾器(7)、NOx-儲存催化器或者SCR-催化器的廢氣后處理裝置，其中通過調(diào)節(jié)所述發(fā)動機廢氣溫度(T3)來調(diào)節(jié)所述廢氣后處理裝置所需的溫度。
12.如權(quán)利要求9-11中任一項所述的直噴式內(nèi)燃機， 其特征在于， 為燃燒位置調(diào)節(jié)而設(shè)有至少一個燃燒室壓力傳感器。
13.如權(quán)利要求9-12中任一項所述的直噴式內(nèi)燃機， 其特征在于， 設(shè)有用于確定離 開所述內(nèi)燃機的廢氣的發(fā)動機廢氣溫度(T3)的溫度傳感器。
【文檔編號】F02D35/02GK103958873SQ201280055193
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月11日
【發(fā)明者】J·司考布, T·司庫諾巴斯 申請人:德國Fev有限公司