一種用于控制直噴式內(nèi)燃機(jī)的廢氣溫度的方法
【專利摘要】一種用于控制直噴式內(nèi)燃機(jī)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(dú)的噴射，并且借助至少一個(gè)模型11、12、在預(yù)定的負(fù)載情況下通過調(diào)節(jié)熱量釋放的面積重心的位置aQ50以及整個(gè)燃燒的燃料噴射的噴射量m噴入來預(yù)計(jì)地確定離開內(nèi)燃機(jī)2的廢氣的溫度T3。
【專利說明】一種用于控制直噴式內(nèi)燃機(jī)的廢氣溫度的方法
[0001]描述
[0002]本發(fā)明涉及一種用于控制直噴式內(nèi)燃機(jī)的廢氣溫度的方法以及具有這種控制的直噴式內(nèi)燃機(jī)。
[0003]離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度對(duì)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(shí)需要最小溫度。此外，為了使廢氣后處理再生成，有時(shí)還需要盡可能高效地實(shí)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(jī)的渦輪機(jī)的構(gòu)件不會(huì)熱過載。
[0004]離開直噴式內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度對(duì)應(yīng)于排氣門后的溫度或者如果渦輪增壓機(jī)直接位于內(nèi)燃機(jī)之后則對(duì)應(yīng)于渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)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(gè)調(diào)節(jié)回路中會(huì)出現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的延遲，這是因?yàn)楸仨毷紫却_定或測(cè)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，W02009/112056A1建議了建立氣缸燃燒室內(nèi)的氣體的溫度模型，以預(yù)計(jì)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(xiàn)中描述的內(nèi)燃機(jī)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。
[0005]本發(fā)明的任務(wù)是在預(yù)定負(fù)載下預(yù)計(jì)地確定離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度并實(shí)際調(diào)節(jié)該廢氣溫度。發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)行成可調(diào)節(jié)離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的預(yù)定溫度。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過用于控制直噴式內(nèi)燃機(jī)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(dú)的噴射，
[0007]其中在預(yù)先給定的負(fù)載的情況下借助至少一個(gè)模型、通過調(diào)節(jié)熱量釋放的面積重心的位置以及總體燃燒的燃料噴射的噴射量來預(yù)計(jì)地確定離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度。
[0008]此外，該任務(wù)通過具有控制單元的直噴式內(nèi)燃機(jī)來解決，該控制單元用于根據(jù)上述方法控制離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度。
[0009]該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，預(yù)計(jì)地確定、即控制離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度。由此，明顯更快地調(diào)節(jié)溫度，以使得即便在交疊的調(diào)節(jié)回路的情況下也僅造成待調(diào)節(jié)的溫度的極小的高低波動(dòng)。
[0010]燃燒的燃料噴射涉及所有形成扭矩的燃料噴射。但不包括二次噴射，該二次噴射不再燃燒而僅用于提供用于后續(xù)的廢氣后處理裝置的HC-排放。預(yù)先給定的負(fù)載與內(nèi)燃機(jī)的所要求的中間壓力有關(guān)。熱量釋放的面積重心的位置與內(nèi)燃機(jī)的曲柄角有關(guān)。噴射的過程造成一定的轉(zhuǎn)化過程，即燃燒過程。由此，關(guān)于位置至少幾乎相同地得出熱量釋放的過程，該熱量釋放的面積具有如下重心，即該重心關(guān)于曲柄角的位置可根據(jù)熱量釋放的積分來確定。
[0011]本發(fā)明基于如下事實(shí):對(duì)于所要求的中間壓力、即在預(yù)先給定的負(fù)載情況下、在多次燃燒的噴射時(shí)原則上存在分布到各次噴射的噴射量分布的多種組合。根據(jù)分布到各次噴射的噴射量分布，熱量釋放的面積重心的位置以及由此離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度會(huì)移動(dòng)。在熱量釋放的面積重心的位置沿“提前”方向、即向緊鄰上止點(diǎn)之后的曲柄角發(fā)生移動(dòng)的情況下，廢氣溫度下降。在沿“滯后”方向、即向上止點(diǎn)之后的更大曲柄角發(fā)生移動(dòng)的情況下，廢氣溫度升高。如果現(xiàn)在確定了離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的期望溫度，則僅還保持可能的噴射量分布和由此保持熱量釋放的面積重心的位置。這用于預(yù)計(jì)地確定各次噴射的最佳噴射量。
[0012]在此，為了調(diào)節(jié)熱量釋放的面積重心的位置和噴射量，采用熱量釋放模型，借助該熱量釋放模型可預(yù)測(cè)各次噴射的熱量釋放。
[0013]此外采用一溫度模型，借助該溫度模型可基于熱量釋放的面積重心的位置來預(yù)測(cè)離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度。
[0014]為了提高精度可使調(diào)節(jié)回路交疊。預(yù)計(jì)地確定的噴射的各個(gè)位置可借助該調(diào)節(jié)器(例如燃燒位置調(diào)節(jié)器)來校準(zhǔn)。
[0015]為燃燒位置調(diào)節(jié)器設(shè)置燃燒室壓力傳感器，借助該燃燒室壓力傳感器可測(cè)得燃燒室壓力。
[0016]較佳地，將燃料噴射分成主噴射和二次噴射。但原則上還可設(shè)想多次二次噴射和/或一次或多次預(yù)噴射。
[0017]如果設(shè)有渦輪增壓機(jī)，則通過控制離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度來控制渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)前的溫度。
[0018]特別是對(duì)于例如顆粒物過濾器之類的廢氣后處理裝置來說，將離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度控制成使得能盡可能高效地實(shí)施廢氣后處理裝置的再生成。盡可能高效是指對(duì)于再生成需要投入盡可能少的燃料。
[0019]所建議的廢氣溫度控制可涉及內(nèi)燃機(jī)的各個(gè)燃燒室或者一組燃燒室或氣缸。
[0020]下面根據(jù)附圖來進(jìn)一步闡釋較佳實(shí)施例。附圖示出:
[0021]圖1示出具有廢氣設(shè)備的內(nèi)燃機(jī)的示意圖，
[0022]圖2示出方法過程的示意圖，
[0023]圖3示出關(guān)于噴射量的廢氣溫度與熱量釋放重心位置之間的關(guān)聯(lián)性的示意圖，
[0024]圖4示出關(guān)于噴射量的中間壓力與熱量釋放重心位置之間的關(guān)聯(lián)性的示意圖，以及
[0025]圖5示出與預(yù)先給定的廢氣溫度和預(yù)先給定的中間壓力有關(guān)的、關(guān)于熱量釋放重心位置的噴射量的不意圖。
[0026]圖1示意地示出具有廢氣設(shè)備I的內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)。柴油式內(nèi)燃機(jī)2與第一廢氣管3連接，該第一廢氣管3引向渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)4。第一廢氣管3可包含一個(gè)或多個(gè)廢氣彎管，柴油式內(nèi)燃機(jī)2的不同燃燒室或氣缸的廢氣流匯集到該一個(gè)或多個(gè)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。
[0027]渦輪機(jī)4經(jīng)由第二廢氣管5與呈氧化催化器6和顆粒物過濾器7形式的廢氣后處理裝置連接。在顆粒物過濾器后連接有第三廢氣管8。還可在第二廢氣管5以及第三廢氣管8中設(shè)有其它構(gòu)件。
[0028]為了在第一廢氣管3內(nèi)控制離開柴油式內(nèi)燃機(jī)2并位于渦輪機(jī)4之前的、通常標(biāo)記為T3的廢氣溫度，基于圖2中所示的方法過程來設(shè)置該方法。根據(jù)圖2，在方法步驟10中借助熱量釋放模型11并借助溫度模型12根據(jù)預(yù)先給定的所指示的中間壓力PM1、離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的預(yù)先給定的溫度T3、被吸入空氣的當(dāng)前溫度Tka和氣缸內(nèi)的空氣質(zhì)量來確定熱量釋放的面積重心的位置aQ50以及總噴射量q噴入。[0029]在方法步驟9中，首先根據(jù)預(yù)先給定的廢氣溫度T3和被吸入空氣的溫度Tns入來計(jì)算溫度差Λ Τ，該溫度差Λ T必須從進(jìn)氣門到達(dá)排氣門。
[0030]然后，在方法步驟13中，根據(jù)熱量釋放的面積重心的位置aQ50和總噴射量入以及各次噴射開始的位置phiMI和phiM來確定各次噴射的噴射量qMI和qM。
[0031]如圖3中所示，關(guān)于總噴射量(1?入的廢氣溫度T3與熱量釋放重心位置aQ50之間所得的關(guān)聯(lián)性用作該方法的基礎(chǔ)?？煽闯鲈谔岣邍娚淞縬?入時(shí)，廢氣溫度T3也升高。此外，當(dāng)噴射量q?入恒定且沿“滯后”方向調(diào)節(jié)熱量釋放重心位置aQ50時(shí)，溫度T3持續(xù)升高。
[0032]圖4不出關(guān)于總噴射量qtf入的中間壓力PMI與熱量釋放重心位置aQ50的關(guān)聯(lián)性。在此可看出中間壓力PMI隨著噴射量q?入的提高而升高。此外，當(dāng)沿“滯后”方向調(diào)節(jié)熱量釋放重心位置aQ50時(shí)，在恒定的噴射量入情況下中間壓力PMI下降。
[0033]通過圖3和4可根據(jù)圖5來推導(dǎo)出總噴射量q w入關(guān)于熱量釋放重心位置aQ50的相關(guān)性。由根據(jù)圖3的關(guān)系可推導(dǎo)出在恒定的廢氣溫度T3情況下總噴射量于熱量釋放重心位置aQ50的相關(guān)性。由根據(jù)圖4的關(guān)系可推導(dǎo)出在恒定的中間壓力PMI情況下總噴射量q?入關(guān)于熱量釋放重心位置aQ50的相關(guān)性。由此得到圖5中所示的圖示，據(jù)此在預(yù)先給定的溫度T3和預(yù)先給定的中間壓力PMI下，在一定的熱量釋放重心位置aQ50的情況下僅得出一個(gè)總噴射量q?入。然后，根據(jù)熱量釋放重心位置aQ50來使該總噴射量q?入分布到各次噴射。
[0034]附圖標(biāo)記列表
[0035]I具有廢氣設(shè)備的內(nèi)燃機(jī)
[0036]2柴油燃燒內(nèi)燃機(jī)
[0037]3第一廢氣管`
[0038]4渦輪機(jī)
[0039]5第二廢氣管
[0040]6氧化催化器
[0041]7顆粒物過濾器
[0042]8第三廢氣管
[0043]9方法步驟
[0044]10方法步驟
[0045]11熱量釋放模型
[0046]12溫度模型
[0047]13方法步驟
[0048]aQ50熱量釋放重心位置
[0049]m氣缸吸入空氣的質(zhì)量
[0050]phiMI主噴射的噴射開始
[0051]Phipol 二次噴射的噴射開始
[0052]PMI 所指示的中間壓力
[0053]q噴人總噴射量
[0054]qMI 主噴射的噴射量
[0055]qPol 二次噴射的噴射量[0056]T3離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度
[0057]ΔΤ 經(jīng)過內(nèi)燃機(jī)的溫度差
[0058]Tnsx被吸入空氣的溫度
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制直噴式內(nèi)燃機(jī)(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(dú)的噴射，以及 在預(yù)先給定的負(fù)載(PMI)的情況下，借助至少一個(gè)模型(11，12)通過調(diào)節(jié)熱量釋放的面積重心的位置(aQ50)以及整個(gè)燃燒的燃料噴射的噴射量(q?入)來預(yù)計(jì)地確定離開所述內(nèi)燃機(jī)⑵的廢氣的溫度(T3)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了調(diào)節(jié)所述熱量釋放的面積重心的位置(aQ50)和所述噴射量(q?A)，采用熱量釋放模型(11)，借助所述熱量釋放模型能預(yù)測(cè)各次噴射的熱量釋放。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，為了調(diào)節(jié)所述溫度(T3)而使用溫度模型(12)，借助所述溫度模型能基于所述熱量釋放的面積重心的位置(aQ50)來預(yù)測(cè)離開所述內(nèi)燃機(jī)⑵的廢氣的溫度(T3)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助交疊的燃燒位置調(diào)節(jié)器來校準(zhǔn)各個(gè)預(yù)計(jì)地確定的噴射的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，設(shè)置內(nèi)燃機(jī)壓力傳感器，為了調(diào)節(jié)燃燒位置借助所述燃燒室壓力傳感器來測(cè)量燃燒室壓力。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將燃燒的燃料噴射分成主噴射和二次噴射。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，設(shè)置渦輪增壓機(jī)，并且所述渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)(4)前的溫度通過控制離開所述內(nèi)燃機(jī)(2)的廢氣的溫度(T3)來控制。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，設(shè)置特別是顆粒物過濾器(7)的廢氣后處理裝置，其中將離開所述內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度(T3)控制成使得能盡可能高效地實(shí)施所述廢氣后處理裝置的再生成。
9.一種具有控制單元的直噴式內(nèi)燃機(jī)(2)，所述控制單元用于根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)來控制離開所述內(nèi)燃機(jī)(2)的廢氣的溫度(T3)。
10.如權(quán)利要求9所述的直噴式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，設(shè)有渦輪增壓機(jī)，并且所述渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)⑷前的廢氣的溫度(T3)是可控制的。
11.如權(quán)利要求10所述的直噴式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，設(shè)有特別是顆粒物過濾器(7)的廢氣后處理裝置，其中通過控制所述渦輪機(jī)前的廢氣溫度使得能盡可能高效地實(shí)施所述廢氣后處理裝置的再生成。
12.如權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的直噴式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，為了燃燒位置調(diào)節(jié)而設(shè)有至少一個(gè)燃燒室壓力傳感器。
13.如權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)所述的直噴式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，設(shè)有用于確定離開所述內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫 度(T3)的溫度傳感器。
【文檔編號(hào)】F02D35/02GK103930664SQ201280055185
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月11日
【發(fā)明者】T·司庫(kù)諾巴斯, C·弗倫肯 申請(qǐng)人:德國(guó)Fev有限公司