专利名称：机动车内燃机的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机动车内燃机的运行方法，其包括用于最小化废气
中的氮氧化物排放的控制；本发明还涉及内燃机的控制单元本身。
背景技术：
为了遵守今后的排放值，氮氧化物排放变得越来越重要。在尤其是 机动车的目前已在使用的内燃机中，经常做出以下规定，控制新风流量， 以便实现考虑到氮氧化物排放情况下的可控燃烧。因为由原理决定地在 这种控制中在空气系统区和传感器区内存在批次差别以及存在零部件老 化，所以出现偏差。这尤其对氮氧化物排放特性产生显著影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制，借助于所述控制能够满足对氮氧化 物排放的长期严格要求。
通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求16的特征的控 制单元来实现该目的。在各个从属权利要求中给出了其它的有利设计和 改进。
本发明建议了 一种机动车内燃机的运行方法，其包括用于调整废气 中的氮氧化物排放的控制，其中，彼此联合地进行氮氧化物控制和燃烧 控制。氮氧化物控制的优点是，它与迄今常用的空气量控制相比，从原 理上讲更不易受到批次差别(Serienstreuung)的影响。通过组合氮氧 化物控制与燃烧控制，在使用寿命期间提高了稳定性。同时，该方法允 许将在校准过程中确定的"差异"进一步最小化成预定的、尤其是法律 规定的氮氧化物排放最高值。
根据一个改进方案规定，该氮氧化物控制为燃烧控制规定要遵守的氮氧化物值。尤其规定，该氮氧化物控制为燃烧控制规定理想值，尤其 是与氮氧化物相关的参数。也可以规定，该氮氧化物控制为燃烧控制规 定极限值。该极限值尤其可以是在燃烧控制过程内不应被超出的氮氧化 物值。而该燃烧控制最好被实现为基于缸压的燃烧控制。从本申请人的
德国专利申请DE 10 2006 015503中得到实现这种燃烧控制的可行方案， 在本文公开范围内参引此公开文献的全文。从本申请人的DE 10 2007 013119中得到燃烧控制的其它设计方案，尤其是基于缸压的燃烧过程控 制的设计。在本文公幵范围内还参引该公开文献的全文。在这里，燃烧 控制尤其可以通过调整燃烧重心位置来有针对性地影响氮氧化物排放。
优选的是，利用模型可以预先估计"与氮氧化物相关的值在燃烧控 制发生变化时将如何变化"。氮氧化物控制器为此例如规定用于燃烧控制 的理想值。这样，可以与模型相关地进行衡量，在燃烧控制方面进行怎 样的变化接下来才能得到的期望的氮氧化物值。随后，基于这种估计来 调整燃烧控制。在此情况下，例如调整喷油前移，最好是燃烧重心位置 前移，调整幅度不要太大。而且，在控制中在容忍燃料燃烧略微变差的 情况下，可以例如以分配相应的系数或相应的权重的形式实现对氮氧化 物值的优先考虑。如果例如在模型计算过程中发现无法达到期望的氮氧 化物值，那么还可以尝试这样的氮氧化物值，所述氮氧化物值是基于燃 料消耗方面的优点而选出的。
优选的是，所提出的方法使得能够通过模型化计算来评估"燃烧重 心位置变化对氮氧化物排放造成了何种影响"，并且使得能够借助于相应 的关联关系(Korrelation)来调节期望的氮氧化物值。
一个改进方案规定，氮氧化物控制监测内燃机废气中的氮氧化物值 并使之与氮氧化物极限值相关联，而燃烧控制依据氮氧化物控制的值采 取调整，以遵守氮氧化物极限值。这可以归于改变燃烧重心位置。不过， 在燃烧控制过程中也可以采取其它调整。例如，可以通过改变喷油过程、 喷油起点时刻或喷油结束时刻、预喷油和/或二次喷油或多次喷油来实现 所需要的调整。
一个改进方案规定，将源于真实的氮氧化物传感器的值与源于虚拟的氮氧化物传感器的值进行比较。为此，尤其可以采用氮氧化物模型和/
或自适应型废气反馈控制，参见同一申请人在与本申请同一天提交的PCT 申请"Regelungssystem zur Regelimg der AbgasrllckfUhrrate mittels virtuellem NOx-Sensors mit Adaption Uber einen N0x-Sensor"。在 本发明的公开范围内，在虚拟氮氧化物传感器以及所提出的自适应AGR 模型以及氮氧化物模型方面引用前述PCT申请。
此外，可以在此方法中加入学习功能(Lernfunktion)。例如规定， 该学习功能从由氮氧化物传感器确定的值和由虚拟的氮氧化物传感器确 定的值的关联中获得参数，其中，该学习功能可以将该参数加入氮氧化 物模型，该氮氧化物模型给该控制提供虚拟的氮氧化物信号。
已被证明有利的是，尤其对于基于缸压的燃烧控制来说，在控制的 过程中下列虚拟确定的或者真实确定的值中的至少一个被利用作为调节 参数轨压、喷油特性曲线如最好是喷油起点、燃烧特性曲线如最好是 燃烧位置、和/或喷油量。从德国专利申请DE 10 2007 013119中得到与 基于缸压的燃烧过程控制相关的各种定义，这全都应该被视为上述参数。 对此，在本申请公开范围内参引上述定义。这些虚拟确定的值可以通过 控制尤其在真实参数和虚拟参数的动态处理方面不失真地得到利用。在 控制过程中反馈虚拟值使得允许补偿延时，之所以延时是因为，真实的 值是通过A传感器以及氮氧化物传感器得到的。假定A传感器按照约 300ms的延时发送其信息，而在氮氧化物传感器中估计延时约为700ms。 由于在关于模型确定的模块范围内采用虚拟值，所以至少在预控制过程 中(尤其也可以通过级联控制)预先调节所需要的值，尤其是与氮氧化 物值或喷油或要调节出的气缸中的平均压力或燃烧位置相关地进行预先 调节。因此， 一个设计方案例如规定，空气路径控制调节氮氧化物值， 其中， 一旦超出预定值尤其是极限值，则空气路径控制的燃烧控制发出 用于改变氮氧化物值的信号。通过附加利用虚拟确定的值，可以在超出 之前就做出反应。通过同时进行的调整，尤其通过在自适应控制过程中 的自适应调整且尤其通过利用学习功能，使得存在的虚拟确定的值与实 际通过人传感器或氮氧化物传感器记录下的值相关联。在关联之后，将经过相应调整的值再次用于控制。
空气路径控制例如能够影响被供给内燃机的空气流，尤其也能影响 氧气流。为此，例如可以调整废气反馈率。增压情况也可以被相应调整, 例如通过压縮机的涡轮叶片调整。
以下措施己被证明是有利的，当在控制过程中采用入传感器和氮氧 化物传感器来确定测量值时，与入传感器的测量值相比，氮氧化物传感 器的测量值被分级作为更优先的。在此情况下被证明有效的是，由于氮 氧化物控制与燃烧控制彼此联合，所以相对于向氮氧化物传感器提出的 精度要求而言，向入传感器提出的精度要求是略微降低的。因此，入传 感器的容差范围可以大于氮氧化物传感器的容差范围。同样存在以下可 能性，这些传感器的灵敏度或品质是彼此不同的，其中，入传感器的灵 敏度或品质低于氮氧化物传感器的灵敏度或品质。
一个改进方案规定，将到目前为止设定的内燃机的氮氧化物排放极 限值与通过所述方法新算出的极限值做比较，当这两个极限值之间存在 偏差时，选择更为接近能够由外界预定的极限值的那个极限值。通过这 种方式做到了， 一方面，可以在法律规定有变化时调整所述预定的极限 值。另一方面，可以在校准系统过程中例如总是选择这样的极限值作为 理想值，所述极限值基于系统的也随时变化的响应就可预定的极限值而 言是最佳的。通过这种方式，尤其还可以承受在传感器中可能出现的零 部件老化以及零部件的批次差别，所述零部件例如尤其是存在于内燃机 的燃气引导部中的传感器或设备。
另外可以规定，氮氧化物控制和燃烧控制的联合还可以被并入到对 废气中的氮氧化物浓度、废气中的燃烧空气比、废气温度、燃烧噪声、 燃烧函数和气缸峰值压力进行的联合控制中。不过，在联合控制过程中 也可以只是分别控制其中的一部分。
在控制中最好采用级联控制。例如可以规定，氮氧化物控制作为外 级，而燃烧控制作为内级。因而，燃烧控制可以实现很快速的调整，而 氮氧化物控制因氮氧化物传感器的更为迟缓一些的性能而提供高级的功 能。另一个设计方案利用这样的级联控制，其中，氮氧化物控制作为内级，而燃烧控制作为外级。例如规定，平均压力、废热函数和/或气缸峰 值压力被用作基于缸压的燃烧控制的调节参数。
按照本发明的另一个设想，提出一种内燃机的控制单元，其中，该 控制单元具有用于实现基于缸压的燃烧控制的第一控制机构和用于实现
氮氧化物控制的第二控制机构，其中，第一和第二控制机构是彼此关联 的。该控制单元最好具有由第一和第二控制机构组成的级联控制。第一 控制机构例如包括燃烧控制器，第二控制机构包括空气用量控制器，它
们分别与氮氧化物传感器和A传感器连接，并且具有关联环节，借助该 关联环节，来自燃烧控制器的第一氮氧化物值和来自空气用量控制器的 第二氮氧化物值可以相互关联。在该控制单元中最好集成有自适应型控 制。在控制单元中，尤其也例如设有虚拟的氮氧化物传感器。同时还可 以实现AGR模型。至少其中一个用于燃烧控制的气缸最好具有压力传感 器，借此能够记录用于燃烧控制的气缸压力。此外可以规定，每个气缸 具有用于燃烧控制的相应压力传感器。关于燃烧控制的原理及其对应的 辅助装置和传感器，例如参见本申请人提交的以上给出的那些专利申请， 在这里，与之相关的内容被全部纳入本文的公开范围。
其它有利的设计和改进将结合附图详加说明。不过，在此提出的特 征不应局限于所示出的各个设计。相反，这些特征中的一个或多个特征 能够与来自其它设计以及以上说明内容的其他特征组合成新的改进方 案。所给出的例子尤其不应被视为是限制性的，而是主要用于详细说明。 图中
图1是表示机动车内燃机的示意概览图，
图2是表示在利用用于氮氧化物控制的氮氧化物模型的情况下的方 法流程的示意概览图。
具体实施例方式
图1示意表示内燃机，尤其是机动车内燃机1。它可以像相应的控制 器那样被装在商用车中，以及乘用车当中。机动车内燃机1是增压的。为此，举例示意示出了涡轮机2和压縮机3。机动车内燃机1具有共轨系 统4，借助于共轨系统4可以分别给各个独立的气缸5供应燃油。每个气 缸5均配有一个传感器6，尤其是压力传感器。借助于该压力传感器，尤 其可以实现基于缸压的燃烧控制。控制单元7优选通过总线系统或者相 似的数据传输装置与所有相关的部件连接。在机动车内燃机下游，在废 气管中设有氮氧化物传感器8以及入传感器9。此外，在废气管中有废 气再处理装置10。废气再处理装置10可以是催化器、柴油颗粒过滤器和 /或用于影响废气流的其它装置。它可以是由一个或多个部分构成的，并 且可以唯一的或重复设置的。另外，通过废气反馈气门ll可以调节要供 给来自压縮机3的新风流的废气反馈率。在此，废气反馈质量流被输送 经过冷却器12。废气反馈质量流最好是受到控制的。另外，在示意示出 的系统中，可以在一个或多个位置上设置附加的传感器13，它们尤其与 控制单元7相连接。通过这些传感器，例如可以记录下温度、压力以及 流量。控制单元7最好具有第一控制机构14和第二控制机构15。在本说 明的范围内，第一控制机构14和第二控制机构15是与控制单元7分开 地示出的。不过，它们也可以集成在一起。控制单元7最好被集成到发 动机控制装置中。不过也可以将控制单元7的多个部分设置在多个不同 的控制装置中，这些控制装置分别属于内燃机的相应组成部分及其辅助 装置。控制机构14和15可以包括尤其是用于气门、阀板或其它调节机 构的致动器。第一控制机构14例如能够干预机动车内燃机1的喷射系统。 喷射系统16最好被整合到机动车内燃机1中。在此情况下，可以通过喷 射系统16相应地调节喷油速率、喷油速率曲线、喷油起点时刻以及喷油 结束以及预喷油和二次喷油。尤其是，第一控制机构14与传感器6配合， 允许进行示意所示的基于缸压的燃烧控制17。第一控制机构14和第二控 制机构15最好彼此关联，这例如用关联环节18来示意表示。通过关联 环节18可以使通过第一和第二控制机构14、 15确定的值相互关联，并 且所述值尤其被进一步应用在控制单元7的整体控制过程中。如果机动 车内燃机1例如是按照柴油发动机原理工作的机动车内燃机，则在控制 单元7中例如设有废气反馈模型(Abgasrtlckf他rungsmodell)。另外， 在该控制单元中也可以设有空气用量模型(Luftaufwandmodell)。例如， 通过相应的传感器将机动车内燃机后的温度、由A传感器9测定的值、在内燃机之前的压力和废气反馈流发送给空气用量模型。空气用量模型
从中算出如虚拟值，该虚拟值随后被加入氮氧化物模型(NOx-Modell) 中。从中确定虛拟氮氧化物信号(NOx-Signal)，其随后直接或在调准后 被提供给最好是PID控制器。调准可以在虚拟氮氧化物信号和由特性图 中例如依据速度、燃油量或其它参数如负载确定的氮氧化物值 (NOx-Wert)之间完成。另外，控制单元7随后可以通过使用燃烧控制 17来进行预调节，预调节最终通过控制单元7的氮氧化物控制使得废气 中氮氧化物排放被最小化。以下将说明氮氧化物模型如何可以被用于尤 其是虚拟氮氧化物传感器以及尤其如何经历自适应。
图2表示氮氧化物模型关于氮氧化物传感器所测定的值的自适应调 整。图l举例确定的虚拟值(如空气用量Avirtual、虚拟AGR率X^和虚 拟氧含量￥。2virtual)例如将被用于确定虚拟的氧/空气比入".virtuU。该值 提供给颗粒模型(Partikel-Modell)。因而，可以从该模型中确定废气 中的颗粒浓度"。根据氧含量V。2,w一并考虑到适应变化的氧含量差，
将修正后的氧含量W 02, virtual corrected 提供给氮氧化物模型。从而确定出氮氧
化物的虚拟含量。在此，根据图2所示的关系得到用于确定被虚拟修正 后的氧含量的公式。根据虚拟的氧含量和关于转速Ns—e和负载q所确定 的特性图得出氧含量理想值。同样，对于氮氧化物含量也采取相同做法， 从特性图中确定理想值，其中该值还与由氮氧化物传感器所确定的氮氧 化物含量相互比较。根据氧含量的比较经过关联关系(Korrelatiori)得 到氮氧化物含量的差作为基于模型的快速测定值，同时通过比较来自特 性图或者来自氮氧化物传感器的氮氧化物含量得到第二差值。两者做相 互比较，接着被提供给"学习功能"(Lernfimktion)。随后，现在使得 调整后的氮氧化物值经受逆变换，随后从中得到呈△ ￥。2-Adapter形式的 氧含量差值。根据亚琛工业大学0. E. Hernnann的博士论文"关于空气和 废气路径的商用车发动机中的排放控制"，尤其是根据第7页所给出的公 式2-3，得到了在此优选使用的关联关系(Korrelation)。随后，将所确 定的差值再次与虚拟确定的氧含量进行比较，并修正该虚拟确定的氧含 量。经过修正的值进入氮氧化物模型，在这里，现在可以从氮氧化物模 型中确定虚拟的氮氧化物含量^。x.virtual。这样做的目的是，使得氮氧化
10物传感器确定的氮氧化物值实际上说明了状态，并且所述氮氧化物值尽
量与以下值一致，所述值能够作为氮氧化物含量Vw。x,v^"按照该方式仅通过氮氧化物模型确定。基于虚拟的、可快速供使用的值并且基于对学习功能的利用以及自适应，所以可以更快速尤其还更准确地调节废气反馈中的流量，以便能遵守所期望的氮值或颗粒值。
权利要求
1.一种机动车内燃机的运行方法，其包括用于调整废气中的氮氧化物排放的控制，其中，彼此联合地进行氮氧化物控制和燃烧控制。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮氧化物控制给 所述燃烧控制规定要遵守的氮氧化物值。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氮氧化物控 制给所述燃烧控制规定理想值。
4. 根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述氮氧化 物控制给所述燃烧控制规定极限值。
5. 根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，设置虚拟的 氮氧化物传感器，用于与废气反馈控制器配合。
6. 根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述氮氧化 物控制监测内燃机废气中的氮氧化物值并使之与氮氧化物极限值相关 联，并且所述燃烧控制依据所述氮氧化物控制的值釆取调整，以遵守所 述氮氧化物极限值。
7. 根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，将源于真实 的氮氧化物传感器的值与源于虚拟的氮氧化物传感器的值做比较。
8. 根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，学习功能从 "由氮氧化物传感器确定的值"与"由虚拟氮氧化物传感器确定的值"的关联中获得参数，其中，所述学习功能能够将所述参数并入氮氧化物 模型中，由所述氮氧化物模型为控制提供虚拟的氮氧化物信号。
9. 根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，以下虚拟确 定的值中的至少一个被利用作为基于缸压的燃烧控制的调节参数轨压、 喷油特性曲线如最好是喷油起点、燃烧特性曲线如最好是燃烧位置、和/ 或喷油量。
10. 根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，空气路径控 制调节氮氧化物值，其中， 一旦超过规定值，则所述空气路径控制的燃 烧控制发出用于改变氮氧化物值的信号。
11. 根据权利要求1至IO之一所述的方法，其特征在于，采用A传感器和氮氧化物传感器来确定测量值，其中，相对所述A传感器的测量 值，所述氮氧化物传感器的测量值被分级作为更优先的。
12. 根据权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，将到目前 为止设定的内燃机的氮氧化物排放极限值与通过所述方法新算出的极限 值做比较，当这两个极限值之间存在偏差时，选择更为接近能够由外界 预定的极限值的那个极限值。
13. 根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，对废气中 的氮氧化物浓度、废气中的燃烧空气比、废气温度、燃烧噪声、燃烧函 数和气缸峰值压力进行联合控制。
14. 根据权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，实现级联 控制，其中所述氮氧化物控制作为外级，而所述燃烧控制作为内级。
15. 根据权利要求1至14之一所述的方法，其特征在于，平均压力、 废热函数和/或气缸峰值压力被利用作为基于缸压的燃烧控制的调节参 数。
16. —种内燃机(1)的控制单元(7)，其中，所述控制单元(7)具 有用于执行基于缸压的燃烧控制的第一控制机构(14)和用于执行氮氧 化物控制的第二控制机构(15)，其中，所述第一和第二控制机构(14， 15)是彼此关联的。
17. 根据权利要求16所述的控制单元(7)，其特征在于，所述控制 单元(7)具有由所述第一和第二控制机构(14、 15)组成的级联控制。
18. 根据权利要求16或17所述的控制单元(7)，其特征在于，所述 第一控制机构(14)具有燃烧控制器，所述第二控制机构(15)具有空 气用量控制器，它们分别与氮氧化物传感器(8)和入传感器(9)相连 接，并且具有关联环节，通过该关联环节，来自所述燃烧控制器的第一 氮氧化物值和来自所述空气用量控制器的第二氮氧化物值彼此关联。
19. 根据权利要求16至18之一所述的控制单元(7)，其特征在于， 设有自适应控制器。
20. 根据权利要求16至19之一所述的控制单元(7)，其特征在于， 设有虚拟的氮氧化物传感器。
全文摘要
本发明涉及一种机动车内燃机的运行方法，其包括用于调整废气中的氮氧化物排放的控制，其中，彼此联合地进行氮氧化物控制和燃烧控制。本发明还提出了一种内燃机的控制单元，其中，所述控制单元包括用于实现基于缸压的燃烧控制的第一控制机构和用于实现氮氧化物控制的第二控制机构，其中，所述第一和第二控制机构是彼此关联的。
文档编号F02D41/14GK101652553SQ200780052708
公开日2010年2月17日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者卢德格尔·鲁坎普, 奥拉夫·埃里克·赫尔曼, 托尔斯滕·施诺尔布斯, 马蒂亚斯·兰平 申请人:Fev电机技术有限公司