利用排气涡轮旁路的功率中立的排气温度降低的制作方法

1.本发明涉及一种用于控制具有排气涡轮增压和排气后处理装置的内燃机的方法，以及一种用于实施所述方法的控制机构和一种具有这样的控制机构的车辆驱动设备。


背景技术：

2.关于排气后处理系统和排放法规的持续提高的要求导致，当不应该同时忍受关于在高负载运行中的发动机功率和/或燃料消耗的缺点时，用于通过温度降低或保持来保护排气后处理系统的已知措施是不足够的。此外，对排气后处理系统的使用寿命或耐久性的要求提高并且用于排气后处理系统的温度降低的已知措施例如是对燃烧的空气燃料混合物加浓或米勒(miller)/阿特金森(atkinson)燃烧方法。
3.加浓的原理——尤其是由于法律的或其他标准化的规定——在未来总是进一步消失，因为不再允许足够的加浓。
4.此外，在车辆运行的要求很高的边界条件下——尤其是在满负荷运行中，米勒/阿特金森燃烧方法在系统方面达到其极限并且在这样的情况下不再能够用于排气后处理系统的排气温度降低。
5.因此，这时例如必须减少/限制内燃机的功率，以便保持或在需要的范围内降低排气系中的温度水平。但这样的干预是不希望的，因为这样的干预难以传达给车辆用户。


技术实现要素：

6.在该背景下，本发明的任务是，改善、尤其是在需要影响排气后处理装置的温度时影响对车辆驱动设备的内燃机和部件的操控。
7.该任务通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求10的特征的控制机构和具有权利要求11的特征的车辆驱动设备来解决。从属权利要求涉及本发明的有利的进一步设计方案。
8.按照一方面，公开一种用于控制内燃机、尤其是具有排气涡轮增压和排气后处理装置的内燃机的方法。该控制方法至少具有下列方法步骤，可以以给出的次序或另一种在专业上本身合适的次序经过所述方法步骤：
9.(1)确定、尤其是测量、读取和/或模拟催化器温度、尤其是在排气后处理装置的使用寿命方面对于功能实现而言关键的催化器温度。
10.(2)比较所确定的催化器温度和上温度界限值，在所述上温度界限值之上可预计排气净化失效和/或排气净化部件的使用寿命不可容忍地缩短。
11.当在按照步骤(2)的比较中识别出超过界限值时，则附加地实施下列方法步骤：
12.(iii)减少内燃机的被引导通过排气涡轮增压器的涡轮旁路的排气的份额，尤其是直接或较直接地减少，即，比在对应的排气份额被引导通过涡轮时具有到排气后处理装置上的更小的焓损耗。
13.(iv)减少至内燃机的缸体的新鲜空气输送。
14.通过将较小份额的热排气直接引导到排气后处理装置上，能够实现降低在排气后处理装置上的必要时重新汇合的排气流的温度，因为较高份额被引导经过涡轮。因为与在排气被引导通过涡轮旁路时相比，在涡轮中排气的焓损耗和与此关联的温度下降更大。
15.然而，由于对涡轮的加强的加载——所述加强的加载尤其是超过实际对于内燃机的相应运行状态所需要的加载，缸体的增压压力升高；这在燃烧时导致不希望的功率提高。
16.通过新鲜空气输送的减少，能够通过增加的增压压力来补偿或避免不希望的功率提高，而不需要具有减少的气门升程的米勒/阿特金森运行，所述新鲜空气输送的减少按照一种实施方式可以借助节气门的较小的开度来实现。这尤其是在如下情况下是有利的，即，基于用于机动车的现代内燃机的在排放管理上需要的进一步改进，在特定的转速界限之上，在运动学方面尤其是在凸轮轴上不再能够实现减少的气门升程。
17.减少内燃机的被引导通过排气涡轮增压器的涡轮旁路的排气的份额的方法步骤(iii)和减少至内燃机的缸体的新鲜空气输送的方法步骤(iv)当前尤其是共同称为对内燃机的“流体流引导的干预”。亦即，术语“干预”尤其是涉及这样的干预，所述干预在功能上至少主要用于实施按照本发明的方法。
18.按照另一方面，公开一种控制机构，控制机构尤其是构成在内燃机的发动机控制器上并且设计用于实施按照本发明实施方式的方法。
19.按照另一方面，公开一种车辆驱动设备。车辆驱动设备至少具有：
20.(a)内燃机、尤其是汽油机或柴油机。
21.(b)包括用于为内燃机调节地供应新鲜空气的空气调节装置的吸气设备。
22.(c)至少一个或两个尤其是串联的用于对用于内燃机的新鲜空气增压的排气涡轮增压器，排气涡轮增压器具有包括排气涡轮旁路的排气涡轮，排气涡轮旁路具有旁路排气调节装置，
23.(d)包括温度确定装置的排气后处理装置。排气后处理装置具有至少一个三效催化器，其中，当被引导到催化器中的排气这样热并且必要时这样长时间地导入，以至于超过排气后处理装置的上温度界限值时，则尤其是所述三效催化器的催化涂层直接或间接通过使用寿命缩短而受损害。
24.(e)按照本发明实施方式的控制机构。
25.本发明另外基于如下考虑，即，在用于轿车的现代内燃机中，在较高的转速范围内，进气门升程不应当处于最低水平之下，因为否则会出现构件损害。因为因此米勒/阿特金森运行的可能性在该转速范围内被强烈限制，所以利用已知的方法只能够借助在无损害区域内加浓保持在催化器上游和之中的排气温度。但这在未来越来越多地在法律上被禁止。
26.本发明现在另外基于如下构思，(尤其是在该关键的转速范围中)使更多排气质量流过排气涡轮增压器的排气涡轮，以便由此实现较大的温度降低。在此生成的过量的增压压力经由在引导空气侧上的限制机构再次往下调节到对于该运行点所需要的值。
27.亦即，尤其是当排气后处理系统达到其系统方面的极限时，进一步关闭、尤其是比实际对于该运行状态所需要的进一步关闭废气门。由此造成的上升的增压压力通过在引导空气侧上的节气门(或另一种空气调节装置(旋转滑阀等))得以抑制或再次被限制到本身对于该运行状态所需要的水平，所述上升的增压压力将帮助总系统有更多功率(但通常是
不希望的)。由此功率保持恒定并且排气后处理系统经由附加的经过涡轮的焓减少而在其温度水平方面减负。此外，借此也能够获得排气后处理系统的一般性的冷却，所述排气后处理系统因此基于较小的温度输入而得到较长的耐久性。
28.按照一种实施方式，以如下程度减少新鲜空气输送，所述程度与在涡轮旁路中的排气份额的减少的程度有关。由此，补偿水平能够与附加地引入的增压压力协调。
29.按照一种实施方式，对燃烧流体——在燃烧之前为空气或混合物、在燃烧之后为排气——的引导的干预、尤其是按照方法的干预(尤其是方法步骤(iii)：减少内燃机的被引导通过排气涡轮增压器的涡轮旁路的排气的份额；方法步骤(iv)：减少至内燃机的缸体的新鲜空气输送)的目标在于：尽可能准确地达到、尤其是调节和/或保持预先确定的增压压力。尤其是，预先确定的增压压力对应于如下增压压力，该增压压力是对于内燃机的当前运行状态在不忽略冷却排气的必要性的情况下所设置的。
30.按照一种实施方式，当低于催化器温度的下温度界限值时，结束对燃烧流体引导的干预、尤其是按照方法的干预。借此能够清楚地界定内燃机的使用本发明的运行状态的领域。
31.按照一种实施方式，越强地超过上温度界限值，则越强地操控干预、尤其是按照方法的干预(亦即尤其是按照方法步骤iii进一步关闭废气门并且按照方法步骤iv进一步限制至燃烧室的新鲜空气输送)。这能够实现连续地和/或持续地和/或精细协调地实施所述方法。
32.按照一种实施方式，当和/或只要存在要求内燃机的快速的和/或直接的响应的运行状态，则尤其是暂时较弱地操控或不操控干预、尤其是按照方法的干预。这尤其是可以如下实现，即，进行一次预调并且随后不再进行再调节。
33.按照一种实施方式，重复地以短的(尤其是数毫秒的)时间间隔确定催化器温度并且由此确定温度梯度和/或温度预测。温度预测例如可以基于对所确定的温度值和温度梯度的分析，从而在温度较快速提高时较强地在本发明的意义中采取对策。由此能够完全利用排气后处理装置的关键组件的耐热性，而不会经受由于调节延迟引起对使用寿命关键的温度输入的危险。
34.如何确定催化器温度对于本发明的实施本身是不相关的。尤其是，可以测量催化器温度和/或借助运行模型模拟催化器温度和/或借助查找表等读取催化器温度，尤其是在使用发动机控制器的情况下。
35.按照一种实施方式，当基于所确定的温度梯度和/或所确定的温度预测可预期和/或不再可避免超过时，则在达到上温度界限值之前已经操控干预、尤其是按照方法的干预。
36.这辅助在相对狭窄的温度带中对排气后处理装置的温度的调整和借此辅助内燃机或排气后处理装置的保护组件的运行。
37.按照一种实施方式，尤其是间接地或直接地，借助减少旁路排气调节装置、例如旁通阀和/或旁路闸门和/或旁路节气门的开度来减少内燃机的被引导通过排气涡轮增压器的涡轮旁路的排气的份额。由此，本发明也能够在没有与本发明的硬件侧适配的情况下例如借助在机动车中的内燃机的空气和排气引导的标准组件来实现。
38.按照一种实施方式，尤其是间接地或直接地，借助减少内燃机的吸气设备的空气调节装置、例如节流阀和/或节流闸门和/或节气门的开度来减少至内燃机的缸体的新鲜空
气输送。由此，本发明能够在硬件侧借助也在没有本发明的系统中安装的组件来实现。
附图说明
39.由后续结合附图的描述得出本发明的其他优点和应用可能性。
40.图1示出按照本发明的一种示例性实施方式的具有控制机构的车辆驱动设备；
41.图2示出分别具有不同参量的时间变化曲线的不同图表，以用于阐明在图1中的车辆驱动设备上实施的按照第一示例性实施方式的方法；
42.图3示出分别具有不同参量的时间变化曲线的不同图表，以用于阐明在图1中的车辆驱动设备上实施的按照第二示例性实施方式的方法。
具体实施方式
43.图1示出具有内燃机2的车辆驱动设备1。内燃机2在该实施例中构成为四缸柴油机。内燃机2为了氧气供应而连接到吸气设备4上并且为了净化排气而连接到排气设备6上。
44.吸气设备4具有新鲜空气导向部8、增压空气冷却器10、构成为节气门的空气调节装置12和空气收集器14。
45.排气设备6沿排气导向部16具有排气弯管以及排气后处理装置20，所述排气后处理装置具有至少一个三元催化器、但尤其是具有其他的后处理装置、例如至少一个颗粒过滤器和/或至少一个scr催化器。
46.为了提高内燃机2的功率，在吸气设备4的新鲜空气导向部8中和在排气设备6的排气导向部16中设置两级的排气涡轮增压器22，其中，排气涡轮增压器22的压缩机设置在新鲜空气导向部8中并且排气涡轮增压器22的涡轮设置在排气导向部16中。
47.排气涡轮增压器22的高压压缩机和高压涡轮26在该实施例分别借助可切换的旁路可绕过地构成，其中，构成为高压涡轮旁路的排气涡轮旁路以附图标记28表示。
48.排气涡轮旁路28具有构成为活门或阀的旁路排气调节装置18，借助所述旁路排气调节装置，可以以多个级或无级地适配被引导通过涡轮旁路的排气份额。
49.吸气设备4和排气设备6能借助可切换的高压agr管路24连接，从而热的排气能够从排气弯管17被引导到空气收集器14中并且在那里与新鲜空气混合。在该实施例中，在agr管路24中的排气可以可切换地被引导通过agr冷却器和/或被引导经过agr冷却器旁边。
50.在新鲜空气导向部8的新鲜空气输入端7上设置用于测量空气质量流mhfm的热膜空气流量计hfm以及用于测量新鲜空气温度t10的温度传感器。在两个压缩机8之间设置用于测量在新鲜空气导向部中的压缩机压力p12的压力传感器。在增压空气冷却器10和节气门12之间设置用于测量在新鲜空气导向部中的限制阀温度t21的温度传感器。在空气收集器14中设置用于测量增压压力p22的压力传感器。在agr管路24中设置用于测量在进入空气收集器14中时的agr混合物温度t-nagr的温度传感器。在排气弯管中设置用于测量前置涡轮压力p31的压力传感器。
51.在排气涡轮增压器22的低压涡轮和排气后处理组件20之间设置用于测量排气在进入排气后处理组件20之前的催化器温度t的温度传感器29。
52.车辆驱动设备1此外具有发动机控制装置30，所述发动机控制装置设计用于根据机动车的运行需求操控车辆驱动设备1和其所有部件。发动机控制装置30也设计用于，为了
优化对车辆驱动设备和其部件的操控，考虑所有以上提到的传感器的测量值以及访问本身常见的运行模型、查找表等，必要时使用所检测到的和/或经处理的传感器值。
53.发动机控制装置30具有控制机构32，所述控制机构设计用于示例性的实施用于控制内燃机2的方法。尤其是，控制机构32设计用于，确定催化器温度t并且将其与界限值tg比较，以及在超过界限值tg的情况下操控节气门12和旁路排气调节装置18。
54.为了完成该任务，发动机控制装置30和/或控制机构32设计用于，使用车辆、车辆驱动设备和/或至少一个驱动发动机的在目前的机动车中典型地存储的运行模型34，亦即尤其是在本发明的意义中使用在那里可访问的数据、传感器值、查找表36和/或模型预测。
55.接着借助对图2的用于第一示例性方法的示图的解释来详细说明该示例性方法的实施。在图3中随后说明方法的第二示例与按照图2的第一示例区别之处。
56.在图2的图表中，分别在时间上记录：
57.a)直接在至排气后处理装置20的输入端上游在排气导向部16中的排气的借助温度传感器29连续测得的温度t。
58.b)旁路排气调节装置18的开度aw。
59.c)节气门12的开度ad。
60.借此，借助图2的图表能够阐述第一示例性方法：
61.在内燃机2的满载运行中，温度t总是进一步升高，直至该温度在时刻t1达到关键的上温度界限值tg，从该上温度界限值开始将面临对排气后处理装置20的损害。
62.在该实施例中，由于达到(或在超过时)界限值tg，发动机控制装置30中的控制机构32干预，其方式为减少旁路排气调节装置18的开度aw和节气门12的开度ad。
63.由此，一方面通过减少旁路排气调节装置18的开度aw，相比于实际对于内燃机2的该运行状态所需要的，更大的排气份额经由高压涡轮26被引导。由此，相比于之前，排气的整体在到排气后处理装置20中的输入端上丢失更多焓和借此丢失更多温度。
64.结果是，测得的温度t首先下降到上界限值tg之下并且之后进一步下降直至下界限值t
ok
。
65.但同时形成提高的增压压力，所述增压压力经由对排气涡轮增压器的压缩机的特性的影响而对内燃机的功率具有不希望的影响。
66.为了补偿或避免开度aw减少的该效果，在该减少的同时，从时刻t1开始也对应地减少节气门12的开度ad。
67.当在时刻t2达到测得的温度t的下界限值t
ok-即非关键的温度范围，则将开度aw和ad再次调节到实际对于内燃机2的该运行状态所设置的大小。
68.如果这导致温度t在另一个时间间隔之后(例如在时刻t3)再次达到或超过上界限值tg，则再次采用相同的按照本发明的措施。
69.在图3中示出与图2相同的图表，但用于不同的第二示例性方法。该第二示例性方法尤其是如下地区分于按照图2的第一示例性方法，即，不是通过应用本发明的数字on/off、而是通过开度aw和ad的连续和逐步的适配来调节温度t。
70.这尤其是能够实现在较小的温度带中对温度t的调节，所述温度带此外可以与关键值tg具有较大的距离。借此能够保证，温度关键的构件具有较高的使用寿命。
71.附图标记列表
72.1车辆驱动设备
73.2内燃机
74.4吸气设备
75.6排气设备
76.8新鲜空气导向部
77.10增压空气冷却器
78.12空气调节装置、例如节气门
79.14空气收集器
80.16排气导向部
81.18旁路排气调节装置、例如废气门阀
82.20排气后处理组件
83.22排气涡轮增压器
84.24高压agr管路
85.26高压排气涡轮
86.28高压涡轮旁路
87.29温度传感器
88.30发动机控制装置
89.32控制机构
90.t在实施所述方法的时刻
91.t催化器温度
92.tg催化器温度的关键的上界限值
93.t
ok
催化器温度的下界限值
94.aw旁路排气调节装置的开度
95.ad空气调节装置的开度