專利名稱：用于廢氣再循環(huán)的方法
用于廢氣再循環(huán)的方法為了遵守當(dāng)前的以及未來(lái)的排放級(jí)別中的NOx排放極限值，主要使用廢氣再循環(huán)(AGR)的方法，該方法主要由《Lexikon Motortechnik》第一版，2004年4月出版，第14頁(yè)及后幾頁(yè)已知。也就是說，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣通過為此設(shè)置的系統(tǒng)冷卻，并且以確定的量再輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣行程。以這種方式顯著降低了 NOx排放，而與此同時(shí)，顆粒排放傾向于上升。NOx和顆粒的排放量較低極限值迫使發(fā)動(dòng)機(jī)制造者這樣調(diào)整其發(fā)動(dòng)機(jī)，使其只是略微地低于規(guī)定的極限值。同時(shí)，必須保證由于老化引起的系統(tǒng)部件的變化及其批量制造離散性不會(huì)導(dǎo)致超過所述極限值。一種由此得出的合理的處理方式是，借助于AGR將NOx排放量調(diào)整到需要的值。為調(diào)整NOx排放需要盡可能準(zhǔn)確地確定所排放的NOx。但是，所有在市場(chǎng)上可獲得的用于在批量發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的NOx傳感器只適用于在穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中測(cè)量或調(diào)整NOx排放，而不適用于瞬間的過程。其原因在于，這種傳感器與瞬間的發(fā)動(dòng)機(jī)工作中的轉(zhuǎn)數(shù)和負(fù)荷變化相比具有較長(zhǎng)的空轉(zhuǎn)時(shí)間(Totzeit)或延遲時(shí)間。在控制技術(shù)中，受控系統(tǒng)的系統(tǒng)輸入端的改變和系統(tǒng)輸出端的應(yīng)答之間的時(shí)間段被稱為空轉(zhuǎn)時(shí)間(也稱為運(yùn)行時(shí)間或傳輸時(shí)間)。例如一個(gè)PTl過濾器的過濾器常數(shù)被稱為延遲時(shí)間。為了顧及到這個(gè)問題，借助于包括不同的量的數(shù)學(xué)關(guān)系估算在瞬間運(yùn)行中的NOx排放。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的所有構(gòu)件和所有測(cè)量裝置都受到容許誤差和老化作用，需要對(duì)于每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)針對(duì)運(yùn)行時(shí)間單獨(dú)地修正NOx估算裝置。在穩(wěn)定的工作狀態(tài)下借助通過NOx傳感器穩(wěn)定地正確地測(cè)量出的NOx的值進(jìn)行修正，所述NOx的值與估算裝置的值比較。傳感器值和估算值之間的穩(wěn)定的偏差在瞬間的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中同樣導(dǎo)致排放在相同的方向上的偏差。所述NOx估算裝置或還有物理模型由特性曲線族和算法組成，它們使得即使在瞬間的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中也能夠由當(dāng)前的測(cè)量值(發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種(分散的)傳感器)、在特性曲線族中反映出的基準(zhǔn)值得出真實(shí)的NOx排放。這樣，在非穩(wěn)定的過程中也那能夠?qū)崿F(xiàn)NOx調(diào)節(jié)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)是接近穩(wěn)定的，則將估算裝置的值與NOx傳感器的值比較。在出現(xiàn)偏差時(shí)修正估算裝置的基準(zhǔn)值，從而精確地在NOx傳感器的測(cè)量精度的范圍內(nèi)保持期望的NOx排放。針對(duì)該工作點(diǎn)存儲(chǔ)該修正值，以便即使在NOx傳感器又不能提供可靠的值的瞬間的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中也能起到修正作用。通過以下描述的方法實(shí)現(xiàn)這種與工作點(diǎn)相關(guān)地作為特性曲線族存儲(chǔ)修正值。通過這種修正有效地抵消由老化導(dǎo)致的NOx排放變化和過寬的批量制造離散性。在技術(shù)使用中，與工作點(diǎn)相關(guān)的狀態(tài)或值通常根據(jù)一個(gè)或多個(gè)變量確定。對(duì)這種關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)描述并存儲(chǔ)的方法是一種特性曲線族，其對(duì)于各輸入變量的相關(guān)性分別具有一個(gè)軸并具有一個(gè)用于輸出變量的矩陣。在處理器輔助的實(shí)時(shí)使用中，這些軸具有預(yù)定數(shù)量的取樣點(diǎn)(StUtzstelle)用于各個(gè)輸入變量。其中，這些取樣點(diǎn)的值必須是嚴(yán)格單調(diào)的。輸出矩陣的尺寸nXm通過i軸的取樣點(diǎn)的數(shù)量η和y軸的取樣點(diǎn)的數(shù)量m確定。因此可以為每個(gè)由χ-取樣點(diǎn)值和y_取樣點(diǎn)值組成的數(shù)值對(duì)單一地分配輸出矩陣中的一個(gè)元素。所述χ和y輸入值對(duì)被稱作工作點(diǎn)。這種特性曲線族的參數(shù)化通常通過在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上、實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)量實(shí)現(xiàn)或者也可以用估算的值實(shí)現(xiàn)。這里這樣選擇工作點(diǎn)，使得通過輸入變量準(zhǔn)確地得到各單個(gè)取樣點(diǎn)值，因此輸出矩陣中只有一個(gè)元素是可確定值的。在插

圖1示出的例子中，輸入變量χ的值為“90”，而輸入變量y的值為“400”。輸出矩陣中由此可確定值的元素具有值“5”，如插圖4所示。如果現(xiàn)在輸入變量的值與取樣點(diǎn)的值不是剛好一致，而是位于其間(例如x=80. 2，而y=1787)，則屬于它的輸出值(z=7103)應(yīng)該通過線性的內(nèi)插法確定。所求的值由輸出矩陣中包圍工作點(diǎn)四個(gè)值算出，如在插圖5中所示。也就是說，這四個(gè)單個(gè)值的權(quán)重取決于其各自離工作點(diǎn)的距離。面元素構(gòu)成通過線性的內(nèi)插法形成的區(qū)域。相反，這些直線互相的交叉點(diǎn)以及這些線與軸的交叉點(diǎn)示出輸出矩陣的各單個(gè)元素。在存儲(chǔ)用于由估算裝置使用的基準(zhǔn)值的修正值時(shí)存在的問題是，所確定的誤差的值不能直接分配給輸出矩陣的一個(gè)元素，因?yàn)檩斎胱兞客ǔ２皇莿偤梦挥谝粋€(gè)網(wǎng)格值上的。就是說要為輸出矩陣中包圍當(dāng)前工作點(diǎn)的那些元素找出合適的值。對(duì)于具有相應(yīng)輸出值的一個(gè)工作點(diǎn)，理論上要為各單個(gè)元素找出無(wú)窮多的數(shù)值組合，這些數(shù)值在線性的內(nèi)插法中構(gòu)成輸出值。因此，這個(gè)問題首先集中在找到這樣的數(shù)值組合，該數(shù)值組合對(duì)于輸出矩陣的相同的元素內(nèi)的其他工作點(diǎn)也構(gòu)成相應(yīng)修正值的最佳近似值。只有在特殊情況下可以直接在第一步中且無(wú)需進(jìn)一步修正地確定相關(guān)元素的數(shù)值。通常，之前確定的數(shù)值在工作點(diǎn)移動(dòng)時(shí)必須重新修正，使得新的值同樣能精確地反映。其中，這樣實(shí)現(xiàn)輸出矩陣的元素的數(shù)值的變化，使得對(duì)于相應(yīng)工作點(diǎn)具有最大權(quán)重的元素也發(fā)生最大的變化。類似地，具有最小權(quán)重的元素也發(fā)生最小的變化。因此，輸出矩陣元素的新的數(shù)值不僅根據(jù)新的數(shù)值確定，也根據(jù)歷史的/過去的數(shù)值確定。這樣，在考慮到所有之前的狀態(tài)的情況下，特性曲線族得到了估算裝置的必要的修正。以下等式用數(shù)學(xué)的方式描述所述學(xué)習(xí)關(guān)系。對(duì)適應(yīng)性調(diào)整的數(shù)學(xué)描述確認(rèn)輸出矩陣元素在以下的說明中假設(shè)，a、b、c、d以及 、I C Cl是包圍當(dāng)前工作點(diǎn)的輸出矩
陣元素。輸出矩陣的每個(gè)元素都可能影響輸出值。相同的元素可以完全不參與內(nèi)插法，因?yàn)槠錄]有直接包圍相關(guān)工作點(diǎn)，或者也可以作為a、b、c或d參與內(nèi)插法。因此需要根據(jù)工作點(diǎn)強(qiáng)制地明確確認(rèn)(Identifikation)元素作為a、b、c或d，使得可以將正確的值存儲(chǔ)在相應(yīng)的元素中。這種元素的識(shí)別可以通過比較元素的行指數(shù)和列指數(shù)實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)行內(nèi)插法，也要通過其加權(quán)因數(shù)識(shí)別相應(yīng)的元素。也就是說哪些元素參與了內(nèi)插法是已知的。為了接下來(lái)描述的方法還要考察，一個(gè)元素是否作為a、b、c或d參與。這里考察元素、k:情形1 在插圖4中，除了 aj，k之外，元素、k+1、aj+1，k和aj+1 ’k+1也參與了內(nèi)插法
aj，k=a
權(quán)利要求
1.用于廢氣再循環(huán)(AGR)的方法，特別是在內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行廢氣再循環(huán)，特別是用于減少NOx排放，其方式是，控制AGR閥(2)和/或節(jié)流閥(3)，其特征在于，在確定用于控制所述AGR閥(2)和/或節(jié)流閥(3)的值中的NOx值之后的一定時(shí)間段中，采用出一數(shù)學(xué)模型，將當(dāng)前測(cè)定的NOx的值、從NOx測(cè)量結(jié)束以后過去的時(shí)間段以及內(nèi)燃機(jī)(1)的與減少NOx相關(guān)的參數(shù)代入所述數(shù)學(xué)模型。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述一定時(shí)間段是前一次進(jìn)行的NOx的測(cè)量結(jié)束后到實(shí)施調(diào)節(jié)過程之前過去的時(shí)間。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述時(shí)間段定義為t=空轉(zhuǎn)時(shí)間+5X延遲時(shí)間。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，特別是廢氣中的NOx含量的當(dāng)前狀況或者說當(dāng)前的NOx份額根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)(1)的一個(gè)物理模型確定并存儲(chǔ)，其中，所述物理模型(7)與數(shù)學(xué)模型并行運(yùn)行。
5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在物理模型(4)中根據(jù)所有可供使用的工作參數(shù)來(lái)確定并存儲(chǔ)基本上所有可供使用的發(fā)動(dòng)機(jī)特有的測(cè)量值。
6.按照前述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(6)持續(xù)地根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)將所述數(shù)學(xué)模型與所述物理模型比較。
7.按照前述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(6)持續(xù)地根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)對(duì)所述數(shù)學(xué)模型或所述物理模型的NOx預(yù)報(bào)進(jìn)行比較和/或存儲(chǔ)。
8.按照前述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(6)根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的工作狀況選出所述數(shù)學(xué)模型或所述物理模型的最低的NOx預(yù)報(bào)，并且轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)，特別是用于所述AGR閥(2)和/或節(jié)流閥(3)的控制信號(hào)。
9.按照前述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法，其特征在于，所述物理模型的數(shù)據(jù)能夠通過數(shù)據(jù)接口(11)與外界的專家系統(tǒng)進(jìn)行交換。
10.內(nèi)燃機(jī)，包括至少一個(gè)廢氣排放裝置以及至少一個(gè)進(jìn)氣裝置、至少一個(gè)AGR閥(2)和/或至少一個(gè)節(jié)流閥(3)、至少一個(gè)排氣管(4)、至少一個(gè)NOx傳感器(5)以及至少一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于廢氣再循環(huán)(AGR)的方法，特別是在內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)行廢氣再循環(huán)，特別是用于減少NOx的排放量，其方式是，控制AGR閥(2)和/或節(jié)流閥(3)，其特征在于，在確定用于控制所述AGR閥(2)和/或節(jié)流閥(3)的值中的NOx值之后的一定時(shí)間段中，采用出一數(shù)學(xué)模型，將當(dāng)前測(cè)定的NOx的值、從NOx測(cè)量結(jié)束以后過去的時(shí)間段以及內(nèi)燃機(jī)(1)的與減少NOx相關(guān)的參數(shù)代入所述數(shù)學(xué)模型。
文檔編號(hào)F02D41/00GK102597467SQ201080051032
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者A·弗里森 申請(qǐng)人:道依茨股份公司