本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機，其具有至少一個燃燒室、至少一個用于將空氣輸送到燃燒室中的進氣區(qū)段、至少一個用于將廢氣排放到至少一個廢氣管中的廢氣排出端、至少一個光學式顆粒測量傳感器和至少一個用于控制內(nèi)燃機的運行狀況的控制設備。本發(fā)明還涉及一種用于控制內(nèi)燃機的方法。

背景技術：

現(xiàn)代的內(nèi)燃機以如下目標來進行研發(fā)，以最優(yōu)的功率在最小的燃料消耗的情況下進行工作。在此，內(nèi)燃機必須遵循指定的排放限值。

為了實現(xiàn)該目的，提供有高度復雜的發(fā)動機控制器，尤其是所謂的發(fā)動機-廢氣系統(tǒng)-管理器，其可以在提高發(fā)動機功率的情況下降低燃料消耗，其方式是：發(fā)動機控制器對助燃空氣的輸送和燃料的輸送進行控制，使得實現(xiàn)最優(yōu)的燃燒。

為此，在發(fā)動機研發(fā)期間，借助不同的傳感機構確定在內(nèi)燃機運行中的各種參數(shù)，以便由這些參數(shù)推導出發(fā)動機運行特性曲線族，發(fā)動機控制器根據(jù)該發(fā)動機運行特性曲線族來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的運行。參數(shù)例如可以是油門踏板角度位置、運行溫度、廢氣中的余氧含量、空燃比、發(fā)動機進氣側與發(fā)動機排氣側之間的壓力差或者類似數(shù)值。

推導出的發(fā)動機運行特性曲線族存儲在發(fā)動機控制器中，從而在行駛運行中可以根據(jù)測量到的傳感器信號，通過發(fā)動機運行特性曲線族對內(nèi)燃機的當前運行數(shù)據(jù)進行校正，以便產(chǎn)生相應的控制信號，控制信號能夠借助調(diào)節(jié)機構、例如還有渦輪增壓器、燃料噴射器、廢氣回流閥實現(xiàn)內(nèi)燃機的最優(yōu)的運行。

換而言之，傳感器信號能夠?qū)崿F(xiàn)從存儲的發(fā)動機運行特性曲線族中確定最優(yōu)的發(fā)動機運行特性曲線，使得由發(fā)動機運行特性曲線可以導出合適的控制信號，利用該控制信號可以使內(nèi)燃機運行于最優(yōu)的區(qū)域中。

由de10124235b4公知了一種以實驗室規(guī)模的理論方法，該方法測定了內(nèi)燃機之后的排氣系統(tǒng)中的發(fā)動機廢氣的成分的類型、構成和/或濃度，其中，為了上述測定，探測和使用了在研究范圍內(nèi)產(chǎn)生的拉曼射線。也就是說，基本上借助繁瑣的光學式光譜學方法對廢氣進行分析，以便得到測量信息，利用該測量信息可以實行內(nèi)燃機的上述運行。

上述的發(fā)動機控制器是高度復雜或昂貴的，并且無法足夠快速地或甚至完全不能對短時間效應，例如燃燒的不穩(wěn)定性、變化的燃料構成，或者還有長時間效應，例如部件磨損或化學老化，作出反應。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的任務在于，提供一種內(nèi)燃機，其可以快速補償非最優(yōu)的運行狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明，該任務通過如下的內(nèi)燃機來解決，其具有至少一個燃燒室、至少一個用于將空氣輸送到燃燒室的進氣區(qū)段、至少一個用于將廢氣排放到至少一個廢氣管中的廢氣排出端、至少一個光學式顆粒測量傳感器和用于控制內(nèi)燃機的運行狀況的控制設備，其中，光學式顆粒測量傳感器被設置成用于確定廢氣中的顆粒濃度并且用于向控制設備提供由顆粒濃度推導出的至少一個顆粒濃度信號，并且其中，控制設備被構造成基于光學式顆粒測量傳感器的顆粒濃度信號直接改變內(nèi)燃機的運行狀況。

因此，根據(jù)顆粒測量傳感器的顆粒濃度信號，通過控制設備可以直接且實時地影響內(nèi)燃機的運行狀況，而無需與發(fā)動機運行特性曲線族進行比較。由此得到的優(yōu)點是，顆粒測量傳感器的顆粒濃度信號被直接地轉換成用于控制內(nèi)燃機的控制信號并且無需費時且復雜地根據(jù)發(fā)動機運行特性曲線確定控制信號。在此，根據(jù)本發(fā)明，實時被理解為，使用經(jīng)轉換的顆粒濃度信號來控制內(nèi)燃機的運行狀況，不會帶來內(nèi)燃機的運行的明顯的延遲。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，光學式顆粒測量傳感器設置在廢氣排出端或廢氣管上，優(yōu)選地，直接在燃燒室之后和/或廢氣過濾系統(tǒng)之前設置在廢氣多叉管上。

根據(jù)另外的優(yōu)選實施例，光學式顆粒測量傳感器基于顆粒密度測量值結合流量測量值確定顆粒濃度。

進一步地，根據(jù)優(yōu)選的實施例，控制設備被構造成根據(jù)光學式顆粒測量傳感器的顆粒濃度信號在高于正常值的顆粒濃度的情況下降低回流的廢氣的量，或者在低于正常值的顆粒濃度的情況下提高回流的廢氣的量。由此得到的優(yōu)點是，能獲得內(nèi)燃機的燃燒室中的最優(yōu)的燃燒，從而內(nèi)燃機可以以最優(yōu)的功率來運行。

根據(jù)另外的優(yōu)選實施例，控制設備被構造成根據(jù)光學式顆粒測量傳感器的顆粒濃度信號降低或提高進氣區(qū)段中的輸送體積。

根據(jù)另外的優(yōu)選實施例，控制設備被構造成根據(jù)光學式顆粒測量傳感器的顆粒濃度信號直接改變?nèi)剂系妮斔汀?/p>

此外，根據(jù)優(yōu)選的實施例，控制設備被構造成根據(jù)光學式顆粒測量傳感器的顆粒濃度信號直接改變廢氣的回流和/或進氣區(qū)段中的輸送體積和/或燃料的輸送。由此得到的優(yōu)點是，發(fā)動機控制器快速地獲得調(diào)節(jié)輸入?yún)⒘?，以便實時地使內(nèi)燃機運行在最優(yōu)的燃燒區(qū)域中。

通過經(jīng)由調(diào)節(jié)參量顆粒密度優(yōu)化后的燃燒，內(nèi)燃機更好地充分利用燃料。其結果是生成很少的顆粒，該顆?？赡軐е聫U氣過濾系統(tǒng)的堵塞。由此，廢氣系統(tǒng)中的壓力損失保持得很小并且內(nèi)燃機的最大功率保持為長時間可供使用。此外，延長了廢氣顆粒過濾器的運行壽命。

根據(jù)另外的優(yōu)選實施例，光學式顆粒測量傳感器是價格低廉的散射光傳感器，從而可以有利于成本低廉地制造整個系統(tǒng)。

本發(fā)明的任務還在于，以如下方式改進用于控制內(nèi)燃機的方法，即，可以快速地補償非最優(yōu)的運行狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明，該任務通過如下的用于控制內(nèi)燃機的方法來解決，該方法包括以下步驟：借助光學式顆粒測量傳感器確定廢氣中的顆粒濃度；向控制設備提供至少一個由顆粒濃度推導出的顆粒濃度信號；和基于顆粒測量傳感器的顆粒濃度信號直接改變內(nèi)燃機的運行狀況。

由從屬權利要求、下面的說明和附圖可得知本發(fā)明的優(yōu)選設計方案和擴展方案以及其他優(yōu)點。

附圖說明

下面借助實施例并參考附圖詳細闡述了本發(fā)明。其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的優(yōu)選實施例的示意圖。

具體實施方式

在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機m的優(yōu)選實施例的示意圖，該內(nèi)燃機在示出的實施例中包括四個燃燒室1或氣缸。在內(nèi)燃機m的進氣側上設置有進氣區(qū)段2，其與燃燒室1連接并且用于將空氣輸送到燃燒室1中。

優(yōu)選地，在進氣區(qū)段2中設置有至少一個空氣壓縮機vd，使得被吸入的空氣可以為了更好燃燒而被壓縮。優(yōu)選地，空氣壓縮機vd的葉片是能調(diào)設的，以便可以使發(fā)動機控制器或控制設備6能夠?qū)斔土?、空氣流量和空氣預壓力進行調(diào)整。

在內(nèi)燃機m的排氣側上設置有廢氣排出端3，其與燃燒室1連接并且用于將廢氣從燃燒室1排放到至少一個廢氣管4中。在廢氣管4中設置有未示出的廢氣再處理系統(tǒng)，其例如包括催化轉換器、尤其是所謂的柴油氧化催化轉換器(doc催化轉換器)或選擇性催化還原催化轉換器(scr催化轉換器)或顆粒過濾器。附加地，廢氣回流部5與進氣區(qū)段2連接。在本發(fā)明的意義下，廢氣排出端3包括多叉管和在多叉管與廢氣管4之間的區(qū)段，該區(qū)段設置在廢氣回流部5之前。

內(nèi)燃機m借助控制設備6在其運行狀況方面受到控制。為此，控制設備6從不同的傳感器，例如壓力傳感器或溫度傳感器，獲得內(nèi)燃機m的狀態(tài)測量數(shù)據(jù)，從而控制設備6可以以存儲的燃燒室1中的點火時間點或空氣-燃料量-輸送的特性曲線為基礎控制內(nèi)燃機m的最優(yōu)的運行狀況。

根據(jù)本發(fā)明，設置有至少一個光學式顆粒測量傳感器7，其確定廢氣中的顆粒濃度。在此，根據(jù)本發(fā)明，顆粒濃度被理解為廢氣中的未燃燒的空氣-燃料混合物的份額，并且尤其是空氣-燃料混合物的未完全燃燒的組成部分(通常被稱為煤煙)的份額。

光學式顆粒測量傳感器7向控制設備6提供至少一個由測量到的廢氣中的顆粒濃度推導出的顆粒濃度信號。也就是說，控制設備6直接由光學式顆粒測量傳感器7的顆粒濃度信號推導出控制信號，以便直接實時地改變內(nèi)燃機m的運行狀況，使得顆粒濃度幾乎減少到零。

換而言之，如果光學式顆粒測量傳感器7確定了廢氣中的非常小的顆粒值，其低于閾值或臨界值，那么控制設備6就獲得反映最優(yōu)的燃燒的顆粒濃度信號，從而無需改變內(nèi)燃機m的運行狀況。

如果光學式顆粒測量傳感器7確定了廢氣中的高的顆粒值，那么控制設備6就獲得反映不完全燃燒的顆粒濃度信號，從而控制設備6從顆粒濃度信號出發(fā)借助空氣壓縮機vd提高進氣區(qū)段2處的氧氣輸送并且驅(qū)控廢氣回流部5，以便減小廢氣回流率，使得燃燒被最優(yōu)化并且使燃燒室1中的顆粒生成降低。

如果光學式顆粒測量傳感器7確定了首先很少顆粒到隨后很多顆粒這樣的高梯度，即，廢氣中的顆粒快速增加，那么控制設備6就獲得反映快速變化的不完全燃燒的顆粒濃度信號，從而控制設備6根據(jù)顆粒濃度信號例如驅(qū)控未示出的燃料噴射系統(tǒng)，以便引發(fā)燃料的噴射壓力的快速下降，并且控制設備提高空氣壓縮機vd的壓力，以便提高進氣區(qū)段2處的氧氣輸送。

進一步地，控制設備6基于顆粒濃度信號驅(qū)控廢氣回流部5，以便降低廢氣回流率。通過基于光學式顆粒測量傳感器7的顆粒濃度信號的協(xié)調(diào)措施，內(nèi)燃機m中的不完全燃燒朝最優(yōu)的燃燒的方向得到補償并且顆粒生成明顯減少。

如果光學式顆粒測量傳感器7確定了首先很多顆粒到隨后非常少顆粒這樣的高梯度，即，廢氣中的顆?？焖贉p少，那么控制設備6就獲得反映快速變化的完全燃燒直至混合物不足并伴隨可能過高的氧氣剩余的顆粒濃度信號，從而控制設備6根據(jù)顆粒濃度信號例如引發(fā)空氣壓縮機vd的壓力降低以及驅(qū)控廢氣回流部5，以便提高廢氣回流率。由此，可以在最小化燃料消耗的情況下調(diào)節(jié)內(nèi)燃機m的最優(yōu)的功率。

在此，可以降低燃料的消耗和廢氣凈化輔助材料，例如尿素溶液(所謂的adblue)的消耗，并且可以延長廢氣凈化系統(tǒng)的使用壽命。附加地，根據(jù)基于廢氣中的顆粒濃度的顆粒濃度信號，控制設備6能夠快速地改變內(nèi)燃機m的運行狀況，從而可以更好地補償短時間效應，例如燃燒的不穩(wěn)定性，或者還可以更好地補償長時間效應，例如部件磨損或化學老化。

有利地，光學式顆粒測量傳感器7設置在廢氣管4上。優(yōu)選地，光學式顆粒測量傳感器7直接在內(nèi)燃機1后面設置在多叉管上，其中，該光學式顆粒測量傳感器7或者另一個光學式顆粒測量傳感器7可以設置在廢氣過濾系統(tǒng)之前。

在此，尤其可以是散射光傳感器的光學式顆粒測量傳感器7基于極為快速的測量方法確定廢氣中的顆粒濃度。也就是說，通過光學式顆粒測量傳感器7對廢氣中的顆粒濃度進行實時分析，可以使控制設備6能夠快速地引起內(nèi)燃機m的更好的運行狀況。因此，可以取消為了燃燒最優(yōu)化而進行的通過特性曲線族對內(nèi)燃機m的當前運行數(shù)據(jù)的校正。

附圖標記列表

1燃燒室

2進氣區(qū)段

3廢氣排出端

4廢氣管

5廢氣回流部

6控制設備

7顆粒測量傳感器m內(nèi)燃機

vd空氣壓縮機