用于车辆、尤其用于商用车的内燃机、尤其燃气发动机技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于车辆、尤其用于商用车的内燃机、尤其燃气发动机(Gasmotor)，一种根据权利要求9的前序部分所述的用于运行内燃机、尤其燃气发动机的方法以及一种根据权利要求15所述的车辆、尤其商用车，其具有所述内燃机和/或用于执行所述方法。
背景技术
为了满足应遵循的废气规定，已知将燃气发动机或可燃气体发动机、例如天然气发动机从稀混合运行方式转换成化学计量运行方式。为了补偿由此产生的燃气发动机的效率损失或为了提高燃气发动机的效率，例如适合被冷却的且被调节的废气再循环部(AGR)，借助于其将燃气发动机的废气的一部分又输送给燃气发动机。再循环的废气在接下来在燃气发动机的气缸-活塞单元中燃烧时主要用作惰性气体。
在不带AGR而带有燃气到燃气发动机的进气管系(Ansaugtrakt)中的输送的燃气发动机中，输送给气缸-活塞单元的增压混合物质量流通常借助于实施在控制器处的容积效率模型(Liefergradmodell)来计算，容积效率模型反映发动机根据转速的吞吸能力。对此，首先借助于压力传感器和温度传感器来测量在进气管系中在气缸-活塞单元的区域中的增压混合物压力(歧管绝对压力或MAP)和增压混合物温度。从所测得的增压混合物压力、增压混合物温度和发动机的转速中借助于容积效率模型可来计算所输送的增压混合物质量流。借助于燃烧空气比(Verbrennungsluftverhaeltnis)然后也可来计算输送给气缸-活塞单元的空气质量流。然而该方式在带有AGR的燃气发动机中不可能，因为在例如构造为燃气-空气-废气混合物的增压混合物中的废气份额不已知。
因此在带有AGR的燃气发动机中为了测定空气质量流通常在AGR上游且在燃气输送上游借助于空气质量测量器、例如借助于热膜空气质量测量器来测量在进气管系中的控制质量流。借助于测得的空气质量流和通过已提及的容积效率模型测定的增压混合物质量流然后也可来测定再循环的废气质量流。借助于空气质量测量器测量空气质量流然而尤其由于其污物敏感性证实为非常易受干扰。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种用于车辆、尤其用于商用车的内燃机、尤其燃气发动机以及一种用于运行内燃机、尤其燃气发动机的方法，在其中以备选的、可靠的且同时成本有利的方式来测定输送给燃烧单元的空气质量流和/或再循环的废气质量流。
该目的利用独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中公开了优选的改进方案。
本发明涉及一种用于车辆、尤其用于商用车的内燃机、尤其燃气发动机，其具有：进气管系，借助于其可将气体、尤其燃气-空气-废气气体混合物输送给内燃机的燃烧单元、尤其气缸-活塞单元；以及废气再循环部，借助于其可将燃烧单元的废气在废气混合区域处输送给被输送给燃烧单元的气体、尤其燃气-空气-气体混合物，其中，在进气管系中在燃烧单元上游且在废气混合区域下游布置有至少一个测量装置，借助于其可测定气体质量流、尤其燃气-空气-废气质量流和气体温度、尤其燃气-空气-废气温度。根据本发明，尤其为了测定再循环的废气质量流和/或输送给燃烧单元的空气质量流，除了测量装置之外，不仅在废气再循环部中而且在进气管系中分别在废气混合区域上游布置有至少一个温度传感器。
以该方式可特别成本有利地且可靠地来测定再循环的废气质量流和输送给燃烧单元的空气质量流，因为对此例如不用设置用于测量空气质量流的空气质量测量器。取而代之，使用明显更可靠的且成本更有利的温度传感器。此外，使用温度传感器也是对于空气质量测量器的一特别简单的备选方案，因为通常总归已设置在进气管系中的测量装置被用于测定再循环的废气质量流和所输送的空气质量流。
然后利用所测定的当前再循环的废气质量流和所测定的、当前输送给燃烧单元的空气质量流例如可借助于发动机控制器在闭合的调节回路中将再循环的废气质量流和空气质量流调整到限定的理论值上。这些理论值例如可与内燃机的当前运行方式相关且还与另外的参数相关。
从所测定的再循环的废气质量流和所测定的空气质量流中另外例如还可来计算当前的废气再循环率。
在根据本发明的内燃机的一具体的实施方案中，可设置有控制器，借助于其可从借助于测量装置和温度传感器所测定的参数中且从固定地预设的和/或借助于Lambda传感器所测量的燃烧空气比中来计算再循环的废气质量流和/或输送给燃烧单元的空气质量流。借助于这样的控制器，可从测得的参数中简单地且自动地或自主地来计算再循环的废气质量流和/或空气质量流。
优选地，测量装置和温度传感器相对于废气混合区域布置在限定的附近区域中、优选地在紧邻的附近区域中，以便以特别高的精度测定再循环的废气量和输送给燃烧单元的气体的空气份额。
优选地，为了测定气体质量流、尤其燃气-空气-废气质量流，测量装置具有布置在进气管系中的压力传感器、尤其MAP传感器，借助于其可来测量气体压力、尤其燃气-空气-废气压力。然后借助于控制器尤其通过容积效率模型可从借助于压力传感器测得的气体压力、尤其燃气-空气-废气压力、借助于测量装置测得的温度和内燃机的转速中来计算气体质量流、尤其燃气-空气-废气质量流。以该方式，能够可靠地且同时还特别成本有利地来测定气体质量流。
优选地，为了测量温度，测量装置可具有温度传感器，以便以简单的方式且以高的精度测定温度。
进一步优选地，在废气混合区域上游布置在废气再循环部中的温度传感器布置在废气再循环部的废气冷却装置下游和/或在废气再循环部的止回阀上游，以便以高的精度测定再循环的废气质量流和输送给燃烧单元的空气质量流。
优选地，此外在废气混合区域上游布置在进气管系中的温度传感器布置在燃气-空气-混合装置和/或节流阀和/或增压空气冷却装置和/或进气管系的废气涡轮增压器的压缩机下游。由此可进一步提高测定再循环的废气质量流和输送给燃烧单元的空气质量流的精度。
原则上应确定的是，测量装置和温度传感器优选地要布置成使得在气体从温度传感器流向测量装置期间气体能量和气体质量的变化尽可能小。那么能够以高的精度来测定再循环的废气质量流和所输送的空气质量流。
在另一优选的实施方案中，设置有测量装置，借助于其可备选于已阐述的方式附加地和/或根据内燃机的限定的运行状态来测定再循环的废气质量流和/或输送给燃烧单元的空气质量流。由此例如可来执行关于所测定的值的可靠性检查。例如同样也可能根据内燃机的运行方式在控制和/或调节内燃机时使用或不使用备选地和/或附加地测定的废气质量流和/或备选地和/或附加地测定的空气质量流。如此例如可根据内燃机的运行方式使用更可靠的或更精确的值用于内燃机的调节。具体地，在此例如可借助于在控制器上实施的增压空气冷却器模型和/或借助于在控制器上实施的节流阀模型实现再循环的废气质量流和/或输送给燃烧单元的空气质量流的备选的和/或附加的测定。
涉及一定的构件的模型、例如前述增压空气冷却器模型或前述节流阀模型当前始终是储存在计算单元中的描述该构件的数学函数和/或特性线或特性场，利用其根据限定地预设的输入信号来计算过程参数。
为了实现上述目的此外要求保护一种用于运行用于车辆、尤其用于商用车的内燃机、尤其燃气发动机的方法，该内燃机具有：进气管系，借助于其将气体、尤其燃气-空气-废气气体混合物输送给内燃机的燃烧单元、尤其气缸-活塞单元；以及废气再循环部，借助于其将燃烧单元的废气在废气混合区域处输送给被输送给燃烧单元的气体。根据本发明，借助于测量和控制装置从气体质量流、尤其燃气-空气-废气质量流和在进气管系中在燃烧单元上游且在废气混合区域下游的气体温度、尤其燃气-空气-废气温度中、从在废气再循环部中在废气混合区域上游的废气温度中和从在进气管系中在废气混合区域上游的气体温度、尤其燃气-空气-温度中来测定再循环的废气质量流和/或输送给燃烧单元的空气质量流。
如已阐述的那样，由此可特别成本有利地且可靠地来测定再循环的废气质量流和输送给燃烧单元的空气质量流。
在一优选的方法指导中，在计算时在废气混合区域的范围中、尤其在限定的和/或紧邻的附近区域中来执行质量流平衡和能量平衡，其中，在质量流平衡中和在能量平衡中来考虑废气再循环的废气质量流、在进气管系中在废气混合区域上游的气体质量流、尤其燃气-空气-质量流和在进气管系中在废气混合区域下游且在燃烧单元上游的气体质量流、尤其燃气-空气-废气质量流。利用在废气混合区域的范围中的质量流平衡和能量平衡能够以简单的方式利用测得的参数来计算再循环的废气质量流和输送给燃烧单元的空气质量流。
具体地，在构造为燃气发动机的内燃机中，在进气管系中在废气混合区域上游的气体质量流例如可以是具有限定的燃烧空气比的燃气-空气-混合物。那么优选地在计算中，输送给燃烧单元的燃气质量流经由燃烧空气比根据输送给燃烧单元的空气质量流来表示，以便以简单的方式计算再循环的废气质量流和输送给燃烧单元的空气质量流。
为了测定在燃烧单元上游而在废气混合区域下游的气体质量流、尤其燃气-空气-废气质量流，优选地可测量在进气管系中在燃烧单元上游而在废气混合区域下游的气体压力、尤其燃气-空气-废气压力，其中，借助于测量和控制装置、尤其通过容积效率模型从测得的气体压力、尤其燃气-空气-废气压力、借助于测量和控制装置测得的温度和内燃机的转速中来计算气体质量流、尤其燃气-空气-废气质量流。由此，如已阐述的那样，可特别成本有利地且可靠地测定气体质量流。
此外优选地设置有测量装置，借助于其可附加地和/或根据内燃机的运行还备选地来测定再循环的废气质量流和输送给燃烧单元的空气质量流。同样已阐述了由此得到的优点。具体地，在此例如通过在控制器处实施的增压空气冷却器模型和/或通过在控制器处实施的节流阀模型实现再循环的废气质量流和输送给燃烧单元的空气质量流的备选的和/或附加的测定。
特别优选地，在再循环的废气质量流的调节和/或控制中，根据内燃机的限定的运行状态使用或不使用备选地和/或附加地测定的再循环的废气质量流。同样，在输送给燃烧单元的空气质量流的调节和/或控制中可根据内燃机的限定的运行状态使用或不使用备选地和/或附加地测定的所输送的废气质量流。如此能够以已阐述的方式来改善再循环的废气量和/或所输送的空气质量流的调节和/或控制。
此外要求保护一种具有根据本发明的内燃机的车辆、尤其商用车。由此得到的优点与根据本发明的内燃机的已评估的优点相同，从而其这里不被重复。
除了例如在明确相关或不相容的备选方案的情况中之外，上面所阐述的和/或在从属权利要求中给出的本发明的有利的构造和/或改进方案也可单独地而或以相互任意组合的方式来应用。
附图说明
接下来根据附图仅示例性地来详细阐述本发明及其有利的构造和/或改进方案以及其优点。
唯一的附图显示了根据本发明的内燃机的示例性实施形式的示意图，内燃机在此构造为具有被调节的且被冷却的废气再循环部2的天然气发动机1。
附图标记清单
1天然气发动机
2废气再循环部
3箭头(空气质量流)
4压缩机
5废气涡轮增压器
6增压空气冷却器
7节流阀
8气体混合物
9箭头(天然气质量流)
10发动机缸体(Motorblock)
11气缸-活塞单元
12箭头(废气质量流)
13涡轮
14AGR质量流
15AGR调节阀
16AGR冷却器
17分支部位
18废气引入区域
19压力传感器
20压力传感器
21计算单元
22压力传感器
24Lambda传感器
25进气管系
26天然气-空气气体混合物
27温度传感器
29温度传感器
31温度传感器
33翼形阀(Flatterventil)
Cp,AGR废气比热容
Cp,Brenngas燃气比热容
Cp,Gesamt增压混合物比热容
Cp,Luft空气比热容
Lmin最小空气需求
AGR质量流量
燃气质量流量
增压混合物质量流量
空气质量流量
TAGR再循环废气的温度
TBL燃气-空气混合物的温度
TGesamt增压混合物的温度
λ燃烧空气比。
具体实施方式
空气质量流(箭头3)通过进气管系25被输送给发动机缸体10，其中，空气质量流3在此首先流经压缩机4(其是废气涡轮增压器5的组成部分)且接着流经增压空气冷却器6。从那里，被冷却的空气质量流3通过可控制的节流阀7流至气体混合器8，另外天然气质量流(箭头9)被输送给气体混合器8。从气体混合器8出发，在那里形成的天然气-空气气体混合物26流至气缸-活塞单元11，在其中进行燃烧过程。接着，废气质量流(箭头12)流过废气涡轮增压器5的涡轮13，其中，涡轮13机械地与压缩机4相联结并且驱动压缩机4。
在涡轮13上游，经由AGR调节阀15控制，在分支部位17处分支出废气质量流的一部分作为AGR质量流14。该AGR质量流14在废气再循环部2中经由AGR调节阀15、AGR冷却器16和止回阀(在此示例性的翼形阀33)流至废气混合区域18，其在进气管系中布置在气体混合器8下游以及在发动机缸体10上游，从而使AGR质量流14混合到天然气-空气气体混合物26中。通过将天然气输送到进气管系25中，在此在气缸-活塞单元11之外形成空气-天然气-废气混合物，从而在此存在外部的混合物形成。备选地，天然气也可被输送给气缸-活塞单元11或被喷射到气缸-活塞单元11的燃烧室中，从而空气-天然气-废气混合物在气缸-活塞单元11的燃烧室中才形成。在该情况中那么存在内部的混合物形成。
此外在进气管系25中在发动机缸体10与废气混合区域18之间布置有压力传感器22、优选地MAP抽吸管压力传感器，借助于其来测量增压混合物压力。此外在进气管系25中在发动机缸体10与废气混合区域18之间还布置有温度传感器27，借助于其来测量增压混合物温度。此外在进气管系25中在废气混合区域18上游而在气体混合器8下游布置有温度传感器31，借助于其同样来测量增压混合物温度。此外，在废气再循环部2中在翼形阀33上游而在AGR冷却器16下游还布置有温度传感器29，借助于其来测量废气温度。
上述温度传感器27,29和31以及压力传感器22与控制器21在信号技术上相连接，使得其测得的参数被传输到控制器21处。借助于控制器21可来实施容积效率模型，利用其可从借助于压力传感器22测得的增压混合物压力和借助于温度传感器27测得的增压混合物温度中来确定由新鲜空气、燃气和再循环的废气构成的增压混合物质量流。然后可从借助于温度传感器27,29和31测得的温度、所计算的增压混合物质量流和例如借助于Lambda传感器24测得的空气-天然气气体混合物的燃烧空气比λ中借助于控制器21来计算AGR质量流14和空气质量流3。具体地，该计算例如可借助于质量流平衡和能量平衡在以虚线表示的系统界限33中实现。对此例如可使用以下公式：
。
此外，在进气管系25中可选地还在增压空气冷却器6上游布置有压力传感器19而在增压空气冷却器6下游布置有压力传感器20，借助于其来测量空气质量流3通过增压空气冷却器6的压力损失。相应于压力差的压力传感器19,20的测量信号被输送给在控制器21上实施的压缩空冷却器模型，借助于其可从测得的压力差中来计算流过增压空气冷却器6的空气质量流3。然后可从所计算的空气质量流3、借助于容积效率模型所计算的增压混合物质量流和燃烧空气比中来计算同样AGR质量流14。
刚刚所述的压力传感器19,20和增压空气冷却器模型实现空气质量流3和AGR质量流14的备选的或附加的测定。如此例如可来执行关于借助于传感器22,27,29和31测定的值的可靠性检查。同样例如也可能根据天然气发动机1的运行方式在调节控制质量流3和AGR质量流14时使用或不使用备选地或附加地测定的值或借助于传感器22,27,29和31测定的值。如此例如可根据天然气发动机1的运行方式将根据经由更可靠的和/或更精确的值用于该调节。
备选或附加于通过增压空气冷却器模型测定空气质量流3，空气质量流3例如也可通过在控制器21上实施的节流阀模型来测定。该节流阀模型作为输入参数具有通过节流阀7的压力损失和当前的节流阀位置。在此可借助于布置在节流阀7上游的压力传感器20和借助于在图中未示出的在节流阀7与气体混合器8之间布置在进气管系25中的压力传感器实现通过节流阀7的压力损失的测量。