CN101087939B - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

在内燃机运行时，在考虑进气道内压力(ps)的情况下求出燃烧室中的空气充气率(rl)。提出根据模型(A)求出空气充气率(rl)，该模型作为输入参数获得曲轴的转速(nmot)和进气道(22)内的压力(ps)与环境压力(pu)的比值。

Description

用于运行内燃机的方法
背景技术
本发明涉及一种用于运行内燃机的方法，其中在考虑进气道中的压力的情况下求出燃烧室中的空气充气率。此外本发明还涉及一种计算机程序、内燃机控制和/或调节装置的电存储介质以及内燃机的控制和/或调节装置。 
开头所述的方法为市场熟知。很多内燃机都用压力传感器测量进气道中的压力。通过线性关联可以由所测量的压力计算出内燃机燃烧室中的空气充气率。该空气充气率的知识主要在进气系统中对于将燃料正确配置到内燃机的燃烧室中是重要的。燃料的正确配量又会影响到内燃机的燃料消耗以及排放特性。在这方面一般地参照DE 197 56919 A1。 
此外，还已知具有凸轮轴重叠(Nockenwellenüberschneidung)的四冲程内燃机。在这种内燃机中，可以在排气冲程和进气冲程之间的上死点区域中将燃烧室的排气门和进气门同时打开一个特定的曲轴范围。这样可以实现内部废气再循环，此外通过废气再循环还可以降低氮氧化物排放。但是发现，到目前为止在这种具有很大的凸轮轴重叠的系统中求出燃烧室中的空气充气率要么很复杂，要么不准确。 
发明内容
因此本发明的任务是进一步改进开头所述的方法，使得即使在具有很大的凸轮轴重叠的系统中也可以在进气道内存在的压力的基础上尽可能准确地确定空气充气率。 
该任务在开头所述的方法中通过以下方法解决，即借助于模型求出空气充气率，该模型作为输入参数获取曲轴的转速和进气道中的压力与环境压力之间的比值。所提出的任务在内燃机的计算机程序、电存储介质以及控制和/或调节装置上相应地得到解决。 
按本发明可看出，在具有大的凸轮轴重叠的系统中，在燃烧室中存在的空气充气率和进气道中存在的空气压力之间存在非线性关联。此外可以看出，这种非线性关联基本上是进气道中存在的空气压力和环境压力之间的比值的函数。因此，在按本发明的方法中该比值还附 加地用于求出燃烧室中存在的空气充气率。因此该空气充气率即使在具有大凸轮轴重叠的系统中也可以高精度地确定，这主要是当内燃机用空气工作时在燃烧室中允许精确调节所希望的燃料-空气-混合物。最后通过按本发明的措施不仅改善了内燃机的燃料消耗，而且改善了内燃机的排放特性。 
按本发明的方法的优选的改进方案的突出之处在于，模型作为输入参数还附加地获得燃烧室内存在的空气的温度。这样根据变化的空气密度可以避免或者至少减少误差，并且再次改善求出空气充气率时的精确度。 
在其改进方案中可以假定，燃烧室内存在的空气的温度与所检测的进气道内的空气的温度相同。这样就减少了计算成本，而不会明显降低求出空气充气率时的精确度。 
作为替代方案也可以借助于模型求出燃烧室内存在的空气的温度，该模型作为输入参数获得所检测的进气道内空气的温度以及内燃机的所检测的至少另一个温度，尤其是冷却水温度、废气温度和/或气缸头温度。该方法变型方案提高了精确度，而不需要附加的传感器。 
此外可以借助于在进气道内检测的压力和模拟压力之间的差来求出环境压力。用这种方法可以取消用于检测环境压力的独立的传感器，这样节省了成本。 
在此在求出环境压力时的精确度可以通过这样的方法提高，即只有当节气门开度或等量参数达到和/或超过极限值时才进行求取。这一点基于这种认识，即环境压力变化得很慢，因此不需要进行持续地求出。但如果节气门打开得较宽或完全打开，那么可以通过对上述差值的积分以较高的精确度求出环境压力。 
在改进方案中，进气道内的模拟压力也可以借助于模型来求出，该模型作为输入参数获得流入进气道中的空气质量和从进气道流入到燃烧室中的空气质量之间的差值。通过这种简单的数量结算，进气道内的压力可以很容易地并且同时高精确度地模拟，使得在必要时可以省去相应的压力传感器。 
在此从进气道流入到燃烧室中的空气质量也可以借助于模型来求出，该模型作为输入参数获得节气门的位置。通常在调节节气门时本来就要检测节气门的位置，这样就不会由此产生附加的成本。 
为了在求出流入到燃烧室中的空气质量时考虑制造公差和/或节气门上的磨损，有利的是使相应的模型附加地获得节气门特征曲线的校正参数，该校正参数由进气道中的模拟压力和检测压力之间的差值求出。这种方法也用于提高在确定进入到燃烧室中的空气质量时的精确度。在此优选只有当节气门开度或者等量参数小于极限值和/或达到该极限值时才求取该校正参数。 
当至少其中一个模型包含特征曲线和/或特征曲线族时，用特别少的存储空间、最少的传感器耗费和很少的计算时间就可以实现上述方法。 
附图说明
接下来将参考附图对本发明一种特别优选的实施例进行更详细地说明。 
附图示出： 
图1是内燃机的示意图； 
图2是用于求出空气充气率的方法的流程图； 
图3是用于求出环境压力和节气门特征曲线补偿值(Offset)的方法的流程图； 
图4是用于求出图1内燃机进气道内的模拟压力的方法的流程图； 
图5是用于求出从进气道流入到燃烧室中的空气质量的方法的流程图； 
图6是流程图，其示出了在图2-5中示出的方法的共同作用。 
具体实施方式
图1中内燃机总体上带着附图标记10。该内燃机包括多个气缸，其中出于清晰的原因在图1中仅示出了一个具有附图标记12的气缸。相应的燃烧室具有附图标记14。借助于燃料喷射器16将燃料直接喷射到燃烧室14中，该燃料喷射器连接在燃料系统18上。空气经过进气门20和进气道22到达燃烧室14，在进气道22中设置了节气门24。该节气门用伺服马达26调节，该节气门的当前位置由节气门传感器28检测。进气道22中存在的空气压力由压力传感器30检测，相应的温度由与该压力传感器相组合的温度传感器32检测。压力传感器30位于节气门24的下游并测量在进气门20前的压力。如在下面还要进一 步说明的，如果进气门20关闭，那么进气道22和燃烧室14之间就存在压力平衡。因此在这种情况下可以用进气道22中的压力求出燃烧室14中的空气充气率。 
燃烧室14中存在的燃料-空气-混和物由火花塞34点火，该火花塞与点火系统36相连接。热的燃烧废气经过排气门38和废气管路40从燃烧室14导出。 
在图1中示出的内燃机10装在未示出的汽车中。汽车司机的功率愿望通过油门踏板42的位置表达。内燃机10的曲轴44的转速由转速传感器46量取。内燃机10的运行由控制和调节装置48来控制或者说调节。该控制和调节装置获得传感器28、30、32、42和46的输入信号，此外控制调节装置26、喷射器16以及点火系统36。 
图1中示出的内燃机10按照四冲程原理运行。此处进气门20和排气门38会出现气门重叠。这意味着，在排气冲程和进气冲程之间的上死点区域中可以同时打开两个气门20和38。由此可以实现内部废气再循环。对于运行内燃机10重要的是，尽可能精确地确定在燃烧室14中存在怎样的空气充气率。为此在控制和调节装置48的存储器上存放了计算机程序，该计算机程序用于控制方法，现在参考图2-6更详细地说明该方法。 
图2示出，怎样用部分方法A获得内燃机10的燃烧室14内存在的空气充气率：据此将由转速传感器46提供的转速nmot和压力比fp输入特征曲线族50。压力比fp通过在方框52中将由压力传感器30提供的进气道22内的压力ps除以环境压力pu获得。环境压力pu的提供在下面还要详细说明。特征曲线族50提供数值rl′。在密度校正的范围内该数值在54中与因数fpu相乘，该因数通过在方框56中将环境压力pu除以标准压力1013hPa获得。 
与此相类似，在58中与因数ftb相乘，该因数ftb在60中通过将温度Tbr除以标准温度273K获得。温度Tbr指的是进气门20关闭的时刻燃烧室14中的气体温度。在最简单的情况下，简单地将温度Tbr与由温度传感器32检测的温度看成相同的。作为替代方案也可以在考虑到另一个检测的温度例如冷却水温度、废气温度和/或气缸头温度的情况下获得所述温度Tbr。 
在图2中作为输入参数使用的环境压力pu在此不是测量，而是进行模拟(参见图3，方法B)。由图3可以看出，在62中首先在由压力传感器30检测的进气道22内的压力ps和模拟压力psmod之间形成差值。模拟压力psmod的提供在下面还会更详细地说明。在62中获得的压力差值dp可以经由第一阈值开关64输入第一积分器66，通过该第一积分器可以获得环境压力pu。压力差值dp可以经由第二阈值开关68输入第二积分器70，通过该第二积分器可以获得补偿值ofmsndk。两个阈值开关64和68的位置取决于经过节气门24流出的并也取决于节气门24的位置的空气质量流msdk。如果数值msdk小于或者等于极限值或者说阈值S，那么将压力差值dp输入第二积分器70，相反如果数值msdk大于阈值S，那么将压力差值dp输入第一积分器66。
图4示出了怎样获得图3中压力差值dp所必需的进气道22中的模拟压力psmod(方法C)：在72中由流入到进气道22中的空气质量rldkroh与从进气道22流入到燃烧室14中的空气质量rldk形成差值。空气质量rldkroh的确定在下面还会更详细说明。数值rldk借助于上面已经结合图2说明的方法获得，其中在那里除法器52代替检测的压力ps用在时间上处于前面的步骤中模拟的压力psmod进行编址。在72中获得的差值drl在74中与气缸12的活塞排量Vh和标准密度ρ0相乘。由此从相对值drl中得出绝对质量，其在76中进行求和。该结果在78中与气体常数R和上述温度Tbr相乘并除以进气道22的容积Vs。所得结果是进气道22中的模拟压力psmod。 
现在说明，怎样获得图4中用于对求差器72进行编址所必需的数值rldkroh(参见图5，方法D)。特征曲线族80一方面用角度wdkba来编址，该角度由节气门传感器28检测。另一方面用因数rpmod对该特征曲线族80进行编址，该因数在除法器82中获得，该除法器也用进气道22内的模拟压力psmod和环境压力pu来编址。节气门位置wdkba是开口横截面的尺度，并且压力比rpmod是流动速度的尺度。 
特征曲线族80的输出量在84中与用于节气门24的位置的补偿值ofmsndk相关联，该补偿值ofmsndk按照已经结合图3说明的方法B来确定。然而由此获得的输出参数仅适用于空气的标准密度。在当前空气密度下的输入流量rldkroh通过在86和88中与已经在图2中所知的因数fpu以及因数ftu相乘而获得。因数ftu由标准温度273K与温度Tvdk的商的根获得。温度Tvdk指的是节气门24上游的温度，其可以简单地等同于由温度传感器32所检测的温度。 
在图6中可以在总体上再次看到结合图2-5所说明的单个方法A-D的关系。可见，存在于燃烧室14中的空气充气率rl最终只用输入参数nmot(转速传感器46)、ps(压力传感器30)、wdkba(节气门传感器28)和Tvdk(温度传感器32)获得。在此主要通过考虑在进气道22内存在的压力ps和环境压力pu之间的比值即使在具有大凸轮轴重叠或者说气门重叠的系统中也可以在方法方框A中可靠地求出空气充气率rl。 
此处的物理原理是，在气门重叠时废气从废气管路40经过燃烧室14流回进气道22。该回流速度取决于进气道22内的压力与废气管路40内的压力之间的比值，并且取决于气门重叠时间。通过特征曲线族50在方法方框A中考虑该情况。这基于这样的假设，即废气管路40中的压力通过环境压力来近似。气门重叠时间又取决于转速nmot和压力ps。 

Claims (11)

1.用于运行内燃机(10)的方法，其中在考虑进气道(22)内的压力(ps)的情况下求出燃烧室(14)中的空气充气率(rl)，其特征在于，根据第一模型(A)求出该空气充气率(rl)，该第一模型获得曲轴(44)的转速(nmot)、进气道(22)内的压力(ps)与环境压力(pu)作为输入参数，其中，将所述转速(nmot)和由所述进气道(22)内的压力(ps)与所述环境压力(pu)构成的比值输入第一特征曲线族(50)，所述第一特征曲线族(50)提供一个数值(rl’)，在密度校正的范围内将该数值(rl’)与第一因数(fpu)相乘，该第一因数通过将环境压力(pu)除以标准压力1013hPa获得，由此获得空气充气率(rl)作为结果。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模型(A)附加地获得燃烧室(14)内存在的空气的温度(Tbr)作为输入参数，其中，所述第一特征曲线族(50)的数值(rl’)也与第二因数(ftb)相乘，该第二因数通过将在燃烧室(14)中存在的空气的温度(Tbr)除以标准温度273K获得，由此获得空气充气率(rl)作为结果。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，假设燃烧室(14)内存在的空气的温度(Tbr)等于在进气道(22)内的空气的检测温度。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环境压力(pu)借助于第二模型(B)求出，该第二模型获得进气道(22)内所检测的压力(ps)和模拟压力(psmod)作为输入参数，其中，在检测的进气道(22)内的压力(ps)和模拟压力(psmod)之间形成压力差值(dp)，然后将获得的压力差值(dp)通过第一阈值开关(64)输入第一积分器(66)，通过该第一积分器获得环境压力(pu)，其中，所述压力差值(dp)能够通过第二阈值开关(68)输入第二积分器(70)，通过所述第二积分器能够获得补偿值(ofmsndk)。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，只有当空气质量流(msdk)达到和/或超过极限值(S)时，才求出所述环境压力(pu)。
6.按权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进气道(22)内的模拟压力(psmod)借助于第三模型(C)来求出，该第三模型获得流入到进气道(22)内的空气质量(rldk)和从进气道(22)流入到燃烧室(14)中的空气质量(rldkroh)作为输入参数，其中，由流入到进气道(22)中的空气质量(rldk)与从进气道(22)流入到燃烧室(14)中的空气质量(rldkroh)形成差值(drl)，然后将所述差值与气缸(12)的活塞排量(Vh)和标准密度(ρ0)相乘，由此得出绝对质量，然后将所述绝对质量进行求和，将求和得到的结果与气体常数(R)和在燃烧室(14)内存在的空气的温度(Tbr)相乘并除以进气道(22)的容积(Vs)，由此得到进气道(22)中的模拟压力(psmod)作为结果。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，所述从进气道(22)流入到燃烧室(14)中的空气质量(rldkroh)借助于第四模型(D)求出，该第四模型获得节气门(24)的位置(wdkba)作为输入参数，其中，将第二特征曲线族(80)一方面用节气门(24)的位置(wdkba)来编址，并且另一方面用第三因数(rpmod)进行编址，该第三因数通过将进气道(22)内的模拟压力(psmod)除以环境压力(pu)获得，所述第二特征曲线族(80)的输出量与补偿值(ofmsndk)相关联，由此获得的输出参数与第一因数(fpu)和第四因数(ftu)相乘，所述第四因数由标准温度273K与节气门(24)上游的温度(Tvdk)的商的根形成，并且由此获得从进气道(22)流入燃烧室(14)的空气质量(rldkroh)作为结果。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第四模型(D)附加地获得节气门特征曲线的校正参数(ofmsndk)作为输入参数，该校正参数由进气道(22)内的模拟压力(psmod)和检测压力(ps)之间的差值(dp)求出。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，只有当空气质量流(msdk)小于和/或达到极限值(S)时，才求出所述校正参数(ofmsndk)。
10.按权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一和第四模型(A，D)中的至少一个包含特征曲线和/或特征曲线族(50，80)。
11.内燃机(10)的用于实施按权利要求1到10中任一项所述的方法的控制和/或调节装置(48)。
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