CN102046948A - 用于运行内燃机的方法和装置和内燃机 - Google Patents

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Abstract

内燃机包括进气系统(1)，它包括进气管(7)并且依据进气阀(12)的转换位置与内燃机的气缸(Z1-Z4)的燃烧室(9)连通。内燃机还包括压缩机(19)，它布置在进气系统(1)中和被设计用于压缩空气质量流。此外，内燃机配有节流阀(5)，它进气系统(1)布置在压缩机(19)的下游并且可由它节流压缩机的进入进气管(7)的压缩空气质量流。内燃机此外具有差压传感器(29)，它布置在进气系统(1)中和被设计用于探测，在压缩机(19)的下游和在节流阀(5)的上游存在的增压压力(PUT)与在进气系统(1)外部的环境压力(AMP)之间的差压(PUT_AMP_DIFmes)。

Description

用于运行内燃机的方法和装置和内燃机
本发明涉及一种用于运行内燃机的方法和装置和一种内燃机。内燃机包括具有进气管的进气系统。进气系统依据进气阀的转换位置与内燃机的气缸的燃烧室连通。在进气系统中布置有压缩机，它被设计用于压缩空气质量流。此外在进气系统中布置有节流阀，通过它可以对进入进气管的空气质量流节流。
内燃机的涡轮增压器通常包括一个压缩机和一个涡轮机，它们优选机械地相互耦联。压缩机在此情况下布置在内燃机的进气系统中和压缩通过进气系统的空气质量流。由此被压缩的空气经进气阀进入内燃机的对应的气缸的燃烧室。在各气缸的气缸头上优选设置一个喷射阀，通过它可将设定数量的燃料供给到燃烧室中。在对应的燃烧室中的空气/燃料混合物燃烧之后，废气经排气阀从燃烧室输出到一个其中布置了涡轮增压器的涡轮机的废气系统中。通过废气驱动涡轮机，使得通过进气系统的空气质量流被压缩机压缩。
本发明的目的是，提出一种用于运行内燃机的方法和装置，其保证简单并且可靠地确定环境压力。此外，本发明的目的是提出一种内燃机，其可以在特别有利的成本下制造。
该目的通过独立权利要求的特征解决。本发明的有利的实施例在从属权利要求中给出。
按照第一方面，本发明的特征在于一种内燃机，它包括进气系统。该进气系统包括进气管并且依据进气阀的转换位置与内燃机气缸的燃烧室连通。内燃机此外包括布置在进气系统中和用于压缩空气质量流的压缩机。此外，内燃机包括节流阀，它布置在压缩机的下游的进气系统中并且通过它可以对进入进气管的压缩机压缩的空气质量流节流。内燃机此外包括差压传感器，它布置在进气系统中并且被设计用于探测在压缩机的下游和在节流阀的上游存在的增压压力与在进气系统外部存在的环境压力之间的差压。通过使用差压传感器可以成本特别有利地制造内燃机，尤其是因为最好不需要用于测量环境压力的另外的传感器。借助于差压传感器探测增压压力和环境压力的差压。由此在给定的环境压力下可以特别简单地依据差压确定增压压力并且在设定的增压压力下可以特别简单地确定环境压力。
在一个有利的实施例中，内燃机包括环境压力传感器，它被设计用于探测环境压力。这具有优点，即借助于通过环境压力传感器测得的环境压力可以对确定的环境压力进行可信性处理，环境压力传感器优选设计成绝对压力传感器。或者也可以借助于确定的环境压力对借助于环境压力传感器测得的环境压力进行可信性处理。这保证内燃机特别可靠的运行。
按照第二行第三方面，本发明的特征在于用于运行内燃机的一种方法和一种相应的装置，其中依据测得的在压缩机的下游和在节流阀的上游存在的增压压力和在进气系统外部存在的环境压力的差压确定环境压力。这样借助于差压传感器可以特别简单和可靠地确定环境压力。这样确定环境压力此外还具有的优点在于，该确定也可以在内燃机被增压的运行状态期间实施，其中内燃机被增压的运行状态的特征在于，增压压力高于环境压力。环境压力是运行内燃机的一个重要的参数，因为它通常对内燃机的性能和废气排放具有影响。依据环境压力对用于运行内燃机的促动器进行控制。
在另一个有利的实施例中，确定增压压力并依据增压压力确定环境压力。由于借助于差压传感器提供了差压，因此借助于被确定的增压压力作为另外的参量可以特别简单地确定的环境压力。
在另一个有利的实施例中，确定在节流阀的下游和在进气阀的上游存在的进气管压力和依据进气管压力确定增压压力。由于依据被确定的进气管压力确定增压压力，因此最好不需要一个单独的增压压力传感器。
在另一个有利的实施例中，确定节流阀的开度。节流阀被确定的开度与一个特性节流阀开度的设定的开度比较。特性节流阀开度的特征在于，在节流阀的该开度下，该开度大于或等于特性节流阀开度的开度，在节流阀上的压力降基本上保持恒定。在达到特性节流阀开度的设定的开度之后，确定在节流阀上的压力降，该压力降与节流阀的一个开度相配属，该开度大于或等于特性节流阀开度。在达到特性节流阀开度的开度时依据被确定的压力降确定增压压力。增压压力是在压缩机的下游和在节流阀的上游存在的压力。如果例如给定在节流阀的下游和在进气阀的上游存在的进气管压力，那么可以特别简单地依据在节流阀上的被确定的压力降确定在达到特性节流阀开度时的增压压力。通常在节流阀上的该压力降在特性节流阀开度下与通过节流阀的被压缩的空气质量流的管内摩擦相关联。特性节流阀开度依赖于内燃机的转速，也就是说，在内燃机的设定的转速下，节流阀的当前的开度与配属于该当前转速的特性节流阀开度的开度比较。优选在一个基准内燃机上在设定的转速下确定特性节流阀开度的对应的开度的压力降并且在确定之后存储起来。由此在内燃机的设定的转速下，在存在特性节流阀开度的对应的开度情况下特别快速地提供对应的压力降。
以下依据示意图详细描述本发明的实施例。附图所示：
图1是一个内燃机，
图2是用于确定环境压力的各种方程式，
图3是流程图。
结构或功能相同的元件在各图之间用相同的标记表示。
内燃机(图1)包括进气系统1，发动机缸体2，气缸头3和废气系统4。进气系统1最好包括压缩机19，增压空气(进气空气)冷却器31，节流阀5和进气管7，该进气管道朝着气缸Z1-Z4的方向经进气道通入发动机缸体2的燃烧室9中。与压缩机19并联布置有第一旁通管道27，它配有第一旁通阀21。发动机缸体2包括曲轴8，曲轴经连杆10与气缸的Z1-Z4的活塞11耦联。内燃机最好是一个气缸充气率受控制的内燃机并且最好布置在汽车中。
气缸头3包括具有至少一个进气阀12，至少一个排气阀13和气阀传动装置20，24的气门机构。气缸头3此外包括喷射阀22和火花塞23。或者，喷射阀22也可以布置在进气管7中。
废气系统4包括与压缩机19机械耦联的涡轮机37。压缩机19和涡轮机37最好一起形成内燃机的涡轮增压器。与涡轮机37并联地布置第二旁通管道33，它包括第二旁通阀35。
吸入的空气通过空气过滤器15和通过布置在空气过滤器15的下游的空气质量测量计17进入到布置在空气质量测量计17的下游的内燃机的压缩机19中。旁通管道27的第一旁通阀21通常是关闭的并且仅仅在内燃机的设定的负载转变情况下，如例如在从内燃机的一种被增压的运行状态转变到一种非增压的运行状态时的负载转变情况下，被打开。增压的运行状态的特征最好在于，在压缩机19的下游和在节流阀5的上游存在的增压压力PUT高于在进气系统1外部存在的环境压力AMP。通过压缩机19被压缩的空气经布置在压缩机19的下游和在节流阀5的上游和用于冷却该被压缩的空气的增压空气冷却器31达到节流阀5并且在此之后在下游经布置在节流阀5的下游的进气管7和经进气阀12进入气缸Z1-Z4的燃烧室9。在借助于喷射阀22供给设定数量的燃料和经气缸Z1-Z4的活塞11压缩之后，空气/燃料混合物借助于火花塞23被点燃。由空气-/燃料混合物燃烧产生的废气经排气阀13供给到废气系统4，废气在此处通过涡轮机37例如被输送给催化净化器。第二旁通阀35在此情况下可以被如此地控制，使得一部分废气被引导从涡轮机37旁边通过并且由此控制涡轮机37的转速和与涡轮机37机械耦联的压缩机19的转速。
设置有控制单元25，它配有传感器，这些传感器探测不同的测量参数并且分别确定这些测量参数的值。控制单元25也可以称为用于运行内燃机的装置。
增压空气冷却器31最好具有一个差压传感器29。差压传感器29被设计用于测量在压缩机19的下游和在节流阀5的上游存在的增压压力的PUT和在进气系统1外部存在的环境压力AMP的差压PUT_AMP_DIFmes。在节流阀5的下游布置的进气管7配有进气管压力传感器34，它被设计用于探测进气管压力MAP。
环境压力AMP在控制单元25中被用于模拟内燃机的性能和在环境压力变化情况下使节流阀或其它内燃机的其它致动器，如例如喷射阀22或火花塞23或旁通阀21和/或35的控制相应于环境压力变化相适配。因此，例如为了可靠地控制或调节涡轮机37和压缩机19的转速，最好要求掌握环境压力AMP。
依据图2详细描述对环境压力AMP的确定。等式F1是差压PUT_AMP_DIFmes，它借助于差压传感器29探测。差压PUT_AMP_DIFmes由在压缩机19的下游和在节流阀5的上游存在的增压压力PUT和在进气系统1外部存在的环境压力AMP之间的差求出。由于差压传感器29最好不作为绝对压力传感器设计，因此可以借助于差压传感器29最好不单独地探测增压压力PUT和环境压力AMP。
按照等式F2，通过等式F1的相应变换，计算地得到环境压力AMP。按照等式F2可以依据增压压力PUT求出环境压力AMP。
内燃机的每个转速与一个所谓的特性节流阀开度(开口)TPS_U相关联。该特性节流阀开度TPS_U通常与空气质量流在节流阀5上的设定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U相关联。在节流阀5的开度大于或等于特性节流阀开度TPS_U的开度时，在节流阀5上的该设定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U不再减小并且由此基本上可以认为是恒定的。内燃机的每个转速由此被分别配设一个设定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U(等式F8)。最好借助于一个基准内燃机在设定的转速下确定各设定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U并且存储在控制单元25的存储器中。如果在内燃机的一个设定的转速下，例如借助于节流阀调节传感器，探测节流阀5的一个开度，该开度大于或等于与转速配属的特性节流阀开度TPS_U的开度，那么可以依据存储在控制单元25的存储器中的数据，依据转速和特性节流阀开度TPS_U，提供设定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U的值。通常设定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U在特性节流阀开度TPS_U下由空气质量流通过节流阀5的管内摩擦导致。在节流阀5上的被确定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U也可以在内燃机的增压的运行状态中确定。
按照等式F4由增压压力PUT和进气管压力MAP的差得到经节流阀5的压力降。进气管压力MAP最好可以借助于进气管压力传感器34确定。或者，也可以以计算的方式依据进气管充气模型，基于节流阀开度，内燃机转速和可能的其它测量参数确定进气管压力MAP。
由于经节流阀5的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U在一个大于或等于特性节流阀开度TPS_U的开度的开度下和在内燃机的设定的转速下是已经给定的，因此也可以在内燃机的增压运行中在对等式F4相应变换之后依据等式F6确定增压压力PUT。
由此依据已经给定的参数，如经节流阀5上的设定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U在特性节流阀开度TPS_U、借助于进气管压力传感器34测得的进气管压力MAP和借助于差压传感器29测得的差压PUT_AMP_DIFmes，得出增压压力PUT。由此可以依据等式F10特别简单地和可靠地确定环境压力AMP。
备选地，可以借助于差压传感器29，在设定的环境压力下，例如在所示的确定环境压力AMP之后，也特别简单地和可靠地确定增压压力，尤其是当附加的环境压力传感器布置在压缩机19的下游和在节流阀5的上游时。最好可以使用借助于该附加的环境压力传感器测得的环境压力，通过与测得的环境压力比较，来检查该确定的环境压力的可信度。此外，可以依据借助于环境压力传感器测得的环境压力确定增压压力并且通过与确定的增压压力比较来检查可信度，该确定的增压压力在借助于特性节流阀开度TPS_U下被确定的。
控制单元25最好作为用于运行内燃机的装置被设计用于处理程序，其将依据图3详细说明。
在步骤S1中，开始程序。在步骤S2中探测当前的节流阀开度TPS_U的开度和内燃机的当前的转速N。依据测得的内燃机转速N确定特性节流阀开度TPS_U的开度。在步骤S4中将测得的节流阀开度TPS_U的开度与确定的特性节流阀开度TPS_U的开度比较。如果节流阀开度TPS_U的当前的开度小于特性节流阀开度TPS_U的开度，那么重新测量当前的转速N和节流阀开度TPS_U的当前的开度TPS。如果节流阀开度TPS_U的当前的开度大于或等于特性节流阀开度TPS_U的开度，那么在步骤S6中依据转速N和特性节流阀开度TPS_U的确定的开度确定在节流阀5上的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U。在节流阀5上的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U最好被存储在控制单元25中。在步骤S8中随后依据最好可以由进气管压力传感器34探测的进气管压力MAP和在节流阀5上的被确定的压力降PUT_MAP_DIFTPS_U确定出增压压力PUT。依据增压压力PUT和借助于差压传感器29测得的差压PUT_AMP_DIFmes，在步骤S10中确定环境压力AMP。在步骤S12中结束程序。但是备选地，也可以重新起动该程序。

Claims (7)

1.内燃机，包括
-进气系统(1)，它包括进气管(7)并且依据进气阀(12)的转换位置与内燃机的气缸(Z1-Z4)的燃烧室(9)连通，
-压缩机(19)，它布置在进气系统(1)中并且被设计用于压缩空气质量流，
-节流阀(5)，它布置在进气系统(1)中位于压缩机(19)的下游并且它可以节流压缩机的进入进气管(7)的压缩空气质量流，
-差压传感器(29)，它布置在进气系统(1)中并且被设计用于探测在压缩机(19)的下游和在节流阀(5)的上游存在的增压压力(PUT)与在进气系统(1)外部存在的环境压力(AMP)之间的差压(PUT_AMP_DIFmes)。
2.按照权利要求1所述的内燃机，它包括被设计用于探测环境压力(AMP)的环境压力传感器。
3.用于运行按照权利要求1或2之一所述内燃机的方法，其中，依据测得的在压缩机(19)的下游和在节流阀(5)的上游存在的增压压力(PUT)与在进气系统(1)外部存在的环境压力(AMP)之间的差压(PUT_AMP_DIFmes)，确定环境压力(AMP)。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，确定增压压力(PUT)并且依据增压压力(PUT)确定环境压力(AMP)。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，确定在节流阀(5)的下游和在进气阀(12)的上游存在的进气管压力(MAP)并且依据进气管压力(MAP)确定增压压力(PUT)。
6.按照权利要求4或5所述的方法，其中，
-确定节流阀(5)的开度，
-其中，将节流阀(5)的该确定的开度与一个特性节流阀开度(TPS_U)的设定的开度比较，其中该特性节流阀开度(TPS_U)的特征在于，在节流阀(5)的一个开度下，该开度大于或等于特性节流阀开度(TPS_U)的开度，经节流阀(5)产生的压力降(PUT_MAP_DIFTPS_U)基本上保持恒定，
-在达到特性节流阀开度(TPS_U)的设定的开度之后，确定经节流阀(5)产生的压力降(PUT_MAP_DIFTPS_U)，该压力降与节流阀(5)的一个开度相配属，该开度大于或等于所述特性节流阀开度(TPS_U)，
-在达到特性节流阀开度(TPS_U)的开度时依据确定的压力降(PUT_MAP_DIFTPS_U)确定增压压力(PUT)。
7.用于运行按照权利要求1或2之一所述内燃机的装置，它被设计用于，依据测得的在压缩机(19)的下游和在节流阀(5)的上游存在的增压压力(PUT)与在进气系统(1)外部存在的环境压力(AMP)之间的差压(PUT_AMP_DIFmes)，确定环境压力(AMP)。
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