CN102477911B - 用于运行发动机的方法、控制部件以及发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行发动机(1)的方法，所述发动机包括至少一个从曲轴箱(2)的曲轴室(3)通入进气管(10)的通风通道(18)以及用于检测输入所述发动机(1)的新鲜空气质量流量的空气量传感器(25)，其中，根据所检测出的新鲜空气质量流量来求得所述发动机(1)的至少一个气缸(6)的气缸充气度。在此提出，在运行中，确定出所述曲轴室(3)中的压力(p_kuka)并且根据所获得的、曲轴室(3)中的压力的变化(delta_p/s)来对所得出的气缸充气度进行校正。另外，本发明涉及一种用于尤其是机动车的发动机的控制设备的控制部件。此外，本发明涉及一种尤其用于机动车的发动机。

Description

用于运行发动机的方法、控制部件以及发动机
技术领域
本发明涉及一种用于运行发动机的方法，该发动机包括至少一个从曲轴箱的曲轴室通入进气管的通风通道以及用于对输入发动机的新鲜空气质量流量进行检测的空气量传感器，其中，根据所检测出的新鲜空气质量流量来求得发动机的至少一个气缸的气缸充气度/气缸充气量。
另外，本发明涉及一种尤其是机动车的发动机的控制设备用的控制部件。
此外，本发明涉及一种尤其用于机动车的发动机，该发动机具有曲轴箱和至少一个气缸，该曲轴箱形成曲轴室，所述至少一个气缸配备有进气管，其中通风通道从曲轴室通入进气管，该发动机具有空气量传感器和第一装置，该空气量传感器用于检测输入发动机的新鲜空气质量流量，该第一装置用于根据所检测出的新鲜空气质量流量来求得气缸的气缸充气度。
背景技术
开头所述类型的方法、控制部件以及发动机在现有技术中是已知的。为了使发动机运行，通常使输入发动机的燃烧室或气缸中的燃料量和新鲜空气量相互协调，从而例如在转矩和/或排气值方面实现优化的燃烧。对此已知的是，对输入发动机的新鲜空气质量流量进行检测并由此求得气缸充气度、即进入气缸中的新鲜空气量。也就是说确定预期的气缸充气度，然后能基于该预期的气缸充气度来对喷射的燃料量进行匹配。例如在公开文献DE 100 40 764 A1中描述了相应的方法。
另外已知的是，定期或持续地为曲轴箱的曲轴室通风，从而例如避免在曲轴室中出现可燃的气体/蒸气。为此，曲轴室通过通风通道与发动机的 进气管相连接。通过流经进气管的新鲜空气量流对通风通道的抽吸作用，曲轴室被通风或者说被排空。为了按需通风，在此也可以设置可操纵的阀。
已知的方法以及发动机的缺点在于，空气量传感器仅检测输入发动机的总新鲜空气量，但不考虑系统内出现的质量流的变化。因此，此前不可能考虑到或者仅能借助另外的传感器来考虑到由于曲轴室通风而额外地进入进气管的气体量，该气体量连带影响气缸充气度。
发明内容
因此，本发明的目的在于，实现一种方法、一种控制部件以及一种发动机，所述方法、控制部件以及发动机还以简单和成本低的方式对在系统内的、影响气缸充气度的质量流变化进行考虑。
基于本发明的目的通过根据权利要求1的方法来实现。该方法的突出之处在于，在运行中确定出曲轴室中的压力并根据所获得的压力变化对所求得的气缸充气度进行校正。不是设置另外的传感器，而是利用现有的系统来为实际存在的、设定气缸充气度的质量流量建模。压力室中的压力变化表明，压力室的气体或者还有蒸气被排出。在此例如由于曲轴室中的油的气化/释放气体(Ausgasen)而产生的长时间压力变化可被忽略。因此，压力是被从曲轴箱取出并被添加到进气管的新鲜空气中的气体量的标志。因此，通过获得压力室中的压力以及尤其是压力变化，可推断出对应的气体质量流量并且对此前求得的气缸充气度进行相应的校正或匹配。由此，能够以简单的方式获得关于实际存在的气缸充气度的可靠结论，这使得发动机的可靠驱控成为可能。根据本发明，进气管基本上应理解为发动机的整个进气系统。因此，进气管可以是进气系统的位于可选的涡轮增压器、尤其是排气涡轮增压器的上游或下游的部段。另外，气体量或气体质量流量的概念也可以理解成体积，该体积不是仅以气态形式存在，而是例如也包括蒸气形式的成分。
特别优选的是，为了对所求得的气缸充气度进行校正，根据所获得的压力变化来确定从曲轴室经通风通道进入进气管的气体质量流量。如上所 述，随后可通过如此确定出的气体质量流量来推断出气缸充气度。替代地可以设想到的是，直接根据压力或压力变化，例如通过与一和所获得的压力变化相对应的因数相乘来对所求得的气缸充气度进行匹配或校正。
优选的是，借助理想气体方程来确定气体质量流量。描述理想气体的条件和特征的理想气体方程原理上是已知的，因此在这里不再详细阐明。理想气体方程能够很好地近似发动机或通风通道中的实际上存在的气体条件，通过所述气体条件能导出通入发动机的进气管或进气系统的气体质量流量。另外，当借助理想气体方程来确定气体质量流量时，优选还考虑处于曲轴箱或曲轴室中的油的油温以及尤其是可应用的曲轴室体积。
根据本发明的一有利改进方案，求得气体质量流量的气体品质/特性/成分(Gasqualitaet)并且根据该气体品质来影响所确定出的气体质量流量、尤其是对所确定出的气体质量流量加权。为此，优选利用一简单的负荷模块，该负荷模块获得或确定出氧气与燃料之比。由此，不仅能够校正气缸充气度的量，而且能够校正其品质，从而在能由此而准确地匹配的燃料供给方面带来进一步的优点。优选的是，根据气体品质借助可应用的/已应用的品质因数对气体质量流量进行加权。
特别优选的是，根据发动机的运行状态、尤其是运行点/工况点来确定曲轴室中的压力。因此，曲轴室中的压力不是根据替代实施方式地通过一直接检测压力的传感器确定的，而是根据发动机的运行状态确定出的。在此，发动机的运行状态尤其应理解为不同的、尤其是与负荷和转速有关的运行点。通过改变运行点还能改变吸入作用(Sog)，该吸入作用通过通风管道作用于曲轴室并且对气体质量流量进行调节。在此，运行状态例如可通过对机动车的加速踏板的操作来确定和/或通过来自于发动机的控制设备的数据来确定。特别优选的是，借助PT1滤波器或PT1件、尤其是PT1低通滤波器来确定压力或为压力建模(modelliert)。
根据本发明的一有利改进方案，根据发动机的运行状态借助至少一个特征曲线和/或至少一个特征曲线族来确定压力。因此，优选在发动机的不同的运行状态下获得所述压力，并且在一非易失性存储器中将该压力保存 或应用在特征曲线和/或特征曲线族中。随后，可在运行中引用如此建立的特征曲线族或特征曲线，并且以简单、快速的方式确定曲轴室中的压力。
优选的是，在确定曲轴室中的压力时考虑环境温度和/或环境压力。因此，尤其根据环境温度和/或环境压力从上述的不同特征曲线或特征曲线族中选出一个。同样能设想到的是，规定在发动机的运行点附近包含或考虑了环境温度和/或环境压力的特征曲线族。所述环境压力可例如从高度数据(Hoehendaten)求得和/或借助相应的压力传感器确定。
有利的是，根据经校正的气缸充气度对输入相应气缸的燃料量进行匹配，以获得优化的燃烧。
因此，根据本发明的方法总体上能够根据通过空气量传感器检测的新鲜空气质量流量以及所确定出的、从曲轴室进入进气管中的内部气体质量流量来调节出优化的燃料量。
根据本发明的发动机控制设备的控制部件的突出之处在于，在该控制部件上存储有程序，该程序能在计算机上、尤其是微处理器上运行并且适用于执行根据上述的实施方式中的一项或多项所述的方法。
根据本发明的发动机具有权利要求10的特征。该发动机的突出之处在于包括第二装置，该第二装置用于确定曲轴箱的曲轴室中的压力以及用于尤其是根据上述的实施方式中的一项或多项所述的方法、根据所获得的曲轴室中的压力变化对所求得的气缸充气度进行校正。
附图说明
下面，借助附图更详细地阐明本发明。其中示出：
图1示出发动机的简化视图；
图2示出根据本发明的用于运行该发动机的方法的流程图；以及
图3示出该方法的一改进方案的流程图。
具体实施方式
图1示出机动车的发动机1的简化视图，该机动车在此未被详细示出。 该发动机1包括曲轴箱2，该曲轴箱形成了曲轴室3。发动机1的曲轴4能转动地支承在曲轴室3中。油底壳/润滑油油面(Oelhobel)23以及由曲轴驱动的连杆5也位于曲轴室3中，该连杆与能在气缸6中沿轴向移动的活塞7以常规方式连接。气缸6向上由发动机1的气缸盖8封闭，其中在该气缸盖中构造有进气口9，用于将新鲜空气输入气缸6中的进气管10通入该进气口中。该进气口9能被可操纵的气门11关闭和打开。另外，气缸盖8具有排气口12，该排气口接入排气通道中并且能被可操纵的气门13打开和关闭。因此，气缸6、气缸盖8和活塞7形成发动机1的燃烧室14。发动机1合理地具有多个这类的燃烧室并且就这点而言与常规的发动机一致，因此在此不再详细探讨。通入一个或多个燃烧室中的进气通道10从排气涡轮增压器15的压缩机的排出侧伸出。排气涡轮增压器15的压缩机的进入侧又与空气滤清器16相连接。
另外，发动机1具有通风装置17。该通风装置17包括通风通道18和压力调节阀20，该通风通道的取出口19位于曲轴室3中，借助该压力调节阀能使曲轴室3经过通风通道18与发动机1的进气系统相连接。为此，通风通道18在压力调节阀20的下游构造成两部分，其中第一部分18′在排气涡轮增压器15下游通入进气管10中，而第二部分18″在空气滤清器16与排气涡轮增压器15之间通入进气系统中。在(第一)部分18′和(第一)部分18″中均设置有止回阀。此外，在压力调节阀20的上游连有油分离装置21，该油分离装置从由燃烧室3中取出的介质中分离出油并且经过回油管线22将油引回曲轴箱2的油池中。油分离装置在原理上是已知的，因此这里不再对其进行详细探讨。
另外，发动机1包括控制单元24，该控制单元作为马达控制装置运行发动机1。为了针对调节燃烧室14中的与需求相应的优化燃烧来调节燃料气体混合物，控制单元24与空气量传感器25相连接，该空气量传感器在空气滤清器16与排气涡轮增压器15之间布置在进气系统中并且对经空气滤清器16流入该进气系统中的新鲜空气质量流量进行检测。控制单元24根据所检测出的新鲜空气质量流量计算出气缸充气度、即输入燃烧室14 的新鲜空气量。控制装置24根据该气缸充气度确定出待喷射的燃料量。虽然设置有用于喷射燃料的装置，但是该装置在视图中没有示出并且是技术人员所充分已知的，因此这里不再详细探讨该装置。
在运行中，如通过箭头标明地，新鲜空气从空气滤清器流入排气系统并且经过排气涡轮增压器15和进气管10流入燃烧室14中。在进气系统中，在通风通道18的通口位置处由于在流过该通口的新鲜空气而产生吸入作用，在压力调节阀20被相应地打开或调节的情况下该吸入作用引起：从曲轴室3吸入气体并使之与新鲜空气相混合。根据如何调节压力调节阀20，从压力室3取出的气体在排气涡轮增压器15的上游或排气涡轮增压器15的下游与新鲜空气混合。通过该吸入作用产生的、经过通风通道18与新鲜空气混合的气体质量流量影响气缸充气度，也就是说影响燃烧室14中的气体体积和气体成分，而这是不能通过空气量传感器25来识别的。
因此有利的是，控制单元24具有控制部件，该控制部件适用于实施图2以流程图示意性示出的方法。该方法在第一步骤26中规定：确定出曲轴室3中存在的压力p_kuka。如果压力调节阀20被调节成打开通道18′或者打开通道18″，则曲轴室3中的压力基本上仅与发动机1的运行状态相关地改变。通过在转速和/或转矩方面改变运行状态、尤其是运行点，便改变了输入发动机1的、流经进气管10的新鲜空气质量流量，进而改变了经通风通道18从压力室3取出的气体质量流量。因此，曲轴室压力p_kuka与运行状态或运行点相关地出现。优选的是，由控制单元24根据发动机1的所设定的运行状态来确定曲轴室压力。为此，尤其设有至少一个特征曲线族和/或特征曲线，由该特征曲线族和/或特征曲线能根据运行状态提取出当前的曲轴室压力。在发动机1投入使用之前，合理地通过试验为特征曲线族或特征曲线提供数据(bedatet)。
在随后的步骤27中，将当前确定出的曲轴室压力与一时间上在先的曲轴室压力相比较，以得出曲轴室3中的压力变化，或者求出曲轴室压力的时间导数(d/dt)。如果得出压力的变化或者说压力变化delta_p/s，则在随后的步骤28中借助理想气体方程来计算出或确定出由于该压力变化引 起的、流经通风通道18的气体质量流量ml_kuka。这时，通过根据气体质量流量来对(由新鲜空气质量流量)求得的气缸充气度进行校正，便能够由气体质量流量和所检测出的新鲜空气质量流量求得发动机1的燃烧室14的气缸充气度。由此，又能够根据经校正的气缸充气度确定出为获得优化燃烧而应与气缸充气度相混合的、匹配的燃料量。
优选的是，在另一步骤29中对所确定出的气体质量流量进行校正。为此，在步骤30中借助负荷模块来求得从曲轴室3取出的气体质量流的气体品质，也就是说求得其氧气与燃料之比。在步骤29中，通过所获得的或所确定出的气体品质来影响气体质量流量，尤其是对该气体质量流量进行加权，从而使用经加权的气体质量流量来校正气缸充气度。
图3示出上述方法的一改进方案，其中，已知的部件具有相同的附图标记，关于这些已知部件请参见上文。下面，基本上仅探讨不同之处和/或补充之处。
根据该改进的实施例，步骤26的突出之处在于三个子步骤31、32、33。在第一子步骤31中，将所谓的相对负荷rl和高度因数(Hoehenfaktor)fho作为输入值输入第一特征曲线族，该相对负荷是气缸充气度或输入的新鲜空气质量流量的标志，从该特征曲线族获取一经高度校正的负荷值rlfho。在子步骤32中，根据所述经高度校正的负荷值rlfho以及发动机转速nmot，借助另一特征曲线族来确定出稳定/静态的相对曲轴室压力p_roh。在子步骤33中，该稳定的相对曲轴室压力p_roh被引导经过PT1低通滤波器，该PT1低通滤波器的时间常数T可被利用以获得曲轴室中的压力或者说曲轴室压力p_kuka。
在随后的步骤27中，求出曲轴室压力p_kuka的时间导数以获得压力变化delta_p/s，该压力变化在步骤28中被输入理想气体方程。还将曲轴室体积Vkuka和油温To、即位于曲轴室或油池中的油的温度作为另外的参量输入该理想气体方程。如上所述，由此总体上得到例如以千克每小时为单位的气体质量流量ml_kuka。
在随后的步骤34中，对该气体质量流量进行第一加权。为此，使用如 下的特征曲线，该特征曲线尤其是仅在获得或求得超过一可规定的最小值的压力变化或气体质量流量的情况下考虑将气体质量流量用于进一步确定。
在随后的步骤中，所考虑的气体质量流量ml_kuka被加权以负荷因数，以获得经校正的气体质量流量ml_kuka_korr。为此，在步骤30中，在第一子步骤35中根据发动机转速和相对负荷在一特征曲线族中确定出时间常数，在第二子步骤36中为借助积分器计算出积分而使用代表气体质量流量中的氧气与燃料之比的负荷因数。在又一子步骤37中，借助另外的特征曲线对该负荷因数加权，在步骤29中将其与经加权的气体质量流量ml_kuka相乘，以获得经校正的气体质量流量ml_kuka_korr。
因此，空气量传感器25和控制单元24涉及第一装置38，该第一装置用于根据所检测出的新鲜空气质量流量来求得气缸充气度。在此，至少是控制单元24、集成在所述控制单元中的上述控制部件以及相应保存的特征曲线族和/或特征曲线形成第二装置39，该第二装置用于确定出压力p_kuka以及根据所出现的、从曲轴室3进入进气管10的气体质量流量对所求得的气缸充气度进行校正。
总而言之，本发明由此简单地实现了在确定气缸充气度时对在曲轴室3通风时所产生的发动机内部气体流进行考虑。在此，在从曲轴室向进气系统通风或从曲轴室向进气管10通风时实现的气体质量流的量和品质都得到考虑。
附图标记列表
1发动机
2曲轴箱
3曲轴室
4曲轴
5连杆
6气缸
7活塞
8气缸盖
9进气口
10进气管
11气门
12排气通道
13气门
14燃烧室
15排气涡轮增压器
16空气滤清器
17通风装置
18通风通道
18′第一部分
18″第二部分
19取出口
20压力调节阀
21油分离装置
22回油管线
23油底壳
24控制单元
25空气量传感器
26步骤
27步骤
28步骤
29步骤
30步骤
31子步骤
32子步骤
33子步骤
34步骤
35第一子步骤
36第二子步骤
37子步骤
38第一装置
39第二装置。 

Claims (11)

1.一种用于运行发动机(1)的方法，所述发动机包括至少一个从曲轴箱(2)的曲轴室(3)通入进气管(10)的通风通道(18)以及用于检测输入所述发动机(1)的新鲜空气质量流量的空气量传感器(25)，其中，根据所检测出的新鲜空气质量流量来求得所述发动机(1)的至少一个气缸(6)的气缸充气度，其特征在于，在运行中确定出所述曲轴室(3)中的压力(p_kuka)并根据所获得的、所述曲轴室(3)中的压力变化(delta_p/s)对所求得的气缸充气度进行校正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了对所求得的气缸充气度进行校正，根据所获得的压力变化来确定从所述曲轴室(3)经所述通风通道(18)进入所述进气管(10)的气体质量流量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助理想气体方程来确定所述气体质量流量(ml_kuka)。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，求得所述气体质量流量(ml_kuka)的气体品质并且根据所述气体品质来影响所确定出的气体质量流量(ml_kuka)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，求得所述气体质量流量(ml_kuka)的气体品质并且根据所述气体品质来对所确定出的气体质量流量进行加权。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述发动机(1)的运行状态来确定所述曲轴室(3)中的压力(p_kuka)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述发动机(1)的运行点借助PT1滤波器来确定所述曲轴室(3)中的压力(p_kuka)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述发动机(1)的运行状态借助至少一个特征曲线和/或至少一个特征曲线族来确定所述压力(p_kuka)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在确定所述曲轴室(3)中的压力(p_kuka)时，考虑环境温度和/或环境压力。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据经校正的气缸充气度对输入相应气缸(6)的燃料量进行匹配。
11.一种用于机动车的发动机(1)，所述发动机包括形成曲轴室(3)的曲轴箱(2)和至少一个气缸(6)，所述至少一个气缸配备有进气管(10)，其中通风通道(18)从所述曲轴室(3)通入所述进气管(10)，所述发动机具有空气量传感器(25)和第一装置(38)，所述空气量传感器用于对输入所述发动机(1)的新鲜空气质量流量进行检测，所述第一装置用于根据所检测出的新鲜空气质量流量求得所述气缸(6)的气缸充气度，其特征在于，所述发动机具有第二装置(39)，所述第二装置用于根据权利要求1-10中任一项所述的方法确定出所述曲轴箱(2)的所述曲轴室(3)中的压力以及根据所获得的、所述曲轴室(3)中的压力的变化来对所求得的气缸充气度进行校正。
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