CN103527323A - 用于查明确定时间间隔中可达到的内燃机气缸进气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于查明车辆的内燃机在确定的时间间隔中可达到的气缸进气的方法。在此，在确定的时间间隔中，与内燃机的当前的运行参量（11、12、14）以及进气系统调整元件、特别是节气门的动态相关地，来查明内燃机的进气系统、特别是进气管和增压空气管路的进气性能（41）。与进气系统的被查明的进气性能（41）相关地以及与经由增压器的进气建立（36）来查明在确定的时间间隔中可达到的气缸进气（44）。

Description

用于查明确定时间间隔中可达到的内燃机气缸进气的方法

技术领域

本发明涉及一种用于查明在确定的时间间隔中可达到的内燃机气缸进气的方法，以及一种为此设置的计算机程序、一种电子存储介质和一种电子控制设备。

背景技术

为了协调负载控制器，由发动机控制器将各种不同的瞬时参量提供给动力总成和辅助机组。当前，由发动机控制器提供了对于当前的边界条件最大可能的静态力矩作为参量。该计算在此例如仅考虑静态当前的状态参量，而并不考虑进气系统或增压系统的动态进气性能。此外，查明最大允许的力矩，其决定性地通过组件保护来影响。

因此由DE 196 16 960 C2已知了一种装置，其用于在启动和/或换挡过程中，利用用于在假设最可能的内燃机瞬时控制时确定最大可达到的瞬时发动机转矩的措施，自动地调节在带有内燃机的机动车的驱动系中布置的离合器。对燃料喷射进行最大控制时可达到的瞬时发动机转矩在此取决于当前的状态参量，例如转速、增压压力、温度等。发动机转矩被输送给限制器，该限制器将该值限制为允许的最大值。

对于很多应用情况来说，使用最大可达到的静态力矩和允许的最大力矩是有问题的，这是因为对于在确定的将来的时间点哪个最大转矩是可能的来说，这两个值仅是非常不可靠的参考点。例如在大多数情况下，最大允许的转矩对此过高。

发明内容

为了查明内燃机在确定的时间间隔中最大可达到的气缸进气而提出了一种根据权利要求1的方法。在此考虑内燃机的进气系统的动态进气性能。特别是，与对于进气系统在确定的持续时间中被预测的最大进气性能相关地来查明可达到的气缸进气。与进气系统的调整元件、特别是进气管中的节气门的动态相关地来查明所述进气性能。所述查明与调整元件的当前位置以及由于完全打开调整元件而引起的延迟相关地来实现。此外，对进气性能的查明取决于进气系统或内燃机的物理状态参量、例如压力参量、如增压压力和进气管压力。此外，在确定的时间间隔中可达到的气缸进气取决于：哪种最大进气可以有利于在内燃机中存在的增压系统（例如废气涡轮增压器）。

通过预测或计算在确定的时间中最大可达到的气缸进气（或与此相应最大可达到的转矩），可以由进行查明的单元（特别是发动机控制器）将该值用于控制或调整，或者把该值提供给其它单元（如辅助机组或其它的控制单元）以用于控制或调整。对于多个控制-或调整过程来说需要说明：那种最大力矩在确定的操控或调节持续时间中会出现。对此此前应用的参量、如静态的最大转矩或最大允许的转矩在此属于不可靠的参量。瞬时最大可达到的转矩仅静态地考虑当前的状态参量（例如恒定的转速、恒定的环境参量）并且如果节气门完全打开则进行内插（interpolieren）。最大允许的转矩通常过大。恰好在低转速时，最大允许的转矩在所考虑的时间段中基于输出条件而根本不能达到。因此预测的最大转矩有利于改进这种控制过程。

如果在当前的时刻并且当前的发动机状态时要求全负荷，则该动态的、预测出的转矩在此相应于会在确定的将来的时刻出现的力矩。借助于该参量可以改进车辆中的各种不同组件的共同作用。这例如涉及力矩干涉、变速器干涉或在混合系统中电动机和内燃机之间的力矩协调。

优选地，前述的最大可达到的进气通过点火角效率和λ效率换算成最大可达到的转矩。这可以使得大多数基于参量转矩的控制能最佳地使用被查明的值。

在一种优选的变型中，用于预测的确定的持续时间取决于一控制单元需要用于相应的控制或调节干涉的时间来选择。由此，被计算出的参量可以灵活地匹配于相应的控制单元的要求。在此，该持续时间优选地相应于为此所需的时间。当然在一种替代地的设计方案中也可以给出固定的持续时间，由此可以对模型化进行简化，并且节约资源地并且迅速地执行计算。

在一种优选的设计方案中，可达到的转矩被传输给特别是双离合变速器的变速器控制装置，该变速器控制装置基于可达到的转矩控制或调节切换过程。在此，确定的持续时间尤其会取决于切换过程需要的时间。通过传输转矩参量可以实现特别舒适并且平缓的切换过程。

优选地，与在完全打开调整元件时的理论进气和被查明的当前的进气相关地来查明进气系统的进气性能。可以与通过增压器的质量流和在增压器上的当前的压缩比相关地、与被查明的发动机转速相关地以及与被查明的环境参量、特别是环境压力和环境温度相关地，来查明增压器的进气建立。

优选地，在车辆的发动机控制设备中进行查明。所述查明同样优选借助于在发动机控制系统的存储器内的软件中存储的模型来实现。

附图说明

图1示出了一种用于预测进气系统的进气性能的方法。

图2示出了一种用于预测最大可达到的气缸进气的方法。

具体实施方式

根据实施方式在图中示意性示出本发明并且下面参照附图对本发明进行详细说明。

对于各种不同的控制和调节过程来说，有价值的参量是转矩，如果要求在目前的时刻和当前的发动机状态时全负荷，则该转矩会在确定的时间间隔中出现。内燃机的、在确定的将来的时刻或在确定的将来的时间间隔中最大可达到的转矩可以基于直至那时最大可达到的气缸进气来查明。为了预先确定这种气缸进气，基于被查明的当前内燃机状态参量来考虑进气系统的动态或者说动态情况（Dynamik）。对此，根据进气系统的调整元件（例如节气门）的动态、进气系统的进气性能（例如进气管的进气性能、增压空气管路的进气性能或进气管和增压空气管路的进气性能）的动态、以及进气系统的增压的动态（例如通过涡轮增压器）来确定最大可达到的气缸进气。

在考虑调整元件的动态时，优选地基于此，即调整元件从其当前位置以最大速度被完全打开。此外，基于进气系统的增压装置的最大值。伴随着这些设想，基于进气系统或整个内燃机的被查明的当前状态（转速、压力值、环境参量），优选通过在发动机控制器中存储的模型或在发动机控制器中存储的特性曲线族来查明，在预定时间内可达到哪种最大的气缸进气。

如果调整元件已经完全打开，则与调整元件和进气系统的随之出现的进气性能的动态无关地来查明最大可达到的气缸进气。在这种情况下，首先与经由增压系统建立的进气相关地进行查明。相反如果节气门完全或部分地关闭，则总体考虑调整元件动态、进气系统的动态进气性能以及经由增压器的动态进气建立。

优选地，多级地查明动态地最大可达到的气缸进气、即被预测的气缸进气。在第一级中，进气系统的进气性能与进气系统的调整元件的动态相关地被查明（进气建立的快速部分），并且在第二级中与进气性能和经由进气系统的增压装置建立的进气（进气建立的缓慢部分）相关地来查明可达到的气缸进气。

因此在第一级中，查明进气系统（特别是进气管和增压空气管路）的进气性能。与增压装置的动态分量无关、但是与调整元件（特别是节气门）或相应的调节器（特别是节气门调节器）的动态相关地进行查明。与多个或所有下列物理参量相关地进行查明：（被查明的当前的）增压压力、（被查明的当前的）进气管压力、（被查明的当前的）气缸进气、在调整元件完全打开时的理论进气、（被查明的当前的）凸轮轴位置、（被查明的当前的）发动机吸收性能（Motorschluckverhalten）、（被查明的当前的）气缸中的残余气体份额。残余气体份额和发动机吸收性能在此可以与凸轮轴位置相关地来查明。

图1示意性地示出了一种优选的用于预测进气系统的、特别是进气管和增压空气管路的进气性能的方法。在此在步骤1中与被查明的当前增压压力11和被查明的当前进气管压力12相关地来确定用于进气系统的进气性能的第一值13。为此优选地构成进气管压力12和增压压力11 的比例关系，并且基于特性曲线族来确定相应于该比例关系的调整元件动态。给出的值13因此相应于代表了由于调整元件的打开过程而引起的延迟的因数。在该调整元件动态中优选地进入一个确定的时间间隔，在该时间间隔中要查明对可达到的进气的预测。这可以通过下述方式实现：固定地使用时间值，例如特性曲线族以该时间值为基础，或者能可变地考虑该时间值来实现，例如该时间值表示特性曲线族的另一个维度。

在步骤2中根据在调整元件最大程度打开时查明的理论进气15和被查明的当前进气14来求得值16。值16特别是通过在最大程度打开时的理论进气15减去当前进气14而构成的差值来计算。如果节气门完全打开，则在此得出该值为零。如上面说明的，在此情况下所述预测以实际的当前进气值和增压器动态为基础，而并不被调整元件动态所影响。差值16在步骤3中与用于调整元件动态的值13相关联，特别是通过乘法。在实际的进气14和在调整元件最大程度打开时可能的进气15之间的差值因此这样被加权，即调整元件不能立即被打开，而是由于打开过程出现了延迟。由此被求得的值17在步骤4中与值18相关联。值18在此是与实际的进气14相关的值，优选地等于实际的进气14。在步骤4中的关联优选地是加法。输出值19因此代表了进气系统与调整元件（或相应的调节器）在预定的时间段中的动态相关的进气性能。利用在实际的进气值14和在最大程度打开时理论上可达到的进气值15之间的加权差值，对输出值——在该优选的实例中是实际的进气值14——进行修正，其中加权因数13取决于调整元件的打开动态。因此输出值19是在无增压器效果时仅基于调整元件-和进气系统动态可达到的最大进气。

在第二级中，查明通过进气系统的增压器系统的进气量。与进气系统的在第一步骤中查明的进气性能以及在预定的时间段内经过增压器的进气建立的动态相关地进行查明。与多个或所有下列物理参量相关地进行查明：（被查明的当前的）经过压缩机的质量流、增压器的压缩机处的（被查明的当前的）压力比、（被查明的当前的）增压压力、（被查明的当前的）进气管压力、（被查明的当前的）发动机转速、（被查明的当前的）环境参量（尤其是环境压力和环境温度）。

在图2中示意性示出了用于预测最大可达到的气缸进气的一种优选的方法。为此在步骤21中与起始值39以及发动机转速33和增压器34的压缩机上的压力比相关地来查明值36，该值代表可通过增压器附加地提供的进气。增压器34的压缩机上的压力比被查明作为在压缩机之前的压力比和在压缩机之后的压力比之间的比例关系。起始值39优选地是在第一级中作为最终值输出的、可在无增压器效果时仅基于调整元件-和进气系统动态而达到的最大进气，即输出值19，该输出值代表了进气系统在预定的时间段中与调整元件（或相应的调节器）的动态相关的进气性能。在步骤21中优选地将该值39与一值相乘，该值与发动机转速33相关，并且与因此查明的值和压缩机34上的压力比相关地借助于特性曲线族来确定：在考虑的时间段中附加地通过增压器要期望哪些进气差。因此在该确定中，或者在特性曲线族中包括为预测确定的时间间隔中增压器的动态。这可以通过下述方式来实现：固定地使用时间值，例如特性曲线族以该时间值为基础，或者可变地考虑该时间值，例如该时间值表示特性曲线族的另一个维度。

在步骤22中与增压压力31和进气管压力32相关地查明进气系统（特别是进气管和增压空气管路）的进气性能。这优选地类似于图1中的步骤1进行，其中步骤22能以作为步骤11的另一个特性曲线族为基础。相应的值37在步骤23中与值36（特别是通过乘法）相关联。由此对由增压器在相应的时间间隔中可期望的进气差基于进气系统的进气性能以及调整元件动态进行加权。得出的值39在步骤25中（特别是通过乘法）利用修正值38来进行修正。该修正值在步骤24中取决于环境参量，例如环境压力或环境温度来查明。被修正的值40在步骤26中与代表了进气系统的动态进气性能并且优选地相应于图1的输出值19查明的值41相关联（特别是通过加法）。因此在此将通过增压系统在考虑的时间间隔中可额外提供的进气与通过调整元件动态和进气系统动态在考虑的时间间隔中可达到的进气相加。因此得出的值42代表了最大可达到的气缸进气。

在步骤27中，该值42还利用静态的最大气缸进气43来限制。静态的最大气缸进气43例如被预测为那种（理论上的）气缸进气，如果假设当前参量—环境压力、环境温度、转速为恒定，节气门完全打开，并且增压器提供最大值，则在无限的等待时间之后得到这种气缸进气。该静态的最大气缸进气43优选地同样被限制，更确切地说通过在当前的状态参量时基于组件保护而最大允许的进气被限制。允许的气缸进气优选地取决于当前的转速以及必要时例如由特征曲线中获得的其它参量来确定。得出的值44因此对应于值42，只要该值低于静态的最大（并且因此也是最大允许的）进气43，否则相应于值43。

随后，因此查明的、在确定的时间间隔中从内燃机的实际状态出发最大可达到的气缸进气（受制于最大允许的气缸进气）可以优选地基于点火角效率（Zündwinkelwirkungsgrad）和λ效率（Lambda－Wirkungsgrad）换算成最大可达到的转矩。

随后，例如由进行查明的发动机控制器将如此查明的最大可达到的转矩传输给另一个控制设备。优选地，将该值传输给变速器控制装置。因此例如双离合变速器的变速器控制装置可以基于提供的参量明显更好地控制切换过程。对于尽可能优化的离合过程来说，变速器需要的信息是：在切换过程中最大会出现哪种转矩。参量（a）静态的瞬时最大力矩（基于当前的状态参量并且在假设节气门最大程度打开并且无限的等待时间的情况下来计算），以及（b）最大允许的力矩在此仅是不充分适合的。如果已知了最大可期待的力矩，则通过变速器可以这样精确地预加压紧力，使得对该最大力矩进行补偿。如果恰好是这种情况，则在换挡时可以实现精确的过渡。基于通常过高的最大允许的转矩值可设计明显过高的压力，由此出现在换挡时的急冲和不良的启动性能。

在一种优选的设计方案中，为了查明最大可达到的力矩而引入一个持续时间，其取决于控制过程的持续时间，为该控制过程查明参量，并且将该参量传输给控制单元。例如上述换挡过程的持续时间在100ms和1s之间的范围内。对持续时间为400ms的控制过程来说，作为待传输的力矩参量，优选需要查明：在当前时刻要求全负荷时在400ms的时间间隔中（在遵守最大允许的力矩的下）将会最大达到哪个力矩。

Claims (15)

1. 一种用于查明车辆的内燃机在确定的时间间隔中能达到的气缸进气（44）的方法，其中在确定的时间间隔中，与内燃机的当前的运行参量（11、12、14）以及表征进气系统的调整元件、特别是节气门的动态的值相关地，来查明内燃机的进气系统、特别是进气管和增压空气管路的进气性能（41），并且其中与进气系统的被查明的进气性能（41）相关地以及与经由内燃机的增压器的进气建立（36）相关地来查明在确定的时间间隔中能达到的气缸进气（44）。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中与所述能达到的气缸进气（44）相关地、特别是通过点火角效率和λ效率来查明在确定持续时间中能达到的转矩。

3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述能达到的转矩被传输给车辆的控制单元，所述控制单元与所述最大能达到的转矩相关地来控制或调节一功能。

4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述确定的持续时间取决于控制单元需要用于控制或调节的时间。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中进气系统的进气性能与由于打开调整元件引起的延迟相关地来查明。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中与被查明的增压压力（11）和被查明的进气管压力（12）相关地来查明所述进气系统的进气性能。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中与在完全打开调整元件（15）时的理论进气和被查明的当前的进气（14）相关地来查明进气系统的进气性能。

8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中与增压器上的当前的压缩比（34）相关地查明经由增压器的进气建立。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中与被查明的发动机转速（33）和/或被查明的环境参量（35）、特别是环境压力和环境温度相关地来查明经由增压器的进气建立。

10. 根据权利要求3至9中任一项所述的方法，其中能达到的转矩被传输给特别是双离合变速器的变速器控制装置。

11. 根据权利要求10所述的方法，其中变速器控制装置与能达到的转矩相关地来控制或调节换挡过程。

12. 根据权利要求14所述的方法，其中确定的持续时间与需要用于换挡过程的时间相关。

13. 一种计算机程序，所述计算机程序设计用于执行根据权利要求1至12中所述的方法之一的所有步骤。

14. 一种电子存储介质，在所述电子存储介质上存储了根据权利要求13所述的计算机程序。

15. 一种电子控制设备，所述电子控制设备具有根据权利要求14所述的电子存储介质。

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