CN103850815A - 确定带机械操作的节流阀的内燃机输出的额定转矩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定一额定参量（21、38）的方法，所述额定参量描述由一具有一机械地操作的节流阀（20）的内燃机（2）所输出的额定转矩（21），所述方法包括：确定所述节流阀（20）的状态（24），并且基于在所述内燃机（2）的稳定平衡中隶属于所述节流阀（20）的状态（24）的节流阀质量流量和隶属于所述额定转矩（21）的缸填充流量的对比（44），确定所述额定参量（21、38）。

Description

确定带机械操作的节流阀的内燃机输出的额定转矩的方法

技术领域

本发明一般性地涉及车辆，特别是具有内燃机的车辆。此外，本发明涉及具有一机械地操作的节流阀的内燃机输出的额定转矩的确定。

背景技术

从出版物DE 197 09 748 A1中公开了具有一经由滑车组来机械地操作的节流阀的内燃机。

发明内容

根据本发明记载了根据权利要求1所述的用于确定一具有机械地操作的节流阀的内燃机所输出的额定转矩的方法，以及根据并列权利要求所述的一种用于将由内燃机输出的实际转矩调节到一额定转矩上的方法，一种设备、尤其是一种计算单元，一种内燃机和一种计算机程序。

优选的设计方案记载在从属权利要求中。

根据本发明的一个方面，用于确定一额定参量的方法包括下列步骤，其中，所述额定参量描述了由具有一机械地操作的节流阀的内燃机所输出的额定转矩，所述方法包括：

- 确定所述节流阀的状态，并且

- 基于在所述内燃机的稳定平衡中隶属于所述节流阀的状态的节流阀质量流量和隶属于所述额定转矩的缸填充量流量的对比（Gegenueberstellung），确定所述额定参量。

上述方法基于如下考虑，在文章开头所述类型的具有机械地操作的节流阀的内燃机中，通过所述节流阀角度来预设所述额定转矩。以车辆技术为例，车辆的驾驶员利用所述节流阀角度预设一用于该车辆的总推进力矩。因此，所述额定转矩相应于用于所述车辆的总推进力矩。

基于该考虑，上述方法基于如下知识，即所述总推进力矩因此在一具有机械地操作的节流阀的内燃机中仅可经由所述节流阀且因此经由所述内燃机来呈现。这样，其它的力矩源，例如电动马达就无法参与所述车辆的推进。为此，需要一力矩协调（Momentenkoordination），其检测由驾驶员预设的总推进力矩，且之后确定，该总推进力矩的哪些部分应该通过哪种转矩源来呈现。在车辆技术的例子中描述的问题也存在于使用内燃机的其它技术领域中。

虽然可以经由所述节流阀角度来预设所述额定转矩或预设一描述所述额定转矩的额定参量，例如一用于所述内燃机的缸的额定填充量，并且该节流阀角度首先仅可由内燃机来调节。这样，可以检测所述内燃机的实际缸填充量，其直接取决于所述额定转矩或所述额定参量。由此一输出参量可用于能够利用上述的力矩协调来工作。但基于该考虑，上述方法基于如下知识，即所述内燃机的实际缸填充量不直接取决于上述的节流阀角度，因为驾驶性能过滤和其它的力矩介入例如通过行驶动态而进入到实际缸填充量中。但针对所述力矩协调需要未过滤的额定转矩，其通过所述节流阀角度预设。此外，空气系统特定的故障影响，例如朝吸入管的泄漏也进入到所述实际缸填充量中。在该情况下，所述实际缸填充量大于实际通过所述节流阀角度所意图的额定转矩。因此，必须在针对所述额定转矩的实际缸填充量的基本原理的情况下诊断并且考虑所有这些故障。

为了确定所述额定参量，也可以例如在一马达测试台上研发出特征曲线，所述特征曲线将节流阀角度一对一地配设给确定的额定参量值。但这种额外测量耗费提高了在所述内燃机研发和试运行时的费用且因此应该避免。与此无关地，所研发出的特征曲线不是普遍有效的而是取决于影响因素如高度和温度，它们必须在研发和应用所述特征曲线时予以考虑。在此，所述额定参量的值通过在基于一吸气管压力传感器、一空气质量传感器和/或一节流阀模型进行填充量检测时改变的环境条件和故障公差，而始终经受着不可忽略的不确定性。

但在上述方法的范畴中认识到，通过所述节流阀流动的空气质量在所述内燃机的稳定的（运行）情况下完全与所述缸填充量流量相应。该认知使得上述方法有利可用并且将通过所述节流阀的空气质量流量阐明为所述质量流量，利用其来填充所述内燃机的缸，以便使该内燃机运行。上述的空气系统特定的故障因素，例如在吸气管中的朝吸气管的泄漏在此不会出现，从而上述的故障识别和故障诊断是多余的。稳定的运行情况意味着，所述内燃机利用保持不变的转速和保持不变的载荷来运行。

上述方法以令人惊奇的方式也在一相比于如下的方法的明显更短的时间中提供了所述额定参量，该方法中使用实际的实际缸填充量用于确定所述额定参量。相对于所述缸填充量流量，所述节流阀质量流量可以立即地利用测量技术来检测，并且不必稳定在一稳定值上才行。相反，来自所述节流阀的空气质量流量必须首先填充所述内燃机的较长的吸气道，直到所述缸填充量流量稳定在一稳定值上并且可以用作用于所述额定参量的基准参量。

在上述方法的一种实施方式中，所述节流阀质量流量经由节流方程式（Drosselgleichung）取决于所述节流阀的状态。该实施方式基于如下考虑，即以本领域技术人员已知的节流方程式将在所述内燃机的节流阀之前和之后的压力以及温度纳入其中。在所述节流阀之前的压力以及温度可通过测量技术来检测，而在所述节流阀之后的压力在上述的稳定情况下与所述内燃机的缸中的压力相关联。因此，通过上述的两个质量流量的对比，可以计算所述节流阀之后的压力且因此计算所述内燃机的缸中的压力。

在上述方法的一种附加的实施方式中，所述缸填充量流量经由一般性气体方程式（allgemeine Gasgleichung）取决于所述额定转矩。该实施方式基于如下考虑，即本领域技术人员已知的一般性气体方程式将所述热动态的状态参量与吸入到所述缸中的空气的质量、即所述缸填充量关联起来。隶属于所述热动态的状态参量的还有前述的在所述节流阀之后的且因此在所述内燃机的缸中的压力。上述的质量首先可以为了计算所述压力而换算成一质量流量并且与通过所述节流阀的质量流量进行对比。以这种方式确定如下的压力作为压力，该压力在所述稳定的运行状态中被调节成额定填充量压力。之后，利用该额定填充量压力，可以经由所述一般性气体方程式计算所述缸填充量，也叫做额定缸填充量，利用其可以产生上述的额定转矩。

在上述方法的一种特殊的实施方式中，将所述节流阀质量流量和所述缸填充量流量为了对比而等同起来。

在上述方法的一种优选的实施方式中，将在所述内燃机的稳定平衡中（稳定运行情况下）所述节流阀质量流量和所述缸填充量流量的对比保存在至少一个特征曲线中。该实施方式基于如下考虑，即上述的节流方程式包含非线性的计算部分，其通过计算技术仅可数字地（numerisch）合理地求解。但所述节流方程式的数字的求解在所述内燃机的运行期间耗费时间。在此，利用所述特征曲线可以明显降低在所述内燃机运行期间的计算耗费。

在一种特别优选的实施方式中，所述额定参量描述了一缸填充量，利用其，所述内燃机呈现出所述额定转矩。虽然所述额定参量可以是任意其它的描述所述额定转矩的参量，或也可以是所述额定参量本身，但所述缸填充量本身能够在本领域技术人员已知的用于内燃机的控制方案中毫无问题地使用。

根据本发明的另一个方面，用于确定一额定参量的设备、尤其是计算单元，其描述了由一具有一机械地操作的节流阀的内燃机所输出的额定转矩，其中，所述设备设置用于，

- 确定所述节流阀的状态，并且

- 基于在所述内燃机的稳定平衡中隶属于所述节流阀的状态的节流阀质量流量和隶属于所述额定转矩的缸填充流量的对比，确定所述额定参量。

上述的设备可任意地以如下方式扩展，用以能够实施所记载的根据从属权利要求所述的方法之一。

在本发明的一种改进方案中，所记载的装置具有一存储器和一处理器。在此情况下，上述的方法以计算机程序的形式保存在所述存储器中，并且当所述计算机程序从所述存储器下载到所述处理器中时，所述处理器设置用于实施所述方法。

根据本发明的另一个方面，一内燃机包括上述的用于操控该内燃机的控制设备。

根据本发明的另一个方面，一车辆包括上述的用于驱动该车辆的内燃机。

根据本发明的另一个方面，一计算机程序设置用于实施上述方法的所有步骤。

根据本发明的另一个方面，在一电子存储介质上存储上述的计算机程序。

根据本发明的另一个方面，一电子的控制器具有上述的电子存储介质。

附图说明

下面参照附图详细阐释本发明的优选的实施方式。其中:

图1 示出了一内燃机的示意图；以及

图2示出了一用于操控所述内燃机的调节回路的示意图；以及

图3 示出了用于在操控所述内燃机时使用的特征曲线。

具体实施方式

在附图中相同功能或类似功能的元件以相同的附图标记表示并且仅描述一次。

参见图1，其示出了一内燃机2的示意图。

该内燃机2包括一吸气道4，经由其可将新鲜空气6以本领域技术人员已知的方式向缸8吸入。在所述缸8中，将所述新鲜空气6以本领域技术人员已知的方式与未进一步示出的燃料进行燃烧并且经由一废气道10作为废气12排出。

通过所述新鲜空气6和所述燃料的燃烧，所述内燃机2经由其缸8产生一转矩14，所述内燃机可利用该转矩例如经由一曲轴16驱动未进一步示出的车辆的车轮18。

所述转矩14还取决于，多少新鲜空气6经由所述吸气道4被吸入到所述缸8中。经由一节流阀20可以调节所吸入的新鲜空气6的量。该节流阀20以本领域技术人员已知的方式经由一踏板22来操作，该踏板与所述节流阀20机械地例如经由一滑车组连接。因此，前面所述的车辆的驾驶员利用所述踏板22设置一节流阀角度24，该节流阀角度又可以配设一完全确定的转矩14。配属于所述节流阀角度24的转矩14应该在下文中称为额定转矩21，其在图2中详细描述。

在现代的车辆技术中必要的可以是，获悉该额定转矩21，因为作用到所述车轮18上的转矩14例如不是单独通过所述内燃机4产生，而是也可以通过其它的转矩源产生。之后，一已知的并且在图2中简要示出的力矩协调25必须确定，哪种转矩源应促成所述转矩14的哪个部分，其中，所述内燃机2也隶属于所述转矩源，用以呈现出驾驶员所希望的额定转矩21。

为此，在该实施方式中存在一控制设备26，其接收所述节流阀角度24以及来自一温度传感器30的入口温度28和来自一压力传感器34的在所述节流阀20之前的入口压力32。此外，所述控制设备26也接收所述曲轴16的转速36，从该转速中也能够以已知的方式确定所述曲轴16的位置。从这些参量中，所述控制设备26以下面的方式计算一用于所述内燃机2的缸8的额定填充量38，在该情况下，所述内燃机2产生上述的额定转矩。在此，所述额定填充量38以本领域技术人员已知的方式是所需的新鲜空气6的量，其必须容纳在所述内燃机的燃烧道中的缸8中，用以利用所述内燃机2产生所述额定转矩作为转矩14。由此利用所述额定填充量38的认知也已知了所述额定转矩21。

在所述控制设备26中对所述额定填充量38的确定首先基于本领域技术人员已知的节流方程式，利用其，经由在节流处的压力降以及在节流前的温度28，可以计算通过所述节流阀20的新鲜空气6的质量流量。因此，在所述节流方程式中，仅在所述节流阀20之后的吸气道压力39以及所述新鲜空气6本身的质量流量是未知的。

此外，在所述控制设备26中对所述额定填充量38的确定还基于本领域技术人员已知的一般性气体方程式，利用其，可以经由所述新鲜空气6在所述缸8中的体积和压力来计算所述新鲜空气的质量。在所述缸8中的体积以本领域技术人员已知的方式可经由所述缸的活塞的状态且因此所述曲轴16的状态来确定，这例如可从所述转速36中导出。所述新鲜空气6的质量在时间上有差别地获得了一质量流量。因此，类似于节流方程式，在所述一般性气体方程式中也仅在所述节流阀20之后的吸气道压力39和新鲜空气6的质量流量是未知的。

在所述控制设备26中确定所述额定填充量38的范畴中，考虑一稳定的平衡，不仅所述未知的吸气道压力39而且所述未知的新鲜空气6的质量流量，不仅在所述节流阀20处而且在所述缸8中必须相等。以这种方式，所述节流方程式和所述一般性气体方程式得出了一数学可解的方程式系统，从该方程式系统中可以计算出在上述的稳定平衡中的吸气道压力39。之后，通过将所计算出的压力应用到所述一般性气体方程式中，获得了所寻求的额定填充量38，其表示所述缸8中的新鲜空气6的质量。

因此，如果已知所述额定填充量34，也可以以本领域技术人员已知的方式已知所述额定转矩21，这时可以将所述内燃机2调节到该额定转矩上。这应参照一示例性地、在图2中所示的调节回路来阐释，该调节回路例如可在所述控制设备26中实现。

在图2中经由三个不同的计算装置42、44、46确定所述额定填充量。它们基本上由此得出，即所述节流方程式是非线性的。如果将所述节流方程式和所述一般性气体方程式经由所述质量流量以上述的方式等同起来，则可以将所述方程式系统的所有的包括需计算的吸气道压力39的非线性的项以本领域技术人员已知的方式综合在所述方程式系统的一侧。该方程式系统的所有其余项可以综合在所述方程式系统的另一侧，其中，基于上述的测量参量可以确定一特定值48。该特定值48在第一计算装置42中基于所述节流阀角度24、所述温度28、所述节流阀20之前的压力32以及所述转速36来确定。

如果已知所述特定值48，则上述非线性的方程式可以利用所述特定值48和所述非线性项以任意的方式在所述第二计算装置44中在所述吸气道压力39之后来求解。这可以通过内插法或其它的已知的数学方法来进行。但在该实施方式中，在所述第二计算装置44中保存图3所示的特性曲线50，利用所述特性曲线，在已知的特定值48的情况下可以计算所述节流阀20之后的吸气道压力39。

这时已知的在所述节流阀20之后的吸气道压力39最后可以在所述第三计算装置46中使用，用以以上述方式经由所述一般性气体方程式来确定所述额定填充量38。

这时，基于所述额定填充量38，上面提到的力矩协调25可以确定所述额定转矩21并且例如在上面提到的车辆中进行协调，哪种转矩源应促成所述额定转矩21的哪个部分。在该实施方式中，应呈现出通过燃料在所述内燃机2的缸8中的上述燃烧而产生的总额定转矩21。

为此，经由所述额定转矩21和由所述缸8产生的转矩14作为实际转矩的比较52，确定一调节差54，其在一调节器56中作为用于确定一点火角度58的基础来使用。利用所述点火角度58来操控所述内燃机2的缸8，用以利用它们产生所述转矩14。在所述控制设备26的调节回路的平衡状态中，由所述缸8产生的转矩14遵循所述额定转矩21。

在图3中示出了特性曲线50，它们可在所述第二计算装置44中使用，用以求解所述非线性的方程式并且基于已经阐述的特定值48来计算在所述节流阀20之后的吸气道压力39。此外，在所述特性曲线50中还考虑到所述缸8中的剩余气体压力60，其不通过所述新鲜空气8的质量流量而受到影响。

利用所述特性曲线50可以将所述非线性的方程式在上面的第二计算装置44中进行求解，而无需一例如用于内插法的更大的计算能力。

Claims (10)

1. 用于确定一额定参量（21、38）的方法，所述额定参量描述由一具有一机械地操作的节流阀（20）的内燃机（2）所输出的额定转矩（21），所述方法包括：

- 确定所述节流阀（20）的状态（24），并且

- 基于在所述内燃机（2）的稳定平衡中隶属于所述节流阀（20）的状态（24）的节流阀质量流量和隶属于所述额定转矩（21）的缸填充流量的对比（44），确定所述额定参量（21、38）。

2. 按照权利要求1所述的方法，其中，所述节流阀质量流量经由节流方程式取决于所述节流阀（20）的状态（24）。

3. 按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述缸填充流量经由一般性气体方程式取决于所述额定转矩（21）。

4. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了所述对比，将所述节流阀质量流量和所述缸填充量流量等同起来。

5. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述内燃机（2）的稳定平衡中所述节流阀质量流量和所述缸填充流量的对比（44）保存在至少一个特征曲线（50）中。

6. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述额定参量（21、38）描述了一缸填充量（38），利用所述缸填充量，所述内燃机（2）呈现出所述额定转矩（21）。

7. 用于确定一额定参量（21、38）的设备（26）、尤其是计算单元，所述设备描述由一具有一机械地操作的节流阀（20）的内燃机（2）所输出的额定转矩（21），其中，所述设备（26）设置用于：

- 确定所述节流阀（20）的状态（24），并且

- 基于在所述内燃机（2）的稳定平衡中隶属于所述节流阀（20）的状态（24）的节流阀质量流量和隶属于所述额定转矩（21）的缸填充流量的对比（44），确定所述额定参量（51）。

8. 计算机程序，其设置用于实施按照权利要求1至6中任一项所述的方法的所有步骤。

9. 电子的存储介质，在其上存储按照权利要求8所述的计算机程序。

10. 电子的控制器（26），其具有按照权利要求9所述的电子的存储介质。

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