CN104685172B - 用于运行内燃机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机，所述内燃机具有曲轴箱、带有节气门的进气系统和带有可切换的截止阀的曲轴箱通风装置。此外设有多个传感器，这些传感器分别检测不同的运行参量，这些运行参量配属于内燃机且产生代表各个检测到的运行参量的测量信号。至少一个传感器产生表示内燃机负载参量的测量信号。根据不同的监测到的运行参量，借助于动态模型获得至少一个预估的负载参量产生且取决于预估的负载参量相对于检测到的负载参量之间的偏差获得特征值的修正值。修正值和特征值应用在动态模型中。为了进行诊断，控制一个或多个诊断开关循环(DIAG_CYC)，在该一个或多个诊断开关循环中，在预设的第一持续时间内截止阀被控制到关闭位置中，并且在预设的第二持续时间内，截止阀被控制到打开位置中。根据修正值响应于一个或多个诊断开关循环的改变而获得诊断值(DIAGW)，该诊断值(DIAGW)代表截止阀的正常或者不正常状态。

Description

用于运行内燃机的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行带有曲轴箱和进气系统的内燃机的方法和装置。进气系统具有节气门。
背景技术
在关于内燃机排放的有害排放物方面严格的法规的框架内，将在内燃机的各个气缸中的空气/燃料混合物在燃烧期间产生的有害排放物保持在较低水平是一个重要的措施。又一措施是在内燃机中使用废气后处理系统，该废气后处理系统将在各个气缸中的空气/燃料混合物在燃烧过程期间产生的有害排放物转化成无害物质。为此使用废气催化还原器，该废气催化还原器将一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物转化成无害物质。
此外还需确保对应的机动车以其他任何方式排出的有害排放物尽可能少。
在此，尤其在内燃机的相应的有害物质相关的构件和配属于内燃机的构件的诊断方面需要定期进行相应的监控。
由文件DE 197 573 45中已知一种用于内燃机的窜气通道异常-检测系统。其具有怠速运转状态检测装置以用于检测内燃机的运转状态是怠速运转。此外，其具有用于检测从窜气通道出来的窜气的泄漏的泄漏检测装置，当怠速运转状态被怠速运转状态检测装置检测到时，窜气通道基于某一参数将在内燃机中产生的窜气输送返回到进气通道中，该参数随着可被吸入到内燃机中的空气流的变化而变化。窜气泄漏例如基于内燃机的空燃比例被检测到或者基于内燃机的进气压力被检测到。
由文件DE 10 140 987 B4中已知一种机动车内燃机，其带有燃料箱、与该燃料箱相连的活性炭过滤器和曲轴箱通风装置，该活性炭过滤器通过油箱通风阀与进气管相连。曲轴箱通风装置通过止回阀与带有活性炭过滤储藏器的节气门相连。
发明内容
本发明的目的在于实现一种用于运行内燃机的方法和装置，该方法或者该装置有助于内燃机的可靠运行。该目的通过一种用于运行带有曲轴箱和进气系统的内燃机的方法实现，所述进气系统带有节气门，其中第一通道在所述节气门上游从进气系统上分支出来并且根据在所述第一通道中的可切换的截止阀的开关位置，所述第一通道以气动方式与曲轴箱的自由容积耦接或者去除耦接，其中第二通道在所述节气门下游通入所述进气系统中，并且所述第二通道如此构造，即所述曲轴箱的自由容积通过所述第二通道以气动方式与所述进气系统耦接，其中所述内燃机分配有多个传感器，所述传感器分别检测配属于所述内燃机的不同的运行参量并且产生代表各个检测到的运行参量的测量信号，其中所述传感器中至少一个传感器产生代表所述内燃机的负载参量的测量信号，
-其中根据不同的检测到的运行参量，借助于动态模型获得至少一个预估的负载参量，并且根据所述预估的负载参量与检测到的负载参量之间的偏差获得特征值的修正值，并且将所述修正值和特征值用在所述动态模型的框架中，
-其中为了执行所述截止阀的诊断，
--控制一个或多个诊断开关循环，在所述一个或多个诊断开关循环中，所述截止阀在预设的第一持续时间中被控制到关闭位置中并且所述截止阀在预设的第二持续时间中被控制到打开位置中，并且
--根据所述修正值响应于一个或多个诊断开关循环的变化量获得诊断值，所述诊断值代表所述截止阀的正常或者不正常状态。本发明还给出了有利的设计方案。
本发明的特征在于一种用于运行内燃机的方法和对应的装置，所述内燃机具有曲轴箱和带有节气门的进气系统。第一通道在节气门上游从进气系统上分支出来。根据在第一通道中可切换的截止阀的开关位置，第一通道以气动方式与曲轴箱的自由容积耦接或者去除耦接。第二通道在节气门下游通入进气系统中。第二通道如此构造成，即曲轴箱的自由容积通过第二通道以气动方式与进气系统耦接。
此外，内燃机分配有多个传感器，这些传感器检测不同的运行参量，这些运行参量配属于内燃机，并且产生代表各个检测到的运行参量的测量信号。其中至少一个传感器产生代表内燃机负载参量的测量信号。根据不同的检测到的运行参量，借助于动态模型获得至少一个预估的负载参量。根据预估的负载参量与检测到的负载参量之间的偏差获得特征值的修正值。修正值和特征值使用在动态模型中。
动态模型尤其包括进气系统的动态模型，该模型也被称作进气管模型。
负载参量尤其代表了进气管压力或者空气质量流量。尤其借助于修正值对动态模型进行匹配，更确切地说在使检测到的和预估的负载参量相称方面对动态模型进行匹配。
为了执行截止阀的诊断，控制进行一个或多个诊断开关循环，在该一个或多个诊断开关循环中，截止阀在预设的第一持续时间中被控制到关闭位置中且截止阀在预设的第二持续时间中被控制到打开位置中。根据修正值响应于一个或多个诊断开关循环的变化量获得诊断值，该诊断值代表截止阀的正常或者不正常状态。在截止阀状态不正常时，该诊断值此后可例如用于保存在故障存储器中。例如诊断值可在工厂中读出。此外也可备选或者附加地将诊断值相应地以信号通知驾驶员。
本发明在此使用了这一知识，即在内燃机运行时，少量未燃烧的燃料和可观数量的废气(作为所谓的窜气)从气缸出来通过活塞环流入曲轴箱中且混入存在于那里的废气-空气-混合物和油液中。这导致不希望的性能。由此，油液的性能由于混入燃料而不利地变化，例如由于油液稀释。此外未燃烧的碳氢化合物可通过这种方式溢出到环境中。然而结构上不能避免窜气。
为了将窜气的所述不利影响保持得尽可能小，可借助于第一或第二通道将曲轴箱的自由容积通风至进气系统中。借助于可切换的截止阀的各个开关位置可以合适地调节利用相应的新鲜空气(该空气通过第一通道吸入)对曲轴箱的冲洗。尤其对于不同的运行状态或者运行情况来说，例如为了适应燃料系统，需要有目的性地阻止对曲轴箱的冲洗，这是由于通过第二通道进入进气系统的空气可能混入了大量燃料蒸汽。通过关闭通风装置可使在诊断期间引入的燃料蒸汽的总量减小。由此在这种情况下也需要执行截止阀的诊断。
通过采取措施用于执行诊断，可将诊断简单地应用在通常本来就存在的动态模型中，以便能由此特别可靠地给出关于截止阀状态正常或者不正常的结论。
此外在此使用了这一知识，即通过视乎设计方案而合适地规定第一和第二持续时间，在正常状态下或者此后在不正常状态下，修正值在截止阀诊断期间进行相应的变化，并且可以简单且可靠地方式识别截止阀的各个正常或者不正常的状态。
在此有利的是，特征值代表进气系统的在节气门区域中的已减小的节气门横截面。
根据又一有利的设计方案，提供在执行单数个或复数个诊断开关循环期间通过第二通道的空气质量流量的预估的冲洗空气质量流量，并且在动态模型中考虑所述预估的冲洗空气质量流量。以该方式可有效地避免在诊断时发动机运行点被主动改变，这样避免了这样的风险，即诊断的执行可能会被驾驶员感受到，其中例如发动机转速、发动机噪声或者汽车加速度明显改变。
同样，该方式可能造成：由于没有相应地充分考虑到在诊断期间通过第二通道引入到进气系统中的燃料蒸汽或者废气，在获得或者调整待配给的燃料质量时导致相应的有害物质排放，该燃料量可能时间上有所延迟地通过相应的控制器，例如λ控制器再次得到补偿。
通过采取该有利的设计方案可有助于：在各个气缸中的混合物的空燃比在诊断期间可分别被准确地调整出且由此不会出现或者仅极小程度地出现有害物质排放变差。此外也可由此避免内燃机在其机动性方面有不期望的反应。
在该设计方案中有这样的优点，即正好在截止阀正常状态下，在执行诊断期间有害物质排放恶化不明显，而只可能在不正常状态下，有害物质排放在诊断期间才出现相应的明显的恶化。由于可预计极少出现不正常状态，因此可预计在内燃机的使用寿命中在执行诊断期间总共出现的有害物质排放更少。
根据又一有利的设计方案，一个或多个诊断开关循环在怠速运转工作状态和/或较低的部分负荷工作状态下进行。已表明：正是这些运行状态特别适合且使得特别可靠的诊断成为可能。
根据又一有利的设计方案，诊断开关循环在准稳态运行下进行。以该方式能特别准确地进行诊断。
附图说明
接下来借助于示意图进一步阐述本发明的实施例。其中：
图1示出带有控制装置的内燃机，
图2示出用于运行内燃机的程序流程图；
图3示出绘制有多个信号曲线的图表。
相同结构和功能的元件在所有附图中标以相同的附图标记。
具体实施方式
内燃机(图1)包括进气系统1、发动机缸体2、气缸盖3和排气系统4。进气系统1包括节气门11、还有收集器12和进气管13，该进气管13朝着气缸Z1通过进气通道引导到发动机缸体2中。
发动机缸体2此外包括曲轴箱20，该曲轴箱20容纳有曲轴21和连杆25，该连杆与气缸Z1的活塞24耦接且该连杆25由此将曲轴21与气缸Z1的活塞24连结在一起。曲轴箱20此外部分地被油液，即机油填充且此外包括自由容积。自由容积有时也可延伸直至气缸盖3。
气缸盖3包括带有进气阀30、排气阀31和阀件驱动器32、33的阀件驱动装置。此外气缸盖3包括喷射阀34和火花塞35。喷射阀34也可备选地布置在进气系统1中。
排气系统4包括废气催化还原器40，该废气催化还原器例如构造为三元催化还原器。
此外设有第一通道51，该第一通道在节气门11上游从进气系统1上分支出去。此外这样布置和构造可切换的截止阀52，即根据第一通道51的开关位置，所述第一通道以气动方式与曲轴箱20的自由容积耦接或者与之去除耦接。第二通道53在节气门11下游通入进气系统1中。第二通道53如此构造成，即曲轴箱20的自由容积通过第二通道以气动方式与进气系统1耦接。借助于第一和第二通道51和53可进行曲轴箱20的自由容积的通风。
此外可在第二通道53中布置调节阀，该调节阀如此自动地匹配第二通道53的有效横截面，更确切地说，如此实现匹配，即在曲轴箱20中设定限定的相对于环境压力的低压。
当在进气系统1中的低压合适时，在节气门11下游，更确切地说在第二通道53通入进气系统1的区域中，存在于曲轴箱20的自由容积中的气体相应地通过第二通道53回流到进气系统1中。通过截止阀52相应的开关位置可影响在曲轴箱20的自由容积中的压力。由此影响了，冲洗空气是否和以多大的量通过第二通道53流入进气系统1中。由此，例如在一定的运行条件下，可通过相应地操控截止阀52至其关闭位置中来阻止曲轴箱20的冲洗。
此外设有控制装置6，传感器配属于该控制装置6，传感器分别检测不同的运行参量，这些运行参量配属于内燃机且产生代表相应检测到的运行参量的测量信号。其中至少一个传感器产生代表内燃机负载参量的测量信号。这尤其为进气管压力或者空气质量流量。
控制装置6为此构造成，根据至少一个运行参量，更确切地说借助于相应的伺服驱动器操控配属于内燃机的执行部件，针对这些执行部件产生相应的调整信号以用于操控这些执行部件。
控制装置6也可称作用于运行内燃机的装置。
传感器为踏板位置传感器71、空气质量传感器14、温度传感器15、压力传感器16、曲轴转角传感器22和废气探测仪41，该踏板位置传感器检测油门踏板7的位置，该空气质量传感器检测节气门11上游的空气质量流量作为检测到的空气质量流量MAF，该温度传感器检测进气空气温度TAL，该压力传感器检测进气管压力作为检测到的进气管压力MAP，该曲轴转角传感器检测曲轴转角，转速N配属于该曲轴转角，该废气探测仪检测废气的残余氧含量且该废气探测仪的测量信号描述了在空气/燃料混合物燃烧时在气缸Z1中的空燃比的特征。
视乎设计方案可存在所述传感器的任意子集或者也可存在附加的传感器。
执行部件例如为节气门11，进气和出气阀30、31，喷射阀34，火花塞35或者截止阀52。
在气缸Z1附近也还设置有其他气缸Z2至Z4，这些气缸也分配有相应的执行部件。优选排气系统4的排气管路分别配属于在气缸上的每个废气底座(Abgasbank)(废气底座也可以称作气缸底座)，并且相应地分别分配一个废气探测仪41给对应的排气管路。
控制装置6优选包括计算单元和用于存储数据和程序的存储器。在控制装置6中存储有一个或多个用于运行内燃机的程序，这些程序在内燃机运行期间可被执行。
此外在这种情况下，在计算单元中也设有动态模型，例如该动态模型也可构造成程序的形式且该动态模型也被称作进气管模型。动态模型构造用于，根据检测到的不同运行参量获得至少一个预估的负载参量。
为此，在输入侧尤其将转速N、节气门11的节气门开度DK、必要时进气空气温度TAL和/或检测到的空气质量流量MAF和/或检测到的进气管压力MAP输入动态模型61中。这类动态模型例如公开在《Handbuch Verbrennungsmotor》(第二版，2002年6月，FriedrichVieweg&Sohn VerlagsgesellschaftmbH，Braunschweig/Wiesbaden,2002,ISBN3-528-13933-1，第557至559页)，该书的内容由此也引入本文中。此外这类动态模型也在WO 97/351106 A2中公开，该文献的内容由此也引入本文中。
在此，动态模型也可具有其它输入参量。尤其借助于动态模型根据转速N和节气门开度DK获得预估的进气管压力，其中例如也要考虑到在节气门11上游的压力。如此以动态的方式获得预估的进气管压力MAP_EST。借助于如此预估的进气管压力MAP_EST可在考虑到发动机吸收曲线(Motorschlucklinie)的情况下获得在各个气缸中的预估的空气质量流量MAF_CYL，并且据此获得待配给的燃料质量且产生相应的调节信号以用于操控喷射阀34。
备选或附加地也可借助于动态模型，尤其也根据节气门开度DK和发动机转速N获得例如在空气质量传感器14区域中的预估空气质量流量MAF_EST。
此外，动态模型包括一种调节，借助于这种调节将预估的空气质量流量MAF_EST与检测到的空气质量流量MAF相匹配，和/或动态模型包括一种调节，借助于这种调节将预估的进气管压力MAP_EST与检测到的进气管压力MAP相匹配。在此获得特征值的修正值，其中两个值此后再次使用到动态模型中。例如将进气系统的在节气门区域内的已减小的节气门横截面用作特征值且获得已减小的节气门横截面的修正值D_ARED作为修正值，更确切地说，作为控制器的控制器调节信号，将预估的空气质量流量MAF_EST和检测到的空气质量流量MAF之间的偏差或者预估的进气管压力MAP_EST和检测到的进气管压力MAP之间的偏差输入所述控制器中。
例如特征值也可为节气门11上游的进气管压力，其中修正值在该情况下尤其在负荷较高时借助于控制器进行匹配。与此相对，在已减小的节气门横截面的修正值D_ARED方面，控制器尤其在负荷较低时被激活。
如此调整过的动态模型代表对流进气缸中的空气质量的观察者。各个修正值基本上表示各个内燃机和参考内燃机之间的偏差大小。
用于冲洗曲轴箱的冲洗空气质量流在较宽的发动机运行范围内几乎保持不变，这是由于在曲轴箱20中通常调节出了恒定的低压，第一通道51的横截面不变且在空气过滤器之后，即在第一通道51的分支区域中所述压力在该发动机运行范围内仅稍有变化。在节气门横截面减小时原则上可考虑在动态模型中的该有规律的冲洗空气质量流，更确切地说是相对于相应的参考内燃机。
一种用于运行内燃机的方法在步骤S1(图2)中开始(START)，该方法尤其用于执行诊断DIAG，在该方法中必要时要初始化变量。
在步骤S3中将检查是否满足用于执行诊断DIAG的前提条件。这例如可以是这样的情况，即内燃机处于怠速运转工作状态中或者处于较低的部分负载工作状态下和/或主要为准稳态运行。此外用于执行诊断DIAG的条件也可以是，自从上次执行诊断DIAG以来预设的持续时间已到期或者已行驶过预设的行车距离。如果不满足步骤S3中用于执行诊断的前提条件，则再次，必要时在预设的等待时间之后在步骤S3中继续进行处理。
而如果满足步骤S3的条件，则继续进行在步骤S5中的处理，在该步骤S5中将控制进行一个或者多个诊断开关循环DIAG_CYC，在该一个或者多个诊断开关循环中，截止阀52在预设的第一持续时间之内被控制到关闭位置中且截止阀52在预设的第二持续时间中被控制到打开位置中。根据图3，借助信号曲线SV1示出了三个这种诊断开关循环DIAG_CYC。在此，信号曲线SV1的高位标代表截止阀52的打开位置且低位标代表截止阀52的关闭位置。
在执行诊断循环DIAG_CYC期间检测已减小的节气门横截面的修正值D_ARED的信号曲线SV2，并且其被使用在接下来的步骤S7中以用于获得诊断值DIAGW，该诊断值代表截止阀52的正常或不正常的状态。由此在步骤S7中根据修正值D_ARED响应于一个或多个诊断开关循环DIAG_CYC的变化而获得诊断值DIAGW。
在此在某一设计方案中，在动态模型中不考虑截止阀52的各个开关位置。因此这导致修正值D_ARED对在信号曲线SV1中的突变的相应反应，如借助图3可见的那样。以该方式可由此使实际上持续处于其打开位置的截止阀52被识别成不正常的或者也可使持续处于其关闭位置的截止阀52被识别成不正常的，这是由于在该情况下，修正值D_ARED的信号曲线SV2对信号曲线SV2的突变不会有太明显的反应。可通过合适的评估，例如借助于比较各个重要的变化与一个或多个预设阈值而由此准确地获得诊断值DIAGW。
在第二实施形式中提供了预估的冲洗空气质量流量MAF_CRK，该冲洗空气质量流例如在这样的假设下获得，即截止阀52实际上也处于对应的开关位置中。则这样导致了，在截止阀52工作方式正常时在执行诊断循环DIAG_CYC期间，修正值D_ARED仅产生最后可忽略不计的变化，而在截止阀52工作方式不正常时，修正值D_ARED的曲线SV2相应地产生明显的变化。此后例如这一点可通过比较一个或多个相应的预设调节值而被充分利用以便获得诊断值DIAGW。
此后诊断值DIAGW优选存储起来，更确切地说例如尤其在识别出截止阀52运行不正常的情况下存储在控制装置6的故障存储器中。此外也可根据诊断值向驾驶员发出相应的信号。
程序在步骤S9中结束(STOP)。
此外，在图3中示出了λ控制器的调节信号的信号曲线SV3。
附图标记列表
1 进气系统
11 节气门
12 收集器
13 进气管
14 空气质量传感器
15 温度传感器
16 进气管压力传感器
2 发动机缸体
20 曲轴箱
21 曲轴
22 曲轴转角传感器
24 活塞
25 连杆
3 气缸盖
30 进气阀
31 排气阀
32、33 阀件驱动器
34 喷射阀
35 火花塞
36a 凸轮轴转角传感器
4 排气系统
40 废气催化还原器
41 废气探测仪
51 第一通道
52 截止阀
53 第二通道
6 控制装置
61 进气系统的动态模型
7 油门踏板
71 踏板位置传感器
Z1-Z4 气缸
N 转速
DK 节气门开度
MAF 检测到的空气质量流量
MAP 检测到的进气管压力
TAL 进气空气温度
MAF_EST 预估的空气质量流量
MAF_CYL 气缸中预估的空气质量流量
D_ARED 已减小的节气门横截面的修正值
DIAG 诊断
DIAG_CYC 诊断开关循环
DIAGW 诊断值
MAF_CRK 预估的冲洗空气质量流量。

Claims (5)

1.用于运行带有曲轴箱（20）和进气系统（1）的内燃机的方法，所述进气系统带有节气门（11），其中第一通道（51）在所述节气门（11）上游从进气系统（1）上分支出来并且根据在所述第一通道（51）中的可切换的截止阀（52）的开关位置，所述第一通道（51）以气动方式与曲轴箱（20）的自由容积耦接或者去除耦接，其中第二通道（53）在所述节气门（11）下游通入所述进气系统（1）中，并且所述第二通道（53）如此构造，即所述曲轴箱（20）的自由容积通过所述第二通道（53）以气动方式与所述进气系统（1）耦接，其中所述内燃机分配有多个传感器，所述传感器分别检测配属于所述内燃机的不同的运行参量并且产生代表各个检测到的运行参量的测量信号，其中所述传感器中至少一个传感器产生代表所述内燃机的负载参量的测量信号，
-其中根据不同的检测到的运行参量，借助于动态模型（61）获得至少一个预估的负载参量，并且根据所述预估的负载参量与检测到的负载参量之间的偏差获得特征值的修正值，并且将所述修正值和特征值用在所述动态模型（61）的框架中，
-其中为了执行所述截止阀（52）的诊断（DIAG），
--控制一个或多个诊断开关循环（DIAG_CYC），在所述一个或多个诊断开关循环中，所述截止阀（52）在预设的第一持续时间中被控制到关闭位置中并且所述截止阀（52）在预设的第二持续时间中被控制到打开位置中，并且
--根据所述修正值响应于一个或多个诊断开关循环（DIAG_CYC）的变化量获得诊断值（DIAGW），所述诊断值代表所述截止阀（52）的正常或者不正常状态，所述特征值代表进气系统（1）在所述节气门（11）的区域中的已减小的节气门横截面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行一个或者多个诊断开关循环（DIAG_CYC）期间提供穿过所述第二通道（53）的预估的冲洗空气质量流量（MAF_CRK），并且在所述动态模型（61）的框架中考虑所述预估的冲洗空气质量流量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一个或多个诊断开关循环（DIAG_CYC）在怠速运转工作状态下和/或较低的部分负荷工作状态下执行。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一个或多个诊断开关循环（DIAG_CYC）在准稳态运行下执行。
5.用于运行带有曲轴箱（20）和进气系统（1）的内燃机的装置，所述进气系统带有节气门（11），其中第一通道（51）在节气门（11）上游从进气系统（1）上分支出来，并且根据在第一通道（51）中可切换的截止阀（52）的开关位置，所述第一通道（51）以气动方式与曲轴箱（20）的自由容积耦接或者去除耦接，其中第二通道（53）在节气门（11）下游通入所述进气系统（1）中，并且第二通道（53）如此构造，即曲轴箱（20）的自由容积通过第二通道（53）以气动方式与进气系统（1）耦接，其中内燃机分配有多个传感器，所述传感器分别检测配属于内燃机的不同的运行参量并且产生代表各个检测到的运行参量的测量信号，其中所述传感器中至少一个传感器产生代表所述内燃机的负载参量的测量信号，其中所述装置构造用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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