CN104963780B - 用于机动车的内燃机，尤其燃气马达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机动车的内燃机，尤其燃气马达，其带有：增压空气冷却器(6)，其在空气质量流供给部中布置在用于混入燃料的装置(8)上游；和测量装置，其用于确定空气质量流(3)。根据本发明，测量装置具有传感机构(19,20)以用于测量通过增压空气冷却器(6)的压力损失，其中，测量装置此外具有作为评估单元的运算单元(21)，利用其在存储在此处的增压空气冷却器模块中至少由借助于传感机构测得的压力损失可算出或算出空气质量流(3)，在增压空气冷却器模块中增压空气冷却器(6)形成用于流经的空气质量流(3)的几何结构恒定的节流部。此外，本发明涉及相应的方法。

Description

用于机动车的内燃机，尤其燃气马达
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于机动车的内燃机(尤其燃气马达)以及根据权利要求9的前序部分的用于运行内燃机的方法。
背景技术
为了改善内燃机(尤其燃气马达)的效率，通常已知使用经冷却和调节的排气再循环部(Abgasrückführung，AGR)。再循环的排气作为惰性气体变成气体混合物的添加物反作用于爆震趋势，从而由此可提高压缩比且因此实现效率改善。附加地，在应用排气再循环部的情况下在部分负载范围和低负载范围中通过降低换气损失实现效率提升。
为了运行内燃机而以本来已知的方式根据功率要求计量至相关联的空气质量流的燃料。为了预定地计量燃料需要尽可能精确地确定相应的空气质量流。
已知在没有排气再循环部的内燃机中通过测量相应于吸管压力的集流腔绝对压力(Manifold Absolute Pressure，MAP)确定空气质量流。在此，通过模块(其反映马达取决于转速的吸收能力(容积效率模块))算出缸体填充程度(Zylinderfüllung)。由缸体填充程度又在考虑到马达转速的情况下算出所有马达的空气质量流。然而，这种方法对于带有排气再循环部的内燃机(尤其带有排气再循环部的燃气马达)不可行，因为排气再循环部在上述的计算中未被考虑。
还已经已知空气质量流的这样的确定方案，其用在带有排气再循环部(AGR)的内燃机(尤其燃气马达)中。在此，直接借助于专门的空气质量流量计在混入燃料之前和在混入再循环的排气之前测量在空气质量流供给中的空气质量流。为此已知热膜式空气质量流量计(HFM)。这种热膜式空气质量流量计很昂贵且可易受干扰。HFM尤其在天然气马达(EUROV)中由于其污染敏感性而已经证实为非常易受干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机(尤其燃气马达)以及一种用于运行带有增压空气冷却器的此类内燃机的方法，利用该内燃机或方法可实现备选地、成本经济地且功能可靠地确定空气质量流。
该目的利用独立权利要求的特征来实现。回引独立权利要求的从属权利要求的对象为优选的设计方案。
根据权利要求1提出了一种用于机动车的内燃机，尤其燃气马达，其具有在空气质量流供给中布置在用于混入燃料的装置上游的增压空气冷却器以及用于确定空气质量流的测量装置。根据本发明设置成，测量装置具有传感机构以用于测量通过增压空气冷却器的压力损失。此外，测量装置包括作为评估单元的运算单元，利用其在存储在此处的增压空气冷却器模块(在其中，增压空气冷却器形成用于流经的空气质量流的几何结构恒定的节流部)中至少由借助于传感机构测得的压力损失可算出或算出空气质量流。
在此，与确定的构件有关的模块(例如上述的增压空气冷却器模块或在下文还要提及的节流阀模块)总是为存储在计算单元中的、说明该构件的数学函数和/或特性曲线或特性曲线族，利用其取决于受限地预定的输入信号算出工艺参数。
关于增压空气冷却器模块，这意指增压空气冷却器在此为由空气质量流流经的几何结构恒定的节流部，针对作为输入参数的至少由借助于传感机构测得的压力损失可算出空气质量流。不言而喻，除了压力损失之外，仍还可考虑其他的参数或输入参数，例如马达参数、AGR参数等等。在此，几何结构恒定的节流部为带有这样的几何结构的节流部，在其中压力损失基本上与流经节流部的质量流成线性。
因此，本发明利用在气流中的节流的压力损失的物理效应。如发明人的试验已经显示的那样，这种压力损失近似与流过节流部的质量流成线性。因此，具体而言，为了在此确定空气质量流而需要事先通过测量确定作为计算的基础的增压空气冷却器节流特征。
因此，利用根据本发明确定空气质量流可有利地取消昂贵且易受干扰的热膜式空气质量流量计(HFM)。
用于测量在增压空气冷却器处的压力损失的传感机构相应可通过在增压空气冷却器上游和下游的压力传感器或备选地通过差压传感器形成。附加地还可使用至少一个温度传感器以用于测量空气质量流的温度，其中，那时必要时在计算时为了提升精确度还可一起考虑到温度。
通常在内燃机(尤其燃气马达)中借助于在空气质量流供给中的可调整的节流阀预定负载要求，其由此用作可变的节流部。因此可在节流阀模块(在其中将节流阀限定为由空气质量流流经的几何结构可变的节流部)中还根据借助于传感机构测得的通过节流阀的压力损失和借助于传感机构探测的节流阀位置确定空气质量流。在低负载范围和低级的部分负载范围中，通过节流阀的节流作用对于形成可很好测量的压力差和因此对于精确的空气质量确定来说足够高。然而，在很大程度上打开节流阀时的接近全负载的范围中，可测得的压力差如此低，使得由此不再可令人满意地基于在该范围中的平坦的特性曲线确定对于燃料计量足够精确的空气质量。
因此，节流阀模块为这样的模块，在其中，节流阀设定为由空气质量流流经的几何结构可变的节流部，可针对作为输入参数的至少由借助于传感机构测得的压力损失和借助于传感机构测得的节流阀位置算出空气质量流。
因此，在一特别优选的改进方案中提出，在低负载范围中空气质量流借助于节流阀模块来确定，而在高负载范围中借助于增压空气冷却器模块来确定。在至少一个置于其间的中间的负载范围中，两种可行性方案得到足够好的结果且可因此必要时结合λ调节备选地或必要时并行地用于持续的比较(Abgleich)。
根据本发明探测空气质量流在这样的内燃机(尤其燃气马达)中是有利的，其在空气质量流供给中(优选在空气质量流供给中在增压空气冷却器下游中)具有排气再循环部(AGR)。特别优选地，该排气再循环部在此为经调节和/或冷却的排气再循环部，其中，然后借助于运算单元算出作为AGR率或AGR实际值的再循环的排气的份额。为此，包括新鲜空气、可燃气体和再循环的排气的总质量流通过在容积效率模块中利用MAP传感器测量吸管压力(集流腔绝对压力)来确定。从总质量流中减去确定的和因此已知的空气质量流以及可燃气体质量流。可燃气体质量流可通过喷射器的相应已知的喷射持续时间和/或通过由借助于λ探测器的λ测量相应已知的燃烧用空气比例来确定。于是余下的差得出作为AGR率或AGR实际值的当前再循环的排气的份额。
然后可将AGR率或AGR实际值的计算结果在调节回路中调节到预定的AGR理论值上。这种AGR调节器可如上述的运算单元一样集成在马达控制器中，其中，AGR理论值可存储在特性曲线族中。
因为特别在燃气马达中利用HFM传感器进行空气质量流测量已经证实为非常易受干扰，所以可特别有利地在燃气马达中在没有HFM传感器的情况下使用空气质量流的备选的根据本发明的确定方案。
利用根据本发明方法和同样主张权利的车辆得到的优点与之前关于内燃机提到的优点相同，从而为了避免重复参考上述实施方案。
附图说明
借助附图仅仅示意性地且示例性地进一步阐述本发明的实施例。其中：
图1显示了天然气马达的示意图，天然气马达带有经调节和冷却的排气再循环部，以及
图2显示了相应于图1的更具体的图示。
参考标号列表
1 天然气马达
2 排气再循环部
3 箭头(空气质量流)
4 压缩机
5 排气涡轮增压器
6 增压空气冷却器
7 节流阀
8 气体混合器
9 箭头(气体质量流)
10 马达机体
11 缸体－活塞－单元
12 箭头(排气质量流)
13 涡轮
14 AGR质量流
15 AGR调节阀
16 AGR冷却器
17 分支部位
18 分支部位
19 p-v LLK传感器
20 p-n LLK传感器
21 运算单元
22 MAP吸管压力传感器
23 空气过滤器
24 高压存储器
25 高压截止阀
26 气压调节器
27 过压阀
28 低压截止阀
29 吸管
30 缸体－活塞－单元
31 喷射阀
32 3元催化器
33 排气再循环单元
34 水冷却器
35 通风装置
36 冷却剂温度传感器
37 CNG压力传感器
38 CNG温度传感器
39 宽频λ探测器
40 跳跃式λ探测器。
具体实施方式
在图1中示出了作为天然气马达1的内燃机的示意图，其带有经调节和冷却的排气再循环部2。
空气质量流(箭头3)借助于压缩机4(其为排气涡轮增压器5的组成部分)导引通过增压空气冷却器6。从此处将经冷却的空气质量流3通过可控制的节流阀7输送给气体混合器8，此外为气体混合器8输送有气体质量流(箭头9)。气体混合物从此处流动至马达机体10与其缸体－活塞－单元11的吸管，在缸体－活塞－单元11中发生燃烧过程。排气质量流(箭头12)从此处流动通过排气涡轮增压器5的涡轮13，其中，涡轮13机械地与压缩机4相联结且驱动压缩机4。
在涡轮13上游在分支部位17处相应于14分出排气再循环质量流(AGR质量流)并且通过AGR调节阀15和AGR冷却器16在分支部位18处在气体混合器8下游以及在马达机体10上游输送给气体质量流。
为了测量通过增压空气冷却器6的压力损失，在此在空气质量流3中在增压空气冷却器6上游布置有压力传感器19(p-v LLK传感器)，并且此外在增压空气冷却器6下游布置有压力传感器20(p-n LLK传感器)。相应于压力差的压力传感器19、20的测量信号输送给运算单元21，在其中由此算出当前需要的空气质量流3的量。
在马达机体10上游且在分支部位18下游布置有压力传感器22，其优选作为MAP吸管压力传感器、用于测量吸管压力，利用其可例如在运算单元21中在容积效率模块中确定包括新鲜空气、可燃气体和再循环的排气的总质量流。从总质量流中可减去确定的空气质量流3，其借助于压力传感器19、20通过在增压空气冷却器6处的压力降算出。此外，气体质量流9可通过喷射器的相应已知的喷射持续时间和/或通过相应已知的燃烧用空气比例来确定且同样将其从总质量流中减去，从而那时余下的差得出作为相应于AGR比率或AGR实际值的AGR质量流的当前再循环的排气的份额。因此，在没有对AGR实际值进行直接测量的情况下算出AGR实际值。
在图2中在带有更多细节的更具体的图示中示出了图1的天然气马达1，其中，与图1中的相同的构件利用相同的参考标号来表示。
在此还可看出空气质量流(箭头3)通过空气过滤器23输送给排气涡轮增压器5的压缩机4，并且从此处通过增压空气冷却器6和节流阀7输送给气体混合器8。此外，为气体混合器8从用于压缩的天然气的高压存储器24(用于压缩的天然气的CNG高压存储器)通过高压截止阀25、气压调节器26结合过压阀27和低压截止阀28输送气体质量流9。气体混合器8与在马达机体10处的吸管29相连接，其中，从吸管29相应分出至在此仅仅示例性地六个缸体－活塞－单元30的连接管路。为了计量气体质量流9，在气体混合器8中设置有喷射阀31。
排气质量流(箭头12)在此还被引导通过排气涡轮增压器5的涡轮13和后置的催化器(例如3元催化器32)与消声器。在此还从排气流分出AGR质量流14并且使其通过冷却的排气再循环单元33在节流阀7与气体混合器8之间再循环。AGR质量流14的冷却在此间接通过冷却剂实现，其在水冷却器34(水冷却器34在此以紧凑的方式布置在增压空气冷却器6与进一步相关联的通风装置35之间)中被冷却到预定的、借助于冷却剂温度传感器36探测的温度上。在此，通风装置35、与通风装置35相关联的水冷却器34以及与通风装置35、水冷却器34相关联的增压空气冷却器6可整合成结构单元或还通过彼此仅仅相关联的单独的构件形成。
此外，p-v LLK传感器19和p-n LLK传感器20布置在空气质量流3中，其中，两个传感器19、20优选地此外配备有温度传感器。
此外，在吸管29处安装有MAP吸管压力传感器22。在气体混合器8上游在用于气体质量流9的气体管路中布置有CNG压力传感器37和CNG温度传感器38。
此外，在催化器32上游在排气质量流12中在此示例性地布置有宽频λ探测器39，而在催化器32下游布置有跳跃式λ探测器40。
在根据图2的天然气马达1的具体示出的实施方式中，相应当前需要的空气质量流3还通过借助于压力传感器19、20关于增压空气冷却器6的压力损失测量必要时结合(未示出的)节流阀模块来确定。由此获得的值可尤其用于AGR调节。

Claims (17)

1.一种用于机动车的内燃机，其带有：
增压空气冷却器(6)，其在空气质量流供给中布置在用于混入燃料的装置(8)上游；和
测量装置，其用于确定空气质量流(3)，
其特征在于，
所述测量装置具有传感机构(19,20)以用于测量通过所述增压空气冷却器(6)的压力损失，并且
所述测量装置此外具有作为评估单元的运算单元(21)，可利用其在存储在此处的增压空气冷却器模块中至少由借助于所述传感机构(19,20)测得的压力损失算出空气质量流(3)，所述增压空气冷却器(6)在增压空气冷却器模块中形成用于流经的空气质量流(3)的几何结构恒定的节流部。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，用于测量在所述增压空气冷却器(6)处的压力损失的所述传感机构具有在所述增压空气冷却器上游的压力传感器(19)和在所述增压空气冷却器下游的压力传感器(20)，或者所述传感机构由差压传感器形成，所述传感机构附加地具有温度传感器以用于测量所述空气质量流(3)的温度。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述测量装置具有传感机构以用于测量通过节流阀(7)的压力损失和测量节流阀位置，其中，所述节流阀(7)在存储在所述运算单元(21)中的节流阀模块中形成用于流经的空气质量流(3)的几何结构可变的节流部，从而可借助于所述运算单元(21)至少由在所述节流阀(7)处的相应的压力损失和节流阀位置算出空气质量流(3)。
4.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机(1)和/或所述测量装置如此构造，即，在所述内燃机(1)的低负载范围中可借助于节流阀模块执行空气质量流(3)的确定，而在高负载范围中可借助于增压空气冷却器模块执行空气质量流(3)的确定，并且在至少一个处在其间的中间的负载范围中借助于节流阀模块和/或增压空气冷却器模块进行空气质量流(3)的确定和/或可结合λ调节执行两个模块的结果的持续的比较。
5.根据上述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机(1)在空气质量流供给中在所述增压空气冷却器(6)下游具有排气再循环部(EGR)(2)。
6.根据权利要求5所述的内燃机，其特征在于，所述排气再循环部(2)为经调节和/或冷却的排气再循环部(2)，其中，再循环的排气的份额(14)可借助于所述运算单元(21)算出，从而为此在容积效率模块中通过测量(22)吸管压力确定包括新鲜空气、可燃气体和再循环的排气的总质量流，此外，从总质量流中减去确定的已知的空气质量流(3)以及可燃气体质量流(9)，其中，可燃气体质量流(9)通过喷射器的相应已知的喷射持续时间和/或通过由借助于λ探测器(39,40)的λ测量相应已知的燃烧用空气比例来确定，并且此外，余下的差得出作为相应于EGR实际值的EGR率的当前再循环的排气的份额(14)。
7.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，EGR率(14)和/或EGR实际值可在调节回路中被调节到预定的EGR理论值上，EGR调节器还有运算单元(21)集成到马达控制器中，并且EGR理论值存储在特性曲线族中。
8.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机为燃气马达(1)。
9.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机为利用天然气运行的燃气马达。
10.一种用于运行根据上述权利要求中任一项所述的内燃机的方法，在其中：
在空气质量流供给中在用于混入燃料的装置(8)上游布置有增压空气冷却器(6)，并且
设置有测量装置以用于确定空气质量流(3)，
其特征在于，
所述测量装置具有传感机构(19,20)以用于测量通过所述增压空气冷却器(6)的压力损失，并且
所述测量装置此外具有作为评估单元的运算单元(21)，利用其在存储在此处的增压空气冷却器模块中由借助于所述传感机构(19,20)测得的压力损失算出空气质量流(3)，所述增压空气冷却器(6)在增压空气冷却器模块中形成用于流经的空气质量流(3)的几何结构恒定的节流部。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述测量装置具有传感机构以用于测量通过节流阀(7)的压力损失和测量节流阀位置，其中，所述节流阀(7)在存储在所述运算单元(21)中的节流阀模块中形成用于流经的空气质量流(3)的几何结构可变的节流部，从而借助于所述运算单元(21)至少由在所述节流阀(7)处的相应的压力损失和节流阀位置算出空气质量流(3)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述内燃机(1)的受限地预定的低负载范围中借助于节流阀模块确定空气质量流(3)，并且在受限地预定的高负载范围中借助于增压空气冷却器模块确定空气质量流(3)，并且
在至少一个处在其间的中间的负载范围中借助于节流阀模块和/或增压空气冷却器模块来确定空气质量流(3)和/或结合λ调节进行两个模块的结果的持续的比较。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)具有经调节和/或冷却的排气再循环部(2)，其中，再循环的排气的份额(14)借助于所述运算单元(21)算出，为此在容积效率模块中通过测量(22)吸管压力确定包括新鲜空气、可燃气体和再循环的排气的总质量流，从总质量流中减去确定的已知的空气质量流(3)以及可燃气体质量流(9)，其中，可燃气体质量流(9)通过喷射器的相应已知的喷射持续时间和/或通过由借助于λ探测器(39,40)的λ测量相应已知的燃烧用空气比例来确定，并且余下的差得出作为相应于EGR实际值的EGR率的当前再循环的排气的份额(14)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将EGR率(14)和/或EGR实际值在调节回路中调节到预定的EGR理论值上。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，针对增压空气冷却器模块测量作为恒定特征的空气冷却器节流特征，并且为了计算空气质量流(3)以在压力损失与质量流之间的近似线性的关系作为基础。
16.一种车辆，带有根据上述权利要求1至9中任一项所述的内燃机(1)，用于执行根据权利要求10至15中任一项所述的方法。
17.根据权利要求16所述的车辆，其特征在于，所述车辆为商用车。
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