CN105298668A - 用于控制用于使内燃机运行的空气燃料混合物的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制用于使内燃机运行的空气燃料混合物的组成的方法，其中，利用内燃机的废气管道中的λ传感器确定所述组成，并且其中，在第一λ传感器未准备就绪的情况下在预控制中预先确定所述组成。根据本发明规定，确定内燃机的测量的转矩以及针对λ值为1而模型化的转矩，并且在测量的转矩和模型化的转矩之间有偏差的情况下，在预控制中修正所述空气燃料混合物的组成。本发明还涉及一种用于执行所述方法的装置。根据本发明的方法和相关的装置允许在第一λ传感器未准备就绪的情况下对空气燃料混合物进行更好的预控制并且因此减少有害物质排放。

Description

用于控制用于使内燃机运行的空气燃料混合物的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制用于使内燃机运行的空气燃料混合物的组成的方法，其中，利用内燃机的废气管道中的第一λ传感器确定所述组成，并且其中，在第一λ传感器未准备就绪的情况下在预控制中预先确定所述组成。

本发明还涉及一种用于控制用于使内燃机运行的空气燃料混合物的组成的装置，其中，为了确定所述组成，在内燃机的废气管道中设置了第一λ传感器，并且其中，为了在第一λ传感器未准备就绪的情况下设定所述组成，在马达控制装置中设置预控制。

背景技术

在内燃机的废气系统中，为了优化有害物质排放和废气后处理而使用λ传感器。所述λ传感器确定废气的氧含量，这用于调节输送给所述内燃机的空气燃料混合物并且因此调节在催化器之前的废气λ。在这种情况下，通过λ调节回路调节内燃机的空气输送和燃料输送，从而针对废气后处理通过设置在内燃机的废气管道中的催化器实现废气的优化的组成。

因此，对汽油机来说，通常将空气与燃料的化学计量比调节到λ为1。这样便能够减少内燃机的有害物质排放。此外，在废气流中，布置在催化器之后的λ传感器被用于诊断所述催化器的常规的功能。

应用了各种形式的λ传感器。对于也被称为氧传感器或者奈斯特传感器的两点式λ传感器而言，电压-λ特性曲线在λ＝1时具有跳跃式的走向。因此，所述两点式λ传感器基本上允许在利用过量燃料使内燃机运行时浓的废气(λ＜1)与在利用过量空气运行时淡的废气(λ＞1)之间有差别，并且可以实现将废气调节到λ为1。

也被称为连续的或线性的λ传感器的宽带λ传感器可以实现在围绕λ＝1的宽的范围内对废气中的λ值进行测量。因此，例如也可以将内燃机调节到采用过量空气的淡的运行上。

在内燃机的冷启动之后，λ传感器首先还不具有其工作温度，并且还不能够用于确定废气的λ值并用于λ调节。如果所述λ传感器在工作开始的情况下用湿气结露，那么在露水蒸发掉之后才能开始采用全功率对其加热。因此在该工作阶段中，对所述空气燃料混合物的组成进行预控制。然后如果所述组成偏离于所期望的λ值1，那么已经准备就绪的催化器(达到了点火温度)就不能够最佳地转换，并且排放的不期望的废气组成部分便高于实际可能排放的废气组成部分。因此目的是，在该工作阶段中如此程度地修正废气的λ值，使得它尽可能接近λ＝1。

文献DE10307004B3公开了一种用于控制具有λ调节装置的内燃机的方法，该方法包括以下工艺步骤：

-在启动内燃机之后检查，是否存在预先规定的激活条件，

-如果存在所述激活条件，就测量内燃机的温度，并且通过特性曲线根据所测量的温度来确定用于确定燃料混合物的匹配值，

-在持续的λ调节中检查，是否存在预先规定的匹配条件，

-如果存在所述匹配条件，就由λ调节器的调节参数来确定匹配值，并且根据新确定的匹配值和内燃机的测量的温度来调整所述特性曲线，并且

-如果所述匹配条件不存在，那么就不调整所述特性曲线。

因此，所述方法可以实现对混合物预控制的、与内燃机的温度有关的修正并因此减小内燃机的排放。

DE102007060224A1介绍了一种用于确定用于使具有至少一个燃烧室的内燃机运行的、由第一燃料和至少一个第二燃料组成的燃料混合物的组成的方法，其中，在化学计量的燃烧的情况下，不同的组成的燃料混合物具有不同的能当量。根据本发明规定，在燃烧室中的空气质量已知的情况下，由内燃机的转矩的大小来确定燃料混合物的组成。在该文献中未公开的是，用于通过分析内燃机的转矩相对于期望的转矩的偏差而对λ进行设定的预控制。

利用根据现有技术所提到的方法和装置，仅可以不充分地在内燃机工作阶段期间利用未准备就绪的λ传感器以λ＝1的λ值对输送给内燃机的空气燃料混合物的组成进行预控制。

发明内容

因此本发明的任务在于，在λ传感器未准备就绪的情况下实现对输送给内燃机的空气燃料混合物的组成进行更为准确的预控制。

此外，本发明的任务在于，提供用于执行所述方法的装置。

本发明的涉及所述方法的任务通过以下方式解决，即，确定内燃机的测量的转矩和内燃机的针对λ值为1而模型化的(modelliert)转矩，并且在测量的转矩和模型化的转矩之间有偏差的情况下，在预控制中修正空气燃料混合物的组成。此外，由内燃机输出的转矩在已知的程度上取决于输送给内燃机的空气燃料混合物的λ值。因此，通过比较测量的转矩与针对λ值为1而模型化的转矩，即使在λ传感器还未准备就绪的情况下也可以确定λ值的偏差并且在接下来也可以修正λ值的偏差。

λ传感器的准备运行状态(Betriebsbereitschaft)与达到其工作温度有关。在冷的λ传感器结露(Betauung)的情况下，不能够马上利用全功率加热该λ传感器，因为否则会存在陶瓷构件断裂的风险。出于同样的原因，只要在废气管道中运输了能够接触λ传感器的湿气，所述λ传感器就不能被加热到工作温度。通常，在这样的情况下，首先利用减小的功率进行保护性加热，以便不损坏λ传感器。只有当在马达控制装置中存在露点结束(Taupunktende)的信号时，才释放完全的热功率。尤其是在重复的冷启动的情况下，所述λ传感器在很晚时才能够达到其准备运行状态。在这样的情况下，布置在内燃机的废气管道中的催化器可能很早就达到了其工作温度(“点火温度”)，并且当空气燃料混合物的组成准确地位于λ＝1时，能够有效地转换废气中的有害物质。这可以通过由模型化的转矩与实际的转矩的比较推导出的、对空气燃料混合物的组成的修正来实现。特别地，在重复的冷启动的情况下，比按照现有技术早得多地实现对λ值为1的精确设定。

可以由燃烧室压力确定由内燃机输出的转矩，可以利用燃烧室压力传感器确定所述燃烧室压力。此外，还可以由转速信号确定输出的转矩。

在所述方法的一种典型方案中规定，由测量的转矩和模型化的转矩之间的偏差并且由逆转的λ效率(inverseLambdawirkungsgrad)来确定λ偏差，并且利用该λ偏差在预控制中修正所述组成。逆转的λ效率特性曲线是输送的空气燃料混合物的λ值和效率之间的抛物线状的关系；所述效率特性曲线属于每个汽油机的参数(Bedatung)。由为了使内燃机运行而输送的空气质量和λ值能够确定实际输送给所述内燃机的燃料质量。因此，通过与在预控制中预先确定的燃料质量相比较能够确定修正需求。

对空气燃料混合物的组成的根据本发明的修正可以基于在整个内燃机上的转矩比较的平均值而进行。在所述方法的一种改型方案中规定，针对汽缸的每个工作节拍或者针对工作节拍的可预先确定的选择对测量的转矩进行确定并且对预控制进行修正。就具体汽缸而言，为各个汽缸配设燃料质量，从而在动态的工作状态下也能够对预控制进行有效的修正。在此可以规定，比较转矩与阈值的偏差，并且在超过所述阈值的情况下才进行修正。

在所述方法的一种变型方案中规定，在多个步骤中朝向目标组成地对所述预控制进行修正。尽管由抛物线状的逆转的λ效率特性曲线在一个步骤中能够确定对有待定量的燃料质量的修正，但是以下可以是有利的，仅仅部分地执行所述修正并且分析该部分修正对转矩的影响。然后在其它修正步骤中，使得所述组成越来越好地接近λ＝1。

由于所述逆转的λ效率特性曲线的抛物线状的走向，对当前的效率进行观察得出了两个可能的当前的λ值。因此是可以的：所述修正必须朝着混合物浓化的方向进行或者朝着混合物淡化的方向进行。在启动内燃机时，通常对浓的混合物进行预控制。因此有利的是，对预控制的修正随着空气燃料混合物的组成的淡化而开始，并且当测量的转矩和模型化的转矩之间的偏差增大时通过浓化来修正所述预控制。如果模型化的转矩和测量的转矩之间的偏差在第一修正步骤之后减小，那么所述修正朝着正确的方向进行并且可以进一步朝着该方向进行修正。如果出现偏差变大，那么这意味着，淡化是朝着错误方向的修正，并且必须朝着相反的方向进行修正。然后，进一步的修正通过对空气燃料混合物的组成的逐步的进一步的浓化而进行。

本发明的涉及所述装置的任务通过以下方式解决，即，在马达控制装置中设置程序流程或者开关电路，该程序流程或者开关电路用于确定内燃机的测量的转矩和针对λ值为1而模型化的转矩；并且在测量的转矩和模型化的转矩之间有偏差的情况下，在预控制中设置对空气燃料混合物的组成的修正。在这种情况下，能够由利用燃烧室压力传感器测量的燃烧室压力来确定内燃机的转矩。在一种变型方案中，也可以通过内燃机转动期间的转速曲线来确定所述转矩。在马达控制装置中，将如此确定的转矩与在那里模型化的转矩进行比较并且确定λ效率。于是，基于在所述马达控制装置中所储存的抛物线状的逆转的λ效率特性曲线能够确定输送给内燃机提供的空气燃料混合物的λ值，并且接下来如下地修正有待定量的燃料质量，使得在预控制的该阶段下达到λ＝1的λ值。

附图说明

以下借助于在附图中示出的实施例详细阐释本发明。在附图中：

图1在示意图中示出了技术环境，所述方法可以应用在该技术环境中，

图2示出了根据本发明的方法的流程图，

图3示出了根据本发明的装置的功能图，

图4示出了效率与空气燃料混合物的组成的相关性的图表。

具体实施方式

图1示意性地示出了技术环境，根据本发明的方法可以应用在该技术环境中。被设计为外源点火的汽油机的内燃机10获得通过空气输送装置11输送的助燃空气。在这种情况下，借助于空气输送装置11中的空气质量测量器12可以确定助燃空气的空气质量。输送的空气质量用于由废气参数例如废气量、体积流或废气速度确定在有待预控制的λ值的情况下的有待定量的燃料质量。内燃机10的废气通过废气管道17导出，在该废气管道中布置有催化器18。此外，在废气管道17中在所述催化器18之前布置有第一λ传感器16并且在所述催化器18之后布置有第二λ传感器19，其信号被输送给马达控制装置15。此外，将空气质量测量器12的信号输送给所述马达控制装置15。基于如此确定的空气质量在马达控制装置15中确定燃料质量，所述燃料质量应通过燃料定量装置13输送给内燃机10。此外，燃烧室压力传感器14的输出信号输送给马达控制装置15，由该输出信号可以确定由内燃机输出的转矩。

为了执行根据本发明的方法，在马达控制装置15中，在第一λ传感器16未准备就绪的情况下，基于内燃机10在空气燃料比λ＝1时的当前工作点模型化转矩，并且与由燃烧室压力确定的转矩进行比较。如果比较得出λ值偏离于λ＝1，那么在所给出的空气质量的情况下修正有待定量的燃料质量。

图2示出了根据本发明的方法的流程图20。从起点21开始，首先在准备运行状态22决策器(Entscheidung)中确定，第一λ传感器16是否已达到其工作温度并因此而准备就绪。如果是这种情况，那么就分支到λ调节23并且对内燃机10进行通常的λ调节。如果还没有达到准备运行状态，那么仍要试图精确地设定所述λ值，以便如果催化器18已经准备就绪，所述催化器就可以开始对废气中的不期望的组成部分进行良好的转换。因此分支到转矩测量24。在转矩测量24中，由燃烧室压力或者通过分析转速信号来确定当前由内燃机10输出的转矩。在接下来的步骤中，转矩模型化25基于内燃机10在空气燃料比λ＝1时的当前工作点模型化转矩比较值。在偏差26决策器中，比较在转矩测量24中确定的值和在转矩模型化25中确定的值。如果偏差低于预先确定的阈值，那么在启动21之后就分支。如果偏差大于预先确定的阈值，那么在确定λ偏差27的步骤中由从模型化的转矩和测量的转矩中确定的效率比来确定关于有待定量的燃料质量的修正因数。接下来，在匹配燃料质量28的步骤中确定有待定量的燃料质量。由此开始在启动21之后分支。

图3在功能图30中示出了用在根据本发明的方法(Vorgehen)中的参量的功能关系。在第一除法器(Division)33中，由测量的转矩31和模型化的转矩32确定实际的λ效率，由该λ效率在包含逆转的λ效率的效率特性曲线34中确定λ值。所述λ值与空气质量35一同输送给第二除法器36，在该第二除法器中确定当前输送给内燃机10的燃料质量。当前所输送的燃料质量和预先确定的燃料质量38被输送给第三除法器37，在该第三除法器中确定关于有待定量的燃料质量的修正因数39。

图4示出了效率图表40，在该效率图表中沿着效率轴线41和λ轴线49绘出了效率曲线45，该效率曲线是所观察的内燃机10的逆转的λ效率特性曲线。这样的逆转的λ效率特性曲线属于每个汽油机的基础参数(Grundbedatung)。如果由测量的转矩31和模型化的转矩32来确定效率值42，那么由于效率曲线45的抛物线状的走向而有第一λ值44和第二λ值48，这两个λ值适合作为当前的λ值。在下文所介绍的方法变型中，混合物组成的修正不是在一个步骤中而是在多个分步骤中进行。如果假设，所述内燃机10通过启动时加浓(Startanreicherung)而位于较浓的λ区域中，那么沿着第一匹配路径43向较淡的混合物进行逐步匹配，然后在接下来的步骤中检查所述匹配并且在必要时进一步进行所述匹配。如果在这种情况下确定了所述混合物已经位于过于淡的区域中，那么就沿着第二匹配路径47逐步地加浓混合物。

Claims (6)

1.用于控制用于使内燃机运行(10)的空气燃料混合物的组成的方法，其中，利用在所述内燃机(10)的废气管道(17)中的第一λ传感器(16)确定所述组成，并且其中，在第一λ传感器(16)未准备就绪的情况下在预控制中预先确定所述组成，其特征在于，确定所述内燃机(10)的测量的转矩(31)和针对λ值为1而模型化的转矩(32)，并且在所述测量的转矩(31)和所述模型化的转矩(32)之间有偏差的情况下，在所述预控制中修正所述空气燃料混合物的组成。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述测量的转矩(31)和所述模型化的转矩(32)之间的偏差并且由逆转的λ效率确定λ偏差，并且利用所述λ偏差在所述预控制中修正所述组成。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对汽缸的每个工作节拍或者针对工作节拍的可预先确定的选择对所述测量的转矩(31)进行确定并且对所述预控制进行修正。

4.按照权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，在多个步骤中朝向目标组成地对所述预控制进行修正。

5.按照权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，对所述预控制的修正随着空气燃料混合物的组成的淡化而开始，并且在所述测量的转矩(31)和所述模型化的转矩(32)之间的偏差增大时通过浓化来修正所述预控制。

6.用于控制用于使内燃机运行(10)的空气燃料混合物的组成的装置，其中，为了确定所述组成而在所述内燃机(10)的废气管道(17)中设置第一λ传感器(16)，并且其中，为了在第一λ传感器(16)未准备就绪的情况下设定所述组成而在马达控制装置(15)中设置预控制，其特征在于，在所述马达控制装置(15)中设置程序流程或者开关电路，所述程序流程或者开关电路用于确定所述内燃机(10)的测量的转矩(31)和针对λ值为1而模型化的转矩(32)，并且在所述测量的转矩(31)和所述模型化的转矩(32)之间有偏差的情况下，在所述预控制中设置对所述空气燃料混合物的组成的修正。