CN106460695A - 用于在内燃机的气缸中实施换气的方法和控制单元以及带有这样的控制单元的内燃机 - Google Patents

用于在内燃机的气缸中实施换气的方法和控制单元以及带有这样的控制单元的内燃机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在内燃机的气缸中实施换气的方法(20)，其中，气缸通过阀与气体引导区段相连接，在气体引导区段中设置有用于调整在气体引导区段中的气体压力的调整机构，其中，阀在内燃机的力矩保持不变的情况下在内燃机的工作循环中在固定的时刻(SE,SA)关闭。该方法包括以下步骤：识别力矩变化要求(102)；根据力矩变化要求确定关于在气体引导区段中的气体压力的理论值(103)；以及由于力矩变化要求确定可变的时刻(vSE,vSA)以关闭阀(1050)，其中，在工作循环中可变的时刻(vSE,vSA)根据气体压力的理论值相对于固定的时刻(SE,SA)移动。

Description

用于在内燃机的气缸中实施换气的方法和控制单元以及带有 这样的控制单元的内燃机
技术领域
本发明涉及一种用于在内燃机的气缸中实施换气的方法和控制单元。此外，本发明涉及一种带有这样的控制单元的内燃机以及一种带有这样的内燃机的机动车。
背景技术
在内燃机中在每个燃烧过程之后进行换气。如何来执行该换气的方式显著地影响内燃机的燃料消耗和有害物质排放。因此需要将换气设计成使得气缸充气(Zylinderfuellung)包含一定份额的新鲜空气、剩余气体和扫气。
在四冲程发动机中通常进行四个过程步骤吸气、压缩、燃烧和排气。在传统的Otto发动机中在吸气时在活塞到达上止点之前不久打开进气阀，其中，排气阀保持打开。在经过上止点之后，关闭排气阀。在活塞到达下止点之后，才又关闭进气阀。基于米勒原理的内燃机与Otto发动机区别在于，与Otto发动机相比进气阀非常早地关闭，由此在气缸中的空气量减小。因为已在到达下止点之前关闭进气阀，增大膨胀体积，而不提高压缩压力，由此节省燃料并且气缸中的温度比在Otto发动机中小。
为了控制气缸充气的新鲜空气、剩余气体和扫气的份额，存在不同可能性。如此例如已知通过调整进气管中的节流活门(Drosselklappe)(由此改变进气管压力)以合适的方式调节气缸的充气。然而由于进气管的较大容积压力变化仅延迟地建立，从而通过节流活门控制充气较迟钝。备选地存在不同方式，在其中通过气门机构来控制气缸充气。然而这样的充气控制前提是，精确地已知在进气管中以及在歧管中的压力情况。这在排气通道中或在歧管中的排气背压(其对气缸充气有不可忽略的影响)方面不能轻易实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在内燃机的气缸中实施换气的方法和控制单元以及一种具有这样的控制单元的内燃机，其至少部分地克服上述缺点。
该目的通过根据权利要求1所述的根据本发明的方法、根据权利要求13所述的根据本发明的控制单元和根据权利要求15所述的内燃机来实现。
用于在内燃机的气缸中实施换气的方法的一实施例(其中，气缸通过阀与气体引导区段相连接，在气体引导区段中设置有调整机构用于调整在气体引导区段中的气体压力，其中，阀在内燃机的力矩保持不变的情况下在内燃机的工作循环中在固定的时刻关闭)包括以下步骤：
识别力矩变化要求；
根据力矩变化要求确定关于在气体引导区段中的气体压力的理论值；以及
由于力矩变化要求确定可变的时刻以关闭阀，其中，在工作循环中可变的时刻根据气体压力的理论值相对于固定的时刻移动。
用于在内燃机的气缸中实施换气、尤其实施所提及的方法的控制单元的一实施例(其中，气缸通过阀与气体引导区段相连接，在气体引导区段中设置有调整机构用于调整在气体引导区段中的气体压力，其中，阀在内燃机的力矩保持不变的情况下在内燃机的工作循环中在固定的时刻关闭)包括：
用于接收力矩变化要求的接口；以及
处理器模块，
其用于根据力矩变化要求确定关于在气体引导区段中的气体压力的理论值；且
由于力矩变化要求确定可变的时刻以关闭阀，其中，在工作循环中可变的时刻根据气体压力的理论值相对于固定的时刻移动。
本发明的另外的有利的设计方案由从属权利要求和本发明的优选的实施例的接下来的说明中得出。
根据本发明的用于在内燃机的气缸中实施换气的方法基于内燃机的这样的设计，在其中气缸通过阀与气体引导区段相连接，在气体引导区段中设置有调整机构用于调整在气体引导区段中的气体压力。阀被控制成使得其在内燃机的力矩保持不变的情况下在内燃机的工作循环中在固定的时刻关闭。按照根据本发明的方法首先识别出力矩变化要求。在识别出力矩变化要求之后，根据力矩变化要求来确定关于在气体引导区段中的气体压力的理论值。按照根据本发明的方法的接下来的步骤，由于力矩变化要求确定关闭阀的可变的时刻。在此，在工作循环中可变的时刻根据气体压力的理论值相对于固定的时刻移动。
固定的时刻是当内燃机处于平衡状态中时、也就是说当内燃机的力矩和状态参数如内燃机中的压力和温度基本上被保持恒定时在内燃机的工作循环中阀关闭的时刻。
在一些实施例中，阀可以是进气阀并且气体压力可以是进气管压力。那么，固定时刻可以是内燃机的活塞处于气缸容积还未最大(也就是说活塞还未达到下止点)的位置中的时刻。换言之，固定的时刻可以是在实施米勒方法的情况下当不存在力矩变化要求时进气阀关闭的时刻。
在一些实施例中，阀可以是排气阀并且气体压力可以是排气背压。那么，固定的时刻可以是内燃机的活塞处于气缸容积最小或恰好不再最小(也就是说活塞在上止点处或刚经过上止点)的位置中的时刻。
在一些实施例中，可基于充气检测模型来确定固定的时刻。为了生成充气检测模型，可使用在试验台处所测量的测量值和/或关于内燃机的一个或多个状态参数的模拟值。根据状态参数(例如压力情况)的值，可不同地选择固定的时刻。在这些实施例中，开关时刻在力矩变化要求下可相对于例如最后确定的固定时刻移动。
力矩变化要求例如可包括所要求的理论力矩。
力矩变化要求例如可以是控制单元的指令。指令例如可通过设置比特来输出并且通过读取比特被识别。在机动车中，力矩变化要求例如可以是发动机控制器(enginecontrol unit-ECU)用于提高发动机力矩的指令，其由于加速踏板的操纵由发动机控制器发出。
在工作循环中可变的时刻的移动的程度此外可与气体压力的实际值相关。因此，在工作循环中可变的时刻此外可根据气体压力的实际值相对于固定时刻来确定。例如，在工作循环中可变的时刻可根据进气管压力的调节偏差来确定，其中，调节偏差是在进气管压力的理论值与实际值之间的差。
例如可借助于一个或多个特性场来确定关于在气体引导区段中的气体压力的理论值。在一些实施例中，特性场可事先基于在试验台处的测量和/或基于在内燃机处的测试测量和/或基于借助于计算的模拟或者说模拟来产生，从而可从该或多个特性场中读取关于气体压力的理论值。
在其它一些实施例中，可借助于一个或多个特性场来确定与在气体引导区段中的气体压力相关的状态参数的理论值并且基于这些状态参数的理论值来计算气体压力的理论值。备选地，代替特性场，在识别出力矩变化要求之后可执行气体压力的理论值或与气体压力相关的状态参数的理论值的模拟或其它计算。之后还将更详细地来探讨与气体压力相关的状态参数。
根据气体压力，可借助于充气检测模型(其例如考虑调整机构的位置和阀的关闭时刻的影响)或者借助于区段模型(Streckenmodell)来确定关闭阀的可变的时刻。
此外，用于实施换气的方法可包括该步骤，即由于力矩变化要求将调整机构控制成使得在气体引导区段中根据力矩变化要求所确定的气体压力的理论值建立。调整机构可以是流动活门、例如节流活门。可将流动活门调整成使得增大或减小气体引导区段中的流动横截面。由此可影响气体引导区段中的气体压力。在一些示例中可通过增大流动横截面来减小气体引导区段中的气体压力而通过减小流动横截面来增大气体引导区段中的气体压力。备选地，调整机构可以是废气涡轮和压缩机的组合、例如涡轮增压器。为了能够调节气体引导区段中的气体压力，可相应地调整压缩机的流动叶片。
对于例如仅持续少量发动机循环的非常短的力矩变化要求，可放弃气体引导区段中的气体压力的调整而仅借助于阀的关闭时刻的移动进行响应。通过该控制，所期望的气缸充气可非常快速地实现。
由于力矩变化要求，可在一个或多个工作循环或发动机循环期间在所确定的可变的时刻关闭阀。阀的关闭例如可以是从完全打开的状态切换到完全关闭的状态中。在一些实施例中此外由于力矩变化要求将调整机构调整成使得气体压力的实际值接近气体压力的理论值。可一直、也就是说在如此多的工作循环或发动机循环上在所确定的可变的时刻来关闭阀，直到实际值达到气体压力的理论值。通过在可变的时刻关闭阀，可平衡在调整气体压力时的延迟。
在一些实施例中，由于力矩变化要求可在力矩变化要求之后的第一个发动机循环中在所确定的可变的时刻来关闭阀而在直接随后的发动机循环中在处于可变的时刻与固定的时刻之间的所匹配的时刻来关闭阀。例如可使在第一个发动机循环之后的发动机循环期间阀的关闭时刻逐步地接近固定的时刻。由于可与关闭时刻的移动同时地来控制调整机构，可一直在处于固定的时刻与可变的时刻之间的时刻来关闭阀，直到关于气体压力的实际值相应于关于气体压力的理论值。接下来又可在固定的时刻关闭阀。
在一些实施例中，阀可以是进气阀，气体引导区段可以是通过进气阀与气缸相连接的进气管，而用于调整气体引导区段中的气体压力的调整机构可以是用于调整进气管中的进气管压力的节流活门，其布置在进气管中。这意味着，由于力矩变化要求来确定进气管压力的理论值并且基于该理论值来确定关闭进气阀的时刻。
力矩变化要求例如可以是提高内燃机的力矩的要求。力矩变化要求例如可包括相应的理论力矩。在该情况中关于进气管压力的理论值可高于进气管压力的实际值，因为为了提高内燃机的力矩须增大气缸中的新鲜空气质量。相应地，可变的时刻可在时间上处于固定的时刻之后。备选地，力矩变化要求也可包括减小力矩的要求。在该情况中，那么关于进气管压力的理论值可小于进气管压力的实际值，因为应减小气缸中的新鲜空气的量。相应地，可变的时刻可在时间上处于固定的时刻之前。下面进一步详细来说明在要求提高力矩时如何来选择可变的时刻的示例。
在其它一些实施例中，阀可以是排气阀，气体引导区段可以是通过排气阀与气缸相连接的排气通道区段，而用于调整气体引导区段中的气体压力的调整机构可以是用于调整排气通道区段中的排气背压的废气涡轮增压器，其布置在排气通道区段中。这意味着，由于力矩变化要求来确定排气背压的理论值并且基于该理论值来确定关闭排气阀的时刻。
力矩变化要求可包括提高力矩的要求。力矩变化要求例如可包括相应的理论力矩。在该情况中关于排气背压的理论值可小于实际值，因为为了提高内燃机的力矩须增大气缸中的新鲜空气质量并且由此应减小气缸中的剩余气体份额。相应地，可在时间上处于固定的时刻之前的可变的时刻关闭排气阀。备选地，力矩变化要求也可包括减小力矩的要求。在该情况中那么关于排气背压的理论值可高于排气背压的实际值，因为应提高气缸中的剩余气体的量。相应地，可在时间上在固定的时刻之后关闭排气阀。下面进一步详细来说明在要求提高力矩时如何来选择可变的时刻的示例。
在一些实施例中，内燃机可具有两个各带有阀和调整机构的气体引导区段。对于这些内燃机，可按照根据本发明的方法来关闭阀中的一个或两个。
例如，气缸可通过进气阀与进气管(在其中设置有用于调整进气管压力的节流活门)相连接并且可通过排气阀与排气通道(在其中设置有用于调整排气背压的涡轮增压器)相连接。进气阀可在内燃机的力矩保持不变的情况下或者说在发动机力矩保持不变的情况下在工作循环中或者说发动机循环中在与进气阀相关的固定的时刻关闭而排气阀可在发动机力矩保持不变的情况下在发动机循环中在与排气阀相关的固定的时刻关闭。一旦识别出力矩变化要求，可根据力矩变化要求来确定关于进气管中的进气管压力的理论值且可根据力矩变化要求来确定关于排气通道中的排气背压的理论值。接着，由于力矩变化要求可确定与进气阀相关的关闭进气阀的可变的时刻且由于力矩变化要求可确定与排气阀相关的关闭排气阀的可变的时刻。在发动机循环中与进气阀相关的可变的时刻可根据进气管压力的理论值相对于与进气阀相关的固定的时刻移动。在发动机循环中与排气阀相关的可变的时刻可根据排气背压的理论值相对于与排气阀相关的固定的时刻移动。
如果在具有两个各带有阀和调整机构的气体引导区段的内燃机中按照根据本发明的方法关闭阀中的仅仅一个，另一阀可借助于特性场(其事先借助于在试验台处的测量和/或模拟来生成)来控制。下面进一步详细来说明这样的控制。
如上面已提及的那样，力矩变化要求可包括提高发动机力矩的要求。由于这样的力矩变化要求，关闭进气阀的可变的时刻可在发动机循环中比固定的时刻更晚。在发动机循环的进气阶段中的固定的时刻可处于达到气缸的最大容积之前。这接下来根据示例来解释：
在内燃机的工作循环中，吸气过程例如可在气缸容积最小时或在活塞到达上止点时开始而在气缸容积最大时或在活塞到达下止点时结束。如果内燃机以米勒方法来运行，则吸气过程已可在小于最大气缸容积的气缸容积下通过关闭进气阀来结束，由此得到在燃料消耗和温度方面的优点。该关闭时刻可以是固定的时刻。如果现在识别出力矩变化要求(在此提高力矩的要求)，可在时间上处于固定的时刻之后的可变的时刻来关闭阀。可变的时刻例如可以是气缸容积最大或者大于在固定时刻的气缸容积的时刻。通过使进气阀的关闭时刻移动至比固定的时刻更晚的可变的时刻，可增大在吸气过程结束时的气缸容积，在进气管压力基本相同的情况下更多新鲜空气可流入气缸中。因为由于力矩提高的要求也可调整节流活门，关于进气管中的进气管压力的理论值可有延迟地建立。在一些实施例中，可在可变的时刻或在固定的时刻与可变的时刻之间的时刻关闭进气阀直至达到进气管压力的理论值。由此可非常快速地对力矩变化要求做出响应，其中，同时保留少燃料的阀控制的机构。
与以上鉴于进气阀所阐述的类似，由于提高发动机力矩的要求关闭排气阀的可变的时刻可在发动机循环中比固定的时刻更早。在发动机循环的吸气阶段中关闭排气阀的固定的时刻可处于达到气缸的最小容积之后，也就是说在已超过上止点(其定义吸气的开始)时。由于提高内燃机的力矩的要求，现在可来确定排气背压的理论值。在该情况中，关于排气背压的理论值可小于实际值，因为为了提高内燃机的力矩应减小气缸中的剩余气体份额。通过使排气阀的关闭时刻移动至比固定的时刻更早的可变的时刻，例如可在吸气时更少地将剩余废气吸入气缸中，从而为新鲜空气留有更多空间。因为由于提高力矩的要求也可设置涡轮增压器，关于在排气通道中或在歧管中的排气背压的理论值可有延迟地建立。在一些实施例中，可在可变的时刻或在固定的时刻与可变的时刻之间的时刻关闭排气阀直至达到排气背压的理论值。由此可非常快速地对力矩变化要求做出响应，其中，同时考虑少燃料的阀控制的机构。
内燃机可包含用于影响换气的附加的调整器件，例如外部的废气再循环的阀。通过根据力矩变化要求来确定关于调整器件、调整机构和/或阀的位置的理论值，可控制这些附加的调整器件、调整机构(例如节流活门和/或涡轮增压器)和/或不按照根据本发明的方法来切换的阀。例如，可借助于一个或多个特性场来确定相应的理论值。在一些实施例中，特性场可事先根据在试验台处的测量和/或根据在内燃机处的测试测量和/或根据借助于计算的模拟或模拟来产生，从而可从该或多个特性场中读取关于气体压力的理论值。在其它一些实施例中，可借助于一个或多个特性场来确定与调整器件、调整机构或阀的位置相关的状态参数的理论值并且基于该状态参数的理论值来计算调整器件、调整机构或阀的位置。备选地，代替特性场，在识别出力矩变化要求之后可来执行调整器件、调整机构或阀的位置或与调整器件、调整机构或阀的位置相关的状态参数相关的理论值的模拟或其它计算。
状态参数例如可以是相对的新鲜空气量、内部再循环的剩余气体的量、外部再循环的剩余气体的量、充气系数、关于调整机构的压力储备(Druckvorhalt)或扫除率(Scavengingrate)。进入气缸中的空气被理解为新鲜空气。其可以是其成分等同于大气中的空气的气体混合物或者是气体燃料混合气。与此相对，剩余气体是少氧的气体混合气，其在燃烧之后被从气缸中排出。充气系数定义为新鲜空气质量和在最大气缸容积中最大可容纳的空气质量的比。扫除被理解成这样的过程，在其中在排气与吸气之间的过渡间隔中两个阀、进气阀和排气阀打开。
此外，本发明涉及一种用于在内燃机的气缸中实施换气的控制装置。例如，该控制装置可构造用于实施前面所说明的用于在气缸中实施换气的方法。控制装置基于内燃机的这样的设计，在其中气缸通过阀与气体引导区段相连接，在气体引导区段中设置有调整机构用于调整在气体引导区段中的气体压力。控制装置设计成使得其在内燃机的力矩保持不变的情况下在内燃机的工作循环中在固定的时刻关闭阀。控制装置包括用于接收力矩变化要求的接口和处理器模块。处理器模块构造成根据力矩变化要求确定关于气体引导区段中的气体压力的理论值并且由于力矩变化要求确定可变的时刻以关闭阀，其中，在工作循环中可变的时刻根据进气管压力的理论值相对于固定的时刻移动。
接口可以是硬件接口。接口可构造成使得其将控制装置与ECU或者直接或间接地与加速踏板连接并且实现指令(其包括力矩变化要求、例如理论力矩)传输到控制装置处。处理器模块可具有电子构件，如微处理器。处理器模块可包括用于确定气体压力的理论值的理论值确定模块和用于根据气体压力和力矩变化要求确定可变的时刻的时刻确定模块。
此外，控制装置可包括存储器，在其中储存有根据力矩变化要求的关于气体引导区段中的气体压力的理论值和/或用于根据气体压力确定可变的时刻的信息。存储器可以是数据存储器。
此外，控制装置可构造成单个地或以任意的组合来实施鉴于方法所说明的特征。
此外，本发明涉及一种具有控制装置(如其在上面所说明的那样)和气缸的内燃机。气缸通过阀与气体引导区段相连接，在气体引导区段中设置有调整机构用于调整气体引导区段中的气体压力。借助于控制装置阀可控制成使得阀在内燃机的力矩保持不变的情况下在内燃机的工作循环中在固定的时刻关闭并且阀由于力矩变化要求在可变的时刻关闭，其中，在工作循环中可变的时刻根据气体压力的理论值相对于固定的时刻移动。
内燃机可包括进气阀(气缸通过其与进气管相连接，在进气管中设置有节流活门)和排气阀(气缸通过其与排气通道相连接，在排气通道中设置有涡轮增压器)。内燃机可设计成使得由于力矩要求可在与进气阀相关的可变的时刻或在与排气阀相关的可变的时刻来关闭进气阀和/或排气阀。
一些实施例也涉及一种具有内燃机(如其在上面所说明的那样)的机动车。
附图说明
现在示例性地且参照附图来说明本发明的实施例，其中：
图1示意性地显示了根据本发明的方法的流程图；
图2示意性地显示了控制装置的构造；
图3示出了在要求提高力矩时关闭时刻的移动；
图4说明了在多个工作循环上进气管压力和进气阀的关闭时刻的移动的在时间上的变化过程；
图5显示了控制装置的构造的实施例；以及
图6显示了控制装置的构造的另一实施例。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了根据本发明的用于在内燃机的气缸中实施换气的方法10的实施例。
对此，内燃机具有气缸，气缸通过进气阀与进气管相连接，在进气管中设置有用于调整进气管压力的节流活门。
在进行的控制过程101(在其期间内燃机的力矩恒定)中，在工作循环中在固定的时刻关闭进气阀。固定的时刻定义成使得在该时刻气缸容积小于最大可能的气缸容积。下面参考图3进一步来详细说明内燃机的工作循环。
如果要求提高发动机力矩(其在该示例中通过踩下加速踏板来触发)，则在步骤102中识别出该力矩变化要求。在接下来的步骤103中，根据力矩变化要求来确定关于进气管中的进气管压力的理论值。对此，取用事先储存的特性场(其根据发动机力矩描述进气管压力)，从而可读取进气管压力的理论值。进气管压力的理论值大于在力矩变化要求的时刻存在的进气管压力。
借助于进气管压力的理论值在步骤1040中来确定节流活门的理论位置。接着，相应于节流活门位置的所确定的理论值来调整节流活门(步骤1041)。
与步骤1040同时地，在步骤1050中由于力矩变化要求根据进气管压力的理论值来确定可变的时刻以关闭进气阀。在发动机循环中所确定的可变的时刻根据进气管压力理论值相对于固定的时刻向后移动，如下面鉴于图3进一步所阐述的那样。
接着，对于若干发动机循环在可变的时刻关闭进气阀(步骤1051)。一旦进气管压力的实际值相应于进气管压力的理论值，又在固定的时刻关闭进气阀(步骤1052)。接着，过渡到连续的控制过程106中，其与过程101相似并且在其中在固定的时刻关闭进气阀。
在图2中示意性地显示了用于在气缸中实施换气的内燃机2。内燃机2如用于实施图1中的方法10所阐述的内燃机那样来构造。此外，内燃机2包含控制装置20。控制装置20具有接口201，其可与ECU相连接。ECU构造成处理关于力矩变化要求的数据(其例如通过踩下加速踏板来产生)、例如理论力矩并且传输到控制装置20处。
控制装置20此外包括处理器模块202，其包括理论值确定模块2020和时刻确定模块2021。处理器模块202与接口201相连接，以便能够取用通过接口201所提供的力矩变化要求300。控制装置20与用于调整节流活门的位置的调整模块21相连接，以便能够将通过理论值确定单元2020所确定的理论值301报告到调整模块21处。理论值确定模块2020和时刻确定模块2021相互联结成使得时刻确定模块2021获得进气管压力的理论值301，以便从其中确定可变的时刻302。控制装置20此外与用于开关进气阀的开关模块22相连接，以便能够传输可变的时刻302并且在发动机循环中在力矩变化要求300之后在可变的时刻302关闭开关模块22。
图3显示了内燃机的工作循环的局部的图表，其说明了在吸气期间进气阀的打开和关闭时刻以及排气阀的关闭时刻。示出一扇形，在其上指出上止点OT和下止点UT。在上止点OT处内燃机的活塞位于气缸容积最小的位置中。在下止点UT处活塞位于在气缸中使得气缸容积最大的位置中。
在上止点OT与下止点UT之间，沿着右半圆进行吸气。如在图3中在上止点OT左边所示，在打开时刻ÖE打开内燃机的进气阀，从而可通过流入气缸中的新鲜空气将留在气缸中的剩余气体从气缸中挤出。排气阀的关闭时刻SA在到达上止点OT之后不久。由于内燃机根据米勒方法工作，进气阀的关闭时刻SE处于到达下止点UT之前，也就是说在扇形的第二象限的中间部分中。在平衡状态中，也就是说当不存在力矩变化要求并且状态参数恒定时，进气阀的关闭时刻SE是固定的关闭时刻。一旦识别出提高力矩的力矩变化要求，在更迟的时刻、可变的时刻vSE关闭进气阀。进气阀的可变的关闭时刻vSE直接在下止点UT之前绘出。然而，在可变的关闭时刻vSE与固定的关闭时刻SE之间的移动也可更小或者随着在力矩变化要求之后的发动机循环数目增加而减小。在图4中示出可变的时刻的移动φ以及进气管压力Ps与工作循环的增加的数目或者说与时间t的可能的关系。
图4示出，在识别出力矩变化要求的时刻T1可变的关闭时刻相对于固定的关闭时刻的移动φ突然增加。相反，进气管压力Ps仅缓慢增加，因为持续一段时间直到进气管压力的理论值建立。可变的关闭时刻的移动φ随着时间减小而进气管压力进一步升高。
通过进气阀的关闭时刻从固定的关闭时刻SE移动至可变的关闭时刻vSE，由此可比通过调整进气管压力更快速地对力矩变化要求做出响应。由于接下来匹配进气管压力，在稳定行驶时此外可实现能够利用米勒方法的优点。
在平衡状态中、也就是说当不存在力矩变化要求时排气阀的关闭时刻SA可以是固定的时刻。然而如果存在提高力矩的力矩变化要求，则可在更早的时刻、可变的关闭时刻vSA关闭排气阀，以避免过多剩余气体回流到气缸中。如在图3中所示，排气阀的可变的关闭时刻vSA处于排气阀的上止点OT与固定的关闭时刻SA之间。在排气阀的可变的关闭时刻vSA与排气阀的固定的关闭时刻SA之间的移动也可更小或者随着在力矩变化要求之后发动机循环的数目的增加而减小。可变的时刻vSA的移动以及排气背压随着工作循环的增加的数目或者说随着时间t的变化过程与图4中的移动φ和进气管压力Ps类似地伸延。由此可快速地对力矩变化要求做出响应。
参考图2仅说明了内燃机的进气阀的控制。现在，图5显示了内燃机4的另一实施例，其涉及一系列影响充气的调整元件的控制。
内燃机4包括控制装置。控制装置包括接口(未示出)，通过该接口取用当前的转速500和理论力矩501、也就是说力矩变化要求。对此，接口例如可与ECU相连接。
此外，控制装置包括处理器模块，其包括理论值确定模块41。理论值确定模块41包括存储器，其具有空气质量、充气系数、关于节流活门的压力储备、内部废气再循环的剩余气体含量和外部废气再循环的剩余气体含量的特性场。理论值确定模块41构造成借助于存储器中的特性场和通过接口所接收的当前转速500以及理论力矩501确定并输出理论空气质量502、理论充气系数503、理论压力储备504、内部废气再循环的理论剩余气体含量505和外部废气再循环的理论剩余气体含量506。
理论空气质量502和理论充气系数503被从理论值确定单元41传输到进气管压力确定装置42处，从而进气管压力确定装置42计算理论进气管压力507。理论进气管压力507被传输到进气管压力调节器43处，进气管压力调节器43然后将气缸中的节流活门400带到合适的位置中(附图标记508)。
此外，进气管压力507被传输到理论增压压力确定模块44处。理论增压压力确定模块44此外与理论值确定模块41相连接，以接收理论压力储备504。理论增压压力确定模块44构造成计算理论增压压力509并且传输到增压压力调节器45处。增压压力调节器54构造成控制排气通道中的涡轮增压器401(附图标记510)。
内燃机4的控制单元此外具有时刻确定模块46。时刻确定模块46与理论值确定模块41相连接，以便从理论值确定模块41接收理论空气质量502和理论剩余气体含量505。时刻确定模块46构造成基于当前转速500、理论力矩501、理论空气质量502和内部废气再循环的理论剩余气体含量505确定进气阀(402)和排气阀(403)的开关时刻并且相应地对其进行调整(附图标记511,512)、也就是说打开和关闭。
对此，提供充气检测模型用于新鲜空气质量以及用于内部废气再循环的剩余气体含量。通过充气检测模型的部分推导来测定进气阀和排气阀对新鲜空气质量和内部废气再循环的剩余气体含量的影响。然后借助于雅可比矩阵来确定进气阀和排气阀的开关时刻。如果存在提高力矩的力矩变化要求，则使进气阀和排气阀的关闭时刻移动直到进气管压力的理论值507和增压压力的理论值510建立。
此外，控制装置具有废气再循环阀调节器47，其与理论值确定模块41相连接，以便从理论值确定模块41接收理论空气质量502和外部废气再循环中的理论剩余气体含量。废气再循环阀调节器57构造成确定废气再循环阀的理论位置并且相应地控制废气再循环阀404(附图标记513)。
在一些实施例中，控制装置构造为共同的处理器，其实施理论值确定模块41、进气管压力确定模块42、理论增压压力确定模块44和时刻确定模块46的功能。
图6显示了内燃机的备选的实施例。内燃机4'包括控制装置。控制装置如图5中的控制装置那样包括理论值确定模块41、进气管压力确定装置42和理论增压压力确定模块44。控制装置此外具有处理模块48，其根据当前转速500、力矩理论值501、理论空气质量502、理论充气系数503、理论压力储备504、内部废气再循环的理论剩余气体含量505、外部废气再循环的理论剩余气体含量506、理论进气管压力507和理论增压压力509确定影响充气的调整元件(也就是说节流活门400、涡轮增压器401、进气阀402、排气阀403和废气再循环阀404)的位置并且相应地对其进行调节。
为了确定调整元件的位置，形成区段模型，其描述了进气管压力如何受节流活门400的位置影响，增压压力如何受废气涡轮增压器401、也就是说废气涡轮增压器的调整器影响，调整元件如何对其位置的变化做出反应，以及新鲜空气质量和内部剩余气体的含量如果取决于进气阀402和排气阀403的位置。为了确定进气阀和排气阀对新鲜空气质量和内部废气再循环的剩余气体含量的影响，可使用充气检测模型。
接着基于区段模型通过信号508,510,511,512和513来调节调整元件。进气阀和必要时排气阀的调整由此实现，即除了通过节流活门调整进气管压力之外在要求力矩变化时通过使进气阀和可能排气阀的关闭时刻在时间上移动来优化充气组成，以便能够比基于节流活门的位置调整更快速地对力矩变化要求做出响应。
总地来说，本发明特征在于，通过多个调整机构来影响气缸中的充气组成并且如此可快速地对力矩变化要求做出响应。
附图标记清单
10 用于实施换气的方法
101 进行的控制过程
102 识别力矩变化要求
103 确定进气管压力的理论值
1040 确定节流活门的理论位置
1041 调整节流活门的理论位置
1050 确定可变的时刻
1051 在可变的时刻关闭排气阀
1052 确定进气管压力的理论值相应于实际值
106 连续的控制过程
2 内燃机
20 控制装置
201 接口
202 处理器模块
2020 理论值确定模块
2021 时刻确定模块
21 调整模块
22 开关模块
300 力矩变化要求
301 进气管压力的理论值
302 可变的时刻
4 内燃机
41 理论值确定模块
42 进气管压力确定装置
43 进气管压力调节器
44 理论增压压力确定模块
45 增压压力调节器
46 时刻确定模块
47 废气再循环阀调节器
400 节流活门
401 涡轮增压器
402 进气阀
403 排气阀
404 废气再循环阀
500 转速
501 理论力矩
502 理论空气质量
503 理论充气效率
504 理论压力储备
505 内部废气再循环的理论剩余气体含量
506 外部废气再循环的理论剩余气体含量
507 理论进气管压力
508 对于节流活门的调整信号
509 理论增压压力
510 对于涡轮增压器的控制信号
511 对于进气阀的调整信号
512 对于排气阀的调整信号
513 对于废气再循环阀的调整信号
OT 上止点
UT 下止点
ÖE 进气阀的打开时刻
SE 进气阀的关闭时刻
vSE 进气阀的可变的关闭时刻
SA 排气阀的关闭时刻
vSA 排气阀的可变的关闭时刻
Ps 进气管压力
φ 进气阀的可变的关闭时刻相对于固定时刻的移动
t 时间。

Claims (15)

1.一种用于在内燃机的气缸中实施换气的方法(10)，其中，所述气缸通过阀与气体引导区段相连接，在所述气体引导区段中设置有调整机构用于调整在所述气体引导区段中的气体压力，其中，所述阀在所述内燃机的力矩保持不变的情况下在所述内燃机的工作循环中在固定的时刻(SE,SA)关闭，所述方法具有以下步骤：
识别力矩变化要求(102)；
根据所述力矩变化要求确定关于在所述气体引导区段中的气体压力的理论值(103)；以及
由于所述力矩变化要求确定可变的时刻(vSE,vSA)以关闭所述阀(1050)，其中，在工作循环中可变的时刻(vSE,vSA)根据所述气体压力的理论值相对于固定的时刻(SE,SA)移动。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中，借助于特性场来确定关于所述气体压力的理论值。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由于所述力矩变化要求将所述调整机构控制成(1041)使得在所述气体引导区段中根据所述力矩变化要求所确定的气体压力的理论值建立。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于充气检测模型来确定固定的时刻(SE,SA)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由于所述力矩变化要求在一个或多个工作循环期间在所确定的可变的时刻(vSE,vSA)关闭所述阀，或者其中，由于所述力矩变化要求在所述力矩变化要求之后的第一个工作循环中在所确定的可变的时刻(vSE,vSA)并且在直接随后的工作循环中在处于所述可变的时刻(vSE,vSA)与所述固定的时刻(SE,SA)之间的所匹配的时刻关闭所述阀。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由于所述力矩变化要求在所确定的可变的时刻(vSE,vSA)或于在处于所述可变的时刻(vSE,vSA)与所述固定的时刻(SE,SA)之间的包含所述可变的时刻(vSE,vSA)的间隔中的所匹配的时刻关闭所述阀，直到关于所述气体压力的实际值达到关于所述气体压力的理论值(1052)，并且接下来在所述固定的时刻关闭所述阀(106)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
所述阀是进气阀，
所述气体引导区段是进气管，其通过所述进气阀与所述气缸相连接，并且
用于调整在所述气体引导区段中的气体压力的所述调整机构是用于调整在所述进气管中的进气管压力的节流活门，其布置在所述进气管中。
8.根据前述权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，
所述阀是排气阀，
所述气体引导区段是排气通道区段，其通过所述排气阀与所述气缸相连接，并且
用于调整在所述气体引导区段中的气体压力的所述调整机构是用于调整在所述排气通道区段中的排气背压的废气涡轮增压器，其布置在所述排气通道区段中。
9. 根据前述权利要求所述的方法，其中，所述气缸此外通过进气阀与进气管相连接，在所述进气管中设置有用于调整进气管压力的节流活门，其中，所述进气阀在所述内燃机的力矩保持不变的情况下在所述工作循环中在与进气阀相关的固定的时刻(SE)关闭，所述方法具有以下附加的步骤：
根据所述力矩变化要求确定关于在所述进气管中的进气管压力的理论值，以及
由于所述力矩变化要求确定与进气阀相关的可变的时刻(vSE)以关闭所述进气阀，其中，在所述工作循环中与进气阀相关的可变的时刻(vSE)根据所述进气管压力的理论值相对于与进气阀相关的固定的时刻(SE)移动。
10.根据权利7或9所述的方法，其中，所述力矩变化要求包含提高发动机力矩的要求并且在所述工作循环中关闭所述进气阀的可变的时刻(vSE)比固定的时刻(SE)更晚。
11.根据权利7、9或10中任一项所述的方法，其中，所述固定的时刻(SE)在所述工作循环的吸气阶段中处于达到所述气缸的最大容积之前。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述内燃机具有用于影响换气的附加的调整器件，通过根据所述力矩变化要求来确定关于所述调整器件的位置的理论值来控制所述调整器件。
13. 一种用于在内燃机(2)的气缸中实施换气、尤其用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)的控制装置(20)，其中，气缸通过阀与气体引导区段相连接，在所述气体引导区段中设置有用于调整在所述气体引导区段中的气体压力的调整机构，其中，所述阀在所述内燃机(2)的力矩保持不变的情况下在所述内燃机(2)的工作循环中在固定的时刻(SE,SA)关闭，所述控制装置包括：
用于接收力矩变化要求(300)的接口(201)；以及
处理器模块(202)，
其用于根据所述力矩变化要求(300)确定关于在所述气体引导区段中的气体压力的理论值(301)；且
用于由于所述力矩变化要求(300)确定可变的时刻(vSE,vSA)以关闭所述阀，其中，在工作循环中可变的时刻(vSE,vSA)根据所述气体压力的理论值(301)相对于固定的时刻(SE,SA)移动。
14.根据前述权利要求所述的控制装置(20)，其此外包括存储器，在所述存储器中储存有根据所述力矩变化要求(300)的关于在气体引导区段中的气体压力的理论值(SE,SA)和/或用于根据所述气体压力的理论值(301)确定可变的时刻(vSE,vSA)的信息。
15.一种内燃机(2)，其具有根据权利要求13或14中任一项所述的控制装置(20)和气缸，所述气缸通过阀与气体引导区段相连接，在所述气体引导区段中设置有调整机构用于调整在所述气体引导区段中的气体压力，其中，所述阀借助于控制单元能够控制成使得所述阀在所述内燃机(2)的力矩保持不变的情况下在所述内燃机(2)的工作循环中在固定的时刻(SE,SA)关闭并且所述阀由于力矩变化要求(300)在可变的时刻(vSE,vSA)关闭，其中，在工作循环中可变的时刻(vSE,vSA)根据所述气体压力的理论值(301)相对于所述固定的时刻(SE,SA)移动。
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