CN106460698A - 用于操作内燃发动机的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

公开的是一种用于操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括进入道 （1）和一个或多个气缸（Z1至Z4），所述气缸（Z1至Z4）中的每一个均分配有进气门（12）和出气门（13），其中气体交换阀包括进气门（12）和出气门（13）。在所述方法中，在第一操作状态中，基于预定的进入管道模型并独立于气体的温度的测量值，周期性地针对当前时间点确定所述进入道（1）中的模型温度，所述值与当前时间点相关联。基于已经针对先前时间点确定的模型温度确定针对当前时间点的模型温度。基于已经针对当前时间点确定的模型温度，在所述气体交换阀已经关闭之后，确定相应气缸中存在的气缸空气质量。

Description

用于操作内燃发动机的方法及装置
技术领域
本发明涉及用于操作具有一个或多个气缸的内燃发动机的方法和装置，该气缸的每一个均配置有进气门。
背景技术
关于其中布置有内燃发动机的机动车辆的可允许污染物排放的甚至更严格的规定使得在内燃发动机的操作期间污染物排放必须保持尽可能地低。这可首先通过减少在内燃发动机的相应气缸中的空气/燃料混合物的燃烧期间产生的污染物排放来实现。其次，在内燃发动机中，使用排气后处理系统，其将在相应气缸中的空气/燃料混合物的燃烧过程期间生成的污染物排放转化成非有害物质。出于该目的，使用将一氧化碳、烃和氮氧化物转化成非有害物质的废气催化转化器。
在相应气缸中的燃烧期间生成污染物排放的有针对性的影响和借由排气催化转化器高效地转化污染物组分，需要在相应气缸中非常精确地设定的空气/燃料比。
例如，进入管道模型在以下专业书籍中描述：“Handbuch Verbrennungsmotor，Grundlagen，Komponenten，Systeme，Perspektiven”[“Internal combustion enginecompendium，principles，components，systems，perspectives”]，出版人Richard vanBasshuysen / FredSchäfer，第二次改进版，2002年6月，Friedrich Vieweg＆SohnVerlagsgesellschaft mbH，Braunschweig / Wiesbaden，第557至559页。此外，所述类型的进入管道模型也在EP 0820559 B1和EP 0886725 B1中描述。
发明内容
本发明所基于的目标是提供用于操作内燃发动机的方法和装置，该方法和装置有助于在低排放的条件下的内燃发动机的可靠操作。
该目标借由专利的独立权利要求的特征实现。有利的改良在从属权利要求中体现。
本发明的特征首先在于用于操作内燃发动机的方法，其次在于用于操作内燃发动机的对应装置，所述内燃发动机具有进入道（intake tract）和一个或多个气缸，所述气缸中的每个均分配有进气门和出气门，其中气体交换阀包括进气门和出气门。
在第一操作状态中，以取决于预先限定的进入管道模型和独立于被分配于当前时间点的气体的温度测量值的方式，周期性地确定对于当前时间点所述进入道中的气体的模型温度。以取决于已针对先前时间点确定的模型温度的方式，确定针对当前时间点的模型温度。以取决于针对当前时间点确定的模型温度的方式，在气体交换阀关闭之后，确定位于相应气缸中的气缸空气质量。
第一操作状态具体地是瞬态操作状态。先前时间点具体地分配于先前周期。
进入道中的温度传感器通常呈现相对长的延迟。由于独立于被分配到当前时间点的温度测量值确定气缸空气质量，因此可能非常快速地确定气缸空气质量，并且促进在低排放的条件下的内燃发动机的可靠操作，因为气缸空气质量能够被用作燃料计量的基础。
在又一有利改良中，在第二操作状态中，提供气体的温度测量值，其表示当前时间点时气体的温度。以取决于针对当前时间点的模型温度和所提供的温度测量值的方式，确定温度校正值。所述温度校正值被分配于所述进入管道模型，并且，至少在第一操作状态和第二操作状态下，以取决于所述温度校正值的方式借由所述进入管道模型确定针对当前时间点的模型温度。
第二操作状态具体地是准稳态操作状态。准稳态操作状态的特征例如在于以下事实：进入管道模型的所有输入信号在预先限定的时间（例如，若干秒）内是实质上恒定的。由于气体的温度在第二操作状态中实质上不变化，因此表示在当前时间点时的气体的温度的气体的温度测量值是例如被分配于当前时间点的气体的温度测量值或分配于先前时间点的气体的温度测量值。
例如，确定温度校正值使得模型温度和温度测量值之间的差被最小化。例如，进入管道模型的模型变量“节流阀（throttle flap）质量流的温度”借由温度校正值来校正。替代性地或额外地，也可能引入其它模型输入“通过进入管道壁的热流”，其不是物理模拟的，并且借由温度校正值来校正，使得模型温度和温度测量值之间的差被最小化。以这种方式，可能以特别高的精度确定气缸空气质量。
在又一有利改良中，在第二操作状态中，提供气体的温度测量值，其表示当前时间点时气体的温度，并且以取决于所提供的温度测量值的方式调整针对当前时间点的模型温度。
在第二操作状态中，温度传感器的相对长的延迟可能不起作用，因为传感器的值实质上不改变。因此，在第二操作状态中，模型温度可能容易地适应于温度测量值。可以相应地在改变到第一操作状态时利用所述适应，因为在第一操作状态中，以取决于已经针对先前点确定的模型温度的方式确定当前时间点的模型温度。以此方式，因此可能以特别高的精度确定气缸空气质量，并且在两种操作状态下都非常快。
在又一有利改良中，以取决于所提供的温度测量值的方式，借助于沿所述温度测量值的方向通过预先限定的因子校正所述模型温度，调整针对当前时间点的模型温度。
以此方式，气缸空气质量的校正可能以特别稳健和非常简单的方式进行，例如因为对于校正需要非常少的计算步骤。
在又一有利改良中，以取决于所提供的温度测量值的方式，借助于沿所述温度测量值的方向以取决于所述模型温度与所提供的温度测量值的差异的大小的方式校正所述模型温度，调整针对当前时间点的模型温度。
以此方式，因为针对校正以简单的方式利用该差异，因此气缸空气质量的校正可能以特别稳健和高度精确的方式进行。
在又一有利改良中，以取决于预先限定的进入管道模型和独立于被分配于当前时间点的气体的压力测量值的方式，针对当前时间点周期性地确定所述进入道中的模型压力。以取决于已经针对先前时间点确定的模型压力的方式，确定针对当前时间点的模型压力。以取决于针对当前时间点确定的模型压力的方式确定气缸空气质量。
进入道中的压力传感器也可能呈现测量错误。由于独立于被分配于当前时间点的压力测量值确定气缸空气质量，因此可能非常快速地确定气缸空气质量，并且可能促进在低排放下的内燃发动机的可靠操作，因为气缸空气质量能够被用作燃料计量的基础。
在又一有利改良中，在第二操作状态中，提供气体的压力测量值，其表示当前时间点处气体的压力。以取决于针对当前时间点的模型压力和所提供的压力测量值的方式确定压力校正值。所述压力校正值被分配于所述进入管道模型,并且，至少在所述第一操作状态和第二操作状态下，以取决于所述压力校正值的方式借由所述进入管道模型确定针对当前时间点的模型压力。
例如，借由使模型压力和压力测量值之间的差异最小化来确定压力校正值。例如，借由压力校正值校正表示节流阀的有效横截面面积的进入管道模型的模型值，使得模型压力和压力测量值之间的差异被最小化。以此方式，气缸空气质量能够以特别高的精确度确定。
在又一有利改良中，在第二操作状态中，提供气体的压力测量值，其表示当前时间点时气体的压力，并且以取决于所提供的压力测量值的方式调整针对当前时间点的模型压力。
由于气体的压力在第二操作状态中实质上不变化，因此表示在当前时间点时的气体压力的气体的压力测量值是例如被分配于当前时间点的气体的压力测量值或分配于先前时间点的气体的压力测量值。
在第二操作状态中，压力传感器的值实质上不改变。因此，在第二操作状态中，可能容易地使模型压力适应于压力测量值。可以相应地在改变到第一操作状态时利用所述适应，因为在第一操作状态中，以取决于已经针对先前时间点确定的模型压力的方式确定模型压力。以此方式，可能以特别高的精度确定气缸空气质量，并且在两种操作状态下都非常快。
在又一有利改良中，以取决于所提供的压力测量值的方式，借助于沿所述压力测量值的方向通过预先限定的因子校正所述模型压力，调整针对当前时间点的模型压力。
以此方式，气缸空气质量的校正可能以特别稳健和非常简单的方式进行，例如因为校正需要非常少的计算步骤。
在又一有利改良中，以取决于所提供的压力测量值的方式，借助于沿所述压力测量值的方向以取决于所述模型压力与所提供的压力测量值的差异的大小的方式校正所述模型压力的方式，调整针对当前时间点的模型压力。
以此方式，因为针对校正以简单的方式利用该差异，因此气缸空气质量的校正可能以特别稳健和高度精确的方式进行。
附图说明
将在下文基于示意性附图更加详细地讨论本发明的示例性实施例，附图中：
图1示出带有相关联的控制装置的内燃发动机，
图2示出内燃发动机的进入道的细节，以及
图3示出应用于函数x(t)的梯形积分公式。
贯穿附图，具有等同构造或功能的元件由相同的附图标记指代。
具体实施方式
内燃发动机包括进入道1、发动机本体（engine block）2、气缸盖3以及排出道4。
进入道1优选地包括节流阀5、歧管6以及进入管道7，该进入管道7经由进入发动机本体2的燃烧室9内的进入管通向气缸Z1。发动机本体2包括借由连接杆10联接到气缸Z1的活塞11的曲轴8。除气缸Z1之外，内燃发动机优选地还包括气缸Z2、Z3、Z4。然而，内燃发动机也可以包括任何其它期望数量的气缸。内燃发动机优选地布置在机动车辆中。
在气缸盖3中，优选地布置有喷射阀18和火花塞19。替代性地，喷射阀18也可以布置在进入管道7中。
在排出道4中，优选地布置有呈三元催化转化器形式的排气催化转化器21。
此外，也可以提供相调节器件，其例如联接到曲轴8和联接到进气凸轮轴。进气凸轮轴联接到相应气缸的进气门12。相调节器件被设计成容许进气凸轮轴相对于曲轴8的相的调节。此外，相调节器件可以基本上替代性地或额外地也被设计成调节出气凸轮轴相对于曲轴8的相，其中出气凸轮轴联接到出气门13。
此外，也可能的是，在进入道1中提供切换瓣（switching flap）或用于改变进入管道有效长度的一些其它切换机构。此外，例如也可能提供一个或多个涡旋瓣。
此外，也可能提供增压器，其可以例如呈排气涡轮增压器的形式并因此包括涡轮和压缩机。
提供控制装置25，其配置有传感器，该传感器检测各种测量变量并在每种情况中确定测量变量的测量值。内燃发动机的操作变量包括测量变量和源于测量变量的变量。控制装置25被设计成以取决于至少一个测量变量的方式确定控制变量，然后借由对应的控制驱动器将该控制变量转化为用于控制控制元件的一个或多个控制信号。控制装置25也可以被称为用于操作内燃发动机的装置。所述传感器例如是：踏板位置变换器（transducer）26，其检测加速器踏板27的加速器踏板位置；空气质量传感器28，其检测节流阀5的上游的空气质量流；节流阀位置传感器30，其检测节流阀5的打开程度；环境压力传感器32，其检测内燃发动机周围中的环境压力；进入管道压力传感器34，其检测歧管6中的进入管道压力；曲轴角度传感器36，其检测曲轴角度，内燃发动机的速度然后被赋予该曲轴角度。此外，提供排气探针42，其布置在排气催化转化器21的上游并且其例如检测内燃发动机的排气的残余氧含量，并且其测量信号表示在燃烧之前排气探针42的上游的空气/燃料比。对于进气凸轮轴和/或出气凸轮轴的位置的检测，可以提供进气凸轮轴传感器和/或出气凸轮轴传感器。此外，优选的是提供检测内燃发动机的环境温度的温度传感器，和/或提供另一温度传感器，其测量信号表示进入道1中的进入气体温度，该温度也能够被称为进入管道温度。此外，也可能的是提供排气压力传感器，其测量信号表示排气歧管压力，也就是说排气道4中的压力。
取决于实施例，可以提供所陈述的传感器中的任何期望子集，或者也可以提供额外传感器。
控制元件例如是节流阀5、进气门12和出气门13、喷射阀18或相调节器件或火花塞19或排气再循环阀。
空气-燃料比，（也就是说参与气缸中的燃烧的空气质量m air,cyl （其也能够被称为气缸空气质量）与参与气缸中的燃烧的燃料质量m fuel 之比）对于内燃发动机的污染物排放而言是重要的影响因素。基于多个可用变量在控制装置（发动机控制单元）中估计气缸空气质量m air,cyl 并且将其用作燃料计量的基础。为了符合当前和未来的污染物排放限制值，在所有稳定状态和瞬态发动机操作条件下，在发动机控制单元中气缸空气质量必须精确已知到百分之几内。
位于进入道1中的气体的压力和温度（进入管道压力p im 和进入管道温度T im ）是由发动机吸入的气缸空气质量m air,cyl 的主要影响因素，并且为了在发动机控制单元中准确估计气缸空气质量，其必须在最大的可能的精确性的条件下已知。
进入管道压力p im 也可以被称为进入道1中气体的模型压力。进入管道温度T im 也可以被称为进入道1中气体的模型温度。
现代内燃发动机在实践中通常装备有其它温度传感器以便测量进入道1中的气体温度，其也能够被称为进入管道温度传感器。用于连续使用的通常的进入管道温度传感器在时间常数处于5秒的范围中的情况下呈现强PT1特性。此外，现代内燃发动机在实践中通常装备有进入管道压力传感器34和/或空气质量传感器28，其中在每种情况下均带有可忽略的时间常数（若干毫秒）。在此，或者可能将所测量的进入管道压力p im,mes 直接用作用于确定气缸空气质量的模型输入，或者借助于状态观察者建模（通常被称为进入管道模型），并且用所测量的进入管道压力p im,mes 调整的进入管道压力p im,mdl 或者所测量的空气质量流 air,mes 用作用于确定气缸空气质量的模型输入。此外，进入管道温度能够被用作用于确定气缸空气质量的模型输入。在此，或者直接使用所测量的进入管道温度T im,mes ，或者使用校正的进入管道温度T im,mdl ，为此测量值通过校正扩大以便描述温度传感器与进气门之间的稳态预热（steady-state warm-up）效应。
这具有以下结果：尽管进入管道压力的所有测量的/观察的变化都迅速（也就是说带有几毫秒的延迟）结合到气缸空气质量的建模中，然而进入管道温度的变化在若干秒的时间常数的情况下仅缓慢地与由传感器预先限定的动力学结合。
下文将解释如何能够促进精确地和快速地对进入管道压力p im 和进入管道温度T im 由于内燃发动机的波动的致动器位置导致的变化进行建模，也就是说没有由于温度传感器的长时间常数导致的延迟。具体地，以此方式建模的进入管道温度能够比借由可用于成批生产的内燃发动机的温度传感器检测到的测量值更迅速地获得。以此方式，改进了气缸空气质量m air,cyl 的建模，并且因此促进内燃发动机的污染物排放的减少。
系统限制和先决条件
被考虑的系统包括内燃发动机的进入道1，并且气体位于进入道1中。所述系统由进入管道壁、内燃发动机的气缸Z1到Z4的进气门13、节流阀5和诸如例如用于油箱通风、曲轴箱通风或燃油喷射的任何其它气体质量流的进气口界定。建模遵循0D考虑；在进入道1的位置之间没有差别。
在带有恒定容积v im 的进入道1中，存在带有当前进入管道压力p im 和当前进入管道温度T im （图2）的气体质量m im 。应用普适气体方程：
。
考虑质量流
在通常情况下，存在来自带有已知气体状态的q源（也就是说源压力p 0,1 、p 0,2 、…p 0,q 和源温度T 0,1 、T 0,2 、…T 0,q ）的多个质量流入 in,1 、 in,2 、… in,q ，其受到进入管道压力影响。所述q质量流入经由带有有效横截面面积A in,1 、A in,2 、…A in,q 的q节流点流入进入道1中：
其中： in,1 -质量流，T 0,1 –节流点上游的温度，p 0,1 –经由第i个节流点流入的气体的节流点上游的压力,
温度因子，其中κ–等熵指数，R=c p -c v –比气体常数，c p –恒定压力下的比热容量，c v –流入气体的恒定体积下的比热容量,
在第i个节流点处的压力比，
。
对于操作点Πi，在第i个节流点处的通流系数能够被线性化为
为了简化，对于所有流入进入道1的气体，假设等熵指数、气体常数和热容量中的每一者均是一致的值。
进入管道压力影响所述质量流入
• 因为穿过相应节流点的压力比Πi可能至少在某些操作状态下是亚临界的，即其中Πi≥0.53,
• 因为于是根据方程((5))，通流系数Ψ(Π i )取决于进入管道压力p im ，并且
• 因为所述质量流旨在作为进入管道压力的函数（不仅仅作为值）被结合在进入管道模型中。
受进入管道压力影响的流入进入道1中的流入的示例是外部排气再循环布置的质量流、曲轴箱通风质量流、油箱通风质量流以及节流阀质量流，在实际中节流阀质量流在所有操作状态中均为主导。重要的是，所述流入根据进入管道压力p im 线性化，也就是说能够以以下形式表示为进入管道压力的线性函数： in,i =L in,i *p im +K in,i ,其中i∈ 1…q 。
在一般情况下，存在受进入管道压力p im 影响的进入s个不同槽（sink）中的多个质量流出。来自进入道1的流出的示例是在增压操作期间的泄漏质量流和进气门质量流，其中在实际中进气门质量流在所有操作状态下均为主导。就实践而言，在内燃发动机无故障地操作的情况下，仅存在一个质量流流出进入道1，即在进气冲程中相应地进入气缸中的进气门质量流。此后这将被称为流出质量流 out 。这在相应的发动机操作点处根据进入管道压力p im 被线性化，也就是说，被近似为带有参数η slope 、η offset （体积效率的梯度和偏移）的进气管压力p im 的线性函数:
偏移的负号不是必须的。
在一般情况下，存在其它质量流入 in, q+1 、 in, q+2 … in, q+r ，其不受来自带有已知气体状态（也就是说源压力p 0,q+1 、p 0,q+2 、… p 0,q+r 和源温度T 0,q+1 、T 0,q+2 、… T 0,q+r ）的r个源的进入管道压力 p im 的影响。为此对应地应用方程((2))到((6))。所述质量流入不受进入管道压力 p im 影响
- 因为或者穿过相应节流点的压力比在所有操作状态下是超临界的，即Πi < 0.53，于是根据方程((5))通流系数Ψ是恒定的，并且能够独立于进入管道压力p im （例如，在用于CNG的气体喷射阀处）计算流入质量流的相应值，或者
– 因为尽管在节流点处可能有亚临界压力比Πi ≥ 0.53，但作为模型简化，基于进入管道模型外侧的进入管道压力p im, n-1 的旧值计算相关联的质量流，并且然后仅作为值（不作为进入管道压力的函数）结合入进入管道模型中。
在进入道1中，质量守恒定律（质量平衡）总体上适应于s个流出且特别地适用于一个流出。下文在不限制一般性的情况下，将仅考虑一个流出：
。
建模
进入道1中带有恒定体积V im 的气体的焓H im 等于进气管1中气体的位移功V im ·p im 、热能W therm 、势能W pot 以及动能W kin 的总和：
。
能够忽略进入道 1中气体的势能W pot ，因为进气管进气口和出气口之间不存在显著的高度差异，并且由于气体的相对低的密度，气体的势能总体上可忽略。在与内燃发动机的操作相关的压力和温度范围中，进入管道中气体的动能W kin 比气体的相应位移功和热能小至少100倍，并且因此也能够被忽略。因此，进入道1中气体的焓可计算为
其中：Tim –温度，mim－进入道1中气体的质量。
对于作为带有q+r流入和一个流出的开放系统的进气道1而言，忽略通过进入管道壁的热传递（其将在下文再次进一步讨论），焓平衡为如下：
其中：h in,i －比焓，v in,i –流速，z in,i –第i个质量流入的高度，h out －比焓，v out –流速，z out －质量流出的高度，g –重力加速度。
由于上文所述的忽略进气道1中的气体的动能和势能，因此忽略了流速和高度，并且方程((11))被简化为
。
流出质量具有进入管道温度T im ，并且因此流出质量流的比焓是
。
流入质量在每种情况下均具有其源的温度T 0,i ，并且因此第i个流入质量流的比焓是
。
将方程((10))、((13))和((14))插入方程((12))中产生
。
由于恒定进入管道容积，因此p im · =0。考虑((1))、((2))、((4))和((8))的函数相关性，通过重新排列可从((15))获得
变量进入管道压力p im 和进入管道温度T im 的第一隐式第一阶微分方程。
针对进入道1中的气体的普适气体方程((1))关于时间的导数产生
。
由于恒定进入管道容积，因此p im · =0。考虑((1))、((2))、((4))和((8))的函数相关性，可从((17))获得
变量进入管道压力p im 和进入管道温度T im 的第二隐式第一阶微分方程。
模型的离散化
重新排列变量进入管道压力p im 和进入管道温度T im 的两个一阶微分方程((16))和((18))，使得一方面，进入管道压力梯度得以消除，并且另一方面，进入管道温度梯度得以消除。
方程((18)) - ((16))的差消除了进入管道压力梯度。在插入质量平衡((8))之后，针对重新排列，产生
。
针对模型关于时间的离散化，将通常适用的梯形积分公式（参见图3）应用于进入管道温度T im 。
并且其中取样时间t s = t n - t n-1 ：
。
旧进入管道温度T im,n-1 和旧进入管道温度梯度是在时间点n处从先前计算步骤n-1已知的值。通过将方程((19))插入((21))中，进入管道温度梯度 也被消除:
。
针对时间点n，带有在计算开始时已知的值的项被组合，以便进一步简化推导：
。
根据方程((1))，替代方程((22))中进入道1中的当前气体质量
将使T im 的线性方程((22))复杂化为具有二次项T im 2 。由于进入道1中的气体质量不能够突然变化并且在计算步骤中仅相对小地变化，因此为了简化方程((22))，在不极大地丧失精确性的情况下，可能用在先前计算步骤中确定的旧气体质量替代当前未知气体质量m im ：
。
针对时间点n，带有在计算开始时已知的值的项被组合，以便进一步简化推导：
。
受进入管道压力影响的q个流入和不受进入管道压力影响的r个流入被分开书写:
。
针对时间点n，带有在计算开始时已知的值的项被组合，以便进一步简化推导：
。
在((27))中按照方程((2))取代受到进入管道压力影响的流入，产生
。
在((30))中按照方程((4))和((6))取代第i个节流点处的通流系数，产生
和
。
针对时间点n，带有在计算开始时已知的值的项被组合，以便进一步简化推导：
。
方程((33))因此简化为
并进一步简化为
。
类似于在等式((19))以及下列等等中进入管道压力梯度的消除，在第二平行变换中从方程组((16)), ((18))消除进入管道温度梯度。将方程((16))乘以比气体常数R，产生
。
将方程((18))乘以比热容量c v ，产生
。
求方程((40))与((41))的和，产生
并且，考虑比气体常数的定义R = c p - c v ，
。
将通常适用的梯形积分公式((20))应用于进入管道压力p im ，其中取样时间t s = t n - t n-1 ：
。
旧进入管道压力p im,n-1 和旧进入管道压力梯度是在时间点n处从先前计算步骤n-1已知的值。通过将方程((43))插入((44))中，进入管道压力梯度 也被消除：
。
针对时间点n，带有在计算开始时已知的值的项被组合，以便进一步简化推导：
。
受进入管道压力影响的q个流入和不受进入管道压力影响的r个流入被分开书写:
按照方程((7))替代流出质量流并按照方程((2))替代流入质量流，产生
在((49))中按照方程((4))和((6))取代第i个节流点处的通流系数，产生
((50)) 和
。
针对时间点n，带有在计算开始时已知的值的项被组合，以便进一步简化推导：
。
方程((51)) 因此简化为
并进一步简化为
。
方程组的解
方程((39))和((58))形成呈以下形式的变量进入管道压力p im 和进入管道温度T im 的方程组
其中
。
方程((59))和((60))之差在当前操作点处产生线性化进入管道模型
。
对于b = e，根据方程((61))，任何进入管道温度变化均不将产生进入管道压力的变化，这与普适气体方程((1))相矛盾。因此，b = e的情况在物理上不相关。对于b ≠ e，方程((61))能够被重新排列为
。
将方程((62))插入方程((59))或((60))中的任一者中，在每种情况下均产生
。
对于a = d，根据方程((61))，任何进入管道压力变化均不将产生进入管道温度的变化，这与普适气体方程((1))相矛盾。因此，a = d的情况也在物理上不相关。对于a ≠ d，方程((63))能够被重新排列为
。
二次方程的解公式
总是针对时间点n对于实际相关情况产生两个解。由于进入管道压力实际上存在连续性，作为对于时间点n进入管道压力的近似，在每种情况下使用更接近针对时间点n-1的旧解的解。
总之，针对时间点n，根据方程((60))、((62))和((65))，进入管道压力p im 和进入管道温度T im 被建模成
和
其中
。
用所测量的气体状态调整进入管道模型
在准稳态操作中，也就是说，在进入进入管道模型中的所有输入信号均已经实质上恒定若干秒之后，有利的是如果进入管道模型输出能够借由传感器测量的进入管道压力p im,mdl = p im,mes 和能够测量的进入管道温度T im,mdl = T im,mes 的情况。由方程((66))和((67))提供的进入管道模型的形式不能够确保这些，因为这些形式不依赖于所测量的进入管道压力p im,mes 或测量的进入管道温度T im,mes 。具体地，如在方程((11))中假设的，忽略通过进入管道壁的热传递，在稳态下显著地歪曲了进入管道模型。然而，为了在稳态下调整测量值和模型输出，三种方法是可能的：
1. 观察者校正：例如，可以自动校正模型的一个或多个输入，使得模型偏差T im,mes - T im,mdl 和/或p im,mes - p im,mdl 最小化。
出于该目的，在准稳态操作中，提供气体的温度测量值，其代表当前时间点处的气体的温度。根据当前时间点的模型温度和所提供的温度测量值，确定温度校正值。温度校正值被分配于进入管道模型，并且至少在瞬态操作和准稳态操作中，以取决于温度校正值的方式借由进入管道模型确定用于当前状态的模型温度。
例如，确定温度校正值使得模型温度和温度测量值之间的差异最小化。例如，借由温度校正值校正进入管道模型的模型变量“节流阀质量流的温度”。替代性地或额外地，也可能引入额外的模型输入“通过进入管道壁的热流”，其不是物理建模的，并且借由温度校正值来校正，使得模型温度和温度测量值之间的差异最小化。
替代性地或额外地，在准稳态操作中，提供气体的压力测量值，其代表当前时间点处的气体的压力。根据当前时间点的模型压力和所提供的压力测量值，确定压力校正值。压力校正值被分配于进入管道模型，并且至少在第一操作状态和第二操作状态中，以取决于压力校正值的方式借由进入管道模型确定用于当前状态的模型压力。
例如，确定压力校正值使得模型压力和压力测量值之间的差异最小化。例如，借由压力校正值校正表示节流阀的有效横截面面积的进入管道模型的模型变量，使得模型压力和压力测量值之间的差异最小化。
2. 增量式模型校正：替代性地或额外地，以取决于所提供的温度测量值和/或压力测量值的方式，借助于模型温度和/或模型压力沿温度测量值和/或压力测量值的方向校正预先限定的因子来调整针对当前时间点的模型温度和/或模型压力。出于该目的，具体地，在每个采样步骤中，使来自等式((66))、((67))的模型输出T im,mdl 和p im,mdl 沿测量值的方向移动待标定的预先限定的增量T im,inc 和p im,inc ：
。
进入管道模型((66))、((67))的参数必须被对应地校正：
。
3. 比例式模型校正：替代性地或额外地，以取决于所提供的温度测量值和/或压力测量值的方式，借助于沿温度测量值的方向以取决于模型温度和所提供的温度测量值的差的大小的方式校正模型温度和/或借助于沿压力测量值的方向以取决于模型压力和所提供的压力测量值的差的大小的方式校正模型压力，调整针对当前时间点的模型温度和/或模型压力。因此，具体地，在每个采样步骤中，使来自方程((66))、((67))的模型输出T im,mdl 和p im,mdl 沿测量值的方向移动模型误差FT im,inc 和Fp im,inc 的待标定部分：
。
进入管道模型((66))、((67))的参数必须被对应地校正：
。
相比于基于使用可用于成批生产的发动机的温度传感器的测量可能实现的，用所提出的方法，在成批生产的发动机控制单元中可能更准确地描述进入道1中的气体的温度的快速变化对气缸空气质量的影响。借由更精确的燃料计量（由于更准确地确定气缸空气质量），可能减少内燃发动机的污染物排放。
控制装置25被设计为执行上文描述的过程，并且因此具体地确定在气体交换阀关闭之后位于相应气缸中的气缸空气质量。
在该背景中，所述控制装置具体地被设计成在考虑到上文讨论的其它方法的情况下执行在“发明内容”下描述的过程。出于该目的，所述控制装置具体地具有程序和数据存储器以及对应的计算单元，诸如微处理器。

Claims (11)

1.一种用于操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括进入道（1）和一个或多个气缸（Z1至Z4），所述气缸（Z1至Z4）中的每一个均分配有进气门（12）和出气门（13），其中，气体交换阀包括进气门（12）和出气门 （13），在所述方法中，在第一操作状态中，
– 以取决于预先限定的进入管道模型和独立于被指定为当前时间点的气体的温度测量值的方式，周期性地针对所述当前时间点确定所述进入道（1）中的气体的模型温度，
– 其中，以取决于已经针对先前时间点确定的模型温度的方式，确定针对当前时间点的模型温度，
– 以取决于针对所述当前时间点所确定的模型温度的方式，确定在所述气体交换阀关闭之后，位于相应气缸中的气缸空气质量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在第二操作状态中，
– 提供所述气体的温度测量值，其表示所述当前时间点处所述气体的温度，
– 以取决于针对所述当前时间点的模型温度和所提供的所述温度测量值的方式，确定温度校正值，
– 将所述温度校正值赋于所述进入管道模型，以及，
– 至少在所述第一操作状态和所述第二操作状态中，以取决于所述温度校正值的方式，借由所述进入管道模型确定针对所述当前时间点的模型温度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第二操作状态中，
– 提供所述气体的温度测量值，其表示所述当前时间点处所述气体的温度，和
– 以取决于所提供的所述温度测量值的方式，调整针对所述当前时间点的模型温度。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中，以取决于所提供的所述温度测量值的方式，借助于沿所述温度测量值的方向由预先限定的因子校正针对所述当前时间点的模型温度，以调整所述模型温度。
5.如权利要求2、3或4中的任一项所述的方法，其中，以取决于所提供的所述温度测量值的方式，借助于沿所述温度测量值的方向以取决于针对所述当前时间点的模型温度和所提供的所述温度测量值的差的大小的方式校正所述模型温度，以调整所述模型温度。
6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，以取决于预先限定的所述进入管道模型和独立于被指定为当前时间点的气体的压力测量值的方式，周期性地确定针对所述当前时间点的所述进入道（1）中的气体的模型压力，
– 其中，以取决于已经针对先前时间点确定的模型压力的方式，确定针对当前时间点的模型压力，
– 以取决于针对所述当前时间点确定的模型压力的方式，确定所述气缸空气质量。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在所述第二操作状态中，
– 提供所述气体的压力测量值，其表示所述当前时间点处所述气体的压力，
– 以取决于针对所述当前时间点的模型压力和所提供的所述压力测量值的方式，确定压力校正值，
– 将所述压力校正值赋于所述进入管道模型，以及
– 至少在所述第一操作状态和所述第二操作状态中，以取决于所述压力校正值的方式，借由所述进入管道模型确定针对所述当前状态的模型压力。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中，在所述第二操作状态中，
– 提供所述气体的所述压力测量值，其表示所述当前时间点处所述气体的压力，和
– 以取决于所提供的所述压力测量值的方式，调整针对所述当前时间点的模型压力。
9.如权利要求8所述的方法，其中，以取决于所提供的所述压力测量值的方式，借助于沿所述压力测量值的方向由预先限定的因子校正针对所述当前时间点的模型压力，以调整所述模型压力。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中，以取决于所提供的所述压力测量值的方式，借助于沿所述压力测量值的方向以取决于针对所述当前时间点的模型压力和所提供的所述压力测量值的差的大小的方式校正所述模型压力，以调整所述模型压力。
11.一种用于操作内燃发动机的装置，所述内燃发动机包括进入道（1）和一个或多个气缸（Z1至Z4），所述气缸（Z1至Z4）中的每一个均分配有进气门（12）和出气门（13），其中气体交换阀包括进气门（12）和出气门（13），其中，所述装置被设计成在第一操作状态中，
– 以取决于预先限定的进入管道模型和独立于被指定为当前时间点的气体的温度测量值的方式，周期性地确定针对所述当前时间点的所述进入道（1）中的气体的模型温度，
– 其中，以取决于已经针对先前时间点确定的模型温度的方式，确定针对所述当前时间点的模型温度，
– 以取决于针对所述当前时间点确定的模型温度的方式，确定在所述气体交换阀关闭之后，位于相应气缸中的气缸空气质量。
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