CN106958490B - 用于确定在具有燃烧马达的马达系统中的新鲜空气质量流量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于获取在具有增压装置（6）的燃烧马达（2）中的新鲜空气质量流量的方法，该方法具有以下步骤：—在所述增压装置（6）的压缩机（62）的压缩机输出端（64）处测量（S1）所输送的新鲜空气的温度（T₀₂）；—根据在所述压缩机输出端（64）处所测量的温度（T₀₂）来获取（S3）通过所述压缩机（62）来输送的新鲜空气的焓变化（Δh_c）；—借助于所提供的焓‑新鲜空气质量流量‑组合特性曲线来确定（S5）所述新鲜空气质量流量，所述焓‑新鲜空气质量流量‑组合特性曲线表明经过所述压缩机（62）的焓变化、压缩机转速（N）和流过所述压缩机（62）的新鲜空气质量流量的依赖关系。

Description

用于确定在具有燃烧马达的马达系统中的新鲜空气质量流量 的方法和装置

技术领域

本发明一般来说涉及具有燃烧马达的马达系统，尤其是涉及用于确定进入到增压的燃烧马达中的新鲜空气质量流量的措施。

背景技术

为了运行燃烧马达，马达控制器一般来说要使用通过传感器来检测的、关于新鲜空气质量流量的说明，所述新鲜空气质量流量被输送给燃烧马达。所述新鲜空气质量流量一般来说用质量流量传感器、像例如热膜式空气质量传感器（HFM-传感器）来测量。所测量的传感器信号用作用于对输送给所述燃烧马达的空气质量流量进行调节的实际值，从所述空气质量流量中确定所述燃烧马达的空气充填程度。一般来说，所述新鲜空气质量流量传感器布置在空气过滤器与增压装置、像例如废气涡轮增压器的压缩机的输入端侧之间。

所述新鲜空气质量流量经常用于借助所谓的压缩机组合特性曲线来获取由所述压缩机来提供的增压压力的模型值。所述压缩机组合特性曲线表明用于一定的、流经所述压缩机的与压缩机转速有关的质量流量的压力差。此外，所述压缩机组合特性曲线可以表明相应的压缩机效率。由此可以在知道所述压缩机转速和所述新鲜空气质量流量以及所述环境压力的情况下借助于所述压缩机组合特性曲线来确定所述增压压力。

发明内容

按照本发明，设置了一种按照本发明所述的用于确定在增压的燃烧马达中的新鲜空气质量流量的方法以及按照并列的权利要求所述的装置和马达系统。

其他的设计方案在本发明中得到了说明。

按照第一方面，设置了一种用于获取在具有增压装置的燃烧马达中的新鲜空气质量流量的方法，该方法具有以下步骤：

—在所述增压装置的压缩机的压缩机输出端处测量所输送的新鲜空气的温度；

—根据在所述压缩机输出端处所测量的温度来获取通过所述压缩机来输送的新鲜空气的焓变化；

—借助于所提供的焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线来确定所述新鲜空气质量流量，所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线表明经过所述压缩机的焓变化、压缩机转速和流经所述压缩机的新鲜空气质量流量的依赖关系。

可以规定，借助于坐标变换从所提供的压缩机组合特性曲线中确定所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线，其中所述压缩机组合特性曲线表明经过所述压缩机的压力变化、压缩机转速和流经所述压缩机的新鲜空气质量流量的依赖关系。

上述方法的构思在于，将压缩机组合特性曲线用于确定燃烧马达中的新鲜空气质量流量。为此，可以借助于坐标变换将关于压缩机转速和新鲜空气质量流量来描绘压力差或者效率的传统的压缩机组合特性曲线转换为焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线，并且根据在压缩机输出端处的温度与压缩机输入端处的温度之间的温度差来获取在所述压缩机上面的新鲜空气质量流量的焓变化。由此可以借助于预先给定的、能够以简单的方式从现有的压缩机组合特性曲线中确定的焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线根据所述压缩机转速和新鲜空气在贯穿流过所述压缩机时的焓变化来确定流经所述压缩机的新鲜空气质量流量。

这样的方法的优点在于，可以在所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线的基础上更加精确地确定所述新鲜空气质量流量。其原因是在涡轮增压器转速恒定的情况下所述特性曲线的、与常规的压缩机组合特性曲线相比明显更为陡的变化（也就是在量方面更高的梯度），从而即使在焓变化较小的情况下也能够更加精确地确定流经所述压缩机的新鲜空气质量流量。

所述压缩机输出端与所述压缩机输入端之间的温度差优选借助于合适的温度传感装置来获取。由此可以放弃通常作为单独的构件布置在所述空气过滤器与所述压缩机之间的空气质量传感器并且替代地将所述温度传感器布置在所述压缩机的输出端侧。

此外，可以周期性地实施所述方法。

尤其可以根据处于环境中的新鲜空气的环境温度来确定获取通过所述压缩机来输送的新鲜空气的焓变化。

按照一种实施方式，可以获取压缩机转速，以便借助于所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线来确定所述新鲜空气质量流量，其中借助于转速传感器来测量所述压缩机转速或者根据由所述增压装置的涡轮机所消耗的涡轮机功率、由所述压缩机提供的压缩机功率和所述增压装置的涡轮机的效率来确定所述压缩机转速。

按照另一个方面，设置了一种用于获取在具有增压装置的燃烧马达中的新鲜空气质量流量的装置，其中所述装置构造用于：

—得到关于在所述增压装置的压缩机的压缩机输出端处的温度的说明；

—获取通过所述压缩机来输送的新鲜空气的焓变化；

—借助于所提供的焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线来确定所述新鲜空气质量流量，所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线表明了经过所述压缩机的焓变化、压缩机转速和流经所述压缩机的新鲜空气质量流量的依赖关系。

按照另一个方面，设置了一种马达系统，该马达系统包括：

—具有增压装置的燃烧马达，所述增压装置具有用于提供经过压缩的新鲜空气的压缩机；

—温度传感器，该温度传感器布置在所述压缩机的压缩机输出端处，以便检测所述经过压缩的新鲜空气的温度，以及

—上述装置。

此外，所述温度传感器可以包括基于辐射热测定仪原理（Bolometerprinzip）的温度传感器。

尤其所述温度传感器可以具有在1ms与20ms之间、优选在2ms与15ms之间、进一步优选在5ms与10ms之间的时间常数。

通过设置在所述压缩机的输出端侧的、具有较短的时间常数的温度传感器可以在较快的周期中确定所述新鲜空气质量流量，从而始终向所述马达控制器提供所述新鲜空气质量流量的最新的数值。由此可以略去以往为此所设置的、通常作为单独的构件布置在所述空气过滤器与所述压缩机之间的空气质量传感器并且替代地在所述压缩机的输出端侧布置所述温度传感器。

附图说明

下面借助于附图对实施方式进行详细解释。附图示出：

图1是具有增压的燃烧马达的马达系统的示意图；

图2是用于对用来确定在所述燃烧马达中的新鲜空气质量流量的方法进行说明的流程图；

图3是传统的压缩机组合特性曲线的图示；并且

图4是经过变换的压缩机组合特性曲线的图示，所述经过变换的压缩机组合特性曲线用于用在按照图2的、用来确定所述燃烧马达中的新鲜空气质量流量的方法中。

具体实施方式

图1示出了具有燃烧马达2的马达系统1的示意图，所述燃烧马达具有一定数目的（在当前的实例中为四个）气缸3。所述燃烧马达2可以相当于传统的往复活塞式燃烧马达，像例如汽油马达或者柴油马达。

通过空气输送系统4向所述燃烧马达2输送新鲜空气，并且通过废气排出系统5来排出燃烧废气。在如此形成的导气系统中设置了增压装置6，该增压装置具有涡轮机61，所述涡轮机布置在所述废气排出系统5中，以便将由燃烧废气提供的废气焓转换为机械能。

所述增压装置6此外具有压缩机62，该压缩机例如通过压缩机轴63来与所述涡轮机61机械地耦联。将从所述废气焓中获得的机械功率输送给所述压缩机62，该压缩机提供相应的压缩功率。所述压缩机62布置在所述空气输送系统4中，并且用于通过压缩机输入端65通过空气过滤器7从环境中吸入新鲜空气并且在增压压力下在所述空气输送系统4的增压压力区段41中提供所述新鲜空气。所述增压压力区段41表示处于所述空气输送系统4中的、在位于所述压缩机62的出口处的压缩机输出端64与能够对进入到所述燃烧马达2中的气流进行控制的节流阀8之间的区域。

为了运行所述燃烧马达设置了控制器10，该控制器在例如能够表明驾驶员期望力矩的预先规定参量V的基础上并且在所述马达系统1的、通过合适的传感装置来测量并且/或者通过建模来提供的系统状态参量的基础上运行所述马达系统1。为此，所述控制器10相应地调节调节发送器（Stellgeber），所述调节发送器像例如用于：所述节流阀8、用来喷射预先给定的燃料量的喷射阀（未示出）、用来对所述增压装置6处的压缩功率进行调节的（未示出的）增压调节器以及类似物。

所述新鲜空气质量流量代表着通常为了操控并且运行所述燃烧马达2所需要的参量之一，所述新鲜空气质量流量表示所吸入的新鲜空气的质量流量。一般来说，借助于例如热膜式空气质量传感器的形式的新鲜空气质量流量传感器在所述空气输送系统4的、处于所述空气过滤器7与所述压缩机62之间的区域中测量所述新鲜空气质量流量。

借助于接下来所描述的方法来描述一种可行方案：放弃对所述新鲜空气质量流量传感器的使用并且替代地借助于布置在所述增压压力区段41中的温度传感器9来对流过所述压缩机62的新鲜空气质量流量进行确定。

所使用的温度传感器9构造用于：对输出端侧的温度T₀₂进行快速的温度测量。例如所述温度传感器能够以辐射热测定仪原理为基础并且足够快地检测温度变化。例如以集成的形式的IR-温度传感器以及类似物是合适的。所述温度传感器例如具有用于温度测量的时间常数，该时间常数处于1ms与20ms之间、优选处于2ms与15ms之间、优选处于5ms与10ms之间。

在图2中借助于流程图描绘了一种用于在没有使用新鲜空气质量流量传感器的情况下确定新鲜空气质量流量的方法。

在步骤S1中，首先借助于所述温度传感器9来测量在所述压缩机输出端64处的温度T₀₂。

此外，在步骤S2中提供关于所述环境温度T₀₁的说明。所述环境温度T₀₁同样可以借助于其他（未示出的）温度传感器来测量，其中其时间常数并不关键，因为所述环境温度T₀₁通常仅仅缓慢地变化。

在步骤S3中，在所述压缩机输出端64处的输出端侧的温度与所述压缩机输入端65处的环境温度T₀₁之间的温度差T₀₂-T₀₁的基础上根据以下公式来获取焓差（焓变化）Δh_c：

其中，c_p相当于空气的热容量并且Δh_c相当于空气在贯穿流过所述压缩机62时的焓变化。

在步骤S4中首先获取所述压缩机转速N，该压缩机转速要么能够借助于增压器-转速传感器来测量要么作为替代方案能够通过合适的增压器-转速模型以本身已知的方式来确定。在将增压器转速模型用于确定所述压缩机转速时，还可以优选在所述压缩机输出端64处设置压力传感器，所述压力传感器一般来说以增压压力传感器10的形式来设置。由此，在所述压缩机输出端64处测量所述增压压力和所述温度。就像所述温度传感器9一样，所述增压压力传感器10也应该具有相应较小的时间常数，尤其是与所述温度传感器9相同的或者几乎相同的时间常数。

所述压缩机转速N例如可以通过解以下微分方程式来确定，在所述微分方程式中所述压缩机转速N可以根据所述压缩机功率P_C、所述涡轮机61的涡轮机功率P_T和效率η来计算：

其中，N相应于所述增压器转速，K相应于预先给定的常数并且J相应于所述增压装置的惯性矩。所述压缩机功率P_C例如可以根据以下公式来获取：

其中，

相应于流经所述压缩机62的新鲜空气质量流量。

相应地，所述涡轮机功率P_T可以根据以下公式来确定：

其中，相应于流经所述涡轮机61的废气质量流量并且T_a02-T_a01相应于所述涡轮机61上面的温度差。

在步骤S5中，借助于预先给定的焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线来确定新鲜空气质量流量，所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线表明依赖于焓变化和压缩机转速N的新鲜空气质量流。所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线可以从传统的压缩机组合特性曲线、像例如在图3中所示出的那样的压缩机组合特性曲线中获取。图3示出了一种压缩机组合特性曲线，该压缩机组合特性曲线表明在“示范性的压缩机62上面的压力比P₀₂/P₀₁、流经所述压缩机62的新鲜空气质量流量和所述压缩机62的压缩机转速N或者效率η”之间的依赖关系。所述压力比P₀₂/P₀₁通常被规定为在所述压缩机输出端64处的压力P₀₂与所述压缩机输入端65处的环境压力P₀₁之间的压力比。

可以在常规的压缩机模型的基础上尤其在新鲜空气质量流量较小的情况下仅仅不太精确地确定所述新鲜空气质量流量，因为所述特性曲线的变化在所述压缩机转速N恒定的情况下在较小的新鲜空气质量流量的范围内非常平坦地演变。因此在所述范围内，所述新鲜空气质量流量的确定对所述压力差的较小的变化都十分敏感。

因为所述压力差与所述空气质量流量之间的依赖关系在一定的压缩机转速N的情况下部分地仅仅稍许变化或者具有较小数值的斜率，所以将坐标变换为焓-压缩机质量流量-组合特性曲线有意义。这种坐标变换在以下方程式的基础上进行：

其中，η_c相应于所述压缩机62的效率并且γ相应于等熵指数。

通过所述坐标变换，产生像在图4中示范性地示出的那样的焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线。所述坐标变换的优点在于，所述新鲜空气质量流量可以在所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线的基础上更加精确地被确定。可以看到，与所述传统的压缩机组合特性曲线相比，具有恒定的压缩机转速N的特性曲线的变化具有明显更陡的梯度。由此可以明显更为稳健地对所述新鲜空气质量流量进行确定。

周期性地实施所述步骤S1至S5的方法，以便能够提供所述新鲜空气质量流量的始终最新的数值。所述周期时间对于传统的燃烧马达2来说优选在5ms与50ms之间。

Claims (12)

1.用于获取在具有增压装置（6）的燃烧马达（2）中的新鲜空气质量流量（

）的方法，该方法具有以下步骤：

—在所述增压装置（6）的压缩机（62）的压缩机输出端（64）处测量（S1）所输送的新鲜空气的温度（T₀₂）；

—根据在所述压缩机输出端（64）处所测量的温度（T₀₂）来获取（S3）通过所述压缩机（62）来输送的新鲜空气的焓变化（Δh_c）；

—借助于所提供的焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线来确定（S5）所述新鲜空气质量流量（

），所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线表明了经过所述压缩机（62）的焓变化、压缩机转速（N）和流经所述压缩机（62）的新鲜空气质量流量的依赖关系。

2.按照权利要求1所述的方法，其中周期性地实施所述方法。

3.按照权利要求1所述的方法，其中借助于坐标变换从所提供的压缩机组合特性曲线中确定所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线，其中所述压缩机组合特性曲线表明了经过所述压缩机（62）的压力变化、所述压缩机转速（N）和流经所述压缩机（62）的新鲜空气质量流量（

）的依赖关系。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中根据处于环境中的新鲜空气的环境温度（T₀₁）来确定获取通过所述压缩机（62）来输送的新鲜空气的焓变化（Δh_c）。

5.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中获取所述压缩机转速（N），以便借助于所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线来确定所述新鲜空气质量流量，其中借助于处于涡轮机（61）中的或者处于所述压缩机（62）中的转速传感器来测量所述压缩机转速（N），或者根据由所述增压装置（6）的涡轮机（61）所消耗的涡轮机功率、由所述压缩机（62）所提供的压缩机功率和所述增压装置的涡轮机（61）的效率来确定所述压缩机转速。

6.用于获取在具有增压装置（6）的燃烧马达（2）中的新鲜空气质量流量（

）的装置，其中所述装置构造用于：

—得到关于在所述增压装置（6）的压缩机（62）的压缩机输出端（64）处的温度的说明；

—获取通过所述压缩机（62）来输送的新鲜空气的焓变化；

—借助于所提供的焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线来确定所述新鲜空气质量流量（

），所述焓-新鲜空气质量流量-组合特性曲线表明了经过所述压缩机（62）的焓变化、压缩机转速和流经所述压缩机（62）的新鲜空气质量流量（

）的依赖关系。

7.马达系统（1），包括：

—具有增压装置（6）的燃烧马达（2），所述增压装置具有用于提供经过压缩的新鲜空气的压缩机（62）；

—温度传感器（9），该温度传感器布置在所述压缩机（62）的压缩机输出端处；

—按照权利要求6所述的装置。

8.按照权利要求7所述的马达系统（1），其中所述温度传感器（9）包括基于辐射热测定仪原理的温度传感器。

9.按照权利要求7或8所述的马达系统，其中所述温度传感器（9）具有在1ms与20ms之间的时间常数。

10.按照权利要求9所述的马达系统，其中所述温度传感器（9）具有在2ms与15ms之间的时间常数。

11.按照权利要求9所述的马达系统，其中所述温度传感器（9）具有在5ms与10ms之间的时间常数。

12.机器可读的存储介质，在该机器可读的存储介质上面保存了计算机程序，该计算机程序被设计用于执行按照权利要求1至5中任一项所述的方法的所有步骤。

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