CN106988906A - 用于控制燃烧马达的进气管中的节流阀的位置的方法和节流阀控制装置 - Google Patents

用于控制燃烧马达的进气管中的节流阀的位置的方法和节流阀控制装置 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于控制燃烧马达(10)的进气管(22)中的节流阀(34)的位置的方法，气体通过所述进气管输送给燃烧马达(10)的汽缸(14)，其中所述方法具有以下步骤：在考虑进气管(22)中的气体动态性的情况下，获知(S6)期望的气体质量流，所述气体质量流在进气管(22)中通过节流阀(34)流动；在应用获知的期望的气体质量流的情况下，获知(S8)用于节流阀(34)的控制信号；以及在获知的控制信号的基础上控制(S10)所述节流阀(34)的位置。

Description

用于控制燃烧马达的进气管中的节流阀的位置的方法和节流 阀控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制燃烧马达的进气管中的节流阀的位置的方法和节流阀控制装置、一种计算机程序以及一种电子的存储介质。
背景技术
从实践中已知，借助布置在燃烧马达的进气管中的节流阀能够有针对性地改变用于燃烧马达的一个或多个汽缸的气体输送系统中的流动横截面，以便将期望的额定量的气体、所谓的外部的气体填充(Gasfüllung)输送给燃烧马达。为此，节流阀能够借助执行器移动，该执行器被设计用于调节节流阀相对于进气管的角度位置。在对节流阀的位置的控制中，通常在气体填充(该气体填充应该流入到所述汽缸中)的额定值预先给定的基础上借助于来计算期望的气体质量流即额定气体质量流，其通过进气管中的节流阀流动。在此，因子kms＝kms(Nzyl，nmot)取决于燃烧马达的汽缸数量Nzyl以及汽缸容积以及当前的马达转速nmot，并且表明气体填充m到成气体质量流的换算。
值得期望的是，提供一些机构，利用这些机构来实现准确且简单地操控进气管中的节流阀位置。
发明内容
按照第一方面，提供了一种用于控制燃烧马达的进气管中的节流阀的位置的方法，气体通过所述进气管输送给燃烧马达的汽缸，其中所述方法具有下述步骤：在考虑进气管中的气体动态性(Gasdynamik)的情况下，获知期望的气体质量流，所述气体质量流在进气管中通过节流阀流动；在应用获知的期望的气体质量流的情况下，获知用于节流阀的控制信号；以及在控制信号的基础上控制所述节流阀的位置。
发明人已经有利地认识到，通过考虑进气管中的气体动态性(该气体动态性影响着通过节流阀的期望的气体质量流)，能够实现准确且简单地控制节流阀的位置，所述节流阀的位置例如通过节流阀相对于进气管的角度位置给出。总的说来，由此能够针对燃烧马达的这个或这些汽缸实现更为准确的气体填充，并且因此在用于燃烧的气体填充时实现更好的动态性。由此能够提高燃烧马达的效率，并且减少燃料通过燃烧马达的排放和消耗。
可流入到进气管中的气体例如能够是空气或废气-空气-混合物，或者是由燃料和气体构成的混合物。在此，在为燃烧马达的汽缸输送新鲜空气时应用废气份额例如能够有助于减少排放或者减少燃烧马达的燃料的消耗。
在一种实施方式中，进气管中的经考虑的气体动态性能够取决于凸轮轴的凸轮轴移位，该凸轮轴尤其能够与用于燃烧马达的汽缸的进气阀处于有效连接中。所述凸轮轴能够例如调整进气阀的状态(Phase)、即根据燃烧马达的曲轴何时打开或关闭进气阀，以及进气阀的行程(Hub)，这又能够对用于燃烧马达的汽缸的气体填充产生影响。由此能够抵消凸轮轴对燃烧马达的汽缸中的实际待达到的气体填充的无意的影响，其方式是，能够考虑当前的凸轮轴移位(Nockenwellenverstellung)，该凸轮轴移位一同确定了气体质量流在燃烧马达中的流动行为。
在一种实施方式中，如果对所述进气管中的气体要求高的气体动态性，则在考虑所述进气管中的气体动态性的情况下能够获知期望的气体质量流。如果例如根据燃烧马达的运行点关于汽缸中的气体填充要求高的动态性，即如果高准确度地控制节流阀的位置是值得期望的，那么就能够采用所述控制方法。为此例如能够获知，驾驶员是否在短时间内或很快就会需要特定的速度或特定的转矩。这种运行点能够是期望的运动模式，在此运动模式中驾驶员很快就需要转矩。如果是这种情况，则能够在应用进气管中的提高的气体动态性的情况下，获知所述控制信号。
在一种实施方式中，额外地在考虑用于所述汽缸的气体的期望的气体填充的情况下，能够获知期望的气体质量流。该措施能够以简单的方式考虑到控制信号的常规计算，如果对进气管中的气体不要求高的气体动态性，例如也能够应用所述措施。
在一种实施方式中，借助
能够获知期望的通过节流阀流动的气体质量流。在此，能够表示通过节流阀流动的气体质量流，kms能够表明汽缸中的期望的气体质量流和用于汽缸的期望的气体填充之间的换算，并且R能够表示特定的气体常量，Tsr能够表示进气管中的温度，Vsr能够表示进气管的容积，Vzyl能够表示汽缸的尤其固定的或物理的容积，并且ηVOL能够表示容积效率(英语是volumetric efficiency)。因此，控制信号的获知能够反映出进气管中的气体的流动行为的物理情况，并且能够尤其简单且以较高的精度来执行所述控制信号的获知，因为这种计算方式的所有参数均能够作为固定参量存在于系统中。尤其能够测出温度或借助温度模型来建模。用于汽缸的气体填充能够表明对期望的转矩的驾驶员期望需求，并且能够从与燃烧马达耦接的踏板的踏板位置中被获知。该容积效率能够从凸轮轴的进入突起曲线(Einlasserhebungskurve)中获知。
所述控制能够包含：将获知的控制信号输送给用于节流阀的执行器，从而执行器能够根据所输送的控制信号来调节节流阀的位置。
在一种实施方式中，在获知的控制信号的基础上能够借助于对所述节流阀的位置的调节来执行所述控制。那么换言之，能够首先在预控制中获知所述控制信号，该控制信号随后能够在后继的位置调节中与节流阀的测得的实际位置一起用于调节节流阀的位置。通过所述调节从获知的控制信号和测得的实际位置中能够获知经修正的控制信号作为用于节流阀的调节参量并且将该经修正的控制信号输送给用于节流阀的执行器。该措施能够以简单的方式提高进气管中的节流阀的位置操控的精度。
按照第二方面，提供了一种用于控制燃烧马达的进气管中的节流阀的位置的节流阀控制装置，该节流阀控制装置被设计用于执行按照第一方面的方法的步骤。节流阀控制装置能够是用于燃烧马达的电子的控制设备的零件。为此，节流阀控制装置和/或电子的控制设备能够借助硬件和/或软件来实现。例如，节流阀控制装置和/或电子的控制设备能够具有一个或多个单元，这些单元被设计用于执行这些方法步骤中的一个或多个方法步骤；和/或具有常规的、可用于一般目的的、带有计算机程序的处理器或者一个或多个单元，这些单元例如具有电子元件，如电路、电容、晶体管或类似物。
按照第三方面，提供了一种用于控制燃烧马达的进气管中的节流阀的位置的结构(Anordnung)，其具有按第二方面的节流阀控制装置以及调节装置，所述调节装置用于在由节流阀控制装置获知的控制信号的基础上调节所述节流阀的位置。所述结构能够是用于燃烧马达的前面所述的电子的控制设备的一部分。所述调节装置能够借助硬件和/或软件来实现。所述调节装置例如能够具有一个或多个单元，这些单元被设计用于随后对节流阀位置进行调节；和/或具有常规的、可用于一般目的的、带有计算机程序的处理器或者一个或多个单元，这些单元例如具有电子元件，如电路、电容、晶体管或类似物。
按照第四方面，提供了一种计算机程序，其被设计用于执行按照第一方面的方法的步骤。所述计算机程序为此能够例如由节流阀控制装置来执行，且可选地由调节装置或例如由电子的控制设备来执行。如上所述，节流阀控制装置、调节装置或电子的控制设备能够具有常规的、可用于一般目的的处理器，计算机程序能够在此处理器上运行。
按照第五方面，提供了一种电子的存储介质，按照第四方面的计算机程序能够存储在此电子的存储介质上。所述电子的存储介质能够例如构造为外部的存储器、内部的存储器、硬盘或USB存储设备。
附图说明
下面借助附图详细地阐述本发明的优选的实施方式。其中：
图1示出了在进气管中具有节流阀的燃烧马达的示意图，该节流阀的位置是能操控的；以及
图2示出了一流程图，该流程图用于对按照一种实施方式的、用来控制图1中的节流阀的位置的方法进行解释。
具体实施方式
在图1中示出了燃烧马达10，其能够借助电子的控制设备12来操控。燃烧马达10具有多个汽缸14，其中为了清楚起见只示出了一个汽缸14。本燃烧马达10能够例如是4-汽缸-汽油马达。
所述汽缸14具有燃烧室16，该燃烧室的自由容积能够通过活塞18的运动而扩大和缩小。所述汽缸14设置有进气阀20，以使得气体、例如新鲜空气或废气-新鲜空气-混合物或者由燃料和气体构成的混合物进入燃烧室16中。所述气体或混合物通过空气输送系统的进气管22来输送，进气管喷射阀24位于该进气管处，该进气管喷射阀是进气管喷射结构的喷射器的零件。燃料借助进气管喷射阀24喷入进气管24中，从而在那里形成燃料-气体-混合物，该燃料-气体-混合物通过进气阀22能够输送到汽缸14的燃烧室16中。燃烧废气在燃烧之后通过废气排放系统的废气排放管26从汽缸14中排出。根据排气阀28的开启来进行所述排放，该排气阀同样布置在汽缸14处。打开和关闭进气阀和排气阀20、28，以便以已知的方式执行燃烧马达10的四冲程运行。此外，能够在汽缸14处布置直接喷射阀30，该直接喷射阀是喷射器的零件，以便将燃料直接喷入燃烧室16中。具有燃料直接喷射阀30的喷射器是燃料直接喷射结构的零件。此外，汽缸14设置有点火装置32，以便产生点火火花来起动燃烧室16中的燃烧。节流阀34布置在进气管22中，并且用于通过进气管22中的期望的气体质量流来调节用于汽缸14的期望的气体填充。节流阀34的角度位置能够借助执行器36来调节，该执行器与节流阀34处于有效连接中。此外，进气阀20能借助凸轮轴38而移动，并且能在凸轮轴38和进气阀20之间设置阀门间隙40。光学的温度传感器42布置在进气管22处并且用于检测进气管中的温度。尤其是光学的角度传感器44布置在执行器36处，并且被设计用于根据时间来检测节流阀34的角度位置。
电子的控制设备12具有一结构，该结构具有节流阀控制装置50，该节流阀控制装置发出用于执行器38的控制信号作为预控制，该控制信号表明了节流阀34的期望的或额定的角度位置。该控制信号能够被输送给后置的调节装置52，该调节装置用于调节节流阀34的位置。所述该调节装置52同样是所述结构、即电子的控制设备12的零件。节流阀控制装置50具有一单元54，该单元用来在考虑进气管22中的气体动态性的情况下获知期望的气体质量流，该气体质量流在进气管22中通过节流阀34流动。所述单元54的输出信号被输送给单元56，该单元56用于在应用计算出的、期望的气体质量流的情况下获知用于节流阀34的控制信号。所述单元56的输出信号用作用于调节装置52的额定值，表明了调节装置52的节流阀34的、借助传感器44测得的实际角度位置的信号同样能够输送给所述调节装置。所述调节装置52被设计用于以已知的方式来执行对节流阀34的位置调节，其方式是：借助节流阀34的经调节的实际角度位置能实现通过节流阀34的期望的气体质量流。
节流阀位置的预控制基于以下认识：通过考虑进气管22中的气体动态性来实现用于汽缸14的改进的气体填充。在考虑到进气管22中的质量流平衡(Massenstrombilanz)的物理建模
的情况下看出，通过进气管22中的节流阀34流动的气体质量流具有一份额，该份额取决于气体的、流入到汽缸14中的气体质量流通过节流阀的质量流的另一份额借助于进气管22中的压力psr的时间变化即压力的时间导数描绘了在进气管22中流动的气体的动态性。在此，Vsr表示进气管22的容积，R表示特定的气体常量，并且Tsr表示进气管22中的当前温度。用于汽缸14的气体填充或气体质量mzyl，in可以由
计算出来，其中因子kms＝kms(Nzyl，nmot)取决于汽缸容积的汽缸数量Nzyl和当前的马达转速nmot，并且表明由气体填充mzyl，in到气体质量流的换算。
存在于进气管22中的压力的时间变化可以从用于汽缸室的理想的气体方程式、即从流入到汽缸14中的或被包围(eingeschlossen)用于燃烧的气体填充mzyl以及进气管22中的压力推导出
因此在考虑最后提到的两个公式的情况下，得出了通过节流阀34的质量流
在此，ηVOL表示容积效率，其还通过凸轮轴的凸轮轴移位给出。所述推导能够例如以数字方式进行计算，其方式是，对于容积效率ηVOL和气体质量来说，计算当前数值和以前数值之差与时间差(在这两个数值之间测得)之间的比较(Vergleich)。
所述单元54被设计用于，在应用前面提到公式的情况下计算出通过节流阀的气体质量流。该公式的所有参数均作为系统值被预先给出或由燃烧马达10的当前的运行情况中公知。用于汽缸14的额定气体填充表明了对期望的转矩的驾驶员期望需求，并且能够从与燃烧马达耦接的踏板的踏板位置中获知。温度Tsr能够要么作为由传感器42测得的参量来被输送，要么能够借助单元54的温度模型计算出来。所述容积效率能够从凸轮轴的进入突起曲线(Einlasserhebungskurve)中获知。所述单元56将气体质量流转变成节流阀34的角度位置。
在燃烧马达10运行中，借助节流阀控制装置50且可选地借助调节装置52来执行用于控制进气管22中的节流阀34的位置的方法。在可选的第一方法步骤S2中，进气管22中的温度Tsr借助传感器42测得，并且被输送给用来获知期望的气体质量流的单元54。在可选的同样由所述单元54执行的方法步骤S4中，获知，是否对进气管22中的气体要求高的气体动态性。为此，例如将燃烧马达10的运行点、例如运动模式作为对所述获知的询问标准的基础。如果是这种情况，则在同样由所述单元54执行的方法步骤S6中，在考虑进气管中的气体动态性的情况下借助最后提到的公式计算出期望的气体质量流温度Tsr要么能够是借助传感器42测得的数值，要么能够借助温度模型来建模。所述单元54的输出信号表明通过节流阀34的气体质量流并且被输送给单元56，所述输出信号在方法步骤S8中将气体质量流转换成用于执行器36的控制信号，其形式是用于节流阀34的角度位置。在方法步骤S10中，对节流阀34的位置进行控制。为此，能够将所述单元56的输出信号输送给调节装置52，在应用调节装置52的情况下执行对节流阀34的位置、即角度位置的控制。在此实施方式中，调节装置52调节节流阀34的位置，其方式是：调节装置52将节流阀34的借助传感器44测出的实际角度位置与所输送的控制信号进行对比，从中产生修正的控制信号，该修正的控制信号是用于节流阀36的位置的调节参量，并且将该信号输送给执行器36。执行器36用尤其经修正的控制信号被加载，并且按照接收到的信号来调节节流阀的位置。
如果在方法步骤S4中获知，对进气管22中的气体不需要高的气体动态性，则在可选的方法步骤S12中借助于所述单元54在应用最后提到的公式(其压力变化)的情况下计算出通过节流阀34的期望的或额定的质量流或者换言之只考虑用于汽缸14的气体的期望的气体填充随后执行方法步骤S8和S10。
方法步骤S2能够在方法步骤S4和S6之间执行。

Claims (10)

1.一种用于控制燃烧马达(10)的进气管(22)中的节流阀(34)的位置的方法，气体通过所述进气管输送给燃烧马达(10)的汽缸(14)，所述方法具有以下步骤：
-在考虑进气管(22)中的气体动态性的情况下，获知(S6)期望的气体质量流，所述气体质量流在进气管(22)中通过节流阀(34)流动；
-在应用获知的期望的气体质量流的情况下，获知(S8)用于节流阀(34)的控制信号；以及
-在获知的控制信号的基础上控制(S10)所述节流阀(34)的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述进气管(22)中的经考虑的气体动态性取决于凸轮轴(38)的凸轮轴移位。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中如果对所述进气管(22)的气体中要求高的气体动态性，则在考虑所述进气管(22)中的气体动态性的情况下获知期望的气体质量流。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中额外地在考虑用于所述汽缸(14)的气体的期望的气体填充的情况下，获知期望的气体质量流。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中借助
来获知通过节流阀(34)流动的期望的气体质量流，其中表示通过节流阀(34)流动的气体质量流，kms表明了汽缸(14)中的期望的气体质量流和用于汽缸(14)的期望的气体填充之间的换算，并且R表示特定的气体常量，Tsr表示进气管(22)中的温度，Vsr表示进气管(22)的容积，Vzyl表示汽缸(14)的容积，并且ηVOL表示容积效率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在获知的控制信号的基础上借助于对所述节流阀(34)的位置的调节来执行所述控制(S10)。
7.一种用于控制燃烧马达(10)的进气管(22)中的节流阀(34)的位置的节流阀控制装置(50)，该节流阀控制装置被设计用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
8.一种用于控制燃烧马达(19)的进气管(22)中的节流阀(34)的位置的结构，该结构具有根据权利要求7所述的节流阀控制装置(50)以及调节装置(52)，所述调节装置用于在由节流阀控制装置(50)获知的控制信号的基础上调节所述节流阀(34)的位置。
9.一种计算机程序，该计算机程序被设计用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种电子的存储介质，在该电子的存储介质上存储了根据权利要求9所述的计算机程序。
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