CN108779728A - 用于确定内燃发动机的气缸中的充填成分的量的方法和控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定在内燃发动机的气缸(1)中的充填成分的量的方法，其中气缸(1)通过进气阀门(12)与空气供应装置(13)连接且通过排气阀门(14)与排气引导装置(15)连接。方法包括在内燃发动机的工作循环期间在预设的时间点时获得(31)排气背压，在该预设的时间点时排气阀门(14)是开启的，且基于获得的排气背压计算(32)在预设的时间点处的充填成分的量。此外本发明涉及一种用于实施所述方法的控制装置和带有这样的控制装置的机动车。

Description

用于确定内燃发动机的气缸中的充填成分的量的方法和控制 装置
技术领域
本发明涉及用于确定内燃发动机(Verbrennungskraftmaschine)的气缸中的充填成分(Füllungskomponente)的量、尤其用于确定机动车的内燃发动机的气缸中的残留气体量的方法和控制装置。此外本发明涉及带有这样的控制装置的机动车。
背景技术
在汽油机运行的情形中尽可能精确地探测当前的气缸空气充填起到核心的作用，以便每次喷射尽可能准确地以λ值(Lambdawert，有时称为过量空气系数)采纳值1的化学计量比投放(absetzen)燃料质量且因此使有害物质排放最小化。在柴油机的情形中精确确定气缸充填由于排气法规同样越来越重要。因此在发动机控制器中通常由测量的或建模的进气管压力、测量的或建模的排气背压和针对在气缸中的残留气体份额的模型计算气缸空气充填。此外，影响充填的促动器的当前的位置例如进气凸轮轴和排气凸轮轴、充气运动阀片(Ladungsbewegungsklappe)、气门升程的位置和其它的位置以及吸入空气温度和排气温度参与到气缸空气充填的计算中。在计算当前的气缸充填时的另外的重要的参数是直接在排气阀门后的排气背压，因为排气背压对于在燃烧室中的残留气体率具有决定性的影响。在此在基于传感器的方法的情形中典型地考虑在工作循环区段上取平均的排气背压。
如果增压的汽油机在带有凸轮轴重叠的运行点中运行，则排气背压经受强烈的取决于曲轴角度的波动。尤其在低的直到中间的转速的情形中，使用取平均的排气背压能够导致气缸空气充填的错误的计算。对于在气缸空气充填和取平均的排气背压之间的关联的参数化的模型在一些运行区域中展现了极度非线性的特性，该特性主要还在传感器公差方面能够导致显著的不精确性。
文件DE 10 2006 032 366 A1描述了一种用于基于排气量确定气缸中的新鲜空气质量的方法，其中排气量由在挡板(Blende)之前和之后的排气压力的比例确定，该挡板布置在气缸的排气阀门之后的排气通道中。由排气量那么确定新鲜空气质量。新鲜空气质量的确定的精确性能够在带有凸轮轴重叠的运行点中再次受影响。
发明内容
本发明的任务在于，提供用于确定内燃发动机的气缸中的充填成分的量的方法和控制装置，该方法和该控制装置至少部分地克服在上文中提到的缺点。
该任务通过根据权利要求1所述的用于确定气缸中的充填成分的量的根据本发明的方法和根据权利要求8所述的用于确定气缸中的充填成分的量的根据本发明的控制装置解决。
根据第一方面本发明涉及一种用于确定在内燃发动机的气缸中的充填成分的量的方法，其中气缸通过进气阀门与空气供应装置连接且通过排气阀门与排气引导装置连接，包括：
在内燃发动机的工作循环期间在预设的时间点时获得排气背压，在该预设的时间点处排气阀门是开启的；且
基于获得的排气背压计算在预设的时间点时的充填成分的量。
根据第二方面本发明涉及一种用于确定在内燃发动机的气缸中的充填成分的量的控制装置，其中控制装置设计成，实施根据第一方面的用于确定在气缸中的充填成分的量的方法。
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下文的描述得出。
本发明涉及一种用于确定在内燃发动机(尤其机动车的内燃发动机)的气缸中的充填成分的量(例如残留气体量)的方法。内燃发动机如此构造，即使得气缸通过进气阀门与空气供应装置、尤其进气管连接，且通过排气阀门与排气引导装置、尤其排气歧管(Abgaskrümmer)连接。内燃发动机能够是汽油机或柴油机。
根据所述方法，在内燃发动机的工作循环期间在预设的时间点时(在该预设的时间点时排气阀门尤其是部分地或完全地开启的)接收排气背压且基于获得的排气背压计算在预设的时间点时的充填成分的量。在预设的时间点时的排气背压能够在排气引导装置中优选地邻近排气阀门由排气背压传感器测量或例如基于在工作循环期间测量的多个测量值计算。
利用描述的方法能够总的来说非常准确地确定充填成分的量和由此气缸充填。
工作循环(还称为工作周期)能够包括步骤：吸入、压缩、做功、排出。例如内燃发动机的工作循环在四冲程发动机的情形中持续经过曲轴回转两圈。
在一些实施例中，在内燃发动机的工作循环期间的预设的时间点能够是这样的时间点，即在该时间点时进气阀门是开启的。因此预设的时间点能够是在气门重叠(还称为凸轮轴重叠)期间的时间点。在气门重叠期间优选地不仅进气阀门而且排气阀门是开启的。气门重叠能够例如在排出和/或吸入期间设置。
在预设的时间点(在该预设的时间点时进气阀门是开启的)时，进气阀门能够是部分地或完全地开启的。优选地，进气阀门在预设的时间点时的气门升程能够为0.1mm或更大，尤其位于0.2mm至0.5mm的范围中或更大。
预设的时间点能够例如是这样的时间点，即在该时间点时进气阀门的气门升程位于0.2mm和0.5mm之间且排气阀门是至少部分地开启的。备选地进气阀门能够是至少部分地开启的且排气阀门的气门升程位于0.2mm和0.5mm之间。另外备选地，预设的时间点能够位于进气阀门开启的时间点和排气阀门关闭的时间点之间，尤其位于这两个时间点之间的中间。
在预设的时间点时的排气背压能够测量或基于测量数据计算。测量数据能够在一个工作循环期间的不同的时间点时测量，在这些不同的时间点时不仅进气阀门而且排气阀门能够是至少部分地开启的，且能够例如通过形成平均值计算排气背压。
因为对于气缸的气缸空气充填以及充填成分的量而言在气门重叠期间的排气背压是至关重要的而取平均的压力变化不是至关重要的，故而描述的方法使得在带有高的凸轮轴重叠的运行点的情形中且在高的排气背压的情形中非常准确地计算气缸空气充填成为可能。但是对于其它的展现了更少的凸轮轴重叠或甚至没有展现凸轮轴重叠的运行点而言，气缸空气充填以及残留气体质量的非常正确的计算也是可行的。
在一些实施例中，充填成分的量能够包括残留气体量尤其残留气体质量、新鲜空气量尤其新鲜空气质量和/或扫气空气量尤其扫气空气质量。残留气体量优选地是在排出期间保留在气缸中的排气的量。新鲜空气量优选地是在吸入期间到达到气缸中且保留在气缸中的新鲜空气的量。扫气空气量优选地是在吸入期间在气门重叠期间到达到气缸中且通过排气阀门再次离开气缸的新鲜空气的量。
因为在气门重叠期间的排气背压尤其影响残留气体溢出或残留气体扫出的程度，利用描述的方法能够特别精确地确定残留气体量、尤其残留气体质量。
在一些实施例中在预设的时间点时的排气背压和充填成分的量之间能够存在预设的关联。该关联能够在预设的排气背压范围上基本上恒定地或至少明确地定义。
采用在预设的时间点时(尤其在这样的时间点时，即在该时间点时排气阀门和进气阀门是开启的)的充填成分的量(尤其残留气体量)和排气背压之间的关联使得描述的方法针对排气背压传感器的测量值探测中的系统的和随机的误差具有鲁棒性。在预设的时间点时(尤其在这样的时间点时，即在该时间点时排气阀门和进气阀门是开启的)的充填成分的量(尤其残留气体量)和排气背压之间的固定的预设的关联此外在发动机控制器中计算空气质量时减少计算耗费和存储需求。
在确定充填成分时此外能够考虑进气管压力。进气管压力能够在空气供应装置中优选地邻近进气阀门由压力传感器测量。例如能够确定在预设的时间点时、尤其在气门重叠期间的进气管压力和排气背压之间的比例。基于在进气管压力和排气背压之间的比例那么能够计算充填成分的量。
因为在气门重叠期间的进气管压力和排气背压之间的比例对于残留气体溢出或残留气体扫出的程度是至关重要的，故而充填成分的量能够利用根据本发明的方法非常精确地确定。
在一些实施例中，充填成分的量能够针对排气背压和如有必要进气管压力附加地此外与内燃发动机的一个或多个状态参数有关。状态参数能够包括内燃发动机的转速、一个或多个气门传动机构调节器的位置例如进气凸轮轴相位、排气凸轮轴相位或其它的位置，和/或一个或多个温度例如吸入空气温度、发动机温度或排气温度。通过考虑一个或多个状态参数能够进一步改进充填成分的量的确定的精确性。
在一些实施例中，充填成分的量能够与内燃发动机的一个或多个结构参数，例如与内燃发动机的气缸的容积有关。由此能够进一步改进充填成分的量的确定的精确性。
在一些实施例中，根据本发明的方法此外能够包括利用高的时间上的采样率由高分辨率的排气背压传感器接收传感器信号，其中传感器信号代表排气背压。采样率能够位于0.5kHz至3000kHz的范围中，尤其位于1kHz至1000kHz的范围中。在预设的时间点时的排气背压那么能够从传感器信号提取。
通过使用排气背压传感器结合传感器的高的时间上的采样率能够探测在工作循环期间的不同的时间点时的瞬时的排气背压。以该方式尤其能够确定在预设的时间点时(例如在这样的时间点时，即在该时间点时排气阀门和进气阀门是开启的)的排气背压。借助于该测量值能够在知道相应的气缸容积和排气温度的情形中计算残留气体量。
上文描述的方法使得尤其在带有高的凸轮轴重叠的运行点的情形中且在高的排气背压的情形中非常准确地确定气缸空气充填或者充填成分的量成为可能。采用在预设的时间点时(尤其在这样的时间点时，即在该时间点时进气阀门是开启的)的充填成分的量(例如气缸空气质量)和排气背压之间的预设的关联使得该方法此外针对排气背压传感器的测量值探测中的系统的和随机的误差具有鲁棒性。在预设的时间点时的气缸空气质量和排气背压之间的固定的预设的关联此外在发动机控制器中计算气缸空气质量时减少计算耗费和存储需求。
本发明此外涉及一种用于确定内燃发动机的气缸中的充填成分的量的控制装置，其中气缸通过进气阀门与空气供应装置连接且通过排气阀门与排气引导装置连接。控制装置设计成，在内燃发动机的工作循环期间在预设的时间点时(在该预设的时间点时排气阀门是开启的)接收排气背压，且基于获得的排气背压计算在预设的时间点时的充填成分的量。控制装置尤其设计成，实施如上文所描述的那样的用于确定气缸中的充填成分的量的方法。
控制装置能够具有处理器、例如微处理器，该处理器构造成，实施所描述的用于确定气缸中的充填成分的量的方法。此外控制装置能够具有数据存储器，优选地程序储存在该数据存储器中，该程序包含用于处理器的指令，以为了根据描述的方法控制该处理器。此外为了执行描述的方法预设的参数(例如气缸容积)和/或预设的关联能够储存在数据存储器中。
控制装置能够具有一系列信号输入端和信号输出端。通过信号输入端能够接收例如排气背压、进气管压力、内燃发动机的状态参数和/或其它的信号。通过信号输出端能够输出尤其充填成分的量。
控制装置能够集成到机动车的发动机控制系统中。备选地控制装置能够构造为单独的单元。
在一些实施例中，控制装置能够包括排气背压传感器或能够与排气背压传感器例如通过信号输入端之一连接。排气背压传感器能够在此构造成，利用高的时间上的采样率输出传感器信号，该传感器信号代表排气背压。控制装置再次能够设计成，从传感器信号提取在预设的时间点时的排气背压。
本发明此外涉及带有内燃发动机和如前面描述的那样的用于确定在内燃发动机的气缸中的充填成分的量的控制装置的机动车。内燃发动机具有气缸、进气阀门(通过该进气阀门气缸与空气供应装置连接)和排气阀门(通过该排气阀门气缸与排气引导装置连接)。内燃发动机能够是汽油机，该汽油机优选地如此控制，即出现气门重叠，尤其高的气门重叠。内燃发动机能够是柴油机，该柴油机优选地能够以在气门传动机构中的扩展的可变性驱动和/或使用内部的排气再循环。
附图说明
现在示例性地且参考附上的图纸描述本发明的实施例。其中：
图1示意性地显示了内燃发动机的实施例；
图2显示了内燃发动机的工作周期的片断；且
图3显示了根据本发明的用于确定在来自图1的内燃发动机的气缸中的充填成分的量的方法的流程图。
具体实施方式
内燃发动机的气缸1的实施例在图1中示意性地示出。气缸1具有燃烧室10，在该燃烧室中发生燃料的燃烧，该燃料通过喷射阀门11喷射。气缸1通过进气阀门12与进气管13联结，新鲜空气从该进气管通过进气阀门12到达到燃烧室10中。此外，气缸1通过排气阀门14与排气歧管15联结，排气或者残留气体通过该排气阀门从燃烧室10导引到排气歧管15中。此外存在气缸活塞16，该气缸活塞由曲轴(未示出)驱动。在排气歧管15中直接在排气阀门14之后布置有排气背压传感器2，该排气背压传感器构造成利用高的时间上的采样率检测排气背压。
在图1中示出了在这样的时间点时的气缸1，即在该时间点中进气阀门12和排气阀门14是开启的且存在气门重叠。
图2显示了内燃发动机的工作周期的片段，该片段阐明了在吸入期间进气阀门12的开启时间点ÖE和关闭时间点SE和排气阀门14的关闭时间点SA。内燃发动机的工作周期包括将新鲜空气吸入到气缸中、在气缸中压缩气缸充填、燃料的做功或者燃烧和将排气或者残留气体从气缸排出。
在图2中显示了圆部段，在该圆部段上表明了：上死点OT，在该上死点处内燃发动机的活塞16位于这样的位置中，即在该位置中气缸容积最小；和下死点UT，在该下死点处内燃发动机的活塞位于这样的位置中，即在该位置中气缸容积最大。
在上死点OT和下死点UT之间的区域中沿着右边的半圆进行吸入。如在图2中在上死点OT的左边显示的那样，在活塞到达上死点之前，内燃发动机的进气阀门在开启时间点ÖE开启。在活塞16已经经过上死点OT后不久存在排气阀门14的关闭时间点SA。在活塞到达下死点UT之前不久，进气阀门12也关闭，这作为关闭时间点SE在图3中显示。
排气背压传感器2与发动机控制装置(未示出)连接，该发动机控制装置构造成，实施用于确定气缸中的残留气体质量的方法，如其参考图3在下文中进一步描述的那样。基于一定的残留气体质量，发动机控制系统那么能够控制喷射阀门11。
图3显示了用于确定在来自图1的气缸1中的残留气体质量的方法的流程图。
在30中由高分辨率的排气背压传感器接收传感器信号，该传感器信号代表排气背压。排气背压传感器构造成，利用高的时间上的采样率测量排气背压。传感器信号因此对于内燃发动机的工作周期的大量时间点提供针对排气背压的值供使用。
在31中在内燃发动机的工作循环期间在从进气阀门的开启时间点直到排气阀门的关闭时间点的区域中在预设的时间点时从传感器信号中提取排气背压。预设的时间点是这样的时间点，即在该时间点时进气阀门和排气阀门是至少部分地开启的。
在32中基于在预设时间点获得的排气背压计算残留气体质量。计算借助于在预设的时间点时的残留气体质量和排气背压之间的固定的预设的关联进行。由此总体上能够非常准确地确定气缸充填。
参考符号列表
1 内燃发动机的气缸
10 燃烧室
11 喷射阀门
12 进气阀门
13 进气管
14 排气阀门
15 排气歧管
16 气缸活塞
2 排气背压传感器
3 用于确定气缸中的残留气体质量的方法
30 由排气背压传感器接收传感器信号
31 在预设的时间点时获得排气背压
32 由排气背压计算残留气体质量
OT 上死点
UT 下死点
ÖE 进气阀门的开启时间点
SE 进气阀门的关闭时间点
SA 排气阀门的关闭时间点

Claims (10)

1. 一种用于确定在内燃发动机的气缸(1)中的充填成分的量的方法，其中所述气缸(1)通过进气阀门(12)与空气供应装置(13)连接且通过排气阀门(14)与排气引导装置(15)连接，包括：
在所述内燃发动机的工作循环期间在预设的时间点时获得(31)排气背压，在该预设的时间点时所述排气阀门(14)是开启的；且
基于所述获得的排气背压计算(32)在所述预设的时间点时的所述充填成分的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述工作循环期间所述预设的时间点是这样的时间点，即在该时间点时所述进气阀门(12)是开启的。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述充填成分的量包括残留气体量、新鲜气体量和/或扫气气体量。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述预设的时间点时的所述排气背压和所述充填成分的量之间存在预设的关联。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述充填成分的量此外与所述内燃发动机的状态参数有关。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述充填成分的量此外与所述内燃发动机的结构参数有关。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，此外包括：
利用高的时间上的采样率由高分辨率的排气背压传感器(2)接收传感器信号，该传感器信号代表所述排气背压，
其中从所述传感器信号提取在所述预设的时间点时的所述排气背压。
8.一种用于确定在内燃发动机的气缸(1)中的充填成分的量的控制装置，其中所述控制装置设计成，实施根据上述权利要求中任一项所述的用于确定气缸(1)中的充填成分的量的方法。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其中所述控制装置包括排气背压传感器(2)或能够与排气背压传感器(2)连接，其中所述排气背压传感器(2)构造成，利用高的时间上的采样率输出传感器信号，该传感器信号代表所述排气背压。
10.一种机动车，带有内燃发动机，该内燃发动机包括：气缸(1)；进气阀门(12)，所述气缸(1)通过该进气阀门与空气供应装置(13)连接；和排气阀门(14)，所述气缸(1)通过该排气阀门与排气引导装置连接，且带有根据权利要求8或9所述的用于确定所述内燃发动机的所述气缸(1)中的充填成分的量的控制装置(2)。
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