CN108779733A - 用于确定将燃料喷射到内燃机气缸的燃烧室中的喷射模式的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

为了确定将燃料喷射到内燃机气缸的燃烧室中的喷射模式，内燃机的速度（N）被确定。气缸的气缸壁温度（ZT）被确定。喷射模式以取决于速度（N）和气缸壁温度（ZT）的方式被确定。

Description

用于确定将燃料喷射到内燃机气缸的燃烧室中的喷射模式的 方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射模式的方法。本发明此外涉及一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射模式的设备。
背景技术
随着关于限制污染物的排放的法律要求越来越严格，在适当的时间并且以理想的方式将燃料精确地引入燃烧室中是必要的。
DE 10 2006 010 094 A1公开了一种用于在具有控制装置的内燃机的排气系统中确定温度的方法，其中，在至少一个操作变量的基础上，通过能量平衡来计算排气系统中的排气的温度或者温度分布线。
DE 10 2008 020 933 B4公开了一种用于检查内燃机中的温度测量的合理性的方法。
DE 44 33 631 A1公开了一种用于形成关于内燃机的排气系统中的温度的信号的方法。例如，利用该方法，能够形成以下信号：用于催化转化器上游的排气温度的信号、或者用于催化转化器中的温度的信号、或者用于催化转化器下游的温度的信号。
DE 10 2007 006 341 A1公开了一种用于控制机动车辆中的内燃机的方法，其中，借助电子控制单元以取决于操作参数的方式来确定各种设定参数，其中，该设定参数由基值和至少一个校正值形成，并且校正值以取决于估计的燃烧室壁温度的方式来确定。
发明内容
本发明所基于的目标是有助于排放物的减少。
该目标借助独立专利权利的特征来实现。有利的改进例的特征在于从属权利要求。
本发明的特征在于一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射模式的方法。此外，本发明的特征在于一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射模式的设备。
在该方法中，内燃机的速度被确定。气缸的气缸壁温度被确定。喷射模式以取决于速度和气缸壁温度的方式被确定。随后，喷射模式能够被设定。
在此，喷射模式是指喷射的类型。例如，这种喷射模式是多次喷射或者单次喷射。例如，多次喷射是双重喷射或者三重喷射。例如，另外的喷射模式是用于压缩冲程的分层喷射、进气管喷射、或者直接喷射。
如果喷射模式仅由诸如速度的参数确定，则该参数仅可应用于特定燃烧室温度。在温度变化的情况中，例如，该情况是燃料的蒸发行为变化并且出现不完全燃烧。其结果就是超过颗粒限值。替代地，喷射模式能够以取决于冷却剂温度的方式被确定。然而，所述温度并不构成燃烧室中的相关的参考变量。特别地，现代车辆具有热管理。因此，冷却剂温度仅提供关于燃烧室中的温度的有限信息。
借助上述方法，能够通过使用气缸壁温度来实现排放的改进，特别是颗粒数和颗粒大小的减小，特别地关于以取决于冷却剂温度的方式进行的确定。
在一个可选实施例中，气缸的活塞冠温度被确定，并且喷射模式以取决于活塞冠温度的方式被确定。例如，活塞冠温度能够借助合适的模型来确定。
在另外的可选实施例中，速度阈值被预定，并且喷射模式以取决于速度与速度阈值的比较的方式被确定。
能够借助阈值来非常简单地确定喷射模式。
在另外的可选实施例中，如果速度阈值低于目标（undershot），则选择第一喷射模式，并且如果速度阈值高于目标（overshot），则选择第二喷射模式。
以此方式，能够以非常简单的方式在两种喷射模式之间进行切换。可选地，还能够使用其它速度阈值以便在多于两种的喷射模式之间进行切换。
在另外的可选实施例中，气缸壁温度阈值被预定，并且喷射模式以取决于气缸壁温度与气缸壁温度阈值的比较的方式被确定。
能够借助阈值来非常简单地确定喷射模式。
在另外的可选实施例中，如果气缸壁温度阈值低于目标，则选择第一喷射模式，并且如果气缸壁温度阈值高于目标，则选择第二喷射模式。
以此方式，能够以非常简单的方式在两种喷射模式之间进行切换。可选地，还能够使用其它气缸壁温度阈值以便在多于两种的喷射模式之间进行切换。
第一喷射模式或者第二喷射模式的选择可以替代地或者额外地以取决于其它条件的方式进行，诸如例如，稳定性条件和/或滞后现象。
在另外的可选实施例中，第一喷射模式代表多次喷射，并且第二喷射模式代表单次喷射。
具体地，在负载变化的情况下，从单次喷射切换至多次喷射、特别地切换至双重喷射是有利的，以便减少排放。
在另外的可选实施例中，气缸壁温度借助预定气缸壁温度模型被确定。
以此方式，不需要参考传感器。通过使用气缸壁温度模型，能够非常准确地复制实际气缸壁温度。
在另外的可选实施例中，气缸壁温度模型是热力学温度模型。
具体地，利用例如基于热力学第一定律的热力学模型，能够非常准确地复制实际气缸壁温度。
在另外的可选实施例中，确定的气缸壁温度代表以取决于稳态气缸壁温度的方式确定的动态气缸壁温度。
通过对动态气缸壁温度的确定，能够考虑缸盖和缸体的热惯性，以便使得能够非常准确地复制实际气缸壁温度。
在另外的可选实施例中，气缸壁温度以取决于下述内容的方式被确定：确定的气缸压力、确定的气缸容积排量、确定的空气质量、以及确定的指示发动机转矩。
这些变量（即，气缸压力、气缸的容积排量、空气质量以及指示发动机转矩）能够借助通常已经存在的传感器装置和/或借助发动机数据而被非常容易地确定，以便使得以此方式能够非常容易且便宜地了解气缸壁温度。
在另外的可选实施例中，气缸壁温度以取决于确定的排气温度的方式被确定。
通过以取决于确定的排气温度的方式进行的确定，能够非常准确地确定气缸壁温度。
替代地，气缸壁温度也可以独立于排气温度被确定，也就是说，排气温度对于确定气缸壁温度而言不是必要的。因此，这种情况不需要对排气温度进行准确建模或者不需要排气温度传感器。
在另外的可选实施例中，气缸壁温度模型包括：气缸室中的平均气体温度的模块化中间变量、气缸的指示平均压力、燃烧室中的传热系数、以及稳态气缸壁温度。
这种气缸壁温度模型的优点在于模块化物理建模。因此，能够以部件相关的方式来确定中间变量。这允许直接校准气缸壁温度，因为在特性图中不需要确定多维相关性以用于确定气缸壁温度。
附图说明
下文将借助示意性附图对本发明的示例性实施例进行更加详细的解释。在附图中：
图1示出了关于喷射模式的确定的流程图；
图2示出了关于喷射模式的选择的示意图；
图3示出了所确定的气缸壁温度的值的曲线图。
在整个附图中，具有相同设计或功能的元件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了用于确定喷射模式的程序的流程图。
该程序可以例如由控制设备50执行。为此目的，控制设备50特别地具有处理单元、程序和数据存储器、以及例如一个或多个通信接口。程序和数据存储器和/或处理单元和/或通信接口可以形成在单个模块中和/或可以分布在多个模块之间。为此目的，该程序特别地被储存在控制设备50的数据和程序存储器中。
控制设备50还可以被称为用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射模式的设备。
在步骤S1中，程序开始，并且根据需要初始化变量。
在步骤S3中，确定内燃机的速度N。
在步骤S5中，确定气缸的气缸壁温度ZT。
在步骤S7中，以取决于速度N和气缸壁温度ZT的方式来确定喷射模式。
在步骤S9中，程序结束，并且可以根据需要在步骤S1中再次开始。替代地，程序进一步在步骤S3中继续，并且不结束。
图2示出了喷射模式的示例性确定（因此特别是步骤S7）的示意图。
例如，速度阈值被预定，并且，如果速度阈值低于目标，则选择第一喷射模式EM1，并且如果速度阈值高于目标，则选择第二喷射模式EM2。
替代地或者此外，气缸壁温度阈值被预定，并且，如果气缸壁温度阈值低于目标，则选择第一喷射模式EM1，并且如果气缸壁温度阈值高于目标，则选择第二喷射模式EM2。
替代地或者此外，在每种情况下，又一阈值可以被预定，以便在多于2种的喷射模式之间进行选择。第一喷射模式EM1或者第二喷射模式EM2的选择可以替代地或者额外地以取决于其它条件的方式进行，诸如例如，稳定性条件和/或滞后现象。
例如，第一喷射模式EM1代表多次喷射，并且第二喷射模式EM2代表单次喷射。例如，多次喷射是双重喷射或者三重喷射。替代地，第一喷射模式EM1或者第二喷射模式EM2是用于压缩冲程的分层喷射、进气管喷射、或者直接喷射。
例如，气缸壁温度ZT借助预定气缸壁温度模型被确定。
为了确定气缸壁温度模型，例如，能够应用热力学第一定律：
。
由燃料供应的热量的总和
对应于壁热量流
技术功
经由入口阀进入的焓流
经由出口阀离开的对应焓流
以及泄漏焓流
。
作为简化，该能量平衡能够被转换为例如热量流的平衡。在此，气缸壁温度的对流热量流、通过热传导运输通过气缸壁的热量流、以及进而通过对流传递至冷却剂的热量流之间的关系被建立：
。
在此，使用了以下缩写：
：气体侧的平均传热系数，
：气体侧的有效热量流横截面，
：气体侧（气缸室）的平均温度，
：燃烧室壁的导热率，
：燃烧室壁的（有效）厚度，
：气缸壁的有效热量流横截面，
：燃烧室侧的平均气缸壁温度，
TCW,cool：冷却剂侧的平均气缸壁温度，
：冷却剂的传热系数，
：冷却剂侧的有效面积，
：冷却剂温度，
：气缸的有效质量，
：气缸的比热容。
由此，能够推导出稳态情形的计算模型，该模型原则上由三个部分组成。第一部分是气体侧模型参数的确定。第三部分涉及通过热管理进行的计算。在第二部分中，借助对壁过渡部的计算将所述计算汇集在一起
。
能够利用对气缸压力Pcyl、容积排量Vcyl、空气质量MAF、以及气体常数R的了解来计算平均气体温度TG：
。
在此，必须考虑入口温度Tin。参数a1和a2必须通过经验确定。可选地，也可以借助参数a3将排气温度以加权的形式并入到该等式中。也可以使用λ值来校正气体温度，因为燃烧温度在λ值<> 1下相对冷。
使用指示发动机转矩TQI和容积排量Vcyl来计算指示平均压力Pcyl：
。
根据Woschni，对燃烧室中的传热系数αG的计算可以被确定为如下：
。
在第一方案中，进料移动的速度大致基于活塞速度。作为另外的有利实施例，由旋涡、翻滚等引起的进料移动也能够被考虑。
由于多种液压控制元件（各种泵和开关阀），所以内燃机的热管理十分复杂。因此，采用简化的模型或者估计是有利的。
一种方案是量纲分析，例如，借助基于列文伯格-马夸尔特算法的回归分析。基于该经验方案，能够估计冷却剂速度和运动粘度。该相关性可以近似为发动机控制器中的多项式或者特性图。随后能够通过冷却通道的内径Di和冷却剂速度νcoolant、以及运动粘度n来计算雷诺数Rek。运动粘度n是对液体的内摩擦的表述。运动粘度是动态粘度与液体密度的商数。
普朗特数表现出强烈的温度相关性并且也可以作为多项式展开或者在特性图的辅助下确定。能够通过普朗特数和雷诺数确定努塞尔特数。
能够通过努塞尔特数Nucoolant、冷却剂的导热率λ、以及冷却通道的直径Di计算传热系数αcoolant：
。
作为最后一步，通过这些中间变量确定稳态气缸壁温度Tcyl,stat：
。
在此，U表示替代导热率值
。
为了确定动态气缸壁温度Tcyl，还必须考虑缸盖的热惯性。在此，通过气缸的有效热质量和比热容来确定参数k
。
在该情况中Tcyl,old表示来自先前计算周期的动态气缸温度。
图3示出了所确定的气缸壁温度ZT的值的曲线图。最上面两条线代表借助上述气缸壁模型确定的（动态）气缸壁温度ZT和借助传感器装置确定的参考温度RT。在此，参考温度RT是具有更明显噪声的线。从上往下第三条线代表冷却剂温度KT。从上往下第四条线代表转矩M，并且第五条线代表速度N。
如能够在图3中看到的，动态气缸壁温度ZT在图示的短暂情形中遵循参考温度RT，而冷却剂温度KT仅非常缓慢地下降。
因此，能够通过使用气缸壁温度ZT来实现排放的改进，特别是关于颗粒数和颗粒大小，特别地关于以取决于冷却剂温度KT的方式进行的确定。如果气缸壁温度ZT独立于排气温度被确定，则不需要对排气温度进行准确建模或者不需要排气温度传感器。上述气缸壁温度模型的优点在于模块化物理建模。因此，能够以部件相关的方式来确定中间变量。这允许直接校准气缸壁温度ZT，因为不需要在特性图中确定多维相关性以用于确定气缸壁温度ZT。
此外，可以确定气缸的活塞冠温度，并且可以以取决于活塞冠温度的方式来确定喷射模式。例如，类似于气缸壁温度，同样地可以借助合适的模型来确定活塞冠温度。特别地，因此可选地也能够以取决于气缸壁温度和活塞冠温度的方式来确定整体温度值并且将其与温度阈值作比较，而不是将气缸壁温度与气缸壁温度阈值作比较。
附图标记列表
S1-S9 步骤
50 控制设备
EM1 第一喷射模式
EM2 第二喷射模式
KT 冷却剂温度
M 转矩
N 速度
RT 参考温度
ZT 气缸壁温度。

Claims (14)

1.一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射模式的方法，在所述方法中：
- 确定所述内燃机的速度（N），
- 确定所述气缸的气缸壁温度（ZT），以及
- 以取决于所述速度（N）和所述气缸壁温度（ZT）的方式确定所述喷射模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
- 确定所述气缸的活塞冠温度，并且以取决于所述活塞冠温度的方式确定所述喷射模式。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，速度阈值被预定，并且以取决于所述速度（N）与所述速度阈值的比较的方式确定所述喷射模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述速度阈值低于目标，则选择第一喷射模式（EM1），并且如果所述速度阈值高于目标，则选择第二喷射模式（EM2）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，气缸壁温度阈值被预定，并且以取决于所述气缸壁温度（ZT）与所述气缸壁温度阈值的比较的方式确定所述喷射模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，如果所述气缸壁温度阈值低于目标，则选择第一喷射模式（EM1），并且如果所述气缸壁温度阈值高于目标，则选择第二喷射模式（EM2）。
7.根据权利要求4或6所述的方法，其中，所述第一喷射模式（EM1）代表多次喷射，并且所述第二喷射模式（EM2）代表单次喷射。
8.根据前述权利要求中其中一项所述的方法，其中，借助预定气缸壁温度模型确定所述气缸壁温度（ZT）。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述气缸壁温度模型是热力学温度模型。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，确定的气缸壁温度（ZT）代表以取决于稳态气缸壁温度的方式确定的动态气缸壁温度。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，以取决于下述内容的方式确定所述气缸壁温度（ZT）：确定的气缸压力、确定的所述气缸的容积排量、确定的空气质量、以及确定的指示发动机转矩。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，以取决于确定排气温度的方式确定所述气缸壁温度（ZT）。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，所述气缸壁温度模型包括：气缸室中的平均气体温度的模块化中间变量、所述气缸的指示平均压力、所述燃烧室中的传热系数、以及稳态气缸壁温度。
14.一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射模式的设备，其中，所述设备被设计为执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
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