CN108999709A - 用于计算内燃机的充气量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于计算内燃机（10）的充气量的方法，其中，所述充气量借助于至少一个第一计算网格和第二计算网格来确定，其中，根据所述内燃机（10）的至少一个运行参量和/或运行状态来执行在所述至少第一测量网格与第二测量网格之间的切换。

Description

用于计算内燃机的充气量的方法

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的、用于计算内燃机的充气量的方法。此外，本发明还涉及一种计算机程序，其设置用于执行所述方法中的一种方法。

背景技术

在内燃机中，为了计算气缸中的空气充气量，由模型来计算物理参量，例如经过节气门的质量流、经由进气阀的质量流、在燃烧室/气缸中的空气质量和残余气体质量。按照标准，这些计算在点火同步或者角同步的测量网格中进行，其中，例如内燃机的气缸的点火被用作用于所述测量网格的事件。借助于该测量网格确定的测量参量除其他外是在进气管中的压力、转速和该内燃机的进气阀和排气阀的位置。在转速低时，待确定的测量参量的采样率因此比在转速高时低。因此，根据执行器的动态，例如根据驾驶期望，所述确定有一部分特别不准确。恰恰是在动态状态中，例如从空转中进行的加速过程，精确地确定与燃烧相关的测量参量是重要的。

DE 10 2013 113 157 A1公开了一种用于在规定额定充气量（rlsol）时用凸轮轴相位调整对内燃机（2）的充气量（rl）进行充气量调节的方法，包括下列步骤：

- 在压力差异数值的基础上执行充气量调节，以便获得用于调整到内燃机（2）的空气质量输入的调整参数（Λ_Fuereg）；以及

- 求出压力差异数值（Δp_SR）作为在所预测的进气管压力（p_srpred）和实际的进气管压力（p_SR）之间的差异，其中，所预测的进气管压力（p_srpred）对应于一进气管压力，该进气管压力为在针对预定的时间常量（τ）进行预测的吸收曲线中达到额定充气量（rlsol）所必需的进气管压力。

发明内容

本发明涉及一种用于计算内燃机的充气量（Füllung）的方法和设备和一种用于实施该方法的在存储介质上的计算机程序。有利的改型方案是从属（unabhängigen）权利要求的主题。

在第一方面，本发明涉及一种用于计算内燃机的充气量的方法，其中，所述所述充气量借助于至少一个第一计算网格（Berechungsraster）和第二计算网格来确定，其中，根据所述内燃机的至少一个运行参量和/或运行状态来执行在至少第一测量网格与第二测量网格之间的切换。

这具有特别的优点，因为能够更精确地执行对该内燃机的充气量的、尤其是该内燃机的气缸的充气量的计算，从而使得例如为随后的燃烧更优化地配量燃料。这产生更少的排放。

在此，所述至少一个运行参量是所述内燃机的转速。根据该转速的信号曲线能够很好地调节该计算网格的切换。

有利的是，所述至少一个运行参量是低转速、尤其是小于每分钟1500转的转速，因为在低转速区域中、例如在该内燃机空转时，能够确定在所使用的测量网格的采样率方面的明显区别。

所述第一测量网格在此是事件同步的测量网格、尤其是点火同步或者角同步的测量网格，按照标准，该事件同步的测量网格在内燃机中使用。根据出现的事件来更新例如测量参量、诸如压力和温度。

基于所述事件同步的测量网格确定在第一时间点时的第一事件与随后的在第二时间点时的第二事件之间的时间间隔。

所述第二测量网格在此是基于时间的测量网格，在所述基于时间的测量网格中在能够预先给定的时间间距中确定测量值、尤其是经过节气门的质量流的测量值。这具有特别的优点，即基于时间的网格能够具有比基于事件的测量网格更高的采样率，从而使得被确定的、经过所述节气门的测量参量、例如所述质量流能够更精确地确定。

借助于热膜空气质量传感器或者通过模型来确定经过所述节气门的质量流的测量值。

在所述基于时间的测量网格中确定的测量值、尤其是用于经过所述节气门的质量流的测量值，在基于所述事件同步的测量网格的时间间隔上，取平均值。这具有特别的优点，因为该气缸的充气量决定性地取决于所述进气阀的关闭时间点。因此，重要的是，在这个事件或者时间点时，对于在此期间除了这个事件之外还被计算的测量值取平均值。利用附加的信息，所述计算变得更精确。

此外，当对于在所述基于时间的测量网格中确定的测量值、尤其是用于经过所述节气门的质量流的测量值取平均值时，借助于外推法、尤其是通过利用至少两个在所述基于时间的测量网格中确定的测量值进行外推来校正残余表面误差（Restflächenfehler）。

这是有利的，因为基于事件的测量网格的采样率不必与基于时间的测量网格的采样率一致，从在所述基于时间的测量网格中确定的测量值的附加信息中仍然能够确定在期望的事件时、尤其是在第二时间点时的第二事件时的、外推的测量值。

基于平均的、经过所述节气门的质量流，借助于进气管压力模型，对于在所述进气管中的、由待流入的和待流出的质量流构成的进气管压差在所述时间间隔上求取积分。关于所述压差的积分构成所述进气管压力，在没有它的情况下不能够将体积模型化。

基于所述进气管压力模型确定所述内燃机的充气量、尤其是在基于所述事件同步的测量网格的时间间隔上的所述内燃机的充气量。通过精确地计算该内燃机的或者该内燃机的气缸的充气量，能够为随后的燃烧优化地配量燃料。

在一种有利的改型方案中，所述第二测量网格是n事件测量网格，其中，在两个相邻的事件之间、尤其是在两个相继的角事件或者两个点火事件之间存在n个测量点、尤其是n个等距的测量点，其中，n是自然数。该n事件测量网格的优点在于，在点火同步的计算中所述测量点的固定的数量和所述测量点的固定方位或者位置。

在所述n事件测量网格中确定测量值、尤其是经过所述节气门的质量流的测量值。这具有优点，即能够实现比在标准的事件同步的测量网格中高n倍的采样率。此外，所述n事件测量网格提供精确的计算和该控制器的良好的资源利用率（Ressourcenauslastung）。

基于被确定的、经过所述节气门的质量流，借助于进气管压力模型确定在所述进气管中的、由待流入的和待流出的质量流构成的进气管压差并且求积分。

基于所述进气管压力模型在基于所述事件同步的测量网格的时间间隔上确定用于所述内燃机的充气量、尤其是用于该内燃机的气缸的空气充气量。通过更精确地确定所述空气充气量，在更高的采样率的基础上，能够为空气/燃料混合物调节用于所述燃烧的、优化的燃料配量，从而使得在该内燃机的动力开发（Kraftentfaltung）和排放方面能够实现改善的燃烧。

在另外的方面，本发明涉及一种设备、尤其是控制器和一种计算机程序，其设置、尤其是编程用于实施所述方法中的一种方法。在又一方面，本发明涉及一种机器可读的存储介质，其上存储有所述计算机程序。

附图说明

下面，参照附图并且根据实施例详细说明本发明。在此示出：

图1 具有废气再循环装置的内燃机的示意性图示，

图2 在第一实施方式中用于计算内燃机的充气量的方法的示例性流程图，

图3 在第二实施方式中用于计算内燃机的充气量的方法的示例性流程图。

具体实施方式

图1在示意性图示中示出具有空气设备4的内燃机10（通过所述空气设备为所述内燃机10供应空气50）和排气设备11（通过所述排气设备废气51在流动方向上从所述内燃机10中被排出）。在所述空气设备4中，从该空气50的流动方向上来看，布置有：空气过滤器1、热膜空气质量传感器（HFM）2、废气涡轮增压器6的压缩机5、增压空气冷却器7和节气门9。替代于或者附加于所述HFM传感器2，也能够使用用于确定该空气质量流的、基于压力的空气流量计（Pressure Based Air Flow Meter, PFM）传感器8。该热膜空气质量传感器2的定位在此能够在该空气设备4内改变。此外，所述内燃机10具有在附图中未进一步示出的凸轮轴调节装置。借助于该凸轮轴调节装置能够为所述燃烧确定并且改变阀的打开和关闭时间点。

在所述排气设备11中，从所述内燃机10出发在该废气51的流动方向上例如布置有：废气涡轮机12和废气净化系统13、例如催化器。所说明的值能够例如作为传感器值或者模型值而存在，并且例如作为传感器数据而提供给控制器100。

在该废气涡轮增压器6的废气涡轮机12上游，即在该排气设备的高压侧上，从所述排气设备11分支出废气回流管24，该废气回流管在该内燃机10的上游并且在该节气门9的下游汇入到所述空气设备4中。沿着所述废气回流管24，HD-AGR阀22和HD-AGR冷却器23位于该内燃机10的下游。废气的回流用于减少该内燃机10的排放。

在图2中示出了在第一实施方式中用于计算内燃机10的充气量的方法的示例性流程图。为此，在步骤500中，确定该内燃机10的运行状态、优选该内燃机10的转速和进气管压力梯度。起初，这两个运行参量的计算优选在事件同步的测量网格、例如点火同步或者角同步的测量网格中进行。该事件同步的测量网格的确定能够例如根据该凸轮轴调节装置来执行。尤其是在低转速时显示出，在按照标准使用的事件同步的测量网格中、例如在所述点火同步的测量网格中确定的测量参量，所述测量参量的采样率不足够高，以便能够足够准确地反映出现的所述测量参量的变化。这尤其是针对动态的运行状态、例如加速过程或者起步过程。在其它的步骤中，经过所述节气门的质量流的计算示例性地被看作测量参量。在步骤510中，将被确定的转速与能够预先给定的第一阈值进行比较，并且将被确定的进气管压力梯度与能够预先给定的第二阈值进行比较。所述能够预先给定的第一阈值在这种情况下取决于所使用的发动机系统、例如取决于该内燃机10的气缸的数量。这些应用式的参数能够优选通过测量行驶或者在发动机测试台上确定，并且稍后保存在特性场中。优选地，用于所述转速的所述第一阈值是每分钟1000转。

如果被确定的转速小于所述能够预先给定的第一阈值并且所述进气管压力梯度超过所述能够预先给定的第二阈值，则经过所述节气门的质量流的计算从所述事件同步的测量网格切换到基于时间的测量网格中。

否则，能够在所述步骤500中继续。

优选地，如此选择所述基于时间的测量网格，使得它具有比该事件同步的测量网格的采样率更高的采样率。通过所述更高的采样率能够更精确地确定所观察的测量参量。这主要在转速更低时起作用，在转速更低时，由于出现的事件的数量比在转速（转速、凸轮轴位置等等）高时更少，因此在所述事件同步的测量网格中确定更少的测量值。

基于时间的测量网格优选被理解为在能够预先给定的时间间距中、例如在10ms的时间间距中借助于传感器和/或模型的计算来采样信号或者测量参量。

在所述切换之后，此外还通过所述控制器100检测并且存储时间点，在所述时间点时在所述事件同步的测量网格中出现所述事件。优选地，所述事件是所述进气阀的关闭时间点，因为这个事件能够特别好地用于计算所述气缸的充气量。此外，通过所述控制器100确定起始于在所述第一时间点时的、被探测的第一事件并且结束于随后的、在所述第二时间点时的第二事件的、用于事件同步的测量网格的时间间隔。在步骤520中，在更高分辨率的（höher aufgelösten）基于时间的测量网格中确定的、经过所述节气门的质量流在先前确定的间隔上取平均值。这具有下述优点，即例如通过其它气缸的废气的排出效应引起的、周期性出现的信号曲线被静态地确定。由此获得在该内燃机10的静态运行中恒定的充气量。所述质量流能够优选借助于热膜空气质量传感器2或者基于模型地来确定。因此，在该事件的所需时间点时产生更高分辨率的、经过所述节气门的质量流，其中，平均质量流以基于时间的值为基础。这导致更高分辨率的平均质量流。

在步骤530中，由经过所述节气门的平均质量流确定进气管模型。所述进气管模型在此基于在所述进气管中在所述时间间隔内待流入的和待流出的质量流，并且确定在所述进气管中的进气管压力或者德尔塔压力，在时间上对它进行积分。

在步骤540中，基于由所述进气管压力模型被模型化的进气管压力来为所述气缸确定该内燃机（10）的充气量，从而使得尤其是在该内燃机10的转速低时由于采样率更高而能够确定所述气缸的更精确的充气量。在此，气缸个体地进行所述计算。

否则，能够在所述步骤500中继续。

然后，通过更准确地计算的充气量能够配量准确的燃料量，从而使得能够在动力动力开发和排放方面实现改善的燃烧。

对于所述事件同步的测量网格是该基于时间的测量网格的非整数倍的情况，当对于在所述基于时间的测量网格中在所述时间间隔上确定的值取平均值时，必须执行残余表面误差的校正。

出现的残余表面误差的校正能够例如通过外推来计算。至少两个在所述间隔中确定的基于时间的测量值能够用于所述外推。

在图3中示出了在第二实施方式中用于计算内燃机10的充气量的方法的示例性流程图。在步骤600中，确定所述运行状态、优选是该内燃机10的转速。

在步骤610中检查所述转速是否大于或者等于能够预先给定的第三阈值，并且小于能够预先给定的第四阈值。示例性地，对于所述转速而言能够使用在每分钟1700转与每分钟2000转之间的值。对于四缸的情况，例如能够使用在每分钟1000转与每分钟1500转之间的值。

如果所述转速低于所述第三和所述第四阈值，则在步骤620中从当前的事件同步的测量网格切换到n事件测量网格。所述n事件测量网格具有该事件同步的测量网格的n倍分辨率，其中，n是自然数，也就是说，n事件测量网格的分辨率n倍地高于该事件同步的测量网格的。

在这种情况下重要的是，所述能够预先给定的第四阈值选择得比所述第三阈值大。替代地或者附加地，另外的标准、例如与所述进气管压力梯度的阈值比较也能够用于切换该测量网格。

否则，在所述步骤600中继续。

所述事件同步的测量网格在其它曲线（Verlauf）中被称为标准事件测量网格。这指的是已经在第一实施例中说明的点火同步或者角同步的测量网格。

该n事件测量网格的优点是，能够实现待确定的信号的更高的采样率，但是不能够像在所述基于时间的测量网格中那样产生残余表面误差，因为整数倍的n事件测量网格对应于所述标准事件测量网格。附加地确定的测量值在此取决于在所述基于时间的测量网格中确定的测量值的事件频率。但是重要的是，根据能够预先给定的转速阈值再次停用所述n事件测量网格，因为否则的话在转速更高时会产生过高的采样率，该过高的采样率会导致该控制器100的较高的资源负载。优选地，所述转速阈值大约是1500U/min。

在步骤630中，在更高分辨率的n事件测量网格中确定经过所述节气门的质量流。与在具有切换到所述基于时间的测量网格中的第一实施例不同，也在所述n事件测量网格中计算所述进气管压力模型。即，获得n倍更高的分辨率。

所述质量流能够优选借助于所述热膜空气质量传感器2或者基于模型来确定。

在步骤640中，由被确定的经过所述节气门的质量流来确定进气管模型。所述进气管模型在此基于在所述进气管中的待流入的和待流出的质量流，并且确定在所述进气管中的进气管压力或者德尔塔压力，它在时间上进行积分。与标准事件测量网格相比，这具有n倍的分辨率。

在步骤650中，基于所述进气管压力，尤其是在基于所述事件同步的测量网格的时间间隔上，确定用于所述气缸的充气量模型。因此，尤其是在该内燃机10的转速低时，由于采样率更高而能够确定所述气缸的更精确的充气量。然后，通过更精确地计算的充气量能够为所述空气/燃料混合物配量准确的燃料量，从而使得能够在动力开发和排放方面实现改善的燃烧。在此，气缸个体地进行所述计算。

然后，能够在所述步骤600中继续。

Claims (18)

1.用于计算内燃机（10）的充气量的方法，其中，所述充气量借助于至少一个第一计算网格和第二计算网格来确定，其特征在于，根据所述内燃机（10）的至少一个运行参量和/或运行状态来执行在所述至少第一测量网格与第二测量网格之间的切换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个运行参量是所述内燃机（10）的转速。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个运行参量是低转速、尤其是小于每分钟1500转的转速。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量网格是事件同步的测量网格、尤其是点火同步或者角同步的测量网格。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于所述事件同步的测量网格确定在第一时间点时的第一事件与随后的在第二时间点时的第二事件之间的时间间隔。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二测量网格是基于时间的测量网格，在所述测量网格中在能够预先给定的时间间距中确定测量值、尤其是经过节气门（9）的质量流的测量值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助于热膜空气质量传感器（2）或者通过模型来确定经过所述节气门（9）的质量流的测量值。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述基于时间的测量网格中确定的测量值、尤其是用于经过所述节气门（9）的质量流的测量值，在基于所述事件同步的测量网格的时间间隔上，取平均值。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当对于在所述基于时间的测量网格中确定的测量值、尤其是用于经过所述节气门（9）的质量流的测量值取平均值时，借助于外推法、尤其是通过利用至少两个在所述基于时间的测量网格中确定的测量值进行外推来校正残余表面误差。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于平均的经过所述节气门（9）的质量流，借助于进气管压力模型，对于在所述进气管中的由待流入的和待流出的质量流构成的进气管压差在所述时间间隔上求积分。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，基于所述进气管压力模型确定所述内燃机（10）的充气量、尤其是在基于所述事件同步的测量网格的时间间隔上的所述内燃机的充气量。

12.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述第二测量网格是n事件测量网格，其中，在两个相邻的事件之间、尤其是在两个相继的角事件或者两个点火事件之间存在n个测量点、尤其是n个等距的测量点，其中，n是自然数。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述n事件测量网格中确定测量值、尤其是用于经过所述节气门（9）的质量流的测量值。

14.根据权利要求12至13中任一项所述的方法，其特征在于，基于被确定的经过所述节气门（9）的质量流借助于进气管压力模型确定在所述进气管中的、由待流入的和待流出的质量流构成的进气管压差并且求积分。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，基于所述进气管压力模型确定用于所述内燃机（10）的充气量、尤其是在基于所述事件同步的测量网格的时间间隔上的充气量。

16.计算机程序，其设置用于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。

17.电子存储介质，其具有根据权利要求16所述的计算机程序。

18.设备、尤其是控制器（100），其设置用于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。