CN111379631B - 用于运行具有燃烧马达的马达系统的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行具有至少一个气缸（3）和具有进气管喷射的燃烧马达（2）的方法，该方法具有下列步骤：提供用于调设预先给定的目标马达力矩所需的目标充气；根据目标充气确定进气管区段（51）中的节气门（10）的节气门位置；将节气门位置限制到最大的节气门位置，这样来预先给定该最大的节气门位置，使得在特定的马达转速中，在吸气冲程结束时达到了目标充气并且同时在气缸（3）中的扩大燃烧室的活塞运动期间达到了空气在进气管区段（51）中的最大的流速。

Description

用于运行具有燃烧马达的马达系统的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种马达系统，马达系统具有燃烧马达、特别是关于气缸的与之关联的工作容积具有较小的进气管容积的燃烧马达。此外，本发明还涉及一种用于改进混合物制备和用于保证燃烧马达在预热阶段期间的运行能力的措施。
背景技术
在具有进气管喷射的燃烧马达的冷启动后，空燃混合物的混合物形成由于相比处于运行温度的燃烧马达的低温而极为糟糕。这通常通过喷射更多的燃料质量来补偿，更多的燃料质量超出了用于达到化学计量混合比所必需的燃料质量。这由于高的有害物质排放是不期望的并且通常仅在马达冷启动后极短的时间内才允许。
在动态的阀门开度的情形下，例如在冷态行驶时，混合物形成再一次变得困难，因为由于节气门打开，在进气管内的流速极小。在此，最大的困难就是突然跳至全负荷，这在摩托车中通过快速操作油门手柄并不罕见。为了尽管如此仍确保在这种情况下的良好的机动性，实行到浓的空燃混合物的预控。
发明内容
按照本发明，规定了一种用于特别是在预热阶段期间运行具有进气管喷射的燃烧马达的方法和一种马达系统。
其它的设计方案在优选实施例中说明。
按照第一个方面，规定了一种用于运行具有至少一个气缸和具有进气管喷射的燃烧马达的方法，该方法具有下列步骤：
-提供用于调设预先给定的目标马达力矩所需的目标充气；
-根据目标充气确定进气管区段中的节气门的节气门位置；
-将节气门位置限制到最大的节气门位置，这样来预先给定该最大的节气门位置，使得在特定的马达转速中，在吸气冲程结束时达到了目标充气并且同时在气缸中的扩大燃烧室的活塞运动期间达到了空气在进气管区段中的最大的流速。
为了避免燃烧马达由于混合物形成不足而停止，按照现有技术对燃料喷射进行预控，以便形成浓的空燃混合物，这就是说形成具有过剩燃料的空燃混合物。这导致未燃烧的碳氢化合物以及一氧化碳和炭黑颗粒的排放增加。值得期望的是，避免这种情况并且特别是在预热阶段期间在变浓需求减小时实现燃烧马达的良好的响应特性。
上述方法为此为具有较小的进气管容积的燃烧马达规定了节气门的一种优化的操控策略。所述操控策略旨在达到所吸入的空气质量的更高的流速以改进混合物制备，而不会限制有待达到的(所需的)充气。通过这种方式达成这一点，即：根据马达转速限制最大节气门开度。说明了节气门的打开横截面的节气门位置根据马达转速确定了在进气管中的流速。在此，这样来调设节气门，使得流速在最大的活塞速度的范围内变得尽可能高并且尽管如此仍在活塞运动的下止点的区域内达到了气缸内的期望的或最大的充气。
通过提高流速，与在节气门几乎完全打开时的低流速相比，极大改进了混合物制备。由此特别是在通常导致混合物形成变难的条件下，例如在进气管内层流时或者在低温下，提高了参与燃烧的燃料的份额。因此能够减少用于这些运行情况的所喷射的燃料量。由此可以减少未燃烧的碳氢化合物和有害物质的排放并且也降低了燃料消耗。
此外，可以根据进气管压力确定节气门位置，进气管压力根据用于稳态的运行情况的物理模型由目标充气、至少一个气缸的排量、马达转速和马达温度得出。
最大的节气门位置尤其可以说明最大允许的节气门开度。
可以规定，借助与马达转速相关的函数关系、特别是特性曲线族来预先给定最大的节气门位置。
尤其可以借助与马达温度或更好地反映了混合物制备的品质的参数相关的函数关系来预先给定最大的节气门位置。
按照另一个方面，规定了一种用于运行具有至少一个气缸和具有进气管喷射的燃烧马达的装置、特别是控制单元，其中，该装置构造用于：
-提供用于调设预先给定的目标马达力矩所需的目标充气；
-根据目标充气确定进气管区段中的节气门的节气门位置；
-将节气门位置限制到最大的节气门位置，这样来预先给定该最大的节气门位置，使得在特定的马达转速中，在吸气冲程结束时达到了目标充气并且同时在气缸中的扩大燃烧室的活塞运动期间达到了空气在进气管区段中的最大的流速。
按照另一个方面，规定了一种具有燃烧马达和具有上述装置的马达系统，其中，燃烧马达具有至少一个气缸和用于将新鲜空气输送到至少一个气缸中的进气管区段，其中，进气管区段的容积与至少一个通过相关的进气管区段供应的气缸的工作容积的比例小于1.5、特别是小于1。
附图说明
接下来借助附图详细阐释实施方式。附图中：
图1示意性示出了一种具有燃烧马达的马达系统，燃烧马达具有进气管喷射；
图2示出了用于阐明根据马达转速限制节气门开度的方法流程的流程图；
图3a和3b示出了用于阐明在限制和不限制节气门开度的情况下在动态的负荷请求下限制节气门开度的效果的图表；并且
图4针对两个不同的马达温度示出了与马达转速相关的最大的节气门位置的特性曲线族。
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，燃烧马达在当前的实施例中具有仅一个气缸3。燃烧马达2构造成往复活塞式燃烧马达，并且气缸3具有能在气缸3内运动的活塞4，该活塞以本身公知的方式与曲轴(未示出)联接。
在燃烧马达2运行时，活塞4以本身公知的方式根据有吸气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程的四冲程运行执行向上和向下运动以缩小或扩大燃烧室。
在此，通过空气输送系统5将新鲜空气输送给气缸3。空气输送系统将新鲜空气经由相应的进气阀7引入到气缸3中。燃烧废气通过排气阀8经由废气排出系统6排出。
空气输送系统5还具有节气门10，节气门能可变地调设并且控制通过空气输送系统5到气缸3内的气流。
燃烧马达2具有进气管喷射，其中，借助燃料喷嘴9将燃料喷射到空气输送系统5的进气管区段51中。燃料喷嘴9紧挨着节气门10布置，以便在节气门调整时由提高的气体流动达到了更佳的混合物形成。
控制单元15根据燃烧马达2的状态参量，如通过温度传感器11检测到的马达温度和通过与曲轴(未示出)联接的转速传感器12检测到的马达转速，控制燃烧马达2的运行。为此，控制单元15根据目标力矩预先给定值来预先给定有待经由燃料喷嘴9喷射的燃料量和能经由节气门10调设的在燃烧马达2的气缸3内的气体质量流量。节气门10尤其借助控制单元15加以操控，以便预先给定到气缸3中的充气。
在具有燃烧马达的马达系统中，其中进气管容积相对燃烧马达的气缸的工作容积较小，例如在气缸数量少的燃烧马达中，如在每个气缸有各一个节流装置的单缸马达或多缸马达等中，存在一个特别的困难，即：在特定的运行状态下维持进气管区段中对混合物制备有利的气体流速。特别结合低温，如在冷启动后，混合物形成在这些情况下可能糟糕到使燃烧马达的运行中断。
即使燃烧马达处于运行温度，动态的负荷请求也可能导致混合物形成变糟，这可能引起转速上升减小。
在图3a的信号-时间图表中，示意性地针对没有处于运行温度的燃烧马达示出了转速n(曲线K1)、节气门位置S(曲线K2)、进气管压力p(曲线K3)的时间变化曲线。根据曲线K1识别到了负荷请求。所述负荷请求首先导致节气门10打开(参看曲线K2的上升)，因而进气管压力(曲线K3)基本上接近环境压力。当在通过节气门10节流时进气管压力由于活塞4的行程还较为强烈地波动时，在进气管区段51内的压力波动在节气门10进一步打开时下降。这使混合物形成变得困难，因为较低的压力对燃料的蒸发有利。
此外，特别是在节气门10的区域中，流速由于打开横截面变大而下降，因而基于涡流减小同样较小程度地支持了燃料的蒸发。当在节气门10打开后首先还短暂地针对少量燃烧冲程使基于进气管容积而有利的空燃比进入气缸3的燃烧室中，由此促成了快速或期望的转速上升时，混合物制备随后变糟糕，并且加速的马达力矩下降。这可以借助转速特性曲线(K1)的变平识别到。这个效果尤其在关于燃烧马达2的整个通过相关的进气管区段51和通过节气门10被供以新鲜空气的工作容积较小的进气管容积中出现，特别是在进气管容积和工作容积的比例小于1.5、特别是小于1时出现。
为了避免这一点，目前在控制单元15中设置一个功能，其在动态的负荷跃变时限制了节气门10的开度并且由此促使一方面进气管压力至少暂时在燃烧马达2的工作冲程期间低于环境压力并且由此确保改进燃料的蒸发。另一方面则提高在进气管区段51内的流速，因为节气门10的打开横截面变小。然而同时还重要的是，用于提供所要求的马达力矩所需的充气进入到气缸3的燃烧室中。
限制节气门10的开度利用了下列事实，即：在吸气冲程期间，活塞4的往复运动大致在活塞行程的中点上是最高的并且由此促成了在进气管区段51内的高流速。不过因为进气阀7在下止点的范围内才关闭，因此在进气阀7关闭的时间点上在气缸3的燃烧室内必须存在总的期望的充气就够用了。
由此一方面能将节气门10的开度限制到这样一个程度，其中还达到了在气缸3中的期望的充气。另一方面可以通过充分减小节气门10的打开横截面提高流过进气管区段51的流速并且使在该进气管区段51内的压力脉动的最小的进气管压力下降，以便总体上改进燃料的蒸发倾向。由此产生的涡流尤其利于燃料的蒸发。
借助图2的流程图阐明了控制器15的相应的功能。
在步骤S1中，提供了一个目标马达力矩，该目标马达力矩是运行燃烧马达2所要求的。这个目标马达力矩例如根据加速踏板的加速踏板位置得出。
在步骤S2中，基于所要求的目标马达力矩求出了产生可燃烧的空燃混合物所需的充气。这个充气以λ＝1的预先规定值为导向，其对应在燃料量和新鲜空气量之间的化学计量平衡，所述燃料量和新鲜空气量是达到目标马达力矩所必需的。在冷态运行中，燃料量可能由于混合物形成变差而更进一步地提高。
在步骤S3中，由预先给定的充气确定了节气门位置，用所述节气门位置来调设用于达到充气所需的进气管压力。这尤其基于瞬时的马达转速、气缸3的数量、气缸的排量和进气管区段51内的空气温度完成。
在步骤S4中，基于最大的(最大允许的)节气门位置限制了特定的节气门位置，所述最大的节气门位置预先给定了节气门10的最大的打开横截面。最大的节气门位置可以借助预先给定的特性曲线族基于马达转速和必要时马达温度预先给定。特性曲线族相应如上文所说明那样被这样配置数据，使得根据马达转速在进气阀7关闭的时间点上，这就是说在吸气冲程结束时，正好达到了燃烧马达2的气缸3内的最大的充气，并且同时在气缸3的扩大燃烧室的活塞运动期间达到了空气质量流量的最大的流速。
在图3b中示出了与图3a对应的信号-时间图表，该信号-时间图表在这样操控节气门10时产生。一方面识别到了，在发生负荷跃变期间压力脉动的最小的进气管压力(曲线K3)要比没有限制节气门位置时更小。根据转速限制节气门位置的功能，在第一阶段内通过真正限制节气门位置产生作用并且在这个运行状态下改进了混合物形成。识别到，连续地发生了速度升高(曲线K2)并且节气门10的所允许的打开横截面同时上升。
在图4中示出了用于限制节气门位置的特性曲线族的示例性的数据配置。针对两个温度T＝30℃和T＝70℃示出了关于的转速n的百分比形式的最大的节气门位置的值。100％的节气门位置对应完全打开节气门10。识别到，针对温度为30℃的特性曲线而言，存在对节气门位置的强烈得多的限制，以便即使在较高的负荷请求下也支持混合物形成。由相应的特性曲线可知，仅在较小的转速中才在较高的温度中、例如70℃中进行限制，因为混合物形成在处于运行温度的燃烧马达中总归没有太多问题。

Claims (13)

1.用于运行具有至少一个气缸(3)和具有进气管喷射的燃烧马达(2)的方法，该方法具有下列步骤：
-提供用于调设预先给定的目标马达力矩所需的目标充气；
-根据目标充气确定进气管区段(51)中的节气门(10)的节气门位置；
-将节气门位置限制到最大的节气门位置，这样来预先给定该最大的节气门位置，使得在特定的马达转速中，在吸气冲程结束时达到了目标充气并且同时在气缸(3)中的扩大燃烧室的活塞运动期间达到了空气在进气管区段(51)中的最大的流速。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，根据进气管压力确定所述节气门位置，进气管压力根据用于稳态的运行情况的物理模型由目标充气、至少一个气缸(3)的排量、马达转速和马达温度得出。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述最大的节气门位置说明了最大允许的节气门开度。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其中，借助与马达转速相关的函数关系来预先给定所述最大的节气门位置。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，借助还与说明了混合物制备的品质的参数相关的函数关系来预先给定所述最大的节气门位置。
6.按照权利要求4所述的方法，其中，借助与马达转速相关的特性曲线族来预先给定所述最大的节气门位置。
7.按照权利要求5所述的方法，其中，借助还与马达温度相关的函数关系来预先给定所述最大的节气门位置。
8.用于运行具有至少一个气缸(3)和具有进气管喷射的燃烧马达(2)的装置，其中，该装置构造用于：
-提供用于调设预先给定的目标马达力矩所需的目标充气；
-根据目标充气确定进气管区段(51)中的节气门(10)的节气门位置；
-将节气门位置限制到最大的节气门位置，这样来预先给定该最大的节气门位置，使得在特定的马达转速中，在吸气冲程结束时达到了目标充气并且同时在气缸(3)中的扩大燃烧室的活塞运动期间达到了空气在进气管区段(51)中的最大的流速。
9.按照权利要求8所述的装置，其中，所述装置是控制单元。
10.马达系统，具有燃烧马达(2)和具有按照权利要求8或9所述的装置，其中，燃烧马达(2)具有至少一个气缸(3)和用于将新鲜空气输送到至少一个气缸(3)中的进气管区段(51)，其中，进气管区段(51)的容积与至少一个通过相关的进气管区段供应的气缸(3)的工作容积的比例小于1.5。
11.按照权利要求10所述的马达系统，其中，进气管区段(51)的容积与至少一个通过相关的进气管区段供应的气缸(3)的工作容积的比例小于1。
12.计算机程序，其设置用于，实施按照权利要求1至7中任一项所述的方法的所有的步骤。
13.能机读的存储介质，在其上存储着按照权利要求12所述的计算机程序。
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