CN112912603A - 用于操作内燃机、特别是燃气发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作包括至少一个燃烧室的内燃机的方法，具有以下步骤：使用电子计算装置：通过根据内燃机的当前的发动机速度(n_mot)和根据由内燃机提供的扭矩(M_soll)从在电子计算装置的存储装置中存储的第一特性图(KF_1)中得到第一设定点值(ml_soll)，确定在内燃机的一个工作循环内待引入到内燃机的燃烧室中的空气体积的第一设定点值(ml_soll)；以及，使用电子计算装置：通过根据内燃机的当前发动机速度(n_mot)并且根据供应到燃烧室的当前空气体积(ml_jst)从存储在所述电子计算装置的所述存储装置中的第二特性图(KF_2)中得到所述第二设定点值(AGR_soll,H2O_soll)，来确定第二设定点值(AGR_soll,H2O_soll)。

Description

用于操作内燃机、特别是燃气发动机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作内燃机、特别是燃气发动机的方法，所述内燃机优选用于机动车辆。
背景技术
内燃机，诸如例如特别是用于机动车辆的燃气发动机，已经从一般的现有技术充分地已知。这种内燃机包括至少一个燃烧室，在内燃机的相应工作循环中，至少向该燃烧室供应空气和燃料，以便操作内燃机，特别是在内燃机的加燃料操作中供应空气和燃料。因此，在相应的工作循环内，在燃烧室中形成也被称为燃料-空气混合物的混合物，该混合物至少包括被吸入燃烧室的燃料和空气。如进一步充分已知的，混合物具有燃烧空气比，其也被称为拉姆达(λ)。燃烧空气比也称为空气比或空气数量，并且是无量纲指数，其指示空气与燃料的质量比。燃烧空气比使混合物或燃料的燃烧实际可用的空气质量与至少所需的化学计量空气质量相关联，该化学计量空气质量至少是燃料完全燃烧所需的。因此，如果燃烧空气比为1，则燃烧空气比被认为是化学计量燃烧空气比。因此，如果燃烧空气比大于1，则混合物包括比燃料完全燃烧所需的更高质量的空气，使得混合物是稀的。因此，如果燃烧空气比小于1，则实际空气质量低于至少燃料完全燃烧所需的空气质量，使得混合物是浓的。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于操作内燃机、特别是燃气发动机的方法，使得可以实现内燃机的特别高的比功率和特别高的效率，其中，同时可以将内燃机的污染物排放保持在特别低的程度。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现，本发明的具有方便开发的有利配置在其余权利要求中说明。
在根据本发明的用于操作内燃机、特别是用于机动车辆的内燃机的方法中，内燃机包括例如形成为气缸的至少一个燃烧室。特别地，内燃机可以包括例如形成为气缸的多个燃烧室。优选地，该方法在内燃机的加燃料操作期间执行，其中燃烧过程在加燃料操作期间在燃烧室中进行。其中，内燃机例如包括输出轴，内燃机经由该输出轴能够提供用于驱动例如形成为多用途车辆、特别是公共汽车的机动车辆的扭矩。其中，内燃机优选地形成为四冲程发动机。此外，优选规定，内燃机的工作循环包括例如形成为曲轴的输出轴的正好两个完整的旋转，并因此包括720度的曲柄角。在相应的工作循环中，燃烧在燃烧室中进行，这也被称为燃烧过程。优选地，内燃机形成为往复活塞式发动机，使得活塞可平移移动地容纳在燃烧室中。活塞例如经由连杆以铰接的方式连接到输出轴，其中，活塞通过在相应的工作循环内在燃烧室中进行的相应的燃烧来驱动。因此，输出轴被驱动，并且从而绕其旋转轴线旋转。
在该方法的第一步骤中，借助于也被称为控制单元的电子计算装置，特别是内燃机和机动车辆的电子计算装置，分别确定在内燃机的相应的工作循环内待引入到内燃机的燃烧室中的空气量的第一设定点值，其方式是，根据内燃机的当前速度和根据特别是经由输出轴由内燃机提供的扭矩，从存储在电子计算装置的存储装置中的第一特性图中得到第一设定点值。当前速度应当理解为内燃机的当前速度，输出轴当前或目前以该当前速度绕其旋转轴线、特别是相对于内燃机的至少一个壳体元件旋转。
例如，壳体元件是曲轴壳体，输出轴可旋转地支撑在该曲轴壳体上。扭矩应当理解为由内燃机提供的扭矩，该扭矩由内燃机特别是经由其输出轴提供。换句话说，扭矩需求应当理解为由内燃机提供的扭矩，该扭矩例如通过电子计算装置提供给内燃机。扭矩需求例如由机动车辆的驾驶员通过驾驶员致动、特别是移动操作元件来调节或预设。操作元件例如是踏板，也称为加速器，其由驾驶员用他的脚致动，并且由此例如可以移动到不同的位置。相应位置对应于相应的扭矩需求，如果踏板被驾驶员移动到相应位置，则对内燃机产生该扭矩需求。这意味着驾驶员可以通过致动操作元件来预设或调节由内燃机提供的扭矩。例如，电子计算装置将由驾驶员实现的操作元件的致动转换成扭矩需求，即转换成要由内燃机提供的扭矩，使得例如通过电子计算装置向内燃机做出扭矩需求。特别地，应当理解，电子计算装置操作、特别是调节或控制内燃机，使得由内燃机提供的扭矩或需要的扭矩由内燃机提供，特别是经由输出轴提供。
相应的工作循环也被称为考虑的工作循环，对于该工作循环，例如确定在相应的工作循环内待引入到燃烧室中的空气量的第一设定点值。
在该方法的第二步骤中，借助于电子计算装置确定第二设定点值，其方式是，根据内燃机的当前速度和根据供应到燃烧室的当前空气量，从存储在电子计算装置的存储装置中的第二特性图中得到第二设定点值。供应到燃烧室的当前空气量应当理解例如当前特别是在执行第二步骤的时间点接收在燃烧室中的也称为空气量的空气量。此外，通过供应到燃烧室的当前空气量可以理解以下内容：在其所考虑的工作循环内待引入到内燃机的燃烧室中的空气量是例如在所考虑的工作循环内被引入或待引入到燃烧室中的空气量，其中所考虑的工作循环将来与第一设定点值和第二设定点值的确定有关，或者与第一设定点值和第二设定点值的确定在时间上相邻，因为例如首先计算或必须首先计算第一设定点值，其中仅在此情况下才可以可选地将与第一设定点值相对应的空气量引入到燃烧室中。在这方面，空气量例如应当理解为供应到燃烧室的当前空气量，该空气量在时间上在所考虑的工作循环之前的较早的工作循环内供应到燃烧室或者已经供应到燃烧室，其中，较早的工作循环例如紧接在所考虑的工作循环或者第一步骤或第二步骤之前，使得内燃机的另一工作循环分别不在所考虑的工作循环与较早的工作循环之间以及不在第一步骤与第二步骤之间。
在该方法的第二步骤中规定，第二设定点值是在所考虑的工作循环内待被引入到燃烧室中的再循环排气量的第二设定点值。替代性地，在第二步骤中规定，第二设定点值是在所考虑的工作循环中待引入到燃烧室的混合物中所含的水量、特别是水蒸气的量的第二设定点值。
在该方法的第三步骤中，在所考虑的工作循环内借助于电子计算装置确定在燃烧室中待调节的燃烧空气比的第三设定点值，该第三设定点值与第一设定点值和第二设定点值相关联，其方式是，根据内燃机的当前速度和根据供应到燃烧室的当前空气量从存储在存储装置中的第三特性图中得到第三设定点值。在下文中使用的术语“工作循环”应理解为在没有明确提及另一个工作循环（诸如例如较早的工作循环）的情况下为所考虑的工作循环。
根据本发明的方法是一种基于特性图的用于操作内燃机、特别是在内燃机的加燃料操作中操作内燃机的方法。其中，已经发现，通过根据本发明的方法可以实现内燃机的特别高的比功率和特别高的效率。同时，内燃机的污染物排放可以保持在特别低的程度。
已经证明，如果内燃机分别是燃气发动机并且作为燃气发动机操作，则是特别有利的。在此，优选使用气体燃料作为燃料，其优选以气体方式被引入到燃烧室中，特别是直接吹入到燃烧室中。已经证明，如果内燃机或燃气发动机形成为氢气发动机，则是特别有利的。在此，氢气(H2)用作燃料，其以气态方式被引入到燃烧室中，特别是直接吹入到燃烧室中。
为了实现特别低的排放操作，优选规定，内燃机以稀薄操作的方式，使得燃烧空气比（也称为拉姆达(λ)）大于1并且优选至少为1.2或者与之相比更大。
特别地，以下实现是本发明的基础：具有催化排气后处理的化学计量操作的氢气吸气式发动机是充分已知的，并且具有仅低污染物排放和低技术复杂性的优点。然而，这种具有催化排气后处理的化学计量操作的吸气式发动机的缺点在于效率非常低，所述效率通常低于30%，并且比功率低，因为仅可以实现小于10巴的非常低的有效中间压力。
此外，没有排气后处理的涡轮增压稀薄氢气发动机是已知的。它们具有低的污染物排放和通常大于40%的高效率。对于吸气式发动机，这种涡轮增压的稀薄发动机和排气后处理具有增加的比功率，但是其严重地受到爆震极限和高空气需求的限制。为了进一步增加比功率，如所发现的，采用排气再循环是有利的。在这种排气再循环的范围内，内燃机的排气被再循环并被引入燃烧室。在相应的工作循环内，至少向燃烧室供应燃料和空气，从而在相应的工作循环内形成至少或恰好一种也称为燃料-空气混合物的混合物，该混合物包括正供应或已经供应到燃烧室的燃料和空气。因此，如果执行排气再循环，则混合物还包括再循环排气。其中，混合物具有前述的燃烧空气比。如所发现的，排气再循环具有与燃烧空气比的增加类似的效果，并且特别地引起氮氧化物形成的减少。申请人的实验研究出乎意料地产生了排气再循环或其排气再循环率对内燃机的爆震极限的过比例影响，该爆震极限也是通过实验确定的，所述爆震极限限制功率和扭矩。这是由于在将排气添加到也称为新鲜混合物的燃料-空气混合物中时，可以严重地降低以燃烧空气比为特征的所需空气过量。在16巴的有效中间压力PME的情况下，在没有排气再循环的情况下2.4的燃烧空气比例如可以降低到在有排气再循环的情况下小于1.7的燃烧空气比。因此，气缸充气也减少，由此也称为气缸并形成为气缸的燃烧室中的压力分别降低，并且内燃机的机械应力减少。显然，通过采用排气再循环(EGR)，也称为发动机的内燃机的比功率和扭矩可以增加10%到15%以上。同时，发动机的效率提高，污染物排放减少。在应用内部混合物形成时，在该混合物形成的范围内，燃料直接被引入、特别是吹入或喷入燃烧室中，扭矩的比功率的提高大于20%至25%似乎是可实现的。
然而，由内燃机、特别是由输出轴提供的扭矩的调节，也被称为扭矩控制，已经证明是有问题的，特别是在操作期间，特别是在应用外部混合物形成时。在外部混合物形成的范围内，例如在布置在燃烧室上游的内燃机的进气道的、空气能够流过的位置处，燃料被引入、特别是被喷射或吹入进气道中。作为扭矩调节中的问题的原因，已识别出：
-利用汽油发动机控制，通常经由供应到发动机的空气量来控制功率输出。确定供应的空气质量。所需的燃料量由此借助于λ设定点值从空气质量确定，该λ设定点值记录在特性图中。类似地，根据当前速度和当前空气质量将最佳点火角存储在特性图中。
-在包括EGR率的情况下，不再可能仅经由特性图来确定λ设定点值，因为不适合EGR率的太低的λ会导致爆震燃烧。相反，如果调节过高的λ，则不能实现所需的扭矩。此外，必须根据EGR率来校正点火角以实现最佳效率并避免爆震。
因此，分别需要和期望开发一种方法，其中，通过确定和例如预先控制和调节所需空气质量、可选地提供的或所需的EGR率、最佳点火角和相关燃料质量来提供所需扭矩。这种期望的复杂性进一步增加，因为空气、EGR和燃料路径的调节和控制回路通过也称为进气歧管的充气混合物分配管中的所有成分的混合而相互影响。在直接将燃料引入或喷射或吹入燃烧室中时，燃料路径可以与空气和EGR路径分离，由此可以稍微降低复杂性。
借助于根据本发明的方法可以避免上述问题，使得借助于根据本发明的方法可以实现内燃机的特别低排放的操作以及优选形成为燃气发动机的内燃机的特别高的比功率和高的效率。
已经证明特别有利的是，在所考虑的工作循环内借助于电子计算装置确定要在燃烧室中调节的燃烧空气比的第四设定点值，其方式是，根据内燃机的当前速度和根据供应到燃烧室的当前空气量从存储在存储装置中的第四特性图中得到第四设定点值，其中，通过将燃烧空气比调节到第四设定点值，可以实现内燃机在没有排气再循环的情况下的无爆震操作。换句话说，如果燃烧空气比实际上被调节到第四设定点值或者如果燃烧空气比的第四设定点值被实际上调节，则由此将实现在没有排气再循环的情况下内燃机的无爆震操作，即同时省略排气再循环，其中，在该方法的范围内不必规定燃烧空气比实际上被调节到第四设定点值。因此，第四设定点值例如仅是辅助或基本值，如果第四设定点值将被调节，则这可以导致内燃机的操作同时没有排气再循环和没有爆震，其中第四设定点值实际上不一定被调节。
其中，已经证明特别有利的是，借助于电子计算装置通过在第三设定点值和第四设定点值之间的插值，特别是线性插值来确定在工作循环内在燃烧室中待调节的燃烧空气比的第五设定点值，其中，燃烧空气比借助于电子计算装置被调节至第五设定点值。在此，显然，第四设定点值用作辅助或基本值，以在第三设定点值和第四设定点值之间进行插值，并由此基于第三设定点值和第四设定点值确定、特别是计算第五设定点值。最后，燃烧空气比实际上被调节到第五设定点值。换句话说，调节第五设定点值。由此，可以实现内燃机的特别低排放以及效率有利的操作。基本上，可以设想，插值产生的是第五设定点值对应于第四或第三设定点值，使得第三或第四设定点值实际上被最终调节。其中，例如可以基于第四设定点值执行插值。由此，可以确保内燃机能够以特别低的排放和效率有利以及高的比功率无爆震操作。
在本发明的特别有利的实施例中，借助于电子计算装置确定与第二设定点值以及与供应到燃烧室的当前空气量相关联的点火定时的第六设定点值，其方式是，根据当前速度以及根据供应到燃烧室的当前空气量从第五特性图中得到第六设定点值。点火定时也称为点火角，因为点火定时对应于输出轴的旋转位置，该旋转位置也称为角位置，其中，先前提及的燃料-空气混合物在点火定时被点燃，因此当输出轴采用对应于点火定时以及因此点火角的旋转位置时被点燃。燃料-空气混合物的燃烧通过燃料-空气混合物的点燃来实现。点火优选通过外部点火、特别是借助于与燃烧室相关联的火花塞实现，其方式是，例如在所考虑的工作循环内，借助于火花塞在燃烧室中产生至少一个或多个火花。
其中，已经证明特别有利的是，借助于电子计算装置确定点火定时的第七设定点值，其方式是，根据当前速度和根据供应至燃烧室的当前空气量从第六特性图中得到第七设定点值，其中，通过将点火定时调节至第七设定点值，可实现在没有排气再循环的情况下内燃机的无爆震操作。对第四设定点值的先前解释也可以容易地转移到第七设定点值。这意味着点火定时实际上不必调节到第七设定点值，而是第七设定点值是另外的辅助或校正值。如果点火定时被调节到第七设定点值，则由此将导致同时没有排气再循环和没有爆震的内燃机的操作。再次换句话说，如果点火定时被调节到第七设定点值，则由此将导致当内燃机在没有排气再循环的情况下操作时，即当排气再循环被省略时，内燃机的爆震将被省略。然而，其中的点火定时不必被调节到第七设定点值。
其中，已经证明特别有利的是，通过在第六设定点值和第七设定点值之间的插值，特别是线性插值，优选地根据实际EGR率，确定点火定时的第八设定点值，其中，点火定时实际上借助于电子计算装置被调节至第八设定点值。在此，显然，第七设定点值用作辅助或基本值，以基于第六设定点值和第七设定点值通过在第六设定点值和第七设定点值之间的插值来确定、特别是计算第八设定点值。最后，点火定时实际上被调节到第八设定点值。其中，可以设想的是，插值产生的是，第八设定点值对应于第六或第七设定点值，但是第七设定点值用于执行插值，并且因此确定第八设定点值。
另一个实施例的特征在于，借助于电子计算装置基于第一特征线根据第二设定点值与供应至燃烧室的再循环排气的当前量之间的比率确定大于或等于1的倾斜因子。其中，例如借助于电子计算装置确定工作循环内的燃烧室中待调节的燃烧空气比的第四设定点值，其方式为，第三设定点值乘以倾斜因子，其中，燃烧空气比实际上借助于电子计算装置调节至第四设定点值。换言之，第四设定点值在此通过将第三设定点值乘以倾斜因子来计算，使得第四设定点值是倾斜因子乘以第三设定点值的结果。
其中，已经证明特别有利的是，借助于电子计算装置确定与第二设定点值相关联的并且与供应至燃烧室的当前空气量相关联的点火定时的第五设定点值，其方式是，根据当前速度并且根据供应至燃烧室的当前空气量从第四特性图中得到第五设定点值。在此，附加地规定，借助电子计算装置基于第二特征线根据第二设定点值与供应至燃烧室的再循环排气的当前量之间的比率确定距离值，该距离值被加到第五设定点值上，由此确定点火定时的第六设定点值，其中，借助电子计算装置将点火定时调节到第六设定点值。
另一个实施例的特征在于，借助于电子计算装置确定工作循环内在燃烧室中待调节的燃烧空气比的最小允许极限值，其方式为，根据内燃机的当前速度并根据第二设定点值与供应至燃烧室的再循环排气的当前量之间的比率，从第四特性图中得到最小允许极限值。
其中，已经证明特别有利的是，将第三设定点值用作第一选择值，并且将最小允许极限值用作第二选择值，其中，电子计算装置从选择值中选择选择值中的较大的一个，并且其中，燃烧空气比借助于电子计算装置被调节到所选择的选择值。
在本发明的另一种配置中，借助于电子计算装置确定当前供应到燃烧室的混合物中所含水量的实际值，其方式是，根据燃烧室中的当前燃烧空气比和根据供应到燃烧室的再循环排气的当前量从第五特性图中得到实际值。如果第二设定点值是混合物中包含的水量的第二设定点值，则特别提供该实施例。
其中，已经证明特别有利的是，借助于电子计算装置确定在工作循环内待引入燃烧室中的再循环排气量的第五设定点值，其方式是，根据第三设定点值并且根据第二设定点值从第六特性图中得到第五设定点值。如果第二设定点值是混合物中包含的水量的第二设定点值，则特别提供该实施例。
在本发明的另一种配置中，借助于电子计算装置确定与第二设定点值和供应到燃烧室的当前空气量相关联的点火定时的第六设定点值，其方式是，根据当前速度和根据供应到燃烧室的当前空气量从第七特性图中得到第六设定点值。此外，借助于电子计算装置确定点火定时的第七设定点值，其方式为，根据当前速度和根据供应到燃烧室的当前空气量从第八特性图中得到第七设定点值，其中，通过将点火定时调节到第七设定点值，可以实现在没有排气再循环的情况下内燃机的无爆震操作。相应的特性图被存储在存储装置中。第七设定点值例如是第三辅助或基本值，其中点火定时不必实际上调节至第七设定点值，但是如果省略了排气再循环，则将通过可选地实现或假设地调节点火定时至第七设定点值而产生没有排气再循环的内燃机的无爆震操作。
其中，已经证明特别有利的是，借助于电子计算装置通过在第六设定点值和第七设定点值之间的插值、特别是线性插值来确定点火角的第八设定点值，其中，点火角实际上借助于电子计算装置被调节至第八设定点值。在此，显然，第七设定点值是辅助或基本值，基于该辅助或基本值，通过在第七设定点值和第六设定点值之间的插值来确定、特别是计算第八设定点值，然后实际上将点火定时调节到该第八设定点值。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节从以下优选实施例的描述以及基于附图是显而易见的。在不背离本发明的范围的情况下，以上在说明书中提及的特征和特征组合以及以下在附图的描述中提及的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以在分别指定的组合中使用，而且可以在其他组合中使用或单独使用。
附图示出在：
图1是用于说明根据本发明的用于操作内燃机、特别是机动车辆的内燃机的方法的第一实施例的图；
图2是用于说明该方法的第二实施例的图；
图3是用于说明该方法的第三实施例的图；
图4是用于说明该方法的第四实施例的图；以及
图5是用于说明该方法的第五实施例的图。
在图中，相同或功能相同的元件设置有相同的附图标记。
具体实施方式
在下文中，描述了用于操作机动车辆、特别是多用途车辆的内燃机的方法的各种实施例。其中，在内燃机的加燃料操作期间执行该方法。内燃机包括至少一个例如形成为气缸的燃烧室，活塞例如可平移移动地容纳在该燃烧室中。其中，内燃机包括至少一个例如形成为曲轴壳体、特别是气缸曲轴壳体的壳体元件，内燃机的例如形成为曲轴的输出轴可旋转地支撑在该壳体元件上。因此，输出轴可以以一速度相对于壳体元件绕旋转轴线旋转，其中，速度可以变化。例如，活塞经由连杆以铰接的方式连接到特别是形成为曲轴的输出轴，使得将活塞在气缸(燃烧室)中的平移运动转换成输出轴绕其旋转轴线的旋转运动。
例如形成为四冲程发动机的内燃机的工作循环正好包括两个完整的旋转，并因此包括输出轴的720度的曲柄角，其中，在工作循环内，至少空气和燃料被引入燃烧室中。借助于该方法，例如对于相应的工作循环确定、特别是计算燃料和空气的相应量，其中，计算所述量的相应工作循环也被称为考虑的工作循环。例如，较早的工作循环立即或直接先于所考虑的工作循环，使得内燃机的另外的工作循环不在所考虑的工作循环和较早的工作循环之间。如果在下文中说到“工作循环”或“相应的工作循环”，因此所考虑的工作循环将由此被理解。供应到燃烧室的空气和燃料形成也称为燃料-空气混合物的混合物，该混合物至少包括燃料和空气。在相应的工作循环内形成的混合物被点燃并燃烧，由此产生内燃机的排气。通过点燃混合物，混合物燃烧，使得在内燃机的加燃料操作内，燃烧过程在燃烧室中进行。特别地，在相应的工作循环中进行恰好一个燃烧。活塞和经由活塞的输出轴由混合物的燃烧驱动，由此内燃机通过其输出轴提供或能够提供用于驱动机动车辆的扭矩。
优选地，内燃机是燃气发动机，并且优选地是氢气发动机，使得气体燃料并且优选地是氢气被用作燃料，其也被称为可燃物。在相应的工作循环中，燃料被吸入燃烧室，特别是被吹入燃烧室。通过排气再循环，应当理解，内燃机的排气被再循环并被吸入燃烧室，使得混合物还包括再循环的排气。
图1示出了该方法的第一实施例。内燃机或机动车辆例如包括电子计算装置，也称为控制单元或发动机控制器或发动机控制单元，借助于该电子计算装置执行该方法。借助于电子计算装置，确定、特别是计算在内燃机的工作循环内要被引入到内燃机的燃烧室内的空气量的第一设定点值ml_soll，其中，分别根据内燃机和输出轴的当前速度n_mot，并且根据由内燃机经由输出轴提供的扭矩M_soll，从存储在电子计算装置的存储装置中的第一特性图KF_1中得到第一设定点值ml_soll。要由内燃机提供的扭矩M_soll是对内燃机的扭矩需求，该扭矩需求例如通过电子计算装置提供给内燃机，特别是使得电子计算装置操作、特别是调节或控制内燃机，使得内燃机经由输出轴提供扭矩需求。特别地，扭矩需求例如通过机动车辆的驾驶员来调节，其中驾驶员致动、特别是移动例如形成为踏板的操作元件。因此，扭矩需求是扭矩设定点值。
优选地，至少在第一实施例中提供了执行排气再循环。在排气再循环的范围内，内燃机的排气量被再循环并被吸入燃烧室，其中，再循环的排气量也被称为EGR率或排气再循环率。在确定第一设定点值M_soll时，例如以提供最佳EGR率为基础。
此外，借助于电子计算装置确定第二设定点值，其中，从存储在电子计算装置的存储装置中的第二特性图KF_2中分别根据内燃机和输出轴的当前速度n_mot和根据供应到燃烧室的当前空气量ml_ist得到第二设定点值。供应到燃烧室的当前空气量例如是当前接收在燃烧室中的空气量，或者是在较早的工作循环内供应到燃烧室的空气量。在图1所示的第一实施例中，第二设定点值是在工作循环内要被吸入燃烧室的再循环排气量的第二设定点值，其中，第二设定点值在第一实施例中由AGR_soll表示。第二设定点值AGR_soll也被称为EGR设定点值，并且例如是先前提及的EGR率，例如，提供该EGR率作为确定第一设定点值ml_soll的基础。此外，借助于电子计算装置确定在工作循环内要在燃烧室中调节的混合物的燃烧空气比的与第一设定点值ml_soll和第二设定点值AGR_soll相关联的第三设定点值Lbd_wunsch，其中，从存储在存储装置中的第三特性图KF_3中根据内燃机的当前速度n_mot和根据供应到燃烧室的当前空气量ml_ist来得到第三设定点值Lbd_wunsch。第一设定点值ml_soll是空气质量设定点值，其表征实际实现扭矩需求所需的空气质量。因此，在第一特性图KF_1中，将实现扭矩所需的空气质量存储为当前发动机速度和所需扭矩的函数。其中，最佳EGR率的提供被作为基础。在第二特性图KF_2中，将最佳EGR率(EGR设定点值或AGR_soll)存储为发动机速度(n_mot)和当前空气质量(ml_ist)的函数。第三特性图KF_3包含与EGR设定点值相关联的以及与当前空气质量相关联的、作为发动机速度和当前空气质量的函数的λ值，其中，λ值也被称为Lambda_fahrerwunsch，并且由第三设定点值Lbd_wunsch表征。
在第一实施例中，在工作循环内要在燃烧室中调节的燃烧空气比的第四设定点值Lbd_0，也称为拉姆达(λ)借助于电子计算装置通过如下方式来确定，即，根据内燃机的当前速度n_mot并且根据供应到燃烧室的当前空气量ml_ist从存储在存储装置中的第四特性图KF_4中得到第四设定点值Lbd_0，其中，在没有排气再循环的情况下内燃机的无爆震的操作是可实现的或者可以通过将燃烧空气比调节到第四设定点值Lbd_0来实现。借助于电子计算装置在第三设定点值与第四设定点值之间进行插值，特别是线性插值，由此确定在工作循环内要在燃烧室中调节的燃烧空气比的第五设定点值，其中燃烧空气比借助于电子计算装置调节到第五设定点值。因此，假设第四设定点值仅用作辅助或基本值，以基于第四设定点值和基于第三设定点值来计算第五设定点值。此外，在第一实施例中提供的是，借助于电子计算装置确定与第二设定点值和供应到燃烧室的当前空气量相关联的点火定时的第六设定点值ZW_wunsch，其中，从存储在存储装置中的第五特性图KF_5中根据当前速度n_mot和根据供应到燃烧室的当前空气量ml_ist得到第六设定点值ZW_wunsch。此外，在第一实施例中提供的是，借助于电子计算装置确定点火定时的第七设定点值ZW_0，其中，根据当前速度n_mot和根据供应到燃烧室的当前空气量ml_ist从第六特性图KF_6中得到第七设定点值ZW_0，其中，通过将点火定时调节到第七设定点值，可以在没有排气再循环的情况下实现内燃机的无爆震操作。此外，借助于电子计算装置在第六设定点值和第七设定点值之间进行插值，特别是线性插值，由此确定点火定时的第八设定点值，其中，点火定时实际上借助于电子计算装置调节到第八设定点值。燃烧室中的混合物在点火定时被点燃，由此实现混合物的燃烧。换句话说，第五特性图KF_5包含与EGR设定点值和与当前空气质量相关联的点火定时，并且点火定时还被称为作为发动机速度和当前空气质量的函数的点火角，其中与EGR设定点值和与当前空气质量相关联的该点火角由ZW_wunsch表征。在第六特性图KF_6中，点火角作为当前空气质量和发动机速度的函数存储，这允许在没有EGR (排气再循环)的情况下进行无爆震操作。
优选地但非必须地，内燃机包括至少一个排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器包括可由内燃机的排气驱动的涡轮机和可由涡轮机驱动以压缩待供应到燃烧室的空气的压缩机。旁路装置与涡轮机相关联，所述旁路装置也称为废气门，内燃机的至少一部分排气经由该旁路装置可绕过涡轮机。绕过涡轮机的排气不驱动涡轮机。为了调节绕过涡轮机的排气量，设置也被称为废气门阀的阀装置。此外，例如在进气道中布置有节流阀，借助于该节流阀可以调节要供应到燃烧室的空气量。例如，借助于阀装置和借助于节流阀，特别是在闭合的控制回路中或借助于闭合的控制回路，将在工作循环内待供应到燃烧室的空气质量或空气量调节到第一设定点值ml_soll。此外，经由不同的方法确定空气质量，例如借助于空气质量计量器和/或借助于节流阀模型和/或借助于进气歧管模型。例如借助于EGR阀借助于闭合控制回路或在闭合控制回路中调节相关的EGR率。换句话说，在工作循环内待供应到燃烧室的再循环排气的量被调节到第二设定点值AGR_soll，特别是借助于EGR阀。经由不同的方法确定EGR率，诸如例如EGR流的文丘里测量、进气歧管模型、进气歧管中的氧气或水冷凝的测量。第五设定点值的确定作为在Lbd _0和Lbd_wunsch之间的线性插值来实现，特别是考虑到当前EGR率和EGR设定点值。通过喷射参数的调节来调节第五设定点值，燃料基于该喷射参数被吸入燃烧室中，并且例如借助于λ探测器来测量并且在闭合控制回路中被调节。喷射参数例如包括压力，特别是氢气压力，燃料利用该压力被吸入燃烧室中，但特别是不必直接吹入燃烧室中。此外，喷射参数可以包括喷射时间段。喷射时间段是燃料被吸入、特别是直接吹入燃烧室的时间段。
第八设定点值的确定通过ZW_0和ZW_wunsch之间的线性插值来实现，特别是考虑到当前EGR率和EGR设定点值。例如，通过发动机控制单元考虑设定点角度将也称为点火角的点火定时调节到第八设定点值。第五设定点值由Lbd_soll表示，其中第八设定点值由ZW_soll表示。供应到燃烧室的再循环排气的当前量将由当前EGR率理解，其中，当前EGR率或供应到燃烧室的再循环排气的当前量在图1中由AGR_ ist表示，从图1中明显看出，由Lbd_0和Lbd_wunsch形成差值。此外，形成AGR_ ist和AGR_soll的商，其中该商乘以该差值。从Lbd_0中减去该乘法的结果，从而计算Lbd_soll。相应地计算ZW_soll。
图2示出了该方法的第二实施例。第一实施例和第二实施例之间的区别在于，基于第一特征线KL_1，借助于电子计算装置根据第二设定点值AGR_soll和供应到燃烧室的再循环排气的当前量AGR_ist之间的比率，确定大于或等于1的倾斜因子fac_mag_Lbd。换句话说，适用：fac_mag_Lbd≥1。为此，确定AGR_ist和AGR_soll的商，基于该商确定倾斜因子，特别是基于第一特征线KL_1计算倾斜因子。再次换句话说，倾斜因子作为AGR_ist和AGR_soll的商的函数被存储在特征线KL_1中。此外，借助于电子计算装置基于第二特征线KL_2，根据第二设定点值AGR_soll与供应到燃烧室的再循环排气的当前量AGR_ist之间的比率，确定距离值Delta_ZW，该距离值也称为偏移量或偏移值。换句话说，偏移量作为AGR_ist和AGR_soll的商的函数存储在第二特征线KL_2中。此外，ZW_wunsch例如以在第二实施例中描述的方式确定。点火定时的设定点值ZW_soll例如通过将Delta_ZW加到ZW_wunsch上来确定，其中点火定时借助于电子计算装置被调节到设定点值ZW_soll上。此外，通过将倾斜因子fac_mag_Lbd乘以Lbd_wunsch来确定Lbd_soll。在工作循环内，待供应到燃烧室的空气量例如经由阀装置和节流阀、特别是借助于闭合控制回路或在闭合控制回路中被调节到第一设定点值ml_soll。关于这一点，经由不同的方法确定空气质量，诸如例如通过空气质量计量器和/或通过节流阀和/或进气歧管模型。在工作循环内，相关的EGR率或待供应至燃烧室的排气的量被调节至第二设定点值AGR_soll，其中，例如经由不同的方法确定EGR率。特别地，借助于闭合控制回路并且在其中特别地借助于EGR阀来调节EGR率或第二设定点值AGR_soll，使得能够实现特别有利的操作。通过将ZW_wunsch加入到Delta_ZW中来实现ZW_soll的确定。点火定时实际上通过发动机控制单元特别是在考虑到设定点角度的情况下调节到ZW_soll，并且燃烧空气比实际上调节到Lbd_soll。特别地，通过调节喷射参数来调节Lbd_soll并且借助于λ探测器来测量Lbd_soll。优选地，在闭合控制回路中调节Lbd_soll。
图3示出了该方法的第三实施例。在第三实施例中，在工作循环内要在燃烧室中调节的燃烧空气比的最小允许极限值Lbd_min借助于电子计算装置来确定，其中，根据内燃机的当前速度n_mot并且根据第二设定点值AGR_soll与供应到燃烧室的当前再循环排气量AGR_ist之间的比率从第四特性图KF_4中得到最小允许极限值Lbd_min。换句话说，确定AGR_ist和AGR_soll的商。根据该商并且根据当前速度n_mot，从第四KF_4或从第七特性图KF_7中得到最小允许极限值Lbd_min。此外，在第三实施例中，第三设定点值Lbd_wunsch用作第一选择值，并且最小允许极限值Lbd_min用作第二选择值。电子计算装置从选择值中选择选择值中较大的一个，其中燃烧空气比借助于电子计算装置调节到所选择的选择值。总之，显然也称为λ极限值的最小允许极限值Lbd_min作为发动机速度以及AGR_ist与AGR_soll的商的函数存储在第四特性图中。为了确定燃烧空气比实际上被调节到的Lbd_soll，实现λ极限值(Lbd_min)与Lambda_fahrerwunsch或Lbd_wunsch之间的最大选择。实际上，例如通过调节喷射参数来调节Lbd_soll，并且例如如在第一实施例中或如在第二实施例中那样调节点火角。总之，显然，第二设定点值表征在第一实施例、第二实施例和第三实施例中的工作循环内将被吸入燃烧室的再循环排气的量。
图4示出了第四实施例，其中第二设定点值是在工作循环中将被吸入燃烧室的混合物中包含的水量、特别是水蒸气量的第二设定点值H2O_soll。在此，也根据ml_ist和n_mot从第二特性图KF_2或从第十特性图KF_10中得到第二设定点值H2O_soll。第四实施例基于这样的认识，即在也称为进气混合物的混合物中的水蒸气含量对于抗爆震性能和氮氧化物排放(NOx排放)的减少是至关重要的。第四实施例具有的优点是，通过插值不会出现氮氧化物形成增加和爆震倾向增加的过浓混合物。在第四实施例中，借助于电子计算装置确定当前供应到燃烧室中的混合物中所含水量的当前水含量或实际值H2O_ist，其中，根据燃烧室中的当前燃烧空气比Lbd_ist和根据供应到燃烧室中的再循环排气的当前量AGR_ist从第五特性图KF_5或第八特性图KF_8中得到实际值H2O_ist。
借助于电子计算装置，通过根据第三设定点值Lbd_wunsch和根据设定点值H2O_soll从第六特性图KF_6或第九特性图KF_9中得到设定点值AGR_soll，确定在工作循环中要被引入到燃烧室中的再循环排气量的设定点值AGR_soll。借助于电子计算装置确定与设定点值H2O_soll和供应到燃烧室的当前空气量ml_ist相关的点火定时的设定点值ZW_wunsch，其方式是，根据当前速度n_mot和根据供应到燃烧室的当前空气量ml_ist从第七特性图KF_7或第五特性图KF_5中得到设定点值ZW_wunsch。此外，借助于电子计算装置确定点火定时的设定点值ZW_0，其方式是，根据当前速度n_mot和根据供应到燃烧室的当前空气量ml_ ist从第八特性图KF_8或第六特性图KF_6中得到设定点值ZW_0，其中，例如通过将点火定时调节到设定点值ZW_0，可以在没有排气再循环的情况下实现内燃机的无爆震的操作。
确定Lbd_soll或ZW_soll，特别是计算Lbd_soll或ZW_soll，类似于第一实施例，特别是不同之处在于，使用H2O_ist和H2O_soll的商代替AGR_ist和AGR_soll的商。换句话说，从图4中可以明显看出，λ值作为空气质量和速度的函数存储在第四特性图中，这允许在没有EGR (没有水蒸气)的情况下进行无爆震操作。在第八第五特性图中，进气混合物中的水蒸气含量由当前λ和当前EGR率确定。在第九或第六特性图中，根据Lambda_fahrerwunsch和水蒸气设定点值确定EGR设定点值。第五或第七特性图包含与H2O设定点值和与当前空气质量相关联的点火角，作为发动机速度和当前空气质量的函数。在第六或第八特性图中，点火角被存储为当前空气质量和发动机速度的函数，这允许没有EGR的无爆震操作。例如经由阀装置和节流阀在闭环控制回路中调节空气质量。换句话说，在工作循环内要被供应到燃烧室的空气量被调节到Lbd_soll。此外，点火定时或点火角被调节到工作循环的ZW_ soll。
例如，借助于在闭合控制回路中的EGR阀来调节EGR率。例如通过在Lbd_0和Lbd_wunsch之间的线性插值来实现Lbd_soll的确定，特别是考虑当前水蒸气含量和考虑水蒸气设定点值，其中，线性插值借助于计算装置来执行。通过调节喷射参数来调节Lbd_soll，并且例如借助于λ探测器来测量Lbd_soll并且在闭合控制回路中调节Lbd_soll。考虑当前的水蒸气含量并考虑水蒸气设定点值，通过ZW_0和ZW_wunsch之间的线性插值来计算ZW_soll，其中，点火角例如实际上被调节为ZW_soll。当前的水蒸气含量由H2O_ist表征，而水蒸气设定点值由H2O_soll表征。
最后，图5示出了该方法的第五实施例。在第五实施例中，第十一或第二设定点值也是具有在工作循环内包含在要被引入到燃烧室的混合物中的水或水蒸气的量的设定点值H2O_soll。基于第三特征线KL_3或基于特征线KL_1，根据供应到燃烧室的再循环排气的当前量AGR_ist借助于电子计算装置确定因子fac_AGR，其中因子fac_AGR小于或等于1。此外，以所描述的方式确定第一设定点值ml_soll。此外，借助于电子计算装置将第一设定点值ml_soll乘以因子fac_AGR，由此确定、特别是计算出在内燃机的工作循环内待引入到燃烧室中的空气量的另一或第十五设定点值ml_soll_0。因此，在第五实施例中规定，在工作循环内被供应到燃烧室的量特别是借助于阀装置和/或借助于节流阀被调节到另一设定点值ml_soll_0。例如，在工作循环内被供应到燃烧室的也被称为空气质量的空气的量借助于闭合控制回路或在闭合控制回路中、特别是借助于电子计算装置被调节到另一设定点值ml_soll_0。从图5中可以明显看出，特别是如果因子fac_AGR小于1，扭矩实现所需的并且由设定点值ml_soll表征的空气质量以所述因子fac_AGR减少，所述因子取决于EGR率。此外，第五实施例对应于第四实施例。

Claims (15)

1.一种用于操作包括至少一个燃烧室的内燃机的方法，包括以下步骤：
-借助于电子计算装置：确定在内燃机的工作循环内待引入到所述内燃机的燃烧室中的空气量的第一设定点值(ml_soll)，其方式为，根据所述内燃机的当前速度(n_mot)和根据由所述内燃机提供的扭矩(M_soll) 从存储在所述电子计算装置的存储装置中的第一特性图(KF_1)中得到所述第一设定点值(ml_soll)；
-借助于所述电子计算装置：确定第二设定点值(AGR_soll, H2O_soll)，其方式为，根据所述内燃机的当前速度(n_mot)并且根据供应到所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)从存储在所述电子计算装置的存储装置中的第二特性图(KF_2)中得到所述第二设定点值(AGR_soll, H2O_soll)，其中，所述第二设定点值(AGR_soll, H2O_soll)：
○是在所述工作循环中待引入到所述燃烧室中的再循环排气的量的第二设定点值(AGR_soll)，或者
○在所述工作循环内包含在待引入到所述燃烧室中的混合物中的水的量的第二设定点值(H2O_soll)；以及
-借助于所述电子计算装置：确定在所述工作循环内所述燃烧室中待调节的燃烧空气比的第三设定点值(Lbd_wunsch)，所述第三设定点值与所述第一设定点值(ml_soll)和所述第二设定点值(AGR_soll,H2O_soll)相关联，其方式为，根据所述内燃机的当前速度(n_mot)和根据供应到所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)从存储在所述存储装置中的第三特性图(KF_3)中得到所述第三设定点值(Lbd_wunsch)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置确定在所述工作循环内要在所述燃烧室中调节的燃烧空气比的第四设定点值(Lbd_0)，其方式为，根据所述内燃机的当前速度(n_mot)和根据供应到所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)从存储在所述存储装置中的第四特性图(KF_4)中得到所述第四设定点值(Lbd_0)，其中，通过将所述燃烧空气比调节到所述第四设定点值(Lbd_0)能够在没有排气再循环的情况下实现所述内燃机的无爆震操作。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，在所述工作循环内要在所述燃烧室中调节的燃烧空气比的第五设定点值(Lbd_soll)借助于所述电子计算装置通过在所述第三设定点值(Lbd_wunsch)和所述第四设定点值(Lbd_0)之间的插值、特别是线性插值来确定，其中，借助于所述电子计算装置将所述燃烧空气比调节到所述第五设定点值(Lbd_soll)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置确定与所述第二设定点值(AGR_soll,H2O_soll)和供应到所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)相关联的点火定时的第六设定点值(ZW_wunsch)，其方式是，根据所述当前速度(n_mot)和根据供应到所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)从第五特性图(KF_5)中得到所述第六设定点值(ZW_wunsch)。
5.根据权利要求4所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置确定所述点火定时的第七设定点值(ZW_0)，其方式是，根据所述当前速度(n_mot)和根据供应到所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)从第六特性图(KF_6)中得到所述第七设定点值(ZW_0)，其中，通过将所述点火定时调节到所述第七设定点值(ZW_0)能够在没有排气再循环的情况下实现所述内燃机的无爆震操作。
6.根据权利要求4和5所述的方法，
其中，通过在所述第六设定点值(ZW_wunsch)和所述第七设定点值(ZW_0)之间的插值、特别是线性插值来确定所述点火定时的第八设定点值(ZW_soll)，其中，所述点火定时借助于所述电子计算装置被调节到所述第八设定点值(ZW_soll)。
7.根据权利要求1所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置基于第一特征线(KL_1)根据所述第二设定点值(AGR_soll)与供应至所述燃烧室的再循环排气的当前量(AGR_ist)之间的比率确定大于或等于1的倾斜因子(fac_mag_Lbd)。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置确定在所述工作循环内在所述燃烧室中待调节的燃烧空气比的第四设定点值(Lbd_soll)，其方式是，所述第三设定点值(Lbd_wunsch)乘以所述倾斜因子(fac_mac_Lbd)，其中，借助于所述电子计算装置将所述燃烧空气比调节至所述第四设定点值(Lbd_soll)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，
其中：
-借助于所述电子计算装置确定与所述第二设定点值(AGR_soll)和与供应至所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)相关联的点火定时的第五设定点值(ZW_wunsch)，其方式是，根据所述当前速度(n_mot)和根据供应至所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)从第四特性图(KF_5)得到所述第五设定点值(ZW_wunsch)；以及
-借助于所述电子计算装置基于第二特征线(KL_2)根据所述第二设定点值(AGR_soll)与供应至所述燃烧室的所述再循环排气的当前量(AGR_ist)之间的比率确定距离值(Delta_ZW)，所述距离值被添加至所述第五设定点值(ZW_wunsch)，由此确定所述点火定时的第六设定点值(ZW_soll)，其中，借助于所述电子计算装置将所述点火定时调节至所述第六设定点值(ZW_soll)。
10.根据权利要求1所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置确定在所述工作循环内待在所述燃烧室中调节的燃烧空气比的最小允许极限值(Lbd_min)，其方式是，根据所述内燃机的当前速度(n_mot)并且根据所述第二设定点值(AGR_soll)与供应到所述燃烧室的再循环排气的当前量(AGR_ist)之间的比率从第四特性图(KF_7)中得到所述最小允许极限值(Lbd_min)。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，所述第三设定点值(Lbd_wunsch)用作第一选择值，并且所述最小允许极限值(Lbd_min)用作第二选择值，其中，所述电子计算装置从选择值中选择所述选择值中较大的一个，并且其中，借助于所述电子计算装置将所述燃烧空气比调节到所选择的选择值。
12.根据权利要求2或3所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置确定当前供应到所述燃烧室的混合物中所含的水量的实际值(H2O_ist)，其方式是，根据所述燃烧室中的当前燃烧空气比(Lbd_ist)和根据供应到所述燃烧室的再循环排气的当前量(AGR_ist)从第五特性图(KF_5)中得到所述实际值(H2O_ist)。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置确定在所述工作循环内待引入到所述燃烧室中的再循环排气量的第五设定点值(AGR_soll)，其方式是，根据所述第三设定点值(Lbd_wunsch)和根据所述第二设定点值(H2O_soll)从第六特性图(KF_6, KF_9)中得到所述第五设定点值(AGR_ soll)。
14.根据权利要求13所述的方法，
其中：
-借助于所述电子计算装置确定与所述第二设定点值(H2O_soll)和与供应至所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)相关联的点火定时的第六设定点值(ZW_wunsch)，其方式是，根据所述当前速度(n_mot)和根据供应至所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)从第七特性图(KF_7)得到所述第六设定点值(ZW_wunsch)；以及
-借助于所述电子计算装置确定所述点火定时的第七设定点值(ZW _0)，其方式是，根据所述当前速度(n_mot)并且根据供应至所述燃烧室的当前空气量(ml_ist)从第八特性图(KF_8)中得到所述第七设定点值(ZW_0)，其中，通过将所述点火定时调节至所述第七设定点值(ZW_0)能够实现所述内燃机在没有排气再循环的情况下的无爆震操作。
15.根据权利要求14所述的方法，
其中，借助于所述电子计算装置通过在所述第六设定点值(ZW_wunsch)和所述第七设定点值(ZW_0)之间的插值、特别是线性插值确定点火角的第八设定点值(ZW_soll)，其中，所述点火角借助于所述电子计算装置调节到所述第八设定点值(ZW_soll)。
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