CN114962017A

CN114962017A - 用于优化燃烧发动机的负载建立的方法

Info

Publication number: CN114962017A
Application number: CN202210165600.8A
Authority: CN
Inventors: S·穆勒; J·F·托尔
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2022-02-23
Publication date: 2022-08-30
Also published as: DE102021104266A1

Abstract

本发明涉及一种用于优化燃烧发动机（10）的负载建立的方法，该燃烧发动机以其入口（28）与空气供应系统（30）连接并且以其出口（52）与排气系统（50）连接。在此，燃烧发动机（10）分配有用于控制被输送给燃烧发动机（10）的燃烧室（12）的气流（92）的至少两个不同的装置（18、34、36、46、56、76），这些装置包括具有对气流（92）的变化的快速系统反应的执行元件（88）和具有对气流（92）的变化的缓慢系统反应的执行元件（90）。规定：确定用于燃烧发动机（10）的扭矩改变的信号；其中将该信号未经过滤地传输到具有对气流（92）的变化的缓慢系统反应的执行元件（90）上并且经过滤地传输到具有对该气流的变化的快速系统反应的执行元件（88）上。

Description

用于优化燃烧发动机的负载建立的方法

技术领域

本发明涉及一种用于优化燃烧发动机的负载建立的方法以及一种用于执行这种方法的控制设备和一种用于执行这种方法的燃烧发动机。

背景技术

在燃烧发动机的现代发动机控制中，驾驶员请求经由各种执行元件来被付诸实施。有些执行元件可以引起快速系统反应，而其它执行元件对发动机控制的要求有延迟地做出反应。这不仅可能有物理原因而且可能有技术原因（例如材料选择、硬件结构）。如果给这些执行元件供应同一驾驶员请求信号，则会发生目标冲突。快速的执行元件需要对驾驶员请求进行塑造（Formung）或过滤，以便实现通过燃烧发动机所驱动的车辆的和谐的驾驶行为。在此，在缓慢的执行元件处对反应时间有正面影响的信息会丢失。此外，没有考虑到这些执行元件彼此间对系统的交叉影响。

在从现有技术公知的解决方案中，用统一的目标值来操控燃烧发动机的进气和排气道中的执行元件。该目标值受到驾驶行为的塑造。由于对进气道中的影响空气的执行元件的统一的操控，不同的系统惯性未被考虑。在此，例如增压压力控制的系统反应相比于对节气门调节的反应而言明显更慢。由于对目标值的取决于驾驶行为的塑造，得到燃烧发动机的有延迟的响应行为，其具有多达130 ms的延迟。

一种可能的优化在于：通过对零件部件的相对应的优化来改善执行元件的反应并且因此改善该响应行为。这例如可以通过使用较轻的材料和/或通过电辅助、尤其是通过废气涡轮增压器的电辅助来实现。然而，这种措施显著增加了空气供应系统的成本或者降低了这些部件的耐用性。

从DE 10 2007 062 171 A1公知一种用于运行燃烧发动机的方法，其中设置燃烧发动机的空气系统的主执行机构、尤其是节气门，而且其中根据目标值来操控空气系统的至少一个附加于该主执行机构所设置的副执行机构。规定：根据至少两个综合特性曲线来形成针对该副执行机构的目标值，分别将相同的输入量输送给所述至少两个综合特性曲线。

DE 10 2014 224 534 A1同样描述了一种用于运行燃烧发动机的方法。在此，充气调节器布置在废气再循环系统与燃烧发动机的燃烧室之间。用于运行该充气调节器的受控变量根据第一实际填充并且根据第二实际填充来被确定。

发明内容

现在，本发明所基于的任务在于：改善燃烧发动机的负载建立并且克服现有技术中公知的缺点。

该任务通过一种用于优化燃烧发动机的负载建立的方法来被解决，该燃烧发动机以其入口与空气供应系统连接并且以其出口与排气系统连接。燃烧发动机分配有至少两个不同的装置，用于控制被输送给燃烧发动机的燃烧室的气流，其中这些装置中的至少一个装置是具有对该气流的变化的快速系统反应的执行元件并且至少一个其它装置是具有对该气流的变化的缓慢系统反应的执行元件。该方法包括如下步骤：

- 确定用于燃烧发动机的扭矩改变的信号；

- 将未经过滤的信号传输到具有对该气流的变化的缓慢系统反应的执行元件上；并且

- 将经过滤的信号传输到具有对该气流的变化的快速系统反应的执行元件上。

该方法能够实现燃烧发动机的经改善的响应行为，其中用尽可能快的信号来操控最慢的执行元件，并且因此与公知的解决方案相比可以更快地引起被输送给燃烧室的气流的变化。为了提高行驶舒适性并且简化可调节性，对被输送给具有快速响应行为的执行元件的信号进行过滤。在此，在本申请的范围内，术语“快速系统反应”和“缓慢系统反应”应相对于彼此来被理解，也就是说具有快速系统反应的执行元件的响应行为比具有缓慢系统反应的执行元件的响应行为更快，并且具有快速系统反应的执行元件的响应时间比具有缓慢系统反应的执行元件的响应时间更短。

通过在从属权利要求中列出的特征，能够实现在独立权利要求中列出的用于优化燃烧发动机的负载建立的方法的有利的改进方案和扩展方案。

在本发明的优选的设计方案中规定：到具有缓慢系统变化的执行元件的信号传输通过限制该执行元件的信号的梯度来被过滤。通过限制该梯度，避免了在具有快速响应行为的执行元件处的急剧跳变，由此可以改善驾驶行为并且将该驾驶行为在总体上设计得更加舒适。

在本发明的另一优选的设计方案中规定：到具有缓慢系统变化的执行元件的信号传输通过求平均值来被过滤。通过求在固定时间区间内的平均值，同样可以防止在针对快速反应的执行元件的信号中的急剧跳变，原因在于求平均值引起对该信号中的梯度的限制。

在该方法的一个有利的设计方案中规定：到具有缓慢系统变化的执行元件的信号传输通过乘以校正因子来实现，其中该校正因子通常在0.1 < 校正因子k < 15.0的范围内。通过校正因子，信号可以相对应地“被放大”，由此引起更快的系统反应。形成未经过滤的指令变量。

在该方法的一个有利的改进方案中，设置至少三个执行元件，其中根据从相应的执行元件到燃烧发动机的燃烧室的气体流动长度来进行加权过滤。在此，给最慢地发挥作用的执行元件加载未经过滤的信号，并且给更快的执行元件相对应地加载经过滤的信号，其中给最快地发挥作用的执行元件应用最强的过滤器。由此，可以特别快地实现驾驶信号的变化的目标实现并且将其转交给燃烧发动机。

在该方法的一个优选的实施方式中规定：向这些执行元件的信号传输通过与机动车的加速踏板的信号单独相关的空气目标值来实现。由此，燃烧过程与通过加速踏板的信号引起的驾驶行为塑造基本上解耦合，并且对该驾驶行为塑造的依赖性被减小。这引起燃烧发动机的经改善的扭矩发展，其在不牺牲舒适性的情况下具有更直接的响应行为。

在该方法的一个有利的设计方案中规定：根据经过滤的信号与未经过滤的信号之差来计算驾驶行为因子，其中针对具有对气流的变化的快速系统反应的执行元件的经过滤的信号借助于该驾驶行为因子被换算成针对具有对气流的变化的缓慢系统反应的执行元件的信号。由此，可以在没有驾驶行为塑造的情况下跨单元地换算成目标值。借助于该无量纲比率，也可以相对应地换算其它调定变量、例如目标压力或目标质量流量，由此可以优化在该控制设备的计算单元中的资源。替代地，也可以从针对具有缓慢系统反应的执行元件的未经过滤的信号来换算针对具有快速系统反应的执行元件的经过滤的信号。

本发明的另一方面涉及一种机动车，该机动车具有用于操控燃烧发动机的加速踏板，该燃烧发动机以其入口与空气供应系统连接并且以其出口与排气系统连接。在此，该燃烧发动机分配有至少两个不同的装置，用于控制被输送给燃烧发动机的燃烧室的气流，其中这些装置中的至少一个装置是具有对该气流的变化的快速系统反应的执行元件并且至少一个其它装置是具有对该气流的变化的缓慢系统反应的执行元件。该机动车具有控制设备，该控制设备被设立为：当机器可读程序代码通过该控制设备的计算单元来被执行时，执行按照本发明的方法。在将该方法在机动车中付诸实施的情况下，可以改善该燃烧发动机的响应行为。这样，在从大约1200 – 1800 U/min的低转速范围开始的加速过程中，可以使该燃烧发动机的负载建立加快大约150 ms。此外，通过优化计算单元中的资源，可以降低该控制设备的硬件成本。

在该机动车的一个有利的设计方案中规定：具有对气流的变化的快速系统反应的执行元件是节气门、凸轮轴调节器或者用于该燃烧发动机的进气阀和/或排气阀的全可变的阀门驱动的调节器。

在本发明的一个优选的实施方式中规定：具有对气流的变化的缓慢系统反应的执行元件是废气涡轮增压器的压缩机或者是废气再循环阀。

只要在个别情况下不另作解释，本发明的在本申请中提到的不同的实施方式就能有利地彼此结合。

附图说明

随后，本发明在实施例中依据所属的附图来被阐述。其中：

图1示出了具有燃烧发动机的机动车，该燃烧发动机与空气供应系统和排气系统连接；以及

图2示出了执行按照本发明的用于优化机动车中的这种燃烧发动机的负载建立的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了机动车100，该机动车具有用于操控燃烧发动机10的加速踏板102。燃烧发动机10以其入口28与空气供应系统30连接并且以其出口52与排气系统50连接。燃烧发动机10具有多个燃烧室12，其中在这些燃烧室12中的每个燃烧室处都布置有：燃料喷射器14，用于将燃料喷射到相应的燃烧室12中；和火花塞16，用于对能点燃的燃料-空气混合物进行点燃。在这些燃烧室12处布置有进气阀24和排气阀26，利用这些进气阀和排气阀，可以打开或关闭从空气供应系统30到这些燃烧室12或者从这些燃烧室12到排气系统50的流体连接。通过一个或多个进气凸轮轴20来操控这些进气阀24。通过一个或多个排气凸轮轴22来操控这些排气阀26。进气阀24和/或排气阀26的打开时间可以通过凸轮轴调节器18来被改变，其中可以电地或液压地实现凸轮轴调节器18的调节。替代地，进气阀24和/或排气阀26的打开时间也可以通过全可变的阀门驱动来被改变。燃烧发动机10还可包括高压废气再循环系统44，该高压废气再循环系统具有废气再循环管线48和高压废气再循环阀46，通过该高压废气再循环阀可以将燃烧发动机10的废气从出口52引回到入口28。

空气供应系统30包括进气管线32，在该进气管线中沿新鲜空气经过进气管线32的流动方向布置有空气过滤器38，在空气过滤器38的下游布置有空气质量计、尤其是热膜空气质量计，在该空气质量计的下游布置有压缩机36、尤其是废气涡轮增压器94的可变涡轮几何或者废气阀门，而且在压缩机36的下游布置有增压空气冷却器40。在压缩机36的下游并且在入口28的上游布置有节气门34，利用该节气门，可以控制针对燃烧发动机10的燃烧室12的空气供应。空气质量计也可以布置在空气过滤器38的过滤器壳体中，使得空气过滤器38和空气质量计形成一个组件。在空气过滤器38的下游并且在压缩机36的上游设置三岔口42，在该三岔口处，低压废气再循环系统70的废气再循环管线72通向进气管线32。

排气系统50包括排气通道54，在该排气通道中，沿燃烧发动机10的废气经过排气通道54的流动方向布置有废气涡轮增压器94的涡轮机56，该涡轮机通过轴来驱动空气供应系统30中的压缩机36。废气涡轮增压器94优选地被实施成具有可变涡轮几何的废气涡轮增压器94。为此，在涡轮机56的涡轮转子的上游接有可调节的导向叶片，通过这些可调节的导向叶片，可以改变废气到涡轮机56的叶片上的流入。在涡轮机56的下游设置多个废气后处理部件58、60、62、64。在此，紧挨着地在涡轮机56的下游设置三元催化转化器60，作为废气后处理的第一部件。在三元催化转化器60的下游布置有四元催化转化器62或者颗粒过滤器64。

在排气通道54中在四元催化转换器62或颗粒过滤器64的下游设置废气瓣68，利用该废气瓣可以至少部分地挡住排气通道54的截面，以便提高排气通道54中的排气背压。在排气通道54处，在四元催化转化器62或颗粒过滤器64的下游并且在废气瓣68的上游设置分岔66，在该分岔处，低压废气再循环系统70的废气再循环管线72从排气通道54中分岔出来。

除了废气再循环管线72之外，低压废气再循环系统70包括低压废气再循环冷却器74和废气再循环阀76，通过该废气再循环阀，能控制经过废气再循环管线72的废气再循环。此外，在低压废气再循环系统70中在分岔66的下游并且在废气再循环冷却器74的上游布置有过滤器78。

燃烧发动机10与控制设备80连接，该控制设备经由未示出的信号线与排气系统50中的压力、废气和温度传感器连接以及与燃烧发动机10的燃料喷射器14和空气供应系统30以及排气系统50的控制装置18、34、36、46、56、76连接。

在燃烧发动机10的现代发动机控制中，通过加速踏板102被传送给控制设备80的驾驶员请求经由各种执行元件88、90来被付诸实施。有些执行元件88可以引起快速系统反应，而其它执行元件90对控制设备80的要求有延迟地做出反应。如果给这些执行元件88、90供应同一驾驶员请求信号，则会发生目标冲突。快速的执行元件88需要对驾驶员请求信号进行塑造或过滤，以便实现通过燃烧发动机10所驱动的机动车100的和谐的驾驶行为。由于该过滤，在缓慢的执行元件90处对反应时间有负面影响的信息会丢失。由于对这些执行元件88、90的统一寻址，不同的系统惯性、尤其是不同的气体流动长度未被考虑。这样，例如废气涡轮增压器94的增压压力控制的系统反应明显慢于节气门34的系统反应。由于对用于执行元件88、90的目标值的取决于驾驶行为的塑造，会得到有延迟的响应行为，其具有超过100 ms的延迟。

通过将未经过滤的信号转交给反应时间慢的执行元件90并且将该信号经过滤地转交给快速的执行元件88，可以在不损害和谐的驾驶行为的情况下明显改善该响应行为。

在图2中示出了执行按照本发明的用于优化燃烧发动机10的响应行为的方法的流程图。在方法步骤<100>中，将驾驶员请求传输到机动车100的加速踏板102上。在方法步骤<110>中，据此生成用于燃烧发动机10的扭矩改变的信号，其中在方法步骤<120>中将该信号未经过滤地传输给具有缓慢系统反应的执行元件90。在并行的方法步骤<130>中给该信号应用过滤器，并且在方法步骤<140>中将经过滤的信号传输给具有快速系统反应的执行元件88。

附图标记清单

10 燃烧发动机

12 燃烧室

14 燃料喷射器

16 火花塞

18 凸轮轴调节器

20 进气凸轮轴

22 排气凸轮轴

24 进气阀

26 排气阀

28 入口

30 空气供应系统

32 进气管线

34 节气门

36 压缩机

38 空气过滤器

40 增压空气冷却器

42 三岔口

44 高压废气再循环系统

46 废气再循环阀

48 废气再循环管线

50 排气系统

52 出口

54 排气通道

56 涡轮机

58 废气后处理装置

60 三元催化转化器

62 四元催化转化器

64 颗粒过滤器

66 分岔

68 废气瓣

70 低压废气再循环系统

72 废气再循环通道

74 废气再循环冷却器

76 废气再循环阀

78 过滤器

80 控制设备

82 计算单元

84 存储单元

86 程序代码

88 执行元件

90 执行元件

92 气流

94 废气涡轮增压器

100 机动车

102 加速踏板。

Claims

1.一种用于优化燃烧发动机（10）的负载建立的方法，所述燃烧发动机以其入口（28）与空气供应系统（30）连接并且以其出口（52）与排气系统（50）连接，其中所述燃烧发动机（10）分配有至少两个不同的装置（18、34、36、46、56、76），用于控制被输送给所述燃烧发动机（10）的燃烧室（12）的气流（92），其中所述装置中的至少一个装置（18、34）是具有对所述气流（92）的变化的快速系统反应的执行元件（88）并且所述装置中的至少一个其它装置（36、46、56、76）是具有对所述气流（92）的变化的缓慢系统反应的执行元件（90），所述方法包括如下步骤：

- 确定用于所述燃烧发动机（10）的扭矩改变的信号；

- 将未经过滤的信号传输到具有所述缓慢系统反应的执行元件（90）上；并且

- 将经过滤的信号传输到具有所述快速系统反应的执行元件（88）上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，到具有缓慢系统变化的执行元件（90）的信号传输通过限制所述信号的梯度来被过滤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，到具有缓慢系统变化的执行元件（90）的信号传输通过求平均值来被过滤。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，到具有缓慢系统变化的执行元件（90）的信号传输通过乘以校正因子k来实现，其中所述校正因子k通常在0.1 < k <15.0的范围内。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中设置至少三个执行元件（88、90），其中根据从相应的执行元件（88、90）到所述燃发动机（10）的燃烧室（12）的气体流动长度来进行加权过滤。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，向这些执行元件（88、90）的信号传输通过单独的并且与机动车（100）的加速踏板（102）的信号无关的空气目标值来实现。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述经过滤的信号与所述未经过滤的信号之差来计算驾驶行为因子（FVF），其中针对具有对所述气流（92）的变化的快速系统反应的执行元件（88）的所述经过滤的信号借助于所述驾驶行为因子（FVF）被换算成针对具有对所述气流的变化的缓慢系统反应的执行元件（90）的信号。

8.一种机动车（100），所述机动车具有用于操控燃烧发动机（10）的加速踏板（102），所述燃烧发动机以其入口（28）与空气供应系统（30）连接并且以其出口（52）与排气系统（50）连接，其中所述燃烧发动机（10）分配有至少两个不同的装置（18、34、36、46、56、76），用于控制被输送给所述燃烧发动机（10）的燃烧室（12）的气流（92），其中所述装置中的至少一个装置（18、34）是具有对所述气流（92）的变化的快速系统反应的执行元件（88）并且所述装置中的至少一个其它装置（36、46、56、76）是具有对所述气流（92）的变化的缓慢系统反应的执行元件（90）；以及所述机动车具有控制设备（80），所述控制设备被设立为：当机器可读程序代码（86）通过所述控制设备（80）的计算单元（82）来被执行时，执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

9.根据权利要求8所述的机动车（100），其特征在于，具有对所述气流（92）的变化的快速系统反应的执行元件（88）是节气门（34）、凸轮轴调节器（18）或者用于所述燃烧发动机（10）的进气阀（24）和/或排气阀（26）的全可变的阀门驱动的调节器。

10.根据权利要求8或9所述的机动车（100），其特征在于，具有对所述气流（92）的变化的缓慢系统反应的执行元件（90）是废气涡轮增压器（94）的压缩机、可变涡轮几何或废气阀门（36），或者是废气再循环阀（46、76）。