CN105715396B - 用于确定在脉冲压力下经过节气门的质量流的方法和装置 - Google Patents

用于确定在脉冲压力下经过节气门的质量流的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于确定在脉冲压力下经过节气门的质量流的方法和装置。用于借助节气门模型求得经过具有内燃机（2）的发动机***（1）中的节气门的修正误差的气体质量流（
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
）的方法具有如下步骤：‑借助节气门模型依赖于在节气门（6，81）上的入口侧的和出口侧的压力的平均而得的压力值（
Figure 768124DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE003
）来求得气体质量流（
Figure 482002DEST_PATH_IMAGE004
）；‑依赖于在出口侧的压力（
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE005
）和入口侧的压力（
Figure 261739DEST_PATH_IMAGE006
）之间的压力比（
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE007
）来求得校正量（
Figure 984844DEST_PATH_IMAGE008
）；‑用所述校正量（
Figure 595954DEST_PATH_IMAGE008
）加载所求得的气体质量流（
Figure 418417DEST_PATH_IMAGE004
），以便得到校正的气体质量流（
Figure 13346DEST_PATH_IMAGE001
）。

Description

用于确定在脉冲压力下经过节气门的质量流的方法和装置
技术领域
本发明通常地涉及在气体引导***中的、尤其在内燃机的空气导入***和/或者气体导出***中的节气门特性的建模的领域。
背景技术
内燃机具有一些位置传感器，以状态参量为基础操控这些位置传感器来运行内燃机。这些状态参量或者通过传感器来检测或者由其他的已测的参量例如借助物理的模型来建模。
对运行内燃机来说，对气体流的了解和可调节性，例如对在空气导入***中的空气质量流的和在废气导出***中的废气质量流的气体流动的了解和可调节性是决定性的。在空气导入***和废气导出***中的流经的横截面常常借助节气门来改变以用于控制内燃机中的气体流，这些节气门以可调节的节流瓣或者调节阀的形式来使用。例如借助内燃机的空气导入***中的节气门位置传感器来有目的地调节导入内燃机的新鲜空气的质量流，以便控制内燃机。
为建立控制内燃机中的气体流的位置传感器的、例如节流阀瓣的特性的模型，使用数学的节气门模型，利用该节气门模型由预定的节气门的位置、经过节气门的预定的压力差和在节气门上的入口侧的压力以及另外的参数能够计算出流经该节气门的质量流。这例如能够在控制柴油发动机时使用以用于以模型为基础进行充气调节，办法是借助在预控制路径中的节气门模型由经过节流阀瓣的额定质量流以及废气导回阀来计算用于节流阀瓣以及废气导回阀的对应的额定开口横截面。
通过运行内燃机，出现了通过运行在空气导入***或者说废气导出***中的进入阀和排出阀在各气体质量流中的吸取脉冲或者说排出脉冲。由于限制地提供的用于控制内燃机的发动机控制设备的计算性能的原因，节气门模型一般而言仅仅应用在平均而得的物理的参量上。因此在计算用于节流阀瓣的开口横截面和废气导回阀时，用于控制柴油发动机的以模型为基础的充气调节也使用用于入口侧的和出口侧的压力的平均而得的压力值。由此对内燃机的运行进行表征的在压力值中的排出脉冲和吸取脉冲不被顾及。当然节气门模型是非线性的，并且因此在代替实际的脉冲的压力信号而使用平均而得的压力信号时会带来误差。
发明内容
根据本发明提出了根据权利要求1所述的用于在脉冲的压力时确定平均的经过节气门的质量流的方法以及根据并列的权利要求所述的装置。
另外的实施方案在从属权利要求中给出。
根据第一方面提出了一种用于借助节气门模型求得经过具有内燃机的发动机***中的节气门的修正误差的气体质量流的方法，具有如下步骤：
- 借助节气门模型依赖于在节气门上的入口侧的和出口侧的压力的平均而得的压力值来求得气体质量流；
- 依赖于在出口侧的压力和入口侧的压力之间的压力比来求得校正量；并且
- 将校正量加载到求得的气体质量流上，以便得到校正的气体质量流。
由于节气门模型的非线性的缘故，在使用平均而得的压力信号下在计算地确定经过节气门的气体质量流时会带来误差。上述方法设置，通过加载以校正量来校正所述误差。详细地建议是，为了计算气体质量流首先依赖于平均而得的压力值来确定质量流并且借助校正量来校正如此得到的气体质量流的有误差的值。
以这种方式能够平衡通过使用在非线性的节气门模型中平均而得的压力值而可能产生的偏差。当由于通过使用在计算节气门模型时的平均而得的压力值具有高幅值的在节气门上的入口侧的和出口侧的压力中的脉冲的缘故而产生大的误差时，那么上述方法是尤其有利的。当出口侧的和入口侧的压力比同样具有拥有高幅值的脉冲时，那么这尤其适用。尤其从中造成误差的是，对于强烈脉冲的压力比而言利用经过节气门的质量流的平均而得的压力值的节气门模型的计算被描述的更加糟糕，从而出现增加的误差。通过使用校正量能够将所述误差平衡。
能够设置的是，所述校正量依赖于出口侧的压力和入口侧的压力之间的脉冲的压力比的脉冲幅值以及平均而得的压力比来求得。
此外所述校正量还依赖于如下的参量中的任一个或者若干个来求得：
- 入口侧的压力的脉冲幅值；
- 入口侧的压力；
- 出口侧的压力；
- 出口侧的压力和入口侧的压力之间的压力比；
- 脉冲频率；
- 经过节气门的压差的压力幅值；
- 入口侧的温度；以及
- 出口侧的温度。
所述校正量尤其能够由预定的综合特性曲线来求得。
能够设置的是，校正的气体质量流通过与校正量的相乘或相加来求得。
根据一种实施方式，经过内燃机的空气导入***中的节流阀瓣的空气质量流或者经过废气导回阀由气体导出***导回到空气导入***中的燃烧废气的废气质量流作为修正误差的气体质量流来求得。
此外气体质量流能够依赖于节气门的有效的开口横截面积、预定的气体常数以及在节气门上的气体质量流的入口侧的温度来求得。
根据另一个方面设置一种装置，尤其发动机控制设备，用于借助节气门模型求得经过具有内燃机的发动机***中的节气门的修正误差的气体质量流，其中构造该装置以用于：
- 借助节气门模型依赖于在节气门上的入口侧的和出口侧的压力的平均而得的压力值来求得气体质量流；
- 依赖于在出口侧的压力和入口侧的压力之间的压力比来求得校正量；
- 用所述校正量加载所求得的气体质量流，以便得到校正的气体质量流。
附图说明
下面根据附图进一步解释实施方式。附图中：
图1 为发动机***的示意图，该发动机***具有在空气导入***中布置的节流阀瓣以及具有废气导回阀的废气导回机构；
图2 为在发动机控制设备中施行的节气门模型的曲线的展示，所述节气门模型表明了关于在节气门上的出口侧的和入口侧的压力之间的压力比的流量；
图3 为用于图解说明用于求得校正的质量流的函数的框路图；并且
图4 为用于依赖于脉冲的压力比的脉冲幅值以及平均而得的压力比求得校正量的综合特性曲线。
具体实施方式
图1示出了具有内燃机2的发动机***1。该内燃机能够构造为汽油或者柴油发动机并且具有一定数量的（在本实施例中为4个）气缸3。气缸3设有（未表明的）进入阀和排出阀，通过其能够将空气吸到气缸3的燃烧室中或者说能够通过燃烧废气排放出去。通过空气导入***4将新鲜空气导入到内燃机2并且通过排气***5将燃烧废气导出。内燃机2在本身已知的四冲程运转中运行，从而仅仅阶段性地进行对空气的吸取和对燃烧废气的排出。
在空气导入***4中布置了节流阀瓣6，该节流阀瓣能够通过节气门位置传感器来调整。节流阀瓣6用来设定在内燃机2上要导入的新鲜空气的空气质量流。
废气导出***5通过废气导回管道8与位于节流阀瓣6和内燃机2之间的吸气管部段41相连接。在废气导回管道8中布置了废气导回阀81，以便设定导回的废气的质量流。
内燃机2借助发动机控制设备10依赖于发动机***1的状态参量来运行。这些状态参量能够作为测得的参量或者由测得的参量而建模的参量被提供。对此发动机控制设备10调整位置传感器例如节气门位置传感器、废气导回阀81以及诸如此类的装置。
为了运行内燃机2，必须调节节流阀瓣6和废气导回阀81以用于提供预定的质量流。这需要在发动机控制设备10中以空气导入以及导出***4、5的参数和状态参量为基础来对由节流阀瓣6或者说废气导回阀81调整的空气或者说废气质量流进行计算。
以下将节流阀瓣6和废气导回阀81以及另外的控制气体质量流的机构表示为节气门。借助节气门模型，流经节气门的气体质量流
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
能够依赖于贴靠在该节气门上的出口侧的压力
Figure 215328DEST_PATH_IMAGE002
和入口侧的压力
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
之间的压力比、入口侧的温度
Figure 194786DEST_PATH_IMAGE004
、入口侧的压力
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
、确定开口横截面积
Figure 36840DEST_PATH_IMAGE006
的节气门位置而根据下面的方程来确定：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
上述的方程的开根项对应于流量函数
Figure 494366DEST_PATH_IMAGE008
，其中
Figure 308738DEST_PATH_IMAGE009
对应于出口侧的压力
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
和入口侧的压力
Figure 193518DEST_PATH_IMAGE011
之间的压力比并且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
对应于平均而得的出口侧的压力
Figure 522868DEST_PATH_IMAGE013
和平均而得的入口侧的压力
Figure DEST_PATH_IMAGE014
之间的平均而得的压力比。
Figure 784085DEST_PATH_IMAGE015
对应于特定的气体常数，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE016
对应于各向同性或者绝热指数，该指数是依赖于气体的并且对于汽车应用被预定为1.4。
流量函数
Figure 515280DEST_PATH_IMAGE017
在图2中作为曲线K1来表明。该流量函数表现了流量
Figure 570961DEST_PATH_IMAGE018
并且在一个实施例中在临界的压力比
Figure 325291DEST_PATH_IMAGE019
≈0.53时达到它的最大值
Figure DEST_PATH_IMAGE020
≈0.48。对较低的压力比
Figure 124619DEST_PATH_IMAGE009
而言，流量再次降低到所述最大值
Figure 710321DEST_PATH_IMAGE020
以下。当入口侧的压力相对于出口侧的压力持续上升时，产生就压力比
Figure 140166DEST_PATH_IMAGE009
来说小的值。通过上述节气门模型而表现的就压力比
Figure 381791DEST_PATH_IMAGE009
<
Figure 742669DEST_PATH_IMAGE021
来说的流量的下降是非物理性的，并且在发动机控制设备中通常使用的节气门模型设置的是，在压力比
Figure 448457DEST_PATH_IMAGE009
小于临界的压力比
Figure 783623DEST_PATH_IMAGE019
≈0.53时流量
Figure 512545DEST_PATH_IMAGE020
≈0.48保持它的最大值。得出了发动机控制设备10中使用的流量函数
Figure DEST_PATH_IMAGE022
的走向，正如它在曲线K2中示出的一样。
在运行内燃机2时，通过进入和排出阀的阀门间隙在空气导入***4中和在废气导出***5中产生了脉冲。所述脉冲导致了节流阀瓣6或者说废气导回阀81的入口侧的和出口侧的脉冲的压力值。由于发动机控制设备10中的计算容量有限的缘故，节气门模型的计算以平均而得的压力值
Figure 653676DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 213971DEST_PATH_IMAGE014
为基础来实行。所述压力值尤其在一个脉冲周期内进行平均，该脉冲周期由内燃机2的转速n[转/分钟]作为720°/（60*n*气缸的数量）而得出。
由于流量函数
Figure 985618DEST_PATH_IMAGE023
的非线性的缘故，在关于在不用平均而得的压力值
Figure 998573DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 943395DEST_PATH_IMAGE025
计算流量
Figure DEST_PATH_IMAGE026
而在利用平均而得的压力值
Figure 358196DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 300744DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 800996DEST_PATH_IMAGE027
计算流量时会带来计算出的流量
Figure 221613DEST_PATH_IMAGE026
或者说气体质量流的误差。误差的产生在图2中根据示例以在0.8的平均的压力比
Figure 756499DEST_PATH_IMAGE027
周围的脉冲的压力比并且以0.15的压力比
Figure 932266DEST_PATH_IMAGE025
的脉冲幅值来表明。可看到建模的流量
Figure DEST_PATH_IMAGE028
的波动在0.2和0.45之间。由压力比
Figure 919813DEST_PATH_IMAGE025
的未经平均而得的走向而得出的流量
Figure 144121DEST_PATH_IMAGE028
的平均作为
Figure 267935DEST_PATH_IMAGE029
来表明。如果平均的压力比
Figure 552286DEST_PATH_IMAGE027
应用到该节气门模型上，那么就得出走向以虚线来表明的
Figure DEST_PATH_IMAGE030
。可看到由脉冲的压力比确定的平均而得的流量
Figure 89446DEST_PATH_IMAGE031
和由平均而得的压力比确定的流量
Figure 117445DEST_PATH_IMAGE030
之间的偏差。可看到，在脉冲的压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE032
的幅值增大时误差增大。
在图3中表明了用来展示用于由节气门模型以平均而得的压力值为基础而确定的气体质量流的校正的函数的框图。图3示出了用于经过节气门例如经过节流阀瓣6或者废气导回阀81的气体质量流的求取函数。就此对入口侧的压力值
Figure 423662DEST_PATH_IMAGE011
和出口侧的压力值
Figure 613335DEST_PATH_IMAGE010
进行检测或者建模并且导入到求平均函数21中。该求平均函数21将在一个脉冲周期内的对应的压力值
Figure 575474DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 203902DEST_PATH_IMAGE010
进行平均并且将平均而得的压力值
Figure 505570DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 928461DEST_PATH_IMAGE014
以及依赖于节气门的位置的有效的开口横截面积
Figure DEST_PATH_IMAGE034
如上所描述地导入到节气门模型的流量函数22中。
将如此求取的流量
Figure 377897DEST_PATH_IMAGE035
导入到乘法元件23，它的另一个输入参量对应于校正量
Figure DEST_PATH_IMAGE036
。得出了校正的流量
Figure 810015DEST_PATH_IMAGE037
。
校正量
Figure 762928DEST_PATH_IMAGE038
借助预先确定的综合特性曲线函数24依赖于平均而得的压力比
Figure 622300DEST_PATH_IMAGE027
以及未经平均的出口侧的压力
Figure 231135DEST_PATH_IMAGE010
和入口侧的压力的
Figure 466945DEST_PATH_IMAGE011
的压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE039
的脉冲的脉冲幅值
Figure 539943DEST_PATH_IMAGE040
来确定。该校正量
Figure 507899DEST_PATH_IMAGE038
尤其能够作为
Figure 666348DEST_PATH_IMAGE041
来求得。在幅值求取函数25中由入口侧的压力和出口侧的压力
Figure 377952DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 305457DEST_PATH_IMAGE010
的原始的压力值以常规的方式来求得脉冲幅值
Figure 444314DEST_PATH_IMAGE040
。
此外所述校正量还能够依赖于如下的参量中的任一个或者若干个来求得：脉冲频率（由气缸的数量和内燃机的转速而得出）、经过节气门的压差的压力幅值（总体上由实际填充量和/或喷射量而得出）、入口侧的压力
Figure 90059DEST_PATH_IMAGE011
的压力幅值、入口侧的压力
Figure 402092DEST_PATH_IMAGE042
、入口侧的温度
Figure DEST_PATH_IMAGE043
以及出口侧的温度。
在质量流计算函数27中，现在由求得的经校正的流量
Figure 449682DEST_PATH_IMAGE044
依赖于入口侧的温度
Figure DEST_PATH_IMAGE045
、入口侧的压力
Figure 821757DEST_PATH_IMAGE011
、由节气门的位置而确定的开口横截面积
Figure 892482DEST_PATH_IMAGE034
以及特定的气体常数
Figure 8205DEST_PATH_IMAGE046
按照上面描述的节气门模型来确定校正的气体质量流
Figure DEST_PATH_IMAGE047
：
Figure 972619DEST_PATH_IMAGE048
可替代地，上述的节气门方程也能够按照开口横截面积
Figure 515596DEST_PATH_IMAGE034
、入口侧的压力
Figure 808037DEST_PATH_IMAGE042
或者入口侧的温度
Figure 727451DEST_PATH_IMAGE043
这些参量中的任一个参量来变形，从而也能够实施在对应使用用于求得上述参量中的任一个的节气门方程时的校正。
在图4中示例地表明了用于以脉冲的压力比
Figure 421738DEST_PATH_IMAGE025
的脉冲幅值
Figure 73299DEST_PATH_IMAGE040
以及平均而得的压力比
Figure 180932DEST_PATH_IMAGE027
为基础求得校正量
Figure 576142DEST_PATH_IMAGE038
的综合特性曲线。作为结果得出校正的流量
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，将该流量对应于预定的节气门模型换算成校正的气体质量流
Figure 187252DEST_PATH_IMAGE047
。
在所描述的实施例中，校正量
Figure 337610DEST_PATH_IMAGE038
作为相乘地加载到流量上的校正量来求得。原则上，依赖于所提供的综合特性曲线函数24也可以考虑相加的校正量。

Claims (10)

1.用于借助预定的节气门模型求得经过具有内燃机（2）的发动机***（1）中的节气门的修正误差的气体质量流（
Figure DEST_PATH_IMAGE001
）的方法，具有如下步骤：
- 借助所述节气门模型依赖于在节气门（6，81）上的入口侧的和出口侧的压力的平均而得的压力值（
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
）来求得气体质量流（
Figure DEST_PATH_IMAGE004
）；
- 依赖于在出口侧的压力（
Figure DEST_PATH_IMAGE005
）和入口侧的压力（
Figure DEST_PATH_IMAGE006
）之间的压力比（
Figure DEST_PATH_IMAGE007
）来求得校正量（
Figure DEST_PATH_IMAGE008
）；
- 用所述校正量（
Figure 455746DEST_PATH_IMAGE008
）加载所求得的气体质量流（
Figure 700782DEST_PATH_IMAGE004
），以便消除在代替实际的脉冲的压力比（
Figure 480520DEST_PATH_IMAGE007
）而使用平均而得的压力比（
Figure DEST_PATH_IMAGE009
）时带来的误差，并得到经校正的气体质量流（
Figure 875729DEST_PATH_IMAGE001
）。
2.按照权利要求1所述的方法，其中所述校正量（
Figure 752418DEST_PATH_IMAGE008
）依赖于出口侧的压力（
Figure 574880DEST_PATH_IMAGE005
）和入口侧的压力（
Figure 841914DEST_PATH_IMAGE006
）之间的脉冲的压力比的脉冲幅值以及平均而得的压力比（
Figure DEST_PATH_IMAGE010
）来求得。
3.按照权利要求1所述的方法，其中所述校正量（
Figure 306393DEST_PATH_IMAGE008
）还依赖于如下的参量中的任一个或者若干个来求得：
- 入口侧的压力的脉冲幅值；
- 入口侧的压力（
Figure 99906DEST_PATH_IMAGE006
）；
- 出口侧的压力（
Figure 93269DEST_PATH_IMAGE005
）；
- 出口侧的压力（
Figure 847599DEST_PATH_IMAGE005
）和入口侧的压力（
Figure 584611DEST_PATH_IMAGE006
）之间的压力比；
- 脉冲频率；
- 经过节气门的压差的压力幅值；
- 入口侧的温度（
Figure DEST_PATH_IMAGE011
）；以及
- 出口侧的温度。
4.按照权利要求1所述的方法，其中所述校正量（
Figure 107996DEST_PATH_IMAGE008
）从预定的综合特性曲线中求得。
5.按照权利要求1所述的方法，其中校正的气体质量流通过与所述校正量（
Figure 537840DEST_PATH_IMAGE008
）的相乘或相加来求得。
6.按照权利要求1所述的方法，其中作为所述修正误差的气体质量流（
Figure 779466DEST_PATH_IMAGE001
）求得经过内燃机（2）的空气导入***中的节流阀瓣（6）的空气质量流或者经过废气导回阀（81）由废气导出***（5）导回到空气导入***（4）中的燃烧废气的废气质量流。
7.按照权利要求1所述的方法，其中所述气体质量流依赖于节气门（6，81）的有效的开口横截面积、预定的气体常数以及在节气门（6，81）上的气体质量流的入口侧的温度（
Figure 382485DEST_PATH_IMAGE011
）来求得。
8.用于借助节气门模型求得经过具有内燃机（2）的发动机***（1）中的节气门（6，81）的修正误差的气体质量流（
Figure 25956DEST_PATH_IMAGE001
）的装置，其中所述装置被构造用于：
- 借助所述节气门模型依赖于在节气门（6，81）上的入口侧的和出口侧的压力的平均而得的压力值（
Figure 361123DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 90044DEST_PATH_IMAGE003
）来求得气体质量流（
Figure 231176DEST_PATH_IMAGE004
）；
- 依赖于在出口侧的压力（
Figure DEST_PATH_IMAGE012
）和入口侧的压力（
Figure DEST_PATH_IMAGE013
）之间的压力比来求得校正量；
- 用所述校正量（
Figure 729153DEST_PATH_IMAGE008
）加载所求得的气体质量流（
Figure 500800DEST_PATH_IMAGE004
），以便消除在代替实际的脉冲的压力比（
Figure 779335DEST_PATH_IMAGE007
）而使用平均而得的压力比（
Figure 661840DEST_PATH_IMAGE009
）时带来的误差，并得到校正的气体质量流（
Figure 14324DEST_PATH_IMAGE001
）。
9.按照权利要求8所述的装置，其中所述装置是发动机控制设备。
10.机器可读的存储介质，在所述存储介质上储存一种计算机程序，所述计算机程序在其于在数据处理装置中执行时被设立来执行按照权利要求1至7中的任一项所述的方法的所有步骤。
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