CN108691677A - 用于确定在内燃机中的气体***量的方法和设备 - Google Patents

用于确定在内燃机中的气体***量的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于根据所估计的气体***量（）来运行内燃机（2）的方法，其中，在内燃机（2）的气体引导***中利用以下步骤确定所述所估计的气体***量（）：根据高的采样频率来提供实际‑气体***量（）；在考虑所述实际‑气体***量（）的情况下，执行对质量流或者焓流的平衡，以便获得质量流或者焓流（）；根据冗余地所确定的、另外的气体***量（）来校正所述质量流或者焓流（），利用低的采样频率来提供所述另外的气体***量；根据所述所校正的质量流或者焓流（）来加权所述所提供的实际‑气体***量（），以便获得所述所估计的气体***量（）；根据所述所估计的气体***量（）来运行所述内燃机（2）。

Description

用于确定在内燃机中的气体***量的方法和设备
技术领域
本发明涉及具有废气再循环装置的内燃机，并且尤其是涉及用于确定气体***量（例如，回引的实际-质量流）的方法。
背景技术
对于内燃机的运行来说，对在内燃机的气体引导***中的气体***量（例如，质量流或者压力）的认识是必需的。例如，就具有废气再循环装置的内燃机而言，需要对于通过废气再循环导管的实际-AGR-质量流（AGR：废气再循环装置）的说明，以便能够精确地确定在内燃机的气缸中的、惰性的废气的份额。传统的测量方法或者模型基于受强烈干扰的测量值，使得对气体***量的、简单的测量通常是相对不精确的。
因此，通常所建模的、对气体***量的说明被冗余地确定。例如，实际-AGR-质量流通过质量流平衡被确定并且借助卡尔曼-滤波器方法被估计，所述质量流平衡在废气再循环导管的混合位置处并且在通过节流等式所建模的AGR-质量流处进行。这样，对实际-AGR-质量流的、更稳健的说明能够被用于调节废气再循环装置。所平衡的AGR-质量流由发动机质量流和节气门质量流得出，而对通过节流等式所估计的质量流的确定基于下述信息，所述信息关于在AGR-导管的混合位置处的压力、关于废气背压、关于废气温度并且关于AGR-阀的有效的横截面积。
文献DE 60 002 238 T2描述了一种用于计算在涡轮增压的柴油发动机的压缩机中的空气流量的方法，所述柴油发动机具有废气再循环***，所述废气再循环***具有阀，所述阀使发动机的进气歧管与排气歧管连接，其中，所述方法具有下述步骤：测量进气压力值；测量排气压力值；确定第一值，所述第一值表明废气再循环-阀的位置；确定第一温度值，所述第一温度值表明流过废气再循环***的废气的温度；测量第二温度值，所述第二温度值表明进入到发动机的进气歧管中的增压空气（Luftladung）的温度；计算废气再循环-流量值并且计算压缩机-空气流量值，所述废气再循环-流量值作为所测量的量的函数，所述压缩机-空气流量值作为这个废气再循环-流量值和这个第二温度值的的函数，其中，将这个压缩机-空气流量值用于控制这个废气再循环-阀的位置。
文献DE102 42 234 B4公开了一种用于确定用于内燃机的废气再循环量的方法，所述内燃机具有废气再循环装置，其中，从新鲜气体温度中、从新鲜气体量和/或空气消耗中确定废气温度的废气再循环量，并且通过新鲜气体温度模型来确定新鲜气体温度，其中，新鲜气体温度模型自适应地被实施，并且包括基础模型和校正模型，所述基础模型用于确定用于基础温度变化的基础值，所述校正模型用于借助其输出量来校正基础值，当存在对于新鲜气体温度来说重要的量的值与这些量的基准值的偏差时。
发明内容
根据本发明，设置了根据权利要求1的、用于确定在内燃机的气体引导***中的气体***量的方法，以及根据并列的权利要求的设备和发动机***。
在从属权利要求中说明了其它的方案。
根据一个方面，设置了用于确定在内燃机的气体引导***中的、所估计的气体***量的方法，所述方法具有以下步骤：
- 根据高的采样频率提供实际-气体***量；
- 在考虑实际-气体***量的情况下，执行对质量流或者焓流的平衡，以便获得质量流或者焓流；
- 根据冗余地所确定的、另外的气体***量来校正所述质量流或者焓流，利用低的采样频率来提供所述气体***量；
- 根据所述所校正的质量流或者焓流来加权所述所提供的实际-气体***量，以便获得所述所估计的气体***量。
尤其地，通过根据所校正的质量流或者焓流将卡尔曼-滤波器应用于所提供的实际-气体***量能够来执行所述加权，以便获得所估计的气体***量。
就迄今的、对气体***量的确定的问题在于，以不同的采样频率来检测压力、温度以及类似物的测量信号，所述测量信号用作用于气体***量的建模的基础。传统地，这要求：将以较高的采样频率所检测的测量信号适配于以较低的采样频率所检测的测量信号的相位。这是必需的，以便例如不导致不希望的、调节的行为，所述调节基于对所建模的气体***量的说明。在这里，以高的和低的采样频率进行检测意味着，在以较高的采样频率对***量的检测之间的时间间隔比在以较低的采样频率对***量的检测之间的时间间隔要短。
然而，对以较低的采样频率所采样的测量信号的相位的适配会损害动态的调节质量，并且过晚地识别出在发动机***中的反应。
此外，迄今为止，因而仅仅能够不足地考虑到体积对气体***量的、动态的影响。
现在，上述方法设置了，参照以高的采样频率所检测的测量信号来计算实际-气体***量，例如借助节流方程。因此，对动态快速的实际-气体***量的说明是可用的，所述实际-气体***量能够被用于调节控制量，该控制量用于执行器（Stellgeber），该执行器用于尤其是节气门或者AGR-阀的气体引导***。因此，例如不必延迟对节气门的调整（stellen），以便将它适配于节气门质量流的、较慢的相位。
此外，实现了，在静态的情况下，所建模的实际-气体***量和对应的、冗余的、对气体***量的说明一致，所述气体***量基于以较低的采样频率的测量被检测或者确定。为此，使用了观察器结构，所述观察器结构确保了，静态确定的气体***量与所测量的或者所建模的实际-气体***量一致。由此，能够确定动态方面更好的并且更可靠的、用于气体***量的信号，从而能够更稳健地实施基于此的调节。
作为示例，能够参照测量信号，借助节流方程来计算实际-AGR-质量流，并且随后确定通过节气门的实际-节气门质量流，所述测量信号以高的采样频率被检测。因此，实际-节气门质量流是可用的，所述实际-节气门质量流在动态上更快并且独立于当前借助节流方程所计算出的节气门质量流。因而，例如在调节时不必延迟对节气门的调整，以便使它适配于以较低的采样频率所确定的节气门质量流的、更慢的相位。然而，为了在静态的情况下使（如上所述）所确定的实际-节气门质量流进一步地与例如借助空气质量测量计（以较低的采样频率）冗余地所测量的新鲜空气质量流一致，为此使用了观察器结构，所述观察器结构确保了，在静态的情况下（以较高的采样频率所确定的）所检测或者所建模的实际-节气门质量流与（以较低的采样频率）所测量的质量流一致。由此，能够在气体引导***中确定动态方面更好的并且更可靠的、用于质量流的信号。
基本的问题在于，由于缺少信息不能够考虑到通过动态的质量平衡的体积，所述信息关于在那里主导的气体温度。上述的方法通过以下方式来绕开这个问题：替代动态的质量平衡地，使用基于动态的焓-存储模型的平衡。这实现了更精确的估计，并且能够用于避免由于缺少温度信息而导致的简化和假设。
此外，在所述校正之前，动态地适配、尤其是低通滤波所述质量流或者焓流，并且通过考虑预先给定的死时间来修改所述质量流或者焓流，使得所述质量流或者焓流在另外的气体***量的相位中。
能够设置，实际-气体***量和所估计的气体***量对应于AGR-质量流或者节气门质量流，所述AGR-质量流通过内燃机的废气再循环导管，所述节气门质量流通过内燃机的节气门。
根据另外的实施方式，能够动态地考虑到在发动机进气口之前的体积的存储效应，以便获得动态上更可靠的、对实际-AGR-质量流的说明。换句话说，计算节气门的“动态的替代质量流”，所述动态的替代质量流在考虑到存储效应的情况下是更可靠的。
尤其地，所述另外的气体***量能够对应于通过所述节气门的空气质量流，所述气体***量尤其是由空气质量测量计在气体引导***的空气供应***的输入侧上测量出。
此外，通过与冗余地所确定的、另外的气体***量的相减，并且尤其是通过随后的低通滤波，以及通过与焓流相加，能够执行对焓流的校正。
根据一种实施方式，能够测量所述实际-气体***量，或者能够借助节流方程来确定所述实际-气体***量。
此外，能够借助取决于压力变化过程和体积的气体方程来确定焓流。
根据一种实施方式，能够将另外的卡尔曼-滤波器应用于所估计的气体***量，以便获得所估计的***状态量，其中，根据所估计的***状态量来运行所述内燃机。
根据另一个方面，设置了用于根据所估计的气体***量来运行内燃机的设备，其中，所述设备被构造用于，在内燃机的气体引导***中确定所述所估计的气体***量，其方式为：
- 根据高的采样频率来确定实际-气体***量；
- 在考虑所述实际-气体***量的情况下，执行对质量流或者焓流的平衡，以便获得质量流或者焓流；
- 根据冗余地所确定的、另外的气体***量来校正所述质量流或者焓流，利用低的采样频率来提供所述气体***量；
- 根据所校正的质量流或者焓流来校正所提供的实际-气体***量，以便获得所述所估计的气体***量；以及
- 根据所估计的气体***量来运行所述内燃机。
根据另一个方面，设置了发动机***，所述发动机***具有内燃机和上述的设备。
根据另一个方面，设置了计算机程序，所述计算机程序被设置用于，执行上述的方法的所有步骤。
附图说明
下面，参照所附上的附图更详细地阐述了实施方式。附图示出：
图1具有废气再循环装置的发动机***的、示意性的视图；以及
图2用于说明用于确定实际-AGR-质量流的函数的函数图表。
具体实施方式
图1示出具有内燃机2的发动机***1的、示意性的视图，所述内燃机以往复式活塞-内燃机的形式被构造，所述往复式活塞-内燃机具有多个（在所示出的实施例中为四个）气缸3。内燃机与气体引导***连接，所述气体引导***具有空气供应***4和排气***5。经由空气供应***4将空气供应至内燃机2，并且将废气经由排气***5导出。
设置了增压装置6，所述增压装置在排气***5中具有涡轮机61并且在空气供应***4中具有压缩机62。涡轮机与压缩机62机械连接，使得在涡轮机中61所转化的、燃烧废气的废气焓能够被用于驱动压缩机62。然后，压缩机62从周围环境中吸入新鲜空气，并且能够为这些新鲜空气在升高的压力的情况下在空气供应***4的增压压力部段41中在压缩机的下游提供增压压力（Ladedruck）。在压缩机62的下游布置有节气门7，所述节气门的、有效的横截面积是能够调整的，以便能够调整新鲜空气质量流，所述新鲜空气质量流被供应至内燃机2。
设置了废气再循环导管8，所述废气再循环导管将排气***5的、在内燃机2和涡轮机61之间的部分与空气供应***4的、在节气门7和内燃机2之间的部分连接。在废气再循环导管8中，设置了废气冷却器81和AGR-阀82。AGR-阀82是能够调整的，以便能够调整所回引的废气的量。
设置了控制装置10，所述控制装置对应于额定-预先给定值V（例如驾驶员期望的力矩或者类似物）地控制内燃机2的运行。为此，控制装置10包括***状态量，或者根据预先给定的***模型对这些***状态量进行建模。例如，控制装置检测转速、进气管压力p22以及节气门7和AGR-阀82的阀位置，并且因而确定了用于操控内燃机2的控制量。例如，对应于预先给定的运行模型地操控节气门7以用于提供发动机力矩，所述发动机力矩由预先给定量V预先给定，并且对应于AGR-调节地如此调整AGR-阀82，从而调整通过模型所发展出的、有利的AGR-率，所述AGR-率说明在引入到气缸中的新鲜空气和惰性的燃烧废气之间的比例。
为了确定用于调整内燃机的执行器的控制量，对通过废气再循环导管8的实际-AGR-质量流的认识作为气体***量的示例是必需的。为了确定实际-AGR-质量流，在控制装置10中实施函数，所述函数通过图2的函数表被更详细地说明。
设置了节流模型块31，在所述节流模型块中为AGR-阀82假设有效的流动横截面aAGR、上游的压力p3、废气温度T3和下游的压力，所述上游的压力对应于在内燃机2的输出端处的废气背压，所述废气温度对应于在AGR-阀之前的、燃烧废气的温度，所述下游的压力对应于进气管压力p22。对应于节流方程地，节流模型块31确定流过AGR-阀82的实际-AGR-质量流。
此外，对应于下述公式地，在观察器块32中确定通过节气门7的焓流。为此，在焓流-模型快32中，提供进气管压力p22的导数、进入至气缸3中的焓流以及实际-AGR-质量流。在进气管部段42的体积V22中的焓变化如下：
其中，对应于在进气管部段42中的焓的变化，R对应于气体常数，k对应于等熵指数，并且c对应于流过的气体的比热容，并且。
进入气缸3中的发动机-焓流也能够从内燃机2的转速和气缸3的排量中被确定。
由此，对应地获得通过节气门7的、所预测的节气门-焓流。
随后，所预测的节气门-焓流在死时间-过滤块和PT1-过滤块33中对应于预先给定的参数地在时间上被延迟，并且配设有死时间，使得这在通过节气门7的新鲜空气质量流的相位中，所述新鲜空气质量流以较低的采样频率来确定。新鲜空气焓流以较低的采样频率由例如空气质量测量计在空气供应***4的输入侧上进行测量。
能够将上述的方法扩展到通过低压-废气再循环装置的ND-AGR-质量流的计算上，其中，考虑到，节气门质量流由借助空气质量测量计所测量的质量流与ND-AGR-质量流的质量流平衡得出。
在差分机构（Differenzglied）34中，形成在以较低的采样频率所确定的新鲜空气质量流和在时间上延迟的、所预测的节气门-焓流之间的差值。在求和机构35中，将结果与所述节气门-焓流相加。
附加地，所确定的差值能够在低通滤波器36中被低通滤波，所述低通滤波器例如能够被构造为PT1-机构。低通滤波器36用于，衰减先前所计算的差值的伪迹（Artefakte）和跳跃（Sprünge）。
在求和机构35中的求和的结果对应于所校正的节气门-焓流，并且与发动机-焓流和在进气管部段42中的焓变化以及所建模的实际-AGR-质量流一起被卡尔曼-滤波器过滤，并且被计算用于进气管部段42的体积V22。
存储效应经由在体积V22中的压力p22的梯度信息进入到在估计器中。估计器的输出是实际-AGR-质量流和在内燃机2中的质量流或者体积流，它们根据所述量的、预先给定的方差而被估计。用于第一卡尔曼-滤波器37的估计方程如下：
然而，估计能够被任意地扩展到节气门质量流和进气管压力上。
然后，在第二卡尔曼-滤波器38中，根据预先给定的、用于各个量的方差，基于估计地将差值分布到体积V22和废气背压P3之内，所述第二卡尔曼-滤波器被布置在第一卡尔曼-滤波器37的后方，所述差值为所建模的实际-AGR-质量流和所估计的实际AGR-质量流的差值，所述体积在有效的开口横截面-阀面积aAGR上。在此，输出是所估计的、有效的开口横截面aAGR和废气背压P3。

Claims (13)

1.用于根据所估计的气体***量（）来运行内燃机（2）的方法，其中，在内燃机（2）的气体引导***中利用以下步骤确定所述所估计的气体***量（）：
- 根据高的采样频率来提供实际-气体***量（）；
- 在考虑所述实际-气体***量（）的情况下，执行对质量流或者焓流的平衡，以便获得质量流或者焓流（）；
- 根据冗余地所确定的、另外的气体***量（）来校正所述质量流或者焓流（），利用低的采样频率来提供所述另外的气体***量；
- 根据所述所校正的质量流或者焓流（）来加权所述所提供的实际-气体***量（），以便获得所述所估计的气体***量（）；
- 根据所述所估计的气体***量（）来运行所述内燃机（2）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述校正之前，动态地适配、尤其是低通滤波所述质量流或者焓流（），并且通过考虑预先给定的死时间来修改所述质量流或者焓流（）。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，通过根据所校正的质量流或者焓流（）将卡尔曼-滤波器应用于所述所提供的实际-气体***量（）来执行所述加权，以便获得所述所估计的气体***量（）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述实际-气体***量（）和所述所估计的气体***量（）对应于AGR-质量流或者节气门质量流，所述AGR-质量流通过所述内燃机（2）的废气再循环导管（8），所述节气门质量流通过所述内燃机（2）的节气门（7）。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述另外的气体***量（）对应于通过所述节气门（7）的空气质量流，其尤其是由空气质量测量计在所述气体引导***的空气供应***（4）的输入侧上测量出。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，通过与所述冗余地所确定的、另外的气体***量（）的相减，并且尤其是通过随后的低通滤波，以及通过与所述质量流或者焓流（）相加，来执行对所述质量流或者焓流（）的所述校正。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，测量所述实际-气体***量（），或者借助节流方程来确定所述实际-气体***量（）。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，借助取决于压力变化过程和体积（V22）的气体方程来确定所述质量流或者焓流（）。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，具有另外的步骤：
- 将另外的卡尔曼-滤波器（38）应用于所述所估计的气体***量（），以便获得所估计的***状态量（）；并且
- 根据所述所估计的***状态量来运行所述内燃机（2）。
10.用于根据所估计的气体***量（）来运行内燃机（2）的设备，其中，所述设备被构造用于，在内燃机（2）的气体引导***中确定所述所估计的气体***量（），其方式为：
- 根据高的采样频率来确定实际-气体***量（）；
- 在考虑所述实际-气体***量（）的情况下，执行对质量流或者焓流的平衡，以便获得质量流或者焓流（）；
- 根据冗余地所确定的、另外的气体***量（）来校正所述质量流或者焓流（），利用低的采样频率来提供所述另外的气体***量；
- 根据所述所校正的质量流或者焓流（）来校正所述所提供的实际-气体***量（），以便获得所述所估计的气体***量（）；以及
- 根据所述所估计的气体***量（）来运行所述内燃机（2）。
11.发动机***（1），具有内燃机（2）和根据权利要求10所述的设备。
12.计算机程序，所述计算机程序被设置用于，执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。
13.机器能够读取的存储介质，在所述存储介质上存储了根据权利要求12所述的计算机程序。
CN201810314324.0A 2017-04-05 2018-04-08 用于确定在内燃机中的气体***量的方法和设备 Active CN108691677B (zh)

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