CN1367863A - 运行内燃机、特别是汽车内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

在此描述了一种运行内燃机(1)、尤其是汽车内燃机的方法。其中,空气和燃油的混合物由油箱通过活性炭过滤器和油箱排气阀(2)输入至燃烧室。油箱排气阀(2)根据油箱气体析出模型(10)和/或活性炭过滤器模型(10)被控制和/或调节。

Description

运行内燃机、特别是汽车内燃机的方法

技术水平

本发明涉及的是内燃机、尤其是汽车内燃机的运行方法，其中，空气和燃油的混合物从油箱通过一个活性炭过滤器和一个油箱排气(Tankentlueftung)阀输送至燃烧室。本发明同时也涉及内燃机的控制装置和特别是用于汽车的内燃机。

在装有汽油发动机的汽车上由于燃油箱内的燃油温度、燃油种类和环境压力会产生不同量的燃油蒸汽。这些燃油蒸汽在目前的汽油喷射发动机上先由一个活性炭过滤器收集，然后在为此所设的油箱排气阶段中通过一个可电控的油箱排气阀混入被吸入发动机的空气流中。

具有这种功能的油箱排气主要有下列任务，使整个燃烧混合物保持所期望的油性度，并尽可能不受活性炭过滤器碳氢化合物饱和度的影响。对此，喷入的燃油量在油箱排气阀开启时应相应减少。

出于平衡通过油箱排气阀当前气体质量流和发动机所需的燃油流以及当前的λ值和由λ值调节器已经进行的混合物修正，再生气体流(Regeneriergasstrom)的当前的碳氢化合物浓度、也被称为吸附浓度(Beladung)、可以被适配，而且喷入的燃油量可根据当前的碳氢化合物浓度进行修正或者控制和/或者调节。再生气流的碳氢化合物浓度的适配不能任意快速地实现，因为在各个喷射阀和λ-值传感器之间的距离的延迟时间在排气流中限制了最大的适配速度。

在适配过程中当前的再生气流的碳氢化合物浓度长时间发生变化，直至λ-值调节器达到其中性值λ＝1为止，或者说直到混合物偏差为零为止。

在实践中，物理的碳氢化合物浓度变化是不连续的。尤其是当活性炭过滤没有足够的缓冲而且再生气体质量流比如在再生间歇之后快速变化时，产生浓度值的跳跃。在此情况下，必须用跳跃的暂时的化学计量学的空气-燃油比值的偏差，即λ＝1的值来计算。

本发明的任务是找到一种内燃机的运行方法，该方法可考虑当再生气体质量流快速变化时出现的突变情况。

这个任务在该开始提及的方法中按照本发明是这样解决的：油箱排气阀根据油箱气体析出(Tankausgasung)模型被控制和/或者调节。

同样，这个任务在本发明所述的方法中按照本发明也可这样解决：油箱排气阀根据活性炭过滤器模型被控制和/或者调节。

此外，这个任务可用一个控制装置或开始提及的类型的内燃机以相应的方式来解决。

在修正喷油量修正值计算的调节中，对于在再生气流中当前的碳氢化合物成分的考虑设置了一个在油箱中适配碳氢化合物气体产物的油箱气体析出模型和/或者一个活性炭过滤器的模型，以便利用油箱气体析出模型和/或者活性炭过滤器模型预测碳氢化合物在油箱排气阀处的浓度，以及根据该浓度预测值即使在再生间歇之后快速准确地得出修正值，以便在动态的发动机运行中减少λ-值偏差到这种程度，使得这种偏差即使是敏感的驾驶员也觉察不到。

以一种控制元件的形式来实现本发明的方法是特别有意义的，该控制元件被设置用于内燃机、尤其是车用内燃机的控制装置。在此控制元件上存储有一个程序，该程序可在一个计算装置、特别是在一个微处理器上运行并且适合于执行本发明的方法。在此情况下，本发明通过在该控制元件上存储的程序而实现，以致于这个设有程序的控制元件用与该方法同样的方式描述了本发明，该程序适合于执行所述方法。作为控制元件尤其可采用电存储介质，例如一个只读存储器或一个闪速存储器。

本发明的其它特征、应用可能性和优点可由以下的说明和实施例来说明，见附图所示。所有说明或示出的特征本身或任意的组合构成了本发明的技术方案，与权利要求书中的概括或回引无关，与它们在说明书及附图中的表达和图示方式无关。

图1以一种功能块的形式示意性地表示了上述带有油箱排气装置、实施调节方法的***的优选实施例的概况，

图2示出了包含有油箱气体析出模型和活性炭过滤器模型的图1中功能块10的示意性功能块，。

图3示意性示出了用于计算活性炭过滤器模型的体积流模型。

实施例说明了本发明控制和/或调节方法，例如用于直喷式汽车用汽油发动机，该方法显示了活性炭过滤器与油箱气体析出模型的组合。

在图1中示意示出的***概况中，一台汽油发动机1由喷射阀(未示出)喷入使用本发明的调节方法所求得的喷射量rk，该喷射量作为预控制rlp、额定λ值(lamsbg)、一个与汽油机1排气管6中的λ值传感器7相连的λ值调节器8的输出参数fr以及油箱排气***9的修正值项rkte的函数来计算。在一个由汽油箱(未示出)导送经过一个活性炭过滤器(同样未示出)的管中设置了一个电控的油箱通气阀(TEV)2，它可在油箱排气阶段被施加上一个信号tateout。通过TEV2的再生气流在一个节气阀下游与进气管4中汽油发动机1吸入的空气流混合。此外，在废气再循环管5中设置了一个废气再循环阀3。

在油箱排气***9中，方框11计算所需扫气流(Spuelstrom)，它以信号mstesoll的形式被输入框12，该框计算出油箱排气阶段油箱排气阀2所需的信号tateout的占空因数并将该信号tateout输出至TEV2。

由油箱排气***9输出的修正项rkte用于修正和调节喷入的燃油量rk，该修正项在功能方框13中由TEV 2的实际质量流mste和当前的碳氢化合物浓度或再生气体流的吸附浓度ftead计算出来。

在功能块13中修正项rkte的计算适用：

rkte＝mste/(nmot×KUMSRL)×ftead

其中：mste为TEV实际质量流

ffead为再生气体的碳氢化合物浓度，取值范围为(0...30)

nmot为发动机转速，和

KUMSRL空气质量到相对进气的换算常数

在功能功能块10中表示了按本发明设置的油箱气体析出模型102以及活性炭过滤器模型103的功能，如同以下根据图2所详细解释的。

功能块10的输入参数是一个用fkakormt表示的、λ调节值frm和λ实际值(lamsoni)相对于λ额定值(lamsons)的λ偏差的乘积。

图2表示了功能块10的详细内容，它构成了再生气体的碳氢化合物浓度的一个“观察者”并且作为重要的部分具有油箱气体析出模型102和活性炭过滤器模型103，油箱气体析出模型起着油箱中碳氢化合物气体产物的适配作用，而活性炭过滤器模型103模型般地模拟活性炭过滤器的特征。

首先由以前所述的计算出的输入参数fkakormt在一个构成积分器的功能块101中进行快速的碳氢化合物浓度偏差的适配并输出相应的适配值dkhc。

由油箱气体析出模型102、活性炭过滤器模型103和延时单元104构成的分支产生一个用于在TEV2上期望的碳氢化合物浓度的预测值khctev。在此，延时单元104将活性炭过滤器模型的预测值khcakf延迟一个从活性炭过滤器至油箱排气阀2的气体传输时间。延迟的预测值khctev与在积分器块101产生的碳氢化合物浓度的快速适配值dkhc结合成为说明功能块10输出值的吸附浓度ftead，即再生气体的碳氢化合物浓度，这可由以下公式进行：

ftead＝FUMRBRK×khcobs和khcobs＝dkhc+khctev

其中：

FUMRBRK(换算系数)＝30

khctev为来自活性炭过滤器模型103的碳氢化合物浓度，和

dkhc需要的确定的混合物修正。

因此，功能块10的输出值ftead是0～1范围的碳氢化合物浓度与换算系数FUMRBRK＝30的乘积。khcobs由快速适配值dkhc与延迟节104的输出值khctev之和计算出。特别是，预测在TEV2上的再生气体流的碳氢化合物浓度的功能块10的工作原理如下：

物理的碳氢化合物浓度与在油箱排气功能中计算的碳氢化合物浓度ftead之间的当前偏差使得混合物修正系数fkakormt≠1.0

比如，如果ftead太小，那么fkakormt＜1.0，因为通过TEV2的碳氢化合物量考虑的太少。那么dkhc提高。通过适配气体析出的油箱气体析出模型102的集成功能，其输出参数mkausg在dkhc为正值时提高。这使得活性炭过滤器模型103的输出参数khcakf和其后由延迟节104延迟的值khctev在相同的扫气流时也提高。被考虑用于在功能块13中计算喷射修正项rkte的功能块10输出参数ftead这样增大，直至达到真正的碳氢化合物浓度值为止。

借助于本发明的方法可以预测碳氢化合物浓度的变化。可以说，存在有碳氢化合物浓度的预控制。由此可使得在油箱排气期间的λ值误差大大减小。

活性炭过滤器模型103的功能导致如下的结果：比如，当在较长的扫气间歇之后，油箱排气装置再重新控制TEV2，喷射时间从开始便明显的比没有活性炭过滤器模型时大大减少。假如不建立活性炭过滤器模型，那么在此情况下可发现一定的λ偏差。

以下参照图3说明了活性炭过滤器模型103的一个实施例。在此，图3描述了活性炭过滤器的一个体积流模型。

活性炭过滤器模型103的输入参数是：

-由TEV2吸入的质量流mste

-气体析出质量流mkausg

输出参数是活性炭过滤器输出端的碳氢化合物浓度khcakf。

对于图3所示的活性炭过滤器的体积流模型，可用下列说明来标注和换算：

由油箱的燃油蒸汽流的体积流mkausg/(ro_Kr*ftho)

在TEV处的空气质量流的体积流：

                  mste/(ro_Lu*ftho)

未缓冲的TEV从右向左的体积流：

                  mkugep/(ro_Kr*ftho)

在炭(Kohle)中右室的体积流：

                  mkgepu/(ro_Kr*ftho)

由炭左室的体积流(碳氢化合物+空气)vgeste

ro_Kr：在0℃和1013mbar时的标准密度的燃油蒸汽

ro_Lu：在0℃和1013mbar时的标准密度的空气

ftho：温度和密度补偿系数

那么则有：ro_Kr＝2*ro_Lu

活性炭过滤器被分成一个炭半体和一个空气半体。空气半体又分为一个右半体(从油箱出来的入口)和一个左半体(向TEV的流出)。

右腔体积流平衡式：

从油箱流出的燃油蒸汽有一部分直接向TEV 2方向吸出(mkugep)。另一部分(mkgepu)将首先由炭吸附并提高该处的碳氢化合物的浓度。

如果考虑到，“mkugep/ro_Kr_norm*ftho”不允许大于“mste/ftho”，那么右侧的体积流平衡可列为：

计算：mkugep $\frac{\mathrm{mkugep}}{\mathrm{ro}\_\mathrm{Kr}\_\mathrm{norm}*\mathrm{ftho}}=\mathrm{MIN}(\frac{\mathrm{mste}}{\mathrm{ftho}},\frac{\mathrm{mkausg}}{2*\mathrm{ftho}}*[1-\mathrm{fakpuf}\left]\right)$

计算：mkgepu $\frac{\mathrm{mkgepu}}{\mathrm{ro}\_\mathrm{Kr}\_\mathrm{norm}*\mathrm{ftho}}=\frac{\mathrm{mkausg}}{\mathrm{ro}\_\mathrm{Kr}\_\mathrm{norm}*\mathrm{ftho}}-\frac{\mathrm{mkugep}}{\mathrm{ro}\_\mathrm{Kr}\_\mathrm{norm}*\mathrm{ftho}}$

左室体积流平衡式 $\mathrm{vgeste}=\frac{\mathrm{mste}}{\mathrm{ro}\_\mathrm{Lu}\_\mathrm{norm}*\mathrm{ftho}}-\frac{\mathrm{mkugep}}{\mathrm{ro}\_\mathrm{Kr}\_\mathrm{norm}*\mathrm{ftho}}$

说明：在mste中考虑密度ro_Lu_norm，因为mste与空气有关。

来自炭的燃油蒸汽扫气质量流(mksp)：

扫气体积流vgeste由空气和燃油蒸汽组成，而感兴趣的只是燃油蒸汽流mksp，但首先必须考虑整个的体积流：

vgeste＝vlste+vkste

(整个的粒子流＝空气流+燃油蒸汽流比例部分)说明：如下所述，要区分燃油质量流的比例部分和解吸部分。

解吸部分也可变为负的(KAKFAD有负值)。

vlste＝(1-khcch)*vgeste

(空气体积流取决于炭的吸附浓度)。

vkste＝khcch*vgeste

(比例燃油体积流取决于炭的吸附浓度)。

解吸方程式：

mksp＝f[vkste+KAKFAD(vgeste)*vlste*khcch]

               ^^

          |     |

      比例部分 解吸部分

      燃油平衡 炭/损失-燃油：

mkcakfh＝mkgepu-mksp

(由炭吸收的HC-质量流＝流进的质量流-流出的质量流)

当活性炭过滤器溢流时的损失：

如果活性炭过滤器满了，那么mkcakfh＝0。

差值被作为碳氢化合物损失：mkverlte。

与迄今的方案相反，在活性炭过滤器输出端的碳氢化合物浓度变化是可以预测的。对此提供了一个用于碳氢化合物浓度的预控制。在油箱排气期间，λ误差明显变小。在汽油直接喷射时则可大大避免实际扭矩和驾驶员所期望的扭矩之间的偏差。

缓冲度和存储能力及活性炭的解吸亲和性是使用参数。由此该模型可适合于所有通常的活性炭过滤器。

如果事先测得发动机的空气质量和计算出一个基础的喷射时间，在本发明调节方法中使用的活性炭过滤器模型的作用在低转速值和活性炭过滤器满负荷时在油箱排气阶段中通过观察喷射时间和TEV 2的占空因数tateout例如借助于一个示波器可被观察。实际的喷射时间与计算出的喷射时间的偏差是用活性炭过滤器模型修正油箱排气的一个尺度。通过油箱排气阀的质量流被测得。在控制装置中被适配的吸附浓度现在是质量流和喷射减少的比例系数。按本发明的方法，该比例系数必须在正的负荷跃变时变小。

通过观察喷射时间和在TEV 2上的占空因数可得到的上述活性炭过滤器功能的效果证明尤其可在具有一个不缓冲的活性炭过滤器的汽车上实施。

Claims (13)

1.运行内燃机(1)、尤其是汽车内燃机的方法，其中，空气和燃油的混合物从一个油箱通过一个活性炭过滤器并且通过一个油箱排气阀(2)被送入燃烧室，其特征在于，油箱排气阀(2)根据油箱气体析出模型(10，102)被控制和/或调节。

2.按权利要求1的方法，其特征在于，由偏差(fkakormt)求出对于所希望的油箱排气阀(2)处的碳氢化合物浓度的预测值(khctev)。

3.按权利要求2的方法，其特征在于，偏差(fkakormt)由一个第一混合物修正值(frm)和一个λ值偏差的乘积得出，所述第一混合物修正值是由λ调节器(8)产生的，λ值偏差是λ实际值(lamsoni)和λ额定值(lamsons)的偏差。

4.按权利要求2或3的方法，其特征在于，预测值(khctev)借助于延迟单元(104)被先延迟了由活性炭过滤器至油箱排气阀(2)的气体传输时间。

5.按权利要求2至4的方法，其特征在于，预测值(khctev)与偏差(dkhc)相结合，该偏差由偏差(fkakormt)借助一个积分器(101)求得。

6.按权利要求5的方法，其特征在于，油箱气体析出模型(10，102)产生油箱气体析出(mkausg)的一个值，该值取决于被积分的偏差(fkakormt)。

7.特别是按上述权利要求之一的方法，其特征在于，油箱排气阀(2)根据活性炭过滤器模型(10，103)被控制和/或调节。

8.按权利要求7的方法，其特征在于，油箱气体析出(mkausg)的值被输入活性炭过滤器模型(10，103)。

9.按权利要求8的方法，其特征在于，活性炭过滤器模型(10，103)由油箱气体析出(mkausg)的值和当前的气体质量流(mste)求得活性炭过滤器输出端上的碳氢化合物浓度(khcakf)。

10.按权利要求8或9的方法，其特征在于，通过活性炭过滤器模型(10，103)考虑活性炭过滤器的存储能力和/或解吸能力。

11.控制元件，尤其是只读存储器或闪速存储器，用于内燃机、尤其是汽车内燃机的控制装置，在该控制装置上存储有一个程序，该程序可在一个计算装置、尤其可在微处理器上运行，从而适合于执行按权利要求1至10之一的方法。

12.用于内燃机(1)、尤其是汽车内燃机的控制装置，其中，空气和燃油的混合物可由油箱通过活性炭过滤器和油箱排气阀(2)输入到燃烧室，其特征在于，油箱排气阀(2)可通过该控制装置根据油箱气体析出模型(10，102)被控制和/或调节。

13.内燃机(1)、尤其是汽车内燃机，其中，空气和燃油的混合物可由油箱通过活性炭过滤器和油箱排气阀(2)输入到燃烧室，其特征在于，油箱排气阀(2)可通过控制装置根据油箱气体析出模型(10，102)控制和/或调节。

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