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CN104564389A - 借助扫气空气含量确定增压的内燃机的实际空燃比 - Google Patents

借助扫气空气含量确定增压的内燃机的实际空燃比 Download PDF

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CN104564389A
CN104564389A CN201410497843.7A CN201410497843A CN104564389A CN 104564389 A CN104564389 A CN 104564389A CN 201410497843 A CN201410497843 A CN 201410497843A CN 104564389 A CN104564389 A CN 104564389A
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Abstract

本发明涉及一种用于降低机动车的内燃机燃料消耗和/或提高机动车的内燃机的功率的方法，该方法包括的步骤是：a)检测曲轴的曲轴转角，在该角度时气缸燃烧的废气从气缸出来、在空燃比传感器上能够被典型地测量，b)在空燃比传感器上测量废气流，c)并且在检测曲轴转角的时间点上探测空燃比传感器的信号,d)向计算器发送被检测和/或探测的值，e)根据在计算器中存储的废气压力或废气背压模型修正被探测的值，和f)基于被发送的值和存储在计算器中的全局空燃比值计算气缸的实际的燃烧空燃比。

Description

借助扫气空气含量确定增压的内燃机的实际空燃比
技术领域
本发明涉及一种尤其用于降低尤其机动车的内燃机的燃料消耗和/或提高尤其机动车的内燃机的功率的方法和装置。借助该方法可以计算气缸中的实际空燃比。
背景技术
由于关于机动车内燃机的有害气体排放的法律不断地改变，工业界尝试了大量的措施用于优化机动车的燃料消耗。也就是说，此外还尝试在内燃机功率方面优化燃料消耗。
因此存在对于方法和机动车的驱动系统的需求，通过其可以降低内燃机的燃料消耗和/或提高内燃机的功率。
发明内容
本发明的技术问题通过一种用于降低机动车的内燃机或内燃发动机燃料消耗和/或提高机动车的内燃机或内燃发动机的功率的方法解决，包括的步骤是：
a)检测曲轴转角，在该角度时气缸燃烧的废气从气缸出来、在空燃比传感器(亦称“氧传感器”或“过量空气系数传感器”)上能被典型地测量，
b)在空燃比传感器上连续地测量废气流，
c)在检测曲轴转角的时间点上探测空燃比传感器的信号,
d)向计算器发送被检测和/或探测的值，
e)根据在计算器中存储的废气压力或废气背压模型修正被探测的值，和
f)基于被发送的值和存储在计算器中的全局空燃比值计算气缸的实际燃烧空燃比。
曲轴转角指的是在某一指定时间点上曲轴的角度位置。在所述方法中所述时间点是这样的时间点，此时唯一的气缸燃烧的废气从内燃机出来后在空燃比传感器上借助探测器(例如是集成的开关电路(IC)或变压器)被典型地测量，其中废气是指在气缸中的燃烧产物，或者是在气缸的燃烧空间中燃烧的空气燃料混合物。
换句话说，所述方法在曲轴已经达到预设的、已知的角度位置时开始。在这个时候在空燃比传感器上测量气缸燃烧的废气流，或者空燃比传感器、尤其前涡轮机传感器的信号被探测。
备选地所述方法也可以借助后涡轮机传感器实施。
以下借助具有前涡轮机传感器的装置描述所述方法，而不应排除使用后涡轮机传感器。对在说明书中的前涡轮机传感器的限定仅为了更好的可读性。在计算器中存储的全局空燃比值能够通过废气压力的或废气背压模型来表示。
前涡轮机传感器的信号示出单个气缸废气的动态行为，其与实际值具有较小的偏差，因为仅与其他气缸的废气发生较小的混合。因此在探测的时间点上，所测的振幅接近燃烧的实际燃烧空燃比值。
燃烧空燃比通过连续的探测被测量，但是具有系统误差，其能够通过与在计算器中存储的模型值的比较而构成。
根据检测的、探测的和结合模型修正的数据，计算机可以在可选的过滤数据之后计算废气流中的实际扫气空气含量，因为在废气流在空燃比传感器上被检测时，在所检测的废气流中不能或至少很快地不能看到扫气空气含量。
废气压力或废气背压模型(其中废气背压是进入模型的输入值)包括用于空燃比传感器信号的修正。
计算器可以将所计算的气缸的实际燃烧空燃比与用于检测的废气质量流量和/或截取的前涡轮机传感器值的在模型中预设的燃烧空燃比相对比。必要时存在的燃烧空燃比的系统偏差可以被用于所述模型中，将所述模型与测量值相对比。换句话说，废气压力或废气背压模型具有用于被探测的传感器信号的修正值，其中废气背压尤其能够构成模型中的输入值。
在此，若利用计算器确定在被计算的和模型化的燃烧空燃比之间的偏差，则计算器计算修正值，以用于将计算的实际燃烧空燃比引用到模型化的燃烧空燃比或调节为与其一致。
也就是说，结合在计算器中存储的模型可以实施所测量的气缸专属的空燃比值的修正。
接下来可以根据当前在前涡轮机传感器上截取的空燃比值和在计算器中存储的全局空燃比计算扫气空气含量。在对基于模型的修正的计算和可选的过滤之后可以进行对实际的、绝对理论值偏差的计算。其中首先修正单个气缸偏差，其次通过适配喷入量进行全局地、数量正确地对实际燃烧空燃比地调整。
在一种实施形式中，取代喷入量也可以修正扫气空气含量，用于修正测量的空燃比值，例如通过对曲轴位置的修正。
所述模型至少包含以下输入参数：
废气背压(关于曲轴转角、发动机载荷的模型值)
传感器老化系数
酒精含量
具有这些参数的模型可以通过外部的、普通的模型计算(GD Power)构成并且作为特征计算选项存储在计算器中。
后续计算校准因子，该校准因子从与转速相关的修正值特征曲线中获取。这可以被应用在发动机调准中。
对于偏差的数值可以在计算器中预设极限值，在计算器计算修正值之前该极限值被达到或必须被超过。
根据被计算的修正值，计算器可以产生信号并且向控制单元发送。
由此通过计算器例如将燃料和/或燃烧空气输入的数量与气缸相适配，用于实现内燃机燃料消耗的降低和/或功率的升高。或者可以提高在废气中扫气空气的含量，用于例如获得足够的氧气含量用于后处理，例如是在催化器中废气的后燃烧，这可以降低排放到环境中的废气中的有害物质。
作为对此的补充或取代燃烧空气输入的数量，例如可以改变温度和/或氧气含量。在燃料中替代地或对于数量的补充例如可以通过喷射设备调整喷洒物的纯度。
所述方法可以被被实施相继地用于每个气缸、或用于在一个冲程中全部点燃的气缸。因此可以计算每个单个气缸或全部点燃的气缸的实际空燃比，从而在曲轴完全转动时内燃机的所有气缸的数值被检测，并且例如能够相互对比。由此可以实现对内燃机的所有气缸的燃烧的优化，这可以导致内燃机在经过催化器之后的废气中燃料消耗的降低和/或功率的升高，以及催化器之后废气的优化和发动机运行噪音的改进。
至少检测器和探测器的信号能够通过电线连接传导至计算器，例如作为电信号通过电线或作为光学信号通过光缆或无线地通过局部无线网络传导。在计算单元中首先至少修正由探测器探测的前涡轮机传感器的信号，并且之后可选地过滤和统计分析所述信号。
本发明的另一方面涉及一种用于机动车的驱动系统。该驱动系统包括：
a)具有涡轮增压机的内燃机，
b)用于开关内燃机的至少一个气缸的气门的凸轮轴，
c)检测器，其检测内燃机曲轴的转角,
d)空燃比传感器，其连续地检测在空燃比传感器上的从至少一个气缸流出的废气流，
e)探测器，其在任意时间点上探测空燃比传感器的当前数值，
f)和计算器，其至少能够与检测器和探测器信号技术地相连，
g)其中，计算器具有至少一个存储器，其中存储用于内燃机的全局空燃比值，
h)计算器根据被检测的曲轴的转角和/或被探测的空燃比传感器信号和全局的和/或顺序的空燃比值计算至少一个气缸的实际燃烧空燃比和/或在所述至少一个气缸之后的废气流中的扫气空气含量。
其中，检测器能够检测曲轴的转角，其中一次燃烧的废气流从气缸流出。
探测器分析空燃比传感器的连续的信号，空燃比传感器在任意时间点上能够被探测。所述信号尤其精确地在该时间点上被分析，在该时间点上一次气缸燃烧的废气在空燃比传感器或前涡轮机传感器上存在。通常通过正的落差在越过气门的过程中到达废气管的扫气空气在该时间点上至少基本上不能看到。
用于探测的所述曲轴转角可以测量技术地被确定和应用。若驱动系统具有配备多于一个的气缸的内燃机，则检测器可以检测曲轴的转角和探测器可以相继地单独的探测用于内燃机的每个单个气缸的空燃比值。
计算器根据被检测和探测的数值可以计算实际燃烧空燃比和/或尤其全局地计算扫气空气含量或用于单独的气缸的扫气空气含量。其中，当需要修正和过滤时，被计算的燃烧空燃比数值才与废气压力或废气背压模型的数值(其存储在计算器中)相对比。借助燃烧空燃比的修正的数值然后可以确定实际的扫气空气含量。
借助该驱动系统可以降低内燃机的燃料消耗和/或提高内燃机的功率和/或同时减低由车辆排放的有害物质。附加地由此改善的内燃机的运行噪声。
现有的驱动系统可以被改装用于实现所述优点。为此必须装备可能缺乏的检测器或探测器，并且具有相应模型的计算机程序和所需的算法在当前计算器上被运行。其中用于快速地顺序探测空燃比传感器值的探测器例如通过集成电路(IC)构成，其集成在用于驱动系统的控制器中。
另一方面涉及一种用于实施上述方法的计算机程序。
计算机可以具有与存储系统和总线系统数据连接的数字的微处理器单元(CPU)、工作存储器(RAM)以及存储器件。CPU被设计用于处理设计为存储在存储器系统中的程序的指令，检测来自数据总线的输入信号并且向数据总线输出输出信号。存储器系统可以具有不同的存储介质，如光学的、磁性的、固体和其他非瞬时介质，在存储介质上存储相应的用于实施方法以及有利的技术方案的计算机程序。所述程序能够被这样实施，使得其能够实现或执行所述方法，因此CPU可以实施这种方法的步骤。
计算机程序适用于实施方法，该计算机程序具有程序编码器，用于当程序在计算机上实施时，实施所述方法的所有步骤。
计算机程序可以借助简单的器件在已经存在的控制单元中被读取和应用，用于控制该方法以降低燃料消耗和/或提高机动车的内燃机的功率。
计算机程序产品可以作为改装选项集成在控制单元中。
另一方面涉及一种计算机程序产品，其也可以称为计算机可读或机器可读介质，并且其应该被理解为在载体上的计算机程序编码。所述载体在此可以具有瞬时的或非瞬时的属性，使得涉及的计算机程序产品也能够具有瞬时或非瞬时属性。
瞬时计算机程序产品的举例是信号，例如电磁信号，例如光学信号，其是用于计算机程序编码的载体。计算机程序编码的承载可以通过信号的模制借助传统的模制方法(如用于数字数据的QPSK)实现，因此代表计算机程序编码的二进制数据在瞬时电磁信号上被承载。这种信号例如当计算机程序编码无线地通过WiFi连接传递至笔记本电脑上时被使用。
在非瞬时计算机程序产品的情况中，计算机程序编码在基体关联的存储介质中存在。然后存储介质是上述非瞬时载体，因此计算机程序编码永久地或非永久地存储在存储介质中。存储介质可以是传统的形式，如在计算机技术领域中已知的，或是闪存、集成电路、CD或类似产品。
计算机程序产品也可以作为改装选项集成在控制单元中。
对于全部说明书和权利要求书，表述“一个”理解为不定冠词并且零件的数量不局限为唯一一个。若“一个”具有“仅一个”的含义，则其对于技术人员从文本中可以理解或通过使用合适的表述例如“唯一的”被明确的表达。
附图说明
以下结合附图进一步阐述本发明。在附图中：
图1示意地示出具有配备涡轮增压机的内燃机的机动车的驱动系统，
图2示意示出方法流程。
具体实施方式
图1示意示出用于机动车的驱动系统1。
驱动系统1包括具有(该实施例中)四个气缸21、22、23、24的内燃机2。每个气缸21、22、23、24具有气门5，所述气门能够被未示出的凸轮轴打开和关闭。
内燃机2具有配备压缩机12和涡轮机13的涡轮增压机4。压缩机12向内燃机2输入用于燃烧的压缩空气，从气缸21、22、23、24流出的废气被涡轮机13导引并且驱动压缩机12。
在曲轴3上设置检测器6，其检测曲轴3的旋转角，并且能够向计算器9传导。借助检测器6例如能够检测曲轴3的旋转角和用于开关每个气缸21、22、23、24的气门5的曲轴触发器。
在从气缸21、22、23、24排气之后，在气缸21、22、23、24之一中能够在空燃比传感器8上测量燃烧后的废气流。
在将内燃机2与涡轮增压机4的涡轮机13相连的管道11中设置空燃比传感器8。为了在预设的时间点上快速地连续地探测空燃比传感器8上的空燃比传感器数值，在所示实施例中在计算器9中设置集成电路的形式的探测器7。
计算器9具有存储器10，其中例如存储用于内燃机2和/或内燃机2的废气压力或废气背压模型的全局空燃比值。
检测器6、空燃比传感器8和探测器7信号技术地与计算器9相连。
计算器8可以处理接收到的检测器6和探测器7的数据并且由这些数据计算出用于每个气缸21、22、23、24的实际空燃比。
为此检测器6检测曲轴3的旋转角，废气在燃烧后从气缸21、22、23、24之一中流出。在空燃比传感器8上连续地测量废气流，并且在该时刻(其中检测器已经发现到相应的曲轴转角度)中探测器7探测空燃比传感器8的瞬时值。
因为废气质量流量在空燃比传感器8的测量的时刻至少基本上没有扫气空气，所以计算器利用已存储的算法由检测器6和/或探测器7的值的至少一个值和在存储器10中存储的用于内燃机2的全局空燃比计算气缸21、22、23、24的废气质量流量中的实际空燃比和/或扫气空气含量，其中废气质量流量正好在空燃比传感器8上被测量。
在图2中示出用于方法的示意方法流程，借助该方法能够降低机动车的内燃机的燃料消耗和/或实现内燃机的功率提高。
所述方法包括步骤：
检测曲轴转角A，其中气缸燃烧的废气从气缸到达空燃比传感器，在检测曲轴转角的时间点上测量气缸的废气流B，并且在检测曲轴转角的时间点上探测前涡轮机传感器的信号C。
根据探测值和预设的模型的修正值计算气缸燃烧的实际燃烧空燃比。
所计算的实际燃烧空燃比可以与模型化的燃烧空燃比、更确切地是与储存在计算器中废气压力或废气背压模型的理论值相对比。如果计算器确定所述值没有偏差或所述值的偏差在可靠的极限值区域中，则所述方法结束并且可以重新开始。
在有偏差时，计算器计算修正值，并且向控制装置发送调节信号，该控制装置随后可以进行与驱动系统的单独参数的适配E。
这种适配的效果可以在用于相同的气缸的下一次测量中被复核。
尽管上述概述中公开了一些本发明的实施形式，应该理解的是，通过所有所述的和此外所有专业人员可想而知的技术特征和实施形式的组合，仍存在着大量的实施形式的变型。还应理解的是，所述示范性的实施形式仅是举例，而不应认为是对按照本发明的保护范围、应用性和设备构造以任何形式的限定。更确切的说，概述与实施形式的描述是为专业人员提供用于实施至少一个示范性的实施形式的充分的并容易理解的指导说明。其中应被理解的是，在示范性的实施形式中描述的元件能够施行丰富并多样的变化，只要不背离权利要求书所确定的字面保护范围及等同保护范围。
附图标记清单
1  驱动系统
2  内燃机
21  气缸
22  气缸
23  气缸
24  气缸
3  曲轴
4  涡轮增压机
5  气门
6  检测器
7  探测器
8  空燃比传感器
9  计算器
10  存储器
11  管道
12  压缩机
13  涡轮机
A  检测
B  测量
C  探测
D  计算、对比、改正
E  适配

Claims (12)

1.一种用于降低机动车的内燃机(2)的燃料消耗和/或提高机动车的内燃机的功率的方法，所述方法包括的步骤是：
a)检测(A)曲轴(3)的曲轴转角，在该角度时气缸燃烧的废气从气缸(21,22,23,24)出来、在空燃比传感器(8)上能够被典型地测量，
b)在所述空燃比传感器(8)上测量(B)废气流，
c)在检测所述曲轴转角的时间点上探测(C)所述空燃比传感器(8)的信号,
d)向计算器(9)发送被检测和/或被探测的值，
e)根据在所述计算器(9)中存储的废气压力或废气背压模型修正(D)被探测的值，和
f)基于被发送的值和存储在所述计算器(9)中的全局空燃比值计算(D)所述气缸(21,22,23,24)的实际燃烧空燃比。
2.按照权利要求1的方法，其中，在检测曲轴转角的时刻在所测量的废气流中不能看到扫气空气流。
3.按照前述权利要求之一的方法，其中，将已计算的燃烧空燃比与所述模型的燃烧空燃比的理论值相对比。
4.按照前述权利要求之一的方法，其中，在实际燃烧空燃比与所述理论值不同时计算修正值。
5.按照权利要求1的方法，其中，在探测曲轴(3)的角度的时刻在被探测的信号中不能看到扫气空气流，并且通过计算器(9)结合实际的燃烧空燃比根据被测量的空气质量流、全局空燃比和被探测的空燃比传感器值来计算所述扫气空气流。
6.按照前述权利要求之一的方法，其中，被探测的信号在计算器(9)中被过滤和统计分析。
7.按照前述权利要求之一的方法，其中，所述计算器(9)基于被计算的实际燃烧空燃比和/或被计算的扫气空气流向调节单元发送信号，该调节单元调节用于所述气缸(21,22,23,24)的燃料空气混合物，用于降低内燃机(2)的燃料消耗和/或提高内燃机(2)的功率。
8.按照前述权利要求之一的方法，其中，由检测器(6)检测曲轴转角并且由探测器(7)探测用于内燃机(2)的每个气缸(21,22,23,24)的空燃比传感器值，并且由这些值通过计算机(9)计算用于每个气缸(21,22,23,24)的实际燃烧空燃比。
9.一种用于机动车的驱动系统(1)，该驱动系统(1)包括：
a)具有涡轮增压机(4)的内燃机(2)，
b)用于开关内燃机(2)的至少一个气缸(21,22,23,24)的气门(5)的凸轮轴，
c)检测器(6)，其检测内燃机(2)的曲轴(3)的转角,
d)空燃比传感器，其连续地检测流经空燃比传感器(8)的从至少一个气缸(21,22,23,24)流出的废气流，
e)探测器(7)，其在任意时间点上探测空燃比传感器的当前数值，
f)和计算器(9)，其至少能够与检测器(6)和探测器(7)信号技术地相连，
g)其中，计算器(9)具有至少一个存储器(10)，其中存储用于内燃机(2)的全局空燃比值，
h)并且计算器(9)根据被检测的曲轴(3)的转角和/或被探测的空燃比传感器信号和全局的空燃比值计算至少一个气缸(21,22,23,24)的实际燃烧空燃比和/或在所述至少一个气缸(21,22,23,24)之后的废气流中的扫气空气含量。
10.按照权利要求9所述的驱动系统，其中，所述检测器(6)检测曲轴(3)的转角，在该转角时由至少一个气缸(21,22,23,24)流出的一次燃烧的废气流出现在空燃比传感器(8)处。
11.按照权利要求9或10所述的驱动系统，其中，在检测曲轴(3)的转角的时刻，所述探测器(7)探测空燃比传感器值。
12.按照权利要求9至11之一所述的驱动系统，其中，所述检测器(6)检测曲轴(3)的转角并且探测器(7)单独地探测用于内燃机(2)的每个气缸(21,22,23,24)的空燃比传感器值，并且所述计算器(9)计算实际燃烧空燃比和/或用于每个气缸(21,22,23,24)的扫气空气含量。
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