用於控制燃燒馬達的進氣管中的節流閥的位置的方法和節流閥控制裝置與流程

2023-09-11 20:12:10 2

本發明涉及一種用於控制燃燒馬達的進氣管中的節流閥的位置的方法和節流閥控制裝置、一種電腦程式以及一種電子的存儲介質。

背景技術：

從實踐中已知，藉助布置在燃燒馬達的進氣管中的節流閥能夠有針對性地改變用於燃燒馬達的一個或多個汽缸的氣體輸送系統中的流動橫截面，以便將期望的額定量的氣體、所謂的外部的氣體填充(gasfüllung)輸送給燃燒馬達。為此，節流閥能夠藉助執行器移動，該執行器被設計用於調節節流閥相對於進氣管的角度位置。在對節流閥的位置的控制中，通常在氣體填充(該氣體填充應該流入到所述汽缸中)的額定值預先給定的基礎上藉助於來計算期望的氣體質量流即額定氣體質量流，其通過進氣管中的節流閥流動。在此，因子kms＝kms(nzyl，nmot)取決於燃燒馬達的汽缸數量nzyl以及汽缸容積以及當前的馬達轉速nmot，並且表明氣體填充m到成氣體質量流的換算。

值得期望的是，提供一些機構，利用這些機構來實現準確且簡單地操控進氣管中的節流閥位置。

技術實現要素：

按照第一方面，提供了一種用於控制燃燒馬達的進氣管中的節流閥的位置的方法，氣體通過所述進氣管輸送給燃燒馬達的汽缸，其中所述方法具有下述步驟：在考慮進氣管中的氣體動態性(gasdynamik)的情況下，獲知期望的氣體質量流，所述氣體質量流在進氣管中通過節流閥流動；在應用獲知的期望的氣體質量流的情況下，獲知用於節流閥的控制信號；以及在控制信號的基礎上控制所述節流閥的位置。

發明人已經有利地認識到，通過考慮進氣管中的氣體動態性(該氣體動態性影響著通過節流閥的期望的氣體質量流)，能夠實現準確且簡單地控制節流閥的位置，所述節流閥的位置例如通過節流閥相對於進氣管的角度位置給出。總的說來，由此能夠針對燃燒馬達的這個或這些汽缸實現更為準確的氣體填充，並且因此在用於燃燒的氣體填充時實現更好的動態性。由此能夠提高燃燒馬達的效率，並且減少燃料通過燃燒馬達的排放和消耗。

可流入到進氣管中的氣體例如能夠是空氣或廢氣-空氣-混合物，或者是由燃料和氣體構成的混合物。在此，在為燃燒馬達的汽缸輸送新鮮空氣時應用廢氣份額例如能夠有助於減少排放或者減少燃燒馬達的燃料的消耗。

在一種實施方式中，進氣管中的經考慮的氣體動態性能夠取決於凸輪軸的凸輪軸移位，該凸輪軸尤其能夠與用於燃燒馬達的汽缸的進氣閥處於有效連接中。所述凸輪軸能夠例如調整進氣閥的狀態(phase)、即根據燃燒馬達的曲軸何時打開或關閉進氣閥，以及進氣閥的行程(hub)，這又能夠對用於燃燒馬達的汽缸的氣體填充產生影響。由此能夠抵消凸輪軸對燃燒馬達的汽缸中的實際待達到的氣體填充的無意的影響，其方式是，能夠考慮當前的凸輪軸移位(nockenwellenverstellung)，該凸輪軸移位一同確定了氣體質量流在燃燒馬達中的流動行為。

在一種實施方式中，如果對所述進氣管中的氣體要求高的氣體動態性，則在考慮所述進氣管中的氣體動態性的情況下能夠獲知期望的氣體質量流。如果例如根據燃燒馬達的運行點關於汽缸中的氣體填充要求高的動態性，即如果高準確度地控制節流閥的位置是值得期望的，那麼就能夠採用所述控制方法。為此例如能夠獲知，駕駛員是否在短時間內或很快就會需要特定的速度或特定的轉矩。這種運行點能夠是期望的運動模式，在此運動模式中駕駛員很快就需要轉矩。如果是這種情況，則能夠在應用進氣管中的提高的氣體動態性的情況下，獲知所述控制信號。

在一種實施方式中，額外地在考慮用於所述汽缸的氣體的期望的氣體填充的情況下，能夠獲知期望的氣體質量流。該措施能夠以簡單的方式考慮到控制信號的常規計算，如果對進氣管中的氣體不要求高的氣體動態性，例如也能夠應用所述措施。

在一種實施方式中，藉助

能夠獲知期望的通過節流閥流動的氣體質量流。在此，能夠表示通過節流閥流動的氣體質量流，kms能夠表明汽缸中的期望的氣體質量流和用於汽缸的期望的氣體填充之間的換算，並且r能夠表示特定的氣體常量，tsr能夠表示進氣管中的溫度，vsr能夠表示進氣管的容積，vzyl能夠表示汽缸的尤其固定的或物理的容積，並且ηvol能夠表示容積效率(英語是volumetricefficiency)。因此，控制信號的獲知能夠反映出進氣管中的氣體的流動行為的物理情況，並且能夠尤其簡單且以較高的精度來執行所述控制信號的獲知，因為這種計算方式的所有參數均能夠作為固定參量存在於系統中。尤其能夠測出溫度或藉助溫度模型來建模。用於汽缸的氣體填充能夠表明對期望的轉矩的駕駛員期望需求，並且能夠從與燃燒馬達耦接的踏板的踏板位置中被獲知。該容積效率能夠從凸輪軸的進入突起曲線(einlasserhebungskurve)中獲知。

所述控制能夠包含：將獲知的控制信號輸送給用於節流閥的執行器，從而執行器能夠根據所輸送的控制信號來調節節流閥的位置。

在一種實施方式中，在獲知的控制信號的基礎上能夠藉助於對所述節流閥的位置的調節來執行所述控制。那麼換言之，能夠首先在預控制中獲知所述控制信號，該控制信號隨後能夠在後繼的位置調節中與節流閥的測得的實際位置一起用於調節節流閥的位置。通過所述調節從獲知的控制信號和測得的實際位置中能夠獲知經修正的控制信號作為用於節流閥的調節參量並且將該經修正的控制信號輸送給用於節流閥的執行器。該措施能夠以簡單的方式提高進氣管中的節流閥的位置操控的精度。

按照第二方面，提供了一種用於控制燃燒馬達的進氣管中的節流閥的位置的節流閥控制裝置，該節流閥控制裝置被設計用於執行按照第一方面的方法的步驟。節流閥控制裝置能夠是用於燃燒馬達的電子的控制設備的零件。為此，節流閥控制裝置和/或電子的控制設備能夠藉助硬體和/或軟體來實現。例如，節流閥控制裝置和/或電子的控制設備能夠具有一個或多個單元，這些單元被設計用於執行這些方法步驟中的一個或多個方法步驟；和/或具有常規的、可用於一般目的的、帶有電腦程式的處理器或者一個或多個單元，這些單元例如具有電子元件，如電路、電容、電晶體或類似物。

按照第三方面，提供了一種用於控制燃燒馬達的進氣管中的節流閥的位置的結構(anordnung)，其具有按第二方面的節流閥控制裝置以及調節裝置，所述調節裝置用於在由節流閥控制裝置獲知的控制信號的基礎上調節所述節流閥的位置。所述結構能夠是用於燃燒馬達的前面所述的電子的控制設備的一部分。所述調節裝置能夠藉助硬體和/或軟體來實現。所述調節裝置例如能夠具有一個或多個單元，這些單元被設計用於隨後對節流閥位置進行調節；和/或具有常規的、可用於一般目的的、帶有電腦程式的處理器或者一個或多個單元，這些單元例如具有電子元件，如電路、電容、電晶體或類似物。

按照第四方面，提供了一種電腦程式，其被設計用於執行按照第一方面的方法的步驟。所述電腦程式為此能夠例如由節流閥控制裝置來執行，且可選地由調節裝置或例如由電子的控制設備來執行。如上所述，節流閥控制裝置、調節裝置或電子的控制設備能夠具有常規的、可用於一般目的的處理器，電腦程式能夠在此處理器上運行。

按照第五方面，提供了一種電子的存儲介質，按照第四方面的電腦程式能夠存儲在此電子的存儲介質上。所述電子的存儲介質能夠例如構造為外部的存儲器、內部的存儲器、硬碟或usb存儲設備。

附圖說明

下面藉助附圖詳細地闡述本發明的優選的實施方式。其中：

圖1示出了在進氣管中具有節流閥的燃燒馬達的示意圖，該節流閥的位置是能操控的；以及

圖2示出了一流程圖，該流程圖用於對按照一種實施方式的、用來控制圖1中的節流閥的位置的方法進行解釋。

具體實施方式

在圖1中示出了燃燒馬達10，其能夠藉助電子的控制設備12來操控。燃燒馬達10具有多個汽缸14，其中為了清楚起見只示出了一個汽缸14。本燃燒馬達10能夠例如是4-汽缸-汽油馬達。

所述汽缸14具有燃燒室16，該燃燒室的自由容積能夠通過活塞18的運動而擴大和縮小。所述汽缸14設置有進氣閥20，以使得氣體、例如新鮮空氣或廢氣-新鮮空氣-混合物或者由燃料和氣體構成的混合物進入燃燒室16中。所述氣體或混合物通過空氣輸送系統的進氣管22來輸送，進氣管噴射閥24位於該進氣管處，該進氣管噴射閥是進氣管噴射結構的噴射器的零件。燃料藉助進氣管噴射閥24噴入進氣管24中，從而在那裡形成燃料-氣體-混合物，該燃料-氣體-混合物通過進氣閥22能夠輸送到汽缸14的燃燒室16中。燃燒廢氣在燃燒之後通過廢氣排放系統的廢氣排放管26從汽缸14中排出。根據排氣閥28的開啟來進行所述排放，該排氣閥同樣布置在汽缸14處。打開和關閉進氣閥和排氣閥20、28，以便以已知的方式執行燃燒馬達10的四衝程運行。此外，能夠在汽缸14處布置直接噴射閥30，該直接噴射閥是噴射器的零件，以便將燃料直接噴入燃燒室16中。具有燃料直接噴射閥30的噴射器是燃料直接噴射結構的零件。此外，汽缸14設置有點火裝置32，以便產生點火火花來起動燃燒室16中的燃燒。節流閥34布置在進氣管22中，並且用於通過進氣管22中的期望的氣體質量流來調節用於汽缸14的期望的氣體填充。節流閥34的角度位置能夠藉助執行器36來調節，該執行器與節流閥34處於有效連接中。此外，進氣閥20能藉助凸輪軸38而移動，並且能在凸輪軸38和進氣閥20之間設置閥門間隙40。光學的溫度傳感器42布置在進氣管22處並且用於檢測進氣管中的溫度。尤其是光學的角度傳感器44布置在執行器36處，並且被設計用於根據時間來檢測節流閥34的角度位置。

電子的控制設備12具有一結構，該結構具有節流閥控制裝置50，該節流閥控制裝置發出用於執行器38的控制信號作為預控制，該控制信號表明了節流閥34的期望的或額定的角度位置。該控制信號能夠被輸送給後置的調節裝置52，該調節裝置用於調節節流閥34的位置。所述該調節裝置52同樣是所述結構、即電子的控制設備12的零件。節流閥控制裝置50具有一單元54，該單元用來在考慮進氣管22中的氣體動態性的情況下獲知期望的氣體質量流，該氣體質量流在進氣管22中通過節流閥34流動。所述單元54的輸出信號被輸送給單元56，該單元56用於在應用計算出的、期望的氣體質量流的情況下獲知用於節流閥34的控制信號。所述單元56的輸出信號用作用於調節裝置52的額定值，表明了調節裝置52的節流閥34的、藉助傳感器44測得的實際角度位置的信號同樣能夠輸送給所述調節裝置。所述調節裝置52被設計用於以已知的方式來執行對節流閥34的位置調節，其方式是：藉助節流閥34的經調節的實際角度位置能實現通過節流閥34的期望的氣體質量流。

節流閥位置的預控制基於以下認識：通過考慮進氣管22中的氣體動態性來實現用於汽缸14的改進的氣體填充。在考慮到進氣管22中的質量流平衡(massenstrombilanz)的物理建模

的情況下看出，通過進氣管22中的節流閥34流動的氣體質量流具有一份額，該份額取決於氣體的、流入到汽缸14中的氣體質量流通過節流閥的質量流的另一份額藉助於進氣管22中的壓力psr的時間變化即壓力的時間導數描繪了在進氣管22中流動的氣體的動態性。在此，vsr表示進氣管22的容積，r表示特定的氣體常量，並且tsr表示進氣管22中的當前溫度。用於汽缸14的氣體填充或氣體質量mzyl，in可以由

計算出來，其中因子kms＝kms(nzyl，nmot)取決於汽缸容積的汽缸數量nzyl和當前的馬達轉速nmot，並且表明由氣體填充mzyl，in到氣體質量流的換算。

存在於進氣管22中的壓力的時間變化可以從用於汽缸室的理想的氣體方程式、即從流入到汽缸14中的或被包圍(eingeschlossen)用於燃燒的氣體填充mzyl以及進氣管22中的壓力推導出

因此在考慮最後提到的兩個公式的情況下，得出了通過節流閥34的質量流

在此，ηvol表示容積效率，其還通過凸輪軸的凸輪軸移位給出。所述推導能夠例如以數字方式進行計算，其方式是，對於容積效率ηvol和氣體質量來說，計算當前數值和以前數值之差與時間差(在這兩個數值之間測得)之間的比較(vergleich)。

所述單元54被設計用於，在應用前面提到公式的情況下計算出通過節流閥的氣體質量流。該公式的所有參數均作為系統值被預先給出或由燃燒馬達10的當前的運行情況中公知。用於汽缸14的額定氣體填充表明了對期望的轉矩的駕駛員期望需求，並且能夠從與燃燒馬達耦接的踏板的踏板位置中獲知。溫度tsr能夠要麼作為由傳感器42測得的參量來被輸送，要麼能夠藉助單元54的溫度模型計算出來。所述容積效率能夠從凸輪軸的進入突起曲線(einlasserhebungskurve)中獲知。所述單元56將氣體質量流轉變成節流閥34的角度位置。

在燃燒馬達10運行中，藉助節流閥控制裝置50且可選地藉助調節裝置52來執行用於控制進氣管22中的節流閥34的位置的方法。在可選的第一方法步驟s2中，進氣管22中的溫度tsr藉助傳感器42測得，並且被輸送給用來獲知期望的氣體質量流的單元54。在可選的同樣由所述單元54執行的方法步驟s4中，獲知，是否對進氣管22中的氣體要求高的氣體動態性。為此，例如將燃燒馬達10的運行點、例如運動模式作為對所述獲知的詢問標準的基礎。如果是這種情況，則在同樣由所述單元54執行的方法步驟s6中，在考慮進氣管中的氣體動態性的情況下藉助最後提到的公式計算出期望的氣體質量流溫度tsr要麼能夠是藉助傳感器42測得的數值，要麼能夠藉助溫度模型來建模。所述單元54的輸出信號表明通過節流閥34的氣體質量流並且被輸送給單元56，所述輸出信號在方法步驟s8中將氣體質量流轉換成用於執行器36的控制信號，其形式是用於節流閥34的角度位置。在方法步驟s10中，對節流閥34的位置進行控制。為此，能夠將所述單元56的輸出信號輸送給調節裝置52，在應用調節裝置52的情況下執行對節流閥34的位置、即角度位置的控制。在此實施方式中，調節裝置52調節節流閥34的位置，其方式是：調節裝置52將節流閥34的藉助傳感器44測出的實際角度位置與所輸送的控制信號進行對比，從中產生修正的控制信號，該修正的控制信號是用於節流閥36的位置的調節參量，並且將該信號輸送給執行器36。執行器36用尤其經修正的控制信號被加載，並且按照接收到的信號來調節節流閥的位置。

如果在方法步驟s4中獲知，對進氣管22中的氣體不需要高的氣體動態性，則在可選的方法步驟s12中藉助於所述單元54在應用最後提到的公式(其壓力變化)的情況下計算出通過節流閥34的期望的或額定的質量流或者換言之只考慮用於汽缸14的氣體的期望的氣體填充隨後執行方法步驟s8和s10。

方法步驟s2能夠在方法步驟s4和s6之間執行。