针对内燃机已知，在运行期间确定的残余气体质量残留在气缸中，也就是说在燃烧后和在气缸的排气门打开期间也残留在气缸中。在此，残余气体或者说气缸残余气体由废气构成。
众所周知，气缸残余气体质量可以由不同的部分组成。一方面气缸典型地具有气缸死点容积，气缸死点容积始终充有气缸残余气体并且不会被清空。另一方面已知所谓的内部的废气再循环，其中，通过(希望的)气门重叠、也就是同时打开的进气门和排气门，来自排气道(例如排气歧管)中的废气通过气缸的燃烧室进入进气道(例如进气管)中。由此可以进一步提高气缸中的残余气体质量。
在发动机控制设备中计算的气缸残余气体质量典型地对精确地确定气缸空气质量是决定性的，尽可能准确地检测气缸空气质量是按化学计量喷射燃料的前提条件。化学计量的空燃比可以被用于在相应的废气后处理后降低废气排放。
气缸残余气体质量的计算典型地在物理模型和参数化模型中都涉及测量和模型参数、例如内燃机的转速、凸轮轴的相位、气门位置等。此外，这类模型也典型地设计废气温度作为参数。
众所周知，特定发动机的参数标定可以借助稳态的发动机试验台测量在标准条件下进行。但在内燃机的动态运行中，由于点火提前角、不足的热学的弛豫时间在废气温度等方面会产生与测量的稳态运行的偏差，由此计算的气缸残余气体质量可能不准确。
已知的是，通过对总模型中用于计算气缸残余气体质量的参数进行发动机标定既在物理模型也在参数化模型中考虑不同的废气温度，但这典型地是耗费和麻烦的并且可能需要较高的运算能力和较高的存储需求。
此外，由德国的公开文献de102005055952a1已知气缸的燃烧室中的充气量与测得的进气管压力之间的关系不是线性的。为了能够简单且准确地确定位于燃烧室中的空气质量，该公开文献建议，得出位于燃烧室中的残余气体的残余气体分压。此外根据残余气体分压得出位于燃烧室中的空气的空气分压。燃烧室中的空气质量则根据残余气体分压得出。
在现有技术中已知的例如基于参数化模型的用于得出残余气体质量的方法的缺点是，所需的对发动机控制设备的存储要求和运算要求通常涉及模型输入参数数量的乘方。如果考虑与静态运行的废气温度不同的废气温度，则测量和应用耗费增加。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种改进的用于计算内燃机的气缸中的残余气体质量的方法和一种控制器，该控制器设置用于实施所述方法，所述方法和所述控制器至少部分地克服上述缺点。
所述技术问题按照本发明通过根据权利要求1所述的方法和按照权利要求10所述的控制器解决。
根据第一方面，本发明提供一种用于计算内燃机的气缸中的残余气体质量的方法，其中，所述气缸具有至少一个进气门和排气门，所述方法包括：
获得基于预设模型的基础气缸残余气体质量值；
得出第一气缸残余气体质量值，第一气缸残余气体质量值表示在废气排出后残留在气缸死点容积中的气缸残余气体质量；
得出第二气缸残余气体质量值，第二气缸残余气体质量值表示由于进气门和排气门的气门重叠而流入气缸中的气缸残余气体质量，其中，基于基础气缸残余气体质量值和第一气缸残余气体质量值得出第二气缸残余气体质量值；并且
基于第一和第二气缸残余气体质量值计算气缸中的残余气体质量。
根据第二方面，本发明提供一种用于机动车的内燃机的控制器，该控制器包括处理器和存储器并且设置用于实施根据第一方面的方法。
本发明的另外的有利的方面由从属权利要求和以下对本发明的优选的实施例的说明中得出。
按照本发明的用于计算内燃机的气缸中的残余气体质量的方法，其中，所述气缸具有至少一个进气门和排气门，所述方法包括：
获得基于预设模型的基础气缸残余气体质量值；
得出第一气缸残余气体质量值，第一气缸残余气体质量值表示在废气排出后残留在气缸死点容积中的气缸残余气体质量；
得出第二气缸残余气体质量值，第二气缸残余气体质量值表示由于进气门和排气门的气门重叠而流入气缸中的气缸残余气体质量，其中，基于基础气缸残余气体质量值和第一气缸残余气体质量值得出第二气缸残余气体质量值；并且
基于第一和第二气缸残余气体质量值计算气缸中的残余气体质量。
内燃机原则上可以是任意的内燃机、例如汽油机、柴油机等，并且其可以具有任意数量(1、2、3、4、5等)的气缸。
内燃机的每个气缸典型地具有(至少一个)进气门和排气门。此外，所述气缸具有燃烧室，燃料空气混合物的燃烧发生在所述燃烧室中。此外由于结构和运行方式，气缸典型地具有死点容积。这对本领域技术人员是已知的。
燃烧用空气通过进气门流入气缸或者说气缸的燃烧室中，并且在燃烧中产生的废气通过排气门流出气缸。
在进气门前可以设置有进气道、例如进气管或类似部件，从而空气可以从进气道中流过进气门。
以类似的方式可以在排气门前设置有排气道、例如排气歧管或类似部件，来自气缸的废气流到排气道中。
在气门重叠时，进气门和排气门同时打开，从而如前面提到的，来自排气道的废气可以通过排气门流到燃烧室中并且从那里通过打开的进气门流入进气道中。这部分废气可以在下一个冲程中重新进入燃烧室中。
如前面提到的，对燃烧室中的化学计量的空燃比重要的是知道位于燃烧室中的残余气体。
为了计算气缸中的残余气体质量，所述方法规定，获得基于预设模型的基础气缸残余气体质量值。基础气缸残余气体质量值可以例如事先保存在实施所述方法的控制器(例如发动机控制设备等)的存储器中，或者可通过接口(总线接口、网络接口等)被调取，以便获得基础气缸残余气体质量值。
在一些实施例中，基础气缸残余气体质量值的获取也包括计算和/或得出同一值。
基础气缸残余气体质量值可以通过以下方式获得，即，在稳态状态、在标准条件下、例如在试验台上运行确定的、预设的内燃机。
内燃机的此时获得的参数、例如废气温度、转速、进气管压力、凸轮轴的相位可以用于确定的进气门和排气门位置、气门位置、废气背压、内燃机的温度、进气温度，以便使相应的发动机模型适合于所述内燃机。借助如此调整后的发动机模型可以确定在所属废气温度下的基础气缸残余气体质量值。借助非常复杂和因此也非常准确的模型可以得出基础气缸残余气体质量值，从而以此方式确定的基础气缸残余气体质量值同样具有较高的精度。由于使用这种复杂的发动机模型典型地需要非常高的运算能力，因此在一些实施例中不是由发动机控制设备等进行计算，而是由相对于机动车外置的相应高性能的计算机进行计算。
在一些实施例中，也通过在例如处于稳态的试验台标准条件下运行的内燃机上进行相应测量获得基础气缸残余气体质量值。
此外规定，得出第一气缸残余气体质量值，第一气缸残余气体质量值表示在废气排出后残留在气缸死点容积中的气缸残余气体质量。如原则上对本领域技术人员已知的是，该第一气缸残余气体质量值可以例如基于预设的模型或函数等得出。在一些实施例中可以在控制器、例如发动机控制设备中得出第一气缸残余气体质量值。在一些实施例中，第一气缸残余气体质量值也可以基于基础气缸残余气体质量值计算得出。
此外规定，得出第二气缸残余气体质量值，第二气缸残余气体质量值表示由于进气门和排气门的气门重叠而流入气缸的气缸残余气体质量，其中，基于基础气缸残余气体质量值和第一气缸残余气体质量值得出第二气缸残余气体质量值。由于在一些实施例中基础气缸残余气体质量值和第一气缸残余气体质量值都可以相对准确地被确定，因此如此得出的第二气缸残余气体质量值以此方式也具有相对较高的精度。
最后，例如针对当前的废气温度和/或当前的冲程、当前的气门位置等，基于第一和第二气缸残余气体质量值计算气缸中的(当前或动态的)残余气体质量。所述计算可以同样在控制器、例如发动机控制设备中进行。
由于尤其基础气缸残余气体质量值具有较高的精度，因此第一和/或第二气缸残余气体质量值也能够以较高的精度得出，从而最后气缸中的计算出的残余气体质量同样具有较高的精度。此外，从稳态条件下的参数化的模型中提取动态条件下的废气温度影响，这降低了例如发动机控制设备中的存储和计算耗费。此外，在一些实施例中还省去了附加的测量和应用耗费，因为在动态运行中，气缸中的残余气体质量的修正可以基于物理规律进行。
在一些实施例中，通过基础气缸残余气体质量值减去第一气缸残余气体质量值得出第二气缸残余气体质量值，这可以特别简单地实施。
在一些实施例中如上所述地，得出用于内燃机的稳态运行状态的基础气缸残余气体质量值。由此如上设计的，基础气缸残余气体质量值可以特别准确并且例如借助复杂和因此非常准确的模型得出，并且这在一些实施例中可以在发动机控制设备的外部进行。
在一些实施例中进一步测定当前的废气温度，并且根据当前的废气温度计算气缸中的残余气体质量。因此可以在动态运行中计算残余气体质量。
此外可以基于第一气缸残余气体质量值和当前的废气温度计算当前的第一气缸残余气体质量值，和/或基于第二气缸残余气体质量值和当前的废气温度计算当前的第二气缸残余气体质量值。气缸中的残余气体质量则可以基于当前的第一气缸残余气体质量值和当前的第二气缸残余气体质量值计算，由此可以在动态运行中计算残余气体质量。
如上面提到的，在一些实施例中，第一气缸残余气体质量值可以基于预设模型得出，其中，用于获得基础气缸残余气体质量值的预设模型可以比用于得出第一气缸残余气体质量值的预设模型更复杂。在此，第一气缸残余气体质量值例如在发动机控制设备中计算，并且基础气缸残余气体质量值事先借助更高性能的计算机计算并且随后被保存在发动机控制设备中供后续使用。由此可以准确地计算气缸中的残余质量，而不必例如在用于复杂计算、如在获得基础气缸残余气体质量值中需要的运算能力和存储容量方面配设发动机控制设备。
在数学上可以如下概括所述方法：
在稳态运行中设定废气温度t0，在该废气温度t0下在稳态运行中产生的气缸中的残余气体质量mrg0由气缸死点容积中的第一气缸残余气体质量值mtot0和第二气缸残余气体质量值mres0构成，第二气缸残余气体质量值mres0等于由于气门重叠而回流的残余气体质量：
mrg0＝mtot0+mres0
如上所述，可以根据复杂的模型例如在外部并且事先利用高性能的计算机得出残余气体质量mrg0，其中，如上面提到的，将通过在稳态的试验台标准条件下运行内燃机测定的参数输入复杂的模型中。
相同的关系也出现在动态运行中，也就是说，在动态运行中、在废气温度t1下的气缸中的(当前的)残余气体质量mrg1由气缸死点容积中的(当前的)第一气缸残余气体质量值mtot1和(当前的)第二气缸残余气体质量值mres1构成，第二气缸残余气体质量值等于由于气门重叠而回流的残余气体质量：
mrg1＝mtot1+mres1
在此，(当前的)第一气缸残余气体质量值mtot1和(当前的)第二气缸残余气体质量值mres1示出物理上不同的变换关系：
根据以上公式，可以由所属的在稳态运行中确定的值推导出(当前的)第一气缸残余气体质量值mtot1和(当前的)第二气缸残余气体质量值mres1，其中，稳态运行中的废气温度t0和动态运行中的(当前的)废气温度t1是已知的。
因此可以计算动态运行中的当前的残余气体质量mrg1。
此外可以计算修正因子fkor：
在一些实施例中，修正因子同样可以事先得出并且例如针对确定的废气温度值保存在发动机控制设备中。由此，在一些实施方式中省去了在动态运行期间的复杂计算，并且当前的残余气体量mrg1可以例如简单地通过将修正因子fkor应用于同样保存在发动机控制设备中的在稳态运行中得出的残余气体量mrg0来获得。
一些实施例涉及一种用于机动车的内燃机的控制器、尤其发动机控制设备，所述控制器包括处理器和存储器，其中，所述控制器设置用于实施所述方法。
一些实施例也涉及具有具备气缸的内燃机和具有这种控制器的机动车。
在此示例性地并且结合附图说明本发明的实施例，在附图中：
图1示意性地示出在气门重叠时的气缸的实施例，
图2示意性地示出发动机控制设备；和
图3示出用于计算残余气体量的方法的流程图。
在图1中示意性地示出内燃机的气缸1的实施例。气缸1具有燃烧室2，燃料的燃烧发生在燃烧室2中，燃料通过喷射阀5被喷入。气缸1具有与进气管5耦连的进气门3，燃烧用空气从进气管中通过进气门3进入气缸1的燃烧室2中。此外，气缸1具有与排气歧管7耦连的排气门4，并且废气从燃烧室2中通过排气门4被排导至排气歧管7中。此外存在气缸活塞8，如本领域技术人员原则上已知的，气缸活塞8由曲轴9驱动。
图1中示出气缸1处于气门重叠位置，在气门重叠位置中，进气门3和排气门4都打开，从而废气可以从排气歧管7中通过燃烧室2进入进气管6中，并且可以在下一个工作流程中再次从进气管6流入燃烧室2中。
图2示出发动机控制设备10，其设置用于实施此处所述的用于计算内燃机的气缸中的残余气体质量的方法，以下结合图3进一步说明所述方法。
发动机控制设备10具有处理器11、存储器12和接口13，以便与总线系统14通信。此处，接口13示例性地是can总线接口并且总线系统14是can总线系统，但本发明不局限于此。
发动机控制设备10实施用于计算气缸、如图1所示气缸1中的残余气体质量的方法20(图3)。在此，发动机控制设备10如此设置，使得处理器11执行此处所述的方法。
在步骤21中如上所述地，发动机控制设备10获得基于预设模型的基础气缸残余气体质量值。预设模型是复杂的，并且通过在试验台上和在标准条件下稳态运行内燃机来得出基础气缸残余气体质量值。在此获得的参数、例如稳态的废气温度(t0)被用于模型，以便尽可能精确地得出稳态运行中的基础气缸残余气体质量值(mrg0)。基础气缸残余气体质量值存储在存储器12中，并且处理器11可以通过从存储器12中调取的方式相应地获得基础气缸残余气体质量值。
在步骤22中，发动机控制设备10得出第一气缸残余气体质量值(mtot0)，如上所述，第一气缸残余气体质量值(mtot0)表示在废气排出后残留在气缸死点容积中的气缸残余气体质量。此处针对在稳态运行中确定的废气温度(t0)得出第一气缸残余气体质量值。该值可以例如也事先存储在存储器11中或基于预设模型动态地得出。
在步骤23中，发动机控制设备10得出第二气缸残余气体质量值(mres0)，第二气缸残余气体质量值(mres0)表示由于进气门3和排气门4的气门重叠而流入气缸1中的气缸残余气体质量，其中，基于基础气缸残余气体质量值和第一气缸残余气体质量值得出第二气缸残余气体质量值，方法是，基础气缸残余气体质量值减去第一气缸残余气体质量值得出第二气缸残余气体质量值。
在步骤24中，发动机控制设备10在动态运行中确定当前的废气温度(t1)，方法是，发动机控制设备10或者通过总线系统14(例如从相应的温度传感器)调取当前的废气温度(t1)，和/或基于在发动机控制设备10中预设的模型计算当前的废气温度(t1)。
在步骤25中，如上设计的，发动机控制设备10基于第一气缸残余气体质量值(mtot0)和当前的废气温度(t1)计算当前的第一气缸残余气体质量值(mtot1)。
在步骤26中，如上设计的，发动机控制设备10基于第二气缸残余气体质量值(mres0)和当前的废气温度(t1)计算当前的第二气缸残余气体质量值(mres1)。
在步骤27中，如上设计的，发动机控制设备10基于当前的第一气缸残余气体质量值(mtot1)和当前的第二气缸残余气体质量值(mres1)计算当前的残余气体质量(mrg1)。
可以为内燃机的每个气缸实施方法20。
附图标记列表
1气缸
2燃烧室
3进气门
4排气门
5喷射阀
6进气管
7排气歧管
8气缸活塞
9曲轴
10发动机控制设备
11处理器
12存储器
13接口
14总线
20用于计算内燃机的气缸中的残余气体质量的方法
21获得基础气缸残余气体质量值
22得出第一气缸残余气体质量值
23得出第二气缸残余气体质量值
24得出当前的废气温度
25计算当前的第一气缸残余气体质量值
26计算当前的第二气缸残余气体质量值
27计算气缸中的残余气体质量