专利名称：在具有内燃机的发动机系统中确定压力的模拟值的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种内燃机。本发明尤其涉及，借助适当的模型在空气输入系统的范围内确定压力的模拟值。
背景技术：
现代内燃机通常借助电子发动机控制装置运行。具有这种内燃机的发动机系统在空气输入系统中的节流阀之前或之后具有至少一个压力传感器，以便最佳地控制和调节吸入空气和惰性气体的空气质量流。此压力传感器是必要的，以便在节流阀之后或之前计算其它相应的、未测量的压力。这样获得的压力值此外对于填充计算和通过节流阀的气体质量流计算是必要的，它们对于增压压力调节以及空气质量调节又是必要的。在压力传感器失灵的情况下，通常给发动机控制装置预先设定了恒定的替代值， 此替代值相当于环境压力，并可额外地加载可应用的偏移量。但对于某些功能来说，这种用于压力的替代值的品质是不够的。其结果尤其是，必须关闭增压压力调节以及废气回输调节。如果设置柴油微粒过滤器，则结果是，可能的柴油微粒过滤器不再能进行还原。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种方法和一种装置，借助它们可在内燃机的空气输入段中提供压力的模拟值，此模拟值可作为替代值来用，并具有足够的品质，用于后续的、 与之有关的功能。此目的通过按权利要求1所述的方法得以实现，此方法用来在内燃机的空气输入系统内确定压力的模拟值，此目的还通过按并列的权利要求所述的装置和发动机系统得以实现。在从属的权利要求中说明了其它有利的构造方案。按第一方面，规定了一种方法，用来在具有内燃机的发动机系统的空气输入段中确定压力的模拟值。在空气输入段中，在节流阀和内燃机之间设有进气管区域。此方法包含以下步骤
-运行发动机系统，因此进气管区域中的空气质量流相当于通过节流阀的空气质量
流；
-确定流入到空气输入段中的空气质量流的实际物理量、在节流阀之前的空气温度的实际物理量、进入内燃机中的体积流量的实际物理量以及节流阀的位置的实际物理量；
-形成差分方程，通过微分方程离散，其借助用来模拟节流阀的节流方程和理想的气体方程产生；并且
-借助确定的实际物理量通过求解差分方程来确定压力的模拟值。本发明的中心思想是，借助模拟方程在内燃机动态运行过程中确定压力的模拟值。一旦确定了故障，则确保通过节流阀的质量流以及进入内燃机中的质量流是相同的。例如在内燃机稳态运行时，就是这种情况。基于物理量，例如节流阀之前的增压空气-温度、 压缩机之前的质量流、节流阀的位置和进入内燃机的体积流量(它们分别要么是探测到的传感器量，要么是模拟量)，借助理想气体方程、节流方程(它们描述了空气系统中的特性)， 并在质量守恒的基础上，可计算出在节流阀之前或之后压力的模拟值。通过这样确定的模拟值，可实施内燃机的增压压力调节以及空气质量调节。尤其在借助柴油微粒过滤器进行运行时，只有借助封闭的废气回输阀的限制，内燃机才能被继续运行。此外还可能的是，也使用模拟值，用来在考虑边界条件的情况下监控压力传感器的功能。此外，所述压力相当于进气管压力或增压空气压力，此进气管压力存在于节流阀和内燃机的入口之间，此增压空气压力存在于空气输入段的压缩机与节流阀之间。可在废气排出段和空气输入段之间设置废气回输管。为了确保进气管区域中的空气质量流相当于通过节流阀的空气质量流，可在确定空气输入段中的压力传感器故障时， 截止废气回输管。此外，根据隐式方法或通过微分方程的解的离散，可构成差分方程。此外，当确定了空气输入段中的压力传感器故障时，则可确定压力的模拟值。备选地，可确定压力的模拟值，用来检验由压力传感器确定的压力测量值的可信性。按另一方面，规定了一种装置，用来在具有内燃机的发动机系统的空气输入段中确定压力的模拟值，其中在空气输入段中在节流阀和内燃机之间设有进气管区域。此装置构造得
-用来确定在空气输入段中是否存在压力传感器故障；以及 -当确定了压力传感器故障时，实施以下步骤
-运行发动机系统，因此进气管区域中的空气质量流相当于通过节流阀的空气质量
流；
-确定流入到空气输入段中的空气质量流的实际的物理量、在节流阀之前的空气温度的实际的物理量、进入内燃机中的体积流量的实际的物理量以及节流阀的位置的实际的物理量；
-形成差分方程，通过微分方程离散，其借助用来模拟节流阀的节流方程和理想的气体方程产生；并且
-借助确定的实际的物理量通过求解差分方程来确定压力的模拟值。按另一方面，规定了一种具有内燃机和以上装置的发动机系统，空气通过空气输入段传输到此内燃机中，并且燃烧废气在此内燃机中通过废气排出段排出。按另一方面，规定了一种计算机程序产品，它包含程序代码，如果它在数据处理设备中执行，则它实施以上方法。
下面借助附图详细阐述了优选的实施例。其中 图1在示意图中示出了发动机系统；以及
图2示出了一个解释此方法的流程图，用来在图1的发动机系统的空气输入系统中确定压力的模拟值。
具体实施例方式图1示出了具有内燃机2的发动机系统1，内燃机例如可构成为柴油发动机。在所示的实施例中，此内燃机2具有四个气缸3。但气缸3的数量，对下面描述的方法的适用性是不重要的。发动机系统1还具有空气输入段4，以便空气传输到内燃机2的气缸3中。此空气通过相应的进气阀25进入气缸3的燃烧室中。在发动机系统1的空气输入段4中，设置有废气涡轮增压机6的压缩机5、在压缩机5下游的增压空气冷却器7以及在增压空气冷却器 7下游的节流阀8。在节流阀8的下游，废气回输管9通到进气管中，即节流阀8和内燃机2的气缸3 的进气阀25之间的所谓部段中。设有废气排出段10，以便把燃烧废气排出来，此燃烧废气通过排气阀沈从气缸3 中喷出来。废气涡轮增压机6的涡轮机11设置在废气排出段10中，通过使用燃烧废气的废气热函来运行此涡轮机11。涡轮机11运行废气涡轮增压机6的压缩机5，因此从周围环境中吸入空气，并在增压压力P21下在压缩机5的下游提供空气。在排气阀沈和涡轮机1之间，废气回输管9从废气排出段10中分支出来。此废气回输管9具有废气冷却器12和旁通管13，此旁通管13使废气冷却器12短接。旁通阀 14设置在旁通管13中，借助它可调节废气冷却器12的效率。此外，在废气冷却器12和废气回输管9的入口之间在空气输入段4的进气管中设置有废气回输阀15。通过调节废气回输阀15，可调节废气输出率，其规定传输到气缸3中的气体混合物中燃烧废气的比例。此外还设有控制器20，它运行内燃机2。此控制器20例如执行增压压力调节、空气质量调节以及废气回输调节，以便以最佳的方式运行内燃机2。从现有技术中就足以了解为运行内燃机2所实施的调节。为了获得为实施所述调节所需的发动机系统的物理量，设有传感器。此外， 还设有示位器(Stellgeber)或致动器，以便影响内燃机2的运行。例如在增压空气冷却器7和节流阀8之间设置温度传感器21，用来确定节流阀8之前的增压空气的增压空气温度T21。此外，在压缩机5的上游设置有空气质量传感器22，它可例如构成为热膜式空气质量传感器(缩写HFN)，以确定被发动机系统1吸入的新鲜空气质量流
IW10。此外，还设置有(未示出的)装置，以检测内燃机2的转速。根据转速、气缸数量、空气消耗(内燃机中的实际气体质量与理论可能的气体质量之间的比例)以及进气管中的进
气管压力P22，可确定内燃机2中的体积流量|>22。备选地或附加地，可在增压空气冷却器
7和节流阀8之间的区域内设置压力传感器23，用来确定增压空气压力P21。备选地，也可在进气管中设置压力传感器，即设置在节流阀8和气缸3的进气阀25之间，以便直接地确定进气管压力P22。其中f和h代表理想气体方程的函数，g相当于描述空气输入系统4中的节流阀8的效率的函数。后面这个函数表示质量守恒定律，通过它可将上面的方程组合起来。以上系统构成了微分方程，它以合适的方式进行离散，以便在控制器20中应用。图2示出了一个解释此方法的流程图，用来在发动机系统1的空气输入段4中确定压力P21、P22的模拟值，作为替代值。首先，在步骤Sl中询问，位于空气输入段4中的压力传感器23是否具有故障。可通过已知的方法来识别有故障的压力传感器32，对此不再详细阐述。一旦确定了压力传感器23故障(备选是)，则在步骤S2中将废气回输阀15完全关闭，因此原则假定通过节流阀8的质量流汝21与进入内燃机2中的质量流汝22相同。紧接着在步骤S3中，在确定的离散的时间点t上，借助温度传感器21检测增压空气冷却器7和节流阀8之间的增压空气的增压空气-温度T21，并检测内燃机2中的体积流
量V22 (其由气缸3的冲程容积得出)，并检测压缩机5之前从周围环境中吸入的质量流
M10 ,并检测在发动机控制器20中的节流阀位置P0S·。所述检测在顺序的离散时间点tk 上进行。上述函数f()、g()、h()相当于模拟函数，用来描述量之间的关联。在此，函数f和 h相当于已知的理想气体方程，函数g相当于已知的节流方程，此节流方程描述了气体体积在节流阀8上游和下游的状态之间的关系。通过上述的方程组，可在步骤S4中确定空气输入系统4中的压力P21、P22。从以上方程组中可得出微分方程，其可通过合适的离散来求解。微分方程的离散可借助隐式方法和/或显式方法来实施。在应用现有技术中常用的显式方法时，有时会出现带稳定性的问题，其通常通过减少周期时间来平衡。但这会导致此外，作为示位器，设有节流阀8，它的位置(例如调节翻转角度)可由控制器20 进行调节；废气回输阀15 ；用来例如通过可调节的涡轮机几何形状来调节废气涡轮增压机 6的效率的装置；进气阀25和排气阀26。借助节流阀8上的适当的位置传感器，可确定节流阀位置P0S·，并由此可确定节流阀8的节流效果，因此可把增压空气压力P21换算成进气管压力P22，或反过来。为此，例如可用下面的方程组较高的必要的运算性能，其通常必须使用更昂贵的控制器。然后，空气输入段4中的增压空气-压力P21的模拟值可在步骤S5中使用，以便借助其它的模型来确定和/或调节以上的空气系统量，例如增压压力调节、空气质量调节以及废气回输调节。通过备选地使用以上方法，在废气回输阀15封闭的运行时刻，并在空气输入段4 中的压力传感器起作用时，由相关的压力传感器23探测到的增压空气压力P21可额外地通过计算出的模拟值检验可信性。在此，如果被压力传感器23探测到的增压空气压力P21与按以上方法模拟的增压空气压力-模拟值的偏差多于预定的量，则可识别到压力传感器23故障。在备选的实施例中，除了压力传感器23以外，或代替压力传感器23，在节流阀8和内燃机2之间的进气管部段中设置另一压力传感器。在废气回输阀15封闭的运行时刻，并在空气输入段4中的其它压力传感器起作用时，由相关的压力传感器探测到的进气管压力 Pm可额外地通过计算出的模拟值检验可信性。在此，如果被所述其它压力传感器探测到的进气管压力与按以上方法模拟的进气管压力-模拟值的偏差多于预定的量，则可识别到所述其它压力传感器故障。
权利要求
1.一种用来在具有内燃机(2)的发动机系统(1)的空气输入段(4)中确定压力的模拟值的方法，其中在空气输入段(4)中在节流阀(8)和内燃机(2)之间设有进气管区域，其中执行了以下步骤-运行发动机系统(1)，从而进气管区域中的空气质量流相当于通过节流阀(8)的空气质量流；-确定(S3)流入到空气输入段中的空气质量流的实际物理量、在节流阀(8)之前的空气温度的实际物理量、进入内燃机(2)中的体积流量的实际物理量以及节流阀(8)的位置的实际物理量；-形成差分方程，通过微分方程离散，其借助理想气体方程和用来模拟节流阀(8)的节流方程产生；并且-借助确定的实际的物理量通过求解差分方程来确定(S4)压力的模拟值。
2.按权利要求1所述的方法，其中所述压力相当于进气管压力，此进气管压力存在于节流阀(8)和内燃机(2)的入口之间。
3.按权利要求1所述的方法，其中所述压力相当于增压空气压力，此增压空气压力存在于空气输入段中的压缩机(5)与节流阀(8)之间。
4.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其中在废气排出段(10)和空气输入段(4) 之间设置废气回输管(9)，其中在确定空气输入段(4)中的压力传感器(23)故障时，截止废气回输管(9)。
5.按权利要求1至4之任一项所述的方法，其中根据隐式方法或通过微分方程的解的离散来形成差分方程。
6.按权利要求1至5之任一项所述的方法，其中在确定了空气输入段(4)中的压力传感器(23)故障时，确定压力的模拟值。
7.按权利要求1至5之任一项所述的方法，其中确定压力的模拟值，用来检验由压力传感器(23)确定的压力测量值的可信性。
8.一种用来在具有内燃机(2)的发动机系统(1)的空气输入段中确定压力的模拟值的装置，其中在空气输入段(4)中在节流阀(8)和内燃机(2)之间设有进气管区域，其中此装置构造得用来执行以下步骤-运行发动机系统，从而进气管区域中的空气质量流相当于通过节流阀(8)的空气质量流；-确定流入到空气输入段中的空气质量流的实际物理量、在节流阀(8)之前的空气温度的实际物理量、进入内燃机中的体积流量的实际物理量以及节流阀(8)的位置的实际物理量；-形成差分方程，通过微分方程离散，其借助理想气体方程和用来模拟节流阀(8)的节流方程产生；并且-借助确定的实际的物理量通过求解差分方程来确定压力的模拟值。
9.一种发动机系统(1)，其具有内燃机(2)和按权利要求8所述的装置，空气通过空气输入段(4)传输到此内燃机(2)中，并且在此内燃机(2)中燃烧废气通过废气排出段(10) 排出。
10.一种计算机程序产品，它包含程序代码，如果它在数据处理设备中执行，则它实施按权利要求1至7之任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种在具有内燃机的发动机系统中确定压力的模拟值的方法和装置。其中在空气输入段(4)中在节流阀(8)和内燃机(2)之间设有进气管区域，其中执行了以下步骤运行发动机系统(1)，从而进气管区域中的空气质量流相当于通过节流阀(8)的空气质量流；确定(S3)流入到空气输入段中的空气质量流的实际物理量、在节流阀(8)之前的空气温度的实际物理量、进入内燃机(2)中的体积流量的实际物理量以及节流阀(8)的位置的实际物理量；形成差分方程，通过微分方程离散，其借助理想的气体方程和用来模拟节流阀(8)的节流方程产生；并且借助确定的实际的物理量通过求解差分方程来确定(S4)压力的模拟值。
文档编号G01L23/24GK102192813SQ201110060288
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月15日
发明者霍尔纳 M., 布莱勒 T. 申请人:罗伯特·博世有限公司