在负的载荷动力时把燃料喷射进内燃机的燃烧室中的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的在负的载荷动力时把燃料喷射进内燃机的燃烧室中的方法，并且涉及一种根据权利要求8的前序部分的为了实施所述方法而设置的控制装置。

背景技术：

本发明的技术环境是一种内燃机，该内燃机利用直接向内燃机的燃烧室中喷射汽油来工作。此外能够设定一种进气管喷射。一种这样的、利用汽油来驱动的内燃机的动力通过它的空气系统的动力来确定。所述空气系统在此理解为内燃机的所有的部件的总和，它们在内燃机的运行中对内燃机的燃烧室的利用空气的填充具有影响。属于这些部件的特别是指：引导着空气的部件—例如进气管、和控制着空气量的执行机构—例如节气门、和/或能够可变地控制的进入阀、就是说这样的进入阀：它们的控制时间和/或开口横截面是能够可变地控制的。

所述“动力（dynamik）”在此理解为速度，有关的系统利用该速度对所述系统的要求的变化做出反应，所述有关的系统是作为整体的内燃机或它的空气系统。例如，对所述内燃机会提出转矩要求。所述内燃机的转矩要求由此得以实现：通过所述空气系统来调节与所述转矩要求相应的、对于所述燃烧室利用空气的填充，通过所述燃料系统配给对此合适的燃料量，而且在一个合适的点火时刻点燃在燃烧室中生成的、由燃料和空气构成的混合物。

对于所述内燃机提出的转矩要求产生自例如在车辆的加速或减速时的驾驶员愿望，和/或来自于行驶稳定性程序的和/或变速器控制程序的和/或转速控制程序的要求，它们在机动车的运行中是激活的。为了实现所述内燃机对转矩要求的变化的快速反应，因此尝试尽可能快地实现对于所述空气填充进行改变。

对于在热的发动机状态中的、优化的混合物制备来说，所述汽油喷射的时刻应当提前（在进气冲程中）。然后，较多的时间就可供使用了，直至在压缩冲程中进行的、对于所述燃烧室填充物的点火，这对于在所述燃烧室中的混合物制备有着有利的作用。为了实现这种提前的汽油喷射，对于所述待喷射的燃料量的计算时刻必须已经是还要更早的，就是说例如处在排气冲程中，该排气冲程直接位于所述进气冲程之前。为了能够以预设的空气/燃料比例可靠地调整出合适的燃烧室填充物，所述空气填充会有预见性地还在排气冲程中就进行计算（预测（prädiziert）），并且随后计算和喷入一种对此合适的燃料量。

在快速的空气填充变化时，这种预测经常是不足够的。所述空气填充能够例如在油门踏板快速地踩到底时如此快速地变化，使得实际的燃烧室填充物明显多于在先预测的空气量，该实际的燃烧室填充物在进气冲程结束时随着进入阀的关闭才不再变化，在所述进气冲程结束之后进行了有预见性的对于填充物的计算。这个效应在此也被称为正的载荷动力（positivelastdynamik）。用于被预测的空气量的、从一个预设的燃料/空气-比例的观点来看是合适的燃料喷射量随后会导致不被期望的过稀的混合物（空气过量）。在正的载荷动力时，存在着这样的可行方案：可能太少的燃料量通过附加的喷射（在后喷射（nachspritzer））进行更正，所述附加的喷射在压缩冲程中进行。对此，在一个较晚的时刻重新计算所述空气填充，并且基于此来确定一种如果可能的话必要的附加的燃料量。

至今使用的、在载荷动力时的附加的喷射（在后喷射（nachspritzer））允许调整仅仅在正的载荷动力时的燃料量。但是所述空气填充能够在相反的方向上改变。所述空气填充能够例如在快速的松开油门踏板时如此快速地改变，使得实际的燃烧室填充物明显少于在仍然打开的进入阀时在先预测的空气量（所述实际的填充物随着所述进入阀的关闭才不再改变），这在此也被称为负的载荷动力。在负的载荷动力时，过高预测的空气填充会导致过高的燃料量，和由此暂时不被期望的过浓的混合物，这会增大内燃机的尾气排放并且提高消耗。

技术实现要素：

本发明的任务在于，提供一种在文首提到的类型的方法，利用该方法可以避免或者至少是减小了上述缺点。

这个任务分别利用了独立权利要求的特征予以解决。

在本发明中，如果一种负的载荷动力（空气填充减少）被识别出来的话（例如通过空气填充额定值的、高的负的梯度），那么喷射量基于所述预测的空气填充得以进行计算，并且随后以一个确定的值的幅度进行减少。从这个燃料量的喷射中，首先得出理论上过稀的燃烧室填充物。在较晚的时刻，但是仍然在点燃所述过稀的燃烧室填充物之前，所述空气填充会重新进行计算。这次新的计算由于较短的预测-时间间隔（预测水平（prädiktionshorizont））所以更加准确。所述实际需要的燃料量基于此进行确定，并且所述需要的、对于已经被喷射的燃料量的差量利用附加的喷射在压缩冲程中被喷射进所述燃烧室中。借此，即使在负的载荷动力时也能够保证在燃烧室中的一种带有预设的空气/燃料-比例的混合物。

一种优选的实施方式的特征在于，所述附加的燃料量在压缩冲程中进行喷射。

也优选的是，所述第一计算曲轴角度值位于排气冲程中。

此外，优选的是，所述第二计算曲轴角度值位于跟着所述排气冲程的进气冲程的末端。

也优选的是，如果预测的空气填充ml的变化速度或者空气填充的额定值的变化速度或者影响着空气填充的执行机构的调节位置的变化速度（例如节气门的开口角度的变化速度）是负的并且所述变化速度的数值大于一个预设的阈值的话，那么一种负的载荷动力就会被识别出来。

另一种优选的实施方式的特征在于，所述变化速度的阈值借此来定义：预测的空气填充ml的值的变化或者所述空气填充的额定值的变化或者影响着所述空气填充的执行机构的调节位置的变化（例如节气门的开口角度的变化）在所述第一计算曲轴角度值和所述第二计算曲轴角度值之间达到所述值的20%，该值在所述第一计算曲轴角度中是指（besessen）所述预测的空气填充ml或者空气填充的或影响着空气填充的执行机构的调节位置的额定值，例如节气门的开口角度的额定值。根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如此确定所述燃料量，使得利用所属的预测的空气填充来产生一种预设的燃料/空气-比例。

对于控制装置的实施方式来说优选的是，它对此而设置、特别是对此而编程：控制根据所述方法的所述实施方式的至少一个实施方式的方法的进程。

其它的优点由从属权利要求、说明书和附图而产生。

可以理解的是：前面所述的和后面仍然待阐述的特征不仅能够在分别给出的组合中、而且能够在其它的组合中或者在单独的情况下使用，而不会离开本发明的框架。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出，并且在下面的描述中进一步被阐明。在此，在不同附图中的相同附图标记分别标出相同的或者其至少根据能够比较的元件的功能。附图以示意性的形式分别示出了：

图1：一种作为本发明技术环境的、带有传感器和执行机构的内燃机；

图2：燃烧室的空气填充ml的变化过程，连同在正的载荷动力时喷入并点燃所述燃烧室填充物的时机；

图3：燃烧室的空气填充ml的变化过程，连同在现有技术中的在负的载荷动力时喷入并点燃所述燃烧室填充物的时机；

图4：燃烧室的空气填充ml的变化过程，连同在本发明中的在负的载荷动力时喷入并点燃所述燃烧室填充物的时机；

图5：作为根据本发明的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1详细地示出了带有燃烧室12的内燃机10，该燃烧室由活塞14可运动地进行密封。所述内燃机10利用外源点火并且把汽油直接喷射进所述燃烧室中来进行工作。如果所述内燃机附加地具有至少一个向所述进气管中进行喷射的喷射阀的话，那么附加地就能够把汽油喷射进在进入阀18或所述燃烧室的进入阀之前的进气管16中。通过所述至少一个进入阀18，所述燃烧室12会被空气或者燃料-空气-混合物填充。这种燃烧室填充物会通过向所述燃烧室中进行喷射的直接喷射阀20配给燃料。所述生成的、带有燃料/空气混合物的燃烧室填充物利用点火装置22进行点火。被燃烧的残余气体通过至少一个排出阀24而被排出。

带有空气的所述燃烧室填充物的值或者在所述燃烧室填充物中空气分额的值由控制装置26进行确定，对此，该控制装置处理空气流量计28的信号l和/或进气管压力传感器30的和曲轴角度传感器32的信号ps。所述控制装置26从所述曲轴角度传感器的信号中也确定了所述内燃机的转速。油门踏板传感器34获取了驾驶员的转矩期望。从上述传感器的和/或其它的传感器的信号中，所述控制装置形成了用于操控执行机构的调节量，该执行机构用于控制所述内燃机。在所展示的情况中，节气门执行机构36、所述直接喷射阀20和所述点火装置22属于所述执行机构；流入所述内燃机中的空气利用所述节气门执行机构进行调节；在所述燃烧室12中的燃料利用所述直接喷射阀进行配量；燃烧室填充物利用所述点火装置进行点燃。上述的传感器和执行机构不是对于传感器和执行机构的最终列举。所述进入阀和所述排出阀例如利用与活塞运动同步的操纵机构进行打开和关闭。

图2详细地示出了气缸或者说内燃机10的燃烧室12的空气填充ml的、在对于四冲程内燃机的工作循环中的一部分来说的曲轴角度kw上的变化过程40，连同把汽油喷射42，44进所述燃烧室12的时机和点燃46所述燃烧室填充物的时机。工作循环在本申请中被理解为四冲程发动机的四个相继的冲程的、周期性重复着的序列，并且例如特别也是下述序列：排气冲程，进气冲程，压缩冲程，做功冲程。

所述变化过程40分别把下述的燃烧室填充物的值ml分配给曲轴角度值kw：该燃烧室填充物的值在关闭所涉及的燃烧室12的最后的进入阀18时在下述前提下产生：决定了填充物的参数在所述曲轴角度值kw和曲轴角度值es之间不会改变，在所述曲轴角度值es中相关的燃烧室的最后的进入阀18进行关闭。换句话说，如果决定性的条件直到那时都不改变的话，那么所述曲线40就给每个曲轴角度值都赋予了填充物，该填充物在所述相关的燃烧室中在关闭所述燃烧室的最后的进入阀时产生。所述在关闭燃烧室的最后的进入阀时实际产生的填充物接下来也被称为实际的填充物。

除了值ml（es）以外（该值对于相关的气缸的进入阀的关闭时刻的曲轴角度es而产生），所述实际的填充物的值仅仅是理论值。

不变的参数的前提在内燃机的稳定的运行中利用近乎不变的油门踏板位置和近乎不变的转速得以良好地满足。但是在不稳定的运行状态中不再能够以“这个前提是满足了的”为出发点。在把油门踏板快速地踩到底时，在所述进入阀之前的进气管压力能够如此快速地升高，使得所述实际的填充物的值在所述内燃机一个冲程的长度上、也就是在大约180°曲轴角度的角度范围上强烈地提高，所述实际的填充物在关闭所述燃烧室的最后的进入阀时产生。

这反映在了在图2中的画成虚线的曲线40的提高的过程中，所述图2针对的是正的载荷动力的情况。

接下来对于正的载荷动力来说已知的方法会参照图2进行说明。

在第一计算曲轴角度值kw1时，基于所述预测的空气填充ml计算第一燃料量，该空气填充通过所述变化过程40被给出。在此，或者是会获取在所述控制装置26中连续进行地新地预测的空气填充，或者是专门为这个第一计算曲轴角度值kw1预测、也就是说计算所述空气填充ml1的值。

相应的计算方法是已知的，并且基于例如被测量的或者被模型化的进气管压力，或者在增压的发动机的情况下基于增压压力，和/或基于空气流量计28的信号（该空气流量计获取在每时间单位或者曲轴角度单位中流入到所述内燃机中的空气量），和或基于空气量执行机构36的位置（该执行机构控制流入到所述内燃机中的新鲜空气）、例如节气门的位置和/或所述燃烧室的进入阀和/或排出阀的可变的控制装置的执行机构的位置，其中，通过注意所述燃烧室的数量和内燃机的转速来计算出单独的燃烧室空气填充的值。

从所述如此预测的、燃烧室填充物的空气量出发，在注意到对于燃烧室填充物的燃料/空气比例的额定值的情况下，合适的燃料量会被计算出来。对于例如化学计量的燃料/空气-比例来说，空气量是燃料量的14.7倍。

这个燃料量会在进气冲程中利用所述喷射机构42喷射进所述燃烧室中，从而使得直到点火时较多的时间对于在所述燃烧室12中的燃料的均匀分布来说可供使用。

在第二计算曲轴角度值kw2时，基于更加新的预测的空气填充对第二待喷射的燃料量进行计算，该空气填充物通过所述变化过程40给出。在这种情况下，在这里也或者是会获取在所述控制装置中连续进行地新地预测的空气填充，或者是专门为这个第二计算曲轴角度值kw2预测空气填充的值ml2。所述第二待喷射的燃料量如此确定，从而使得该燃料量总的来说利用第一待喷射的燃料量和对于第二计算曲轴角度值预测的、在正的载荷动力中更多的空气填充来生成所期望的燃料/空气-比例。这个燃料量在压缩冲程中利用一次附加的喷射44进行喷射。利用第一次喷射和第二喷射之和，所述从实际的空气填充ml（es）中产生的燃料需求比单独利用第一次喷射更好地被满足。更高的准确性产生于此：在时刻/曲轴角度kw2对于时刻/曲轴角度es所预测的空气填充ml2由于在时刻/曲轴角度es的小的间隔就比在较大间隔中所确定的空气填充ml1更准确地符合实际的空气填充ml（es）。

根据图2使用的附加的喷射44仅仅在正的载荷动力时允许调整总共待喷射的燃料量。所述预测的空气填充然而也能够在相反的方向上进行改变。所述空气填充能够例如在快速地松开油门踏板时如此快速地改变，使得所述实际的燃烧室填充物明显小于在进入阀仍然打开时仍然在之前的排气冲程中首先预测的空气量，该燃烧室填充物随着关闭所述进入阀18才不再改变。这样的减少接下来也被称为负的载荷动力（negativelastdynamik）。

接下来参照图3来说明在一种具有负的载荷动力的情况中已知的方法。

在第一计算曲轴角度值kw1时，基于所述已被预测的空气填充来计算一种第一燃料量，该空气填充通过所述变化过程40给出。所述计算如此进行，如同与图2相关联地被说明的那样。因此在结果中，从燃烧室填充物的、预测的空气量ml出发，在注意到对于燃烧室填充物的燃料/空气比例的额定值的情况下，合适的燃料量被计算出来。这个燃料量在进气冲程中利用喷射机构48喷射进所述燃烧室中，从而使得直到点火时较多的时间对于使得在燃烧室中的燃料得以均匀分布来说可供使用。

在所示的情况中，在经过了所述第一计算曲轴角度值kw1时所预测的空气填充ml要大于更晚地在把最后的进入阀18进行关闭es时所产生的实际的空气填充ml（es）。因为原来在进气冲程中被喷入的燃料量利用对于被期望的燃料/空气-比例的调整的目标而进行计算，所以生成了带有上述不利的后果的过稠的混合物，特别是对于尾气质量来说。

对于在具有负的载荷动力的情况下的本发明的实施例来说，图4示出了气缸的或者内燃机10的燃烧室12的空气填充的、在对于四冲程发动机10的工作循环的一部分来说的曲轴角度上的变化过程40，连同把汽油喷射进50、52所述燃烧室的时机。

曲线40分别把下述的燃烧室填充物的值分配给曲轴角度值：该燃烧室填充物的值在关闭相关的燃烧室12的最后的进入阀18时在下述前提下产生：决定所述填充物的参数在所述曲轴角度值和曲轴角度值es（在该曲轴角度值中相关的燃烧室12的最后的进入阀进行关闭）之间不会改变。换句话说，如果决定性的条件直到那时都不改变的话，那么所述曲线40对于每个曲轴角度值都给出了填充物，该填充物在所述有关的燃烧室中在关闭所述燃烧室的最后的进入阀时产生。在关闭燃烧室的最后的进入阀时实际产生的填充接下来也被称为实际的填充。

除了所述值—该值对于有关的气缸的进入阀18的关闭时刻的曲轴角度es而产生—以外，所述实际的填充的值仅仅是理论值。

不变的参数的前提在内燃机的稳定的运行中利用近乎不变的油门踏板位置和近乎不变的转速得以良好地满足。但是在不稳定的运行状态中，不再能够以“这个前提是满足了的”为出发点。在把油门踏板快速地松开时，在进入阀18之前的进气管压力ps能够如此快速地减小，使得所述实际的填充物的值在所述内燃机的一个冲程的长度上、也就是在大约180°曲轴角度的角度范围上强烈地减小，所述实际的填充物产生在关闭所述燃烧室12的最后的进入阀18时。

这反映在了在图4中的画成虚线的曲线40的下降的变化过程中，图4针对的是负的载荷动力的情况。

接下来参照在图4中示出的变化过程40和在那里给出的值，并且参照图5的流程图对根据本发明的方法的实施例进行说明，就如同由控制装置26完成（abarbeiten）的那样。在图5的流程图中的单独的方块在此根据关系对应着程序模块或者单独的步骤，该程序模块本身能够再次划分成其它的步骤。从方块s1出发达到步骤s2，所述方块s1代表了用于控制所述内燃机的上级的程序，在步骤s2中在第一计算曲轴角度值kw1时，基于所预测的空气填充ml来计算第一燃料量mk1，所述空气填充ml通过变化过程40在图4中被给出。在此或者是会获取在所述控制装置26中连续进行地新地预测的空气填充，或者是专门为这个第一计算曲轴角度值kw1预测所述空气填充ml（kw1）的值。

此外，如同上面已经说明了的那样，相应的计算方法是已知的，并且基于例如被测量的或者被模型化的进气管压力ps，或者在增压的发动机的情况下基于增压压力，和/或基于空气流量计的信号l（该空气流量计获取在每时间单位或者曲轴角度单位流入所述内燃机中的空气质量流），和或基于空气量执行机构的位置（该执行机构控制流入到所述内燃机中的新鲜空气）—例如节气门的位置和/或所述内燃机的进入阀和/或排出阀的可变的控制的执行机构的位置，其中，通过注意到所述燃烧室的数量和内燃机的转速，单独的燃烧室用空气填充的值会被计算出来。

从所述如此预测的、燃烧室填充物的空气量出发，在注意到对于燃烧室填充物的燃料/空气比例的额定值的情况下，合适的燃料量会被计算出来。对于例如化学计量的燃料/空气-比例而言，空气量是燃料量的14.7倍。但本发明也能够在与对于所述燃料/空气-比例来说其它的额定值的结合中被使用。

在步骤s3中，如果可能的话所出现的负的载荷动力的范围nld会被求出。对此，例如预测的空气填充ml的变化速度、或者所述空气填充的额定值的变化速度、或者影响着所述空气填充的执行机构的调节位置的变化速度—例如节气门的开口角度的变化速度被求出。这些参数存在于控制装置26中，或者由所述控制装置从在控制装置中存在的信号出发而求得。

在步骤s4中会被检查：是否被求得的载荷动力是负的，并且是否所述负的载荷动力的范围超过了预设的阈值sw。如果不是所述情况的话，那么所述程序返回到在所述方块1中进行着的主程序中。

如果与此相反存在着负的载荷动力的话，该负的载荷动力在数值上大于所述阈值，那么所述程序就分支到步骤s5中。在这个步骤s5中，从在步骤s2中确定的燃料量mk1中首先减去预设的值dmk。所述待减去的值dmk优选是一种固定值。在另一个优选的实施方式中，所述预设值dmk是一种依赖于负的载荷动力的范围nld的值：所述负的载荷动力的范围nld越大，则所述待减去的值dmk优选就越大。

所述负的载荷动力的范围例如是以连续地预测的空气填充的变化速度为特征的。

随后在步骤s6中，减少了所述预设值dmk的燃料量mk1-dmk在进气冲程中被喷射，从而使得直到点火时较多的时间对于燃料在所述燃烧室中的均匀分布而言可供使用。这发生在带有喷射机构50的图4中，该喷射机构50示出为矩形并且在图4中示出为黑色的矩形。这个黑色的矩形代表着所述被喷射的燃料量mk1-dmk，而用虚线示出的部分示出了所述被减去的部分dmk。

在步骤s7中，在第二计算曲轴角度值kw2时基于更新的预测的空气填充计算了第二燃料量mk2，该更新的预测的空气填充通过变化过程40给出。在这种情况下，在这里或者也会获取在所述控制装置中连续地新地预测的空气填充ml2，或者专门为这个第二计算曲轴角度值预测所述空气填充的值。由于短的时间间隔（该时间间隔也能够等于零），在关闭有关的燃烧室的最后的进入阀的时刻/曲轴角度es时，这个新地预测的空气填充ml2比在第一计算曲轴角度值kw1时预测的空气填充更准确。在负的载荷动力中，所述当前地新地预测的空气填充ml2特别地小于在进行第一计算曲轴角度值kw1时所预测的空气填充ml1.

所述第二燃料量mk2如此地进行确定，使得该燃料量与所述对于第二计算曲轴角度值kw2所预测的空气填充ml2共同地产生所述被期望的燃料/空气-比例。

这个燃料量mk2的一部分已经作为减去了所述预设的值dmk的被减少了的燃料量mk1-dmk在进气冲程中被喷射。

在步骤s8中，仍然缺少的部分mk3通过简单的差异形成（differenzbildung）进行计算，并且在压缩冲程中进行喷射，其中，所述喷射优选在压缩冲程的开端进行。所述仍然待喷射的、缺少的部分mk3的计算例如通过下述方程来进行：

mk3=mk2-（mk1-dmk）。

在极端情况下，所述附加地第二有待喷射的燃料量mk3也能够等于零。所述根据图3使用的、喷射的分配即使在负的载荷动力时也允许调整总的每燃烧室填充物的待喷射的燃料量。