用于运行机动车用的内燃机的方法以及用于内燃机的系统与流程

本发明涉及一种用于运行机动车用的内燃机的方法和一种用于内燃机的系统。

背景技术：

与机动车—在所述机动车中布置了内燃机—中所允许的有害物质排放有关的越来越严格的法律法规要求，尽可能小地保持在内燃机运行时的有害物质排放。由此尤其要求有益地操控内燃机，以便较小地保持燃料消耗和有害物质组分的产量（ausstoß）。

影响内燃机的燃烧过程的一个重要参数是废气再循环率，所述废气再循环率表明了废气的份额有多大，所述废气被再次输送给内燃机以用于后续的燃烧过程。为了有益地影响内燃机的燃烧过程，需要准确地确定废气再循环率。

技术实现要素：

本发明所基于的任务是，提供一种用于运行机动车用的内燃机的方法和一种用于内燃机的系统，它们适合于较小地保持燃料的消耗量和有害物质排放的产量。所述任务通过独立专利权利要求的特征来解决。本发明的有利的设计方案在从属权利要求中表明。

根据第一方面，用于运行机动车用的内燃机的方法包括接收汽缸压力传感器的测量信号，所述测量信号表示在机动车的内燃机的汽缸中的压力。此外，该方法还包括根据接收到的汽缸压力传感器的测量信号来确定汽缸中的汽缸压力波动。此外，该方法还包括根据所确定的汽缸压力波动来增大内燃机的废气再循环率，直至达到汽缸压力波动的预先给定的极限值。此外，该方法还包括：如果达到了汽缸压力波动的预先给定的极限值，则确定废气再循环率的实际值，并且将所述实际值存储为用于内燃机的废气再循环率的目标值。

通过所描述的方法，能够可靠地确定并且有针对性地调整用于机动车的内燃机的废气再循环率，以便较小地保持燃料的消耗量和内燃机的有害物质排放的产量。为此目的，评估汽缸压力传感器的测量信号，以便控制内燃机的燃烧循环或燃烧过程。

例如，在机动车的控制单元的数据存储器中存储了用于废气再循环率的预先给定的数值，在马达试验台上已针对内燃机的不同运行点确定了所述预先给定的数值。例如，已根据转速、所施加的负载和马达温度确定了用于废气再循环率的这种预先存储的数值并且将其用作用于机动车的驾驶运行的预先给定目标值（sollwertvorgabe）。在此，例如在考虑最小的燃料消耗量的情况下以可容许的汽缸压力波动在内燃机的高压阶段中已确定了用于废气再循环率的预先给定目标值。然而，在机动车的实际的驾驶运行中，这种预先给定目标值可能偏离用于废气再循环率的最优值，以实现尽可能小的燃料消耗量和有害物质排放的产量。

借助于所描述的方法，通过接收到的汽缸压力传感器的测量信号和所确定的汽缸压力波动来监控废气再循环率，从而可以有益地调整之前存储的预先给定目标值，所述预先给定目标值可以对内燃机的燃烧过程产生有利的影响。汽缸压力波动表示在运行中在内燃机的汽缸中出现的周期性的平均压力波动，并且能够得出关于燃烧过程的结论。

根据废气再循环率的增大而提高的废气再循环以节省消耗的方式影响用于内燃机的所需的燃料。然而，在此需要监控汽缸压力波动，其方式为例如持续地或以预先给定的时间间隔不断获取（erfasst）汽缸压力传感器的测量信号。随着废气再循环率的增大，汽缸压力波动自一定的数值起显著增大，这例如是由于新鲜空气的混合度过低而引起的。为了确保受控的燃烧过程，因此需要汽缸压力波动不超过表示预先给定的极限值的数值。预先给定的极限值因此表示对于可靠的燃烧过程来说最大可容许的汽缸压力波动和最大允许的废气再循环率。

因此在使用汽缸压力传感器的情况下可以确定废气再循环率，所述汽缸压力传感器符合标准地安装在内燃机中。因此，使用已经存在的资源并且不需要额外地安装的传感器。以这种方式，利用所描述的方法，可以实现价格低廉且可靠地确定废气再循环率。

根据一种改进方案，所述方法包括接收汽缸压力传感器的测量信号，所述测量信号表示在内燃机的进气管中的进气压力。根据接收到的汽缸压力传感器的测量信号确定在进气管中吸入的空气质量，并且根据所确定的空气质量来控制内燃机的废气再循环率。

所描述的方法如下地被扩展，在确定废气再循环率的实际值时，也如下地评估汽缸压力传感器的测量信号：确定在进气管中的空气质量。替代地或附加地，也可以在内燃机中布置进气管压力传感器，所述进气管压力传感器能够实现例如在内燃机的进气阶段期间确定所吸入的空气质量。但是，根据汽缸压力传感器的测量信号，不仅可以确定所吸入的空气质量而且可以确定在汽缸中处于其内的新鲜空气和废气的份额。因此仅通过汽缸压力传感器就可以进行废气再循环率的实际值的确定。

根据一种改进方案，所述方法包括根据接收到的汽缸压力传感器的测量信号来确定爆震强度。替代地或附加地，可以接收爆震传感器的测量信号，所述测量信号表示燃烧过程的爆震，并且可以根据接收到的爆震传感器的测量信号来确定爆震强度。根据所确定的爆震强度来调整曲轴的点火角，所述曲轴与汽缸的活塞耦接。因此，根据所确定的爆震强度或根据点火角的调整来调整废气再循环率的目标值。

在这种情况下，爆震强度表示剩余空气燃料混合物的不受控制的燃烧行为，所述剩余空气燃料混合物尚未在燃烧过程中被检测到并且所述剩余空气燃料混合物作为高频的压力波动可能导致在可声学上感知的爆震。这种高频的压力波动例如作为偏移（ausschläge）被叠加在周期性的平均压力波动或汽缸压力波动上，并且也可以借助汽缸压力传感器被探测到。

这种爆震提供了关于燃烧过程和燃烧重心（verbrennungsschwerpunkt）的信息，并且可能影响废气再循环率的调整。在此，废气再循环率的调整或废气再循环率的目标值的调整表示根据所确定的爆震强度来进一步增加或减小。先前确定的在汽缸压力波动的极限处的实际值—该实际值已被存储为用于废气再循环率的目标值—必要时被校正并存储为用于废气再循环率的新的目标值。

根据一种改进方案，所述方法包括根据接收到的汽缸压力传感器的测量信号来确定燃烧重心，并且根据所确定的燃烧重心来调整废气再循环率的目标值。

根据一种改进方案，所述方法包括根据接收到的汽缸压力传感器的测量信号来确定燃烧持续时间，并且根据所确定的燃烧持续时间来调整废气再循环率的目标值。

燃烧重心和燃烧持续时间是可以影响内燃机的燃烧过程和废气再循环的调整的其他参数。所述燃烧重心和燃烧持续时间可以借助于接收到的汽缸压力传感器的测量信号来确定，并且可以对最佳的或最大可容许的废气再循环率产生影响，所述最佳的或最大可容许的废气再循环率能够以低的燃料消耗量实现受控的燃烧过程。在此，“燃烧重心”表示这样的时刻，在该时刻燃烧了所使用的燃料质量的50％。“燃烧持续时间”是这样的时间段，在该时间段中消耗了预先给定的份额的燃料，并且例如涉及内燃机的曲轴的两个角位置的角度差，所述曲轴与活塞耦接，所述活塞可轴向移动地布置在汽缸中。

根据一种改进方案，所述方法包括通过控制内燃机的曲轴的点火角来调整废气再循环率的目标值，所述曲轴与汽缸的活塞耦接。

在该情况下，“控制点火角”表示偏离预先给定的基本点火角（basiszündwinkel）地受控地改变点火角和曲轴的相关的角位置。基本点火角以及还有燃烧重心已针对内燃机的相应的运行点在马达试验台上例如被确定为预先给定的参考值，如用于废气再循环率的预先给定目标值，并且已被存储在机动车的控制单元中。偏离基本点火角地改变点火角对燃烧过程产生影响，并且能够用来有针对性地影响废气再循环速率并且结合所确定的汽缸压力波动来有益地设定所述废气再循环速率。基本点火角在此表明曲轴的特定于汽缸的最早允许的角位置，直至该角位置都没有爆震燃烧在内燃机中发生。换言之，基本点火角表示这样的点火角，在该点火角的情况下燃烧重心是最佳的。

根据一种改进方案，所述方法包括接收爆震传感器的测量信号，所述测量信号表示汽缸的爆震强度，并且根据接收到的爆震传感器的测量信号调整废气再循环率。

即使不是每个汽缸都具有一汽缸压力传感器或者在内燃机中仅布置一个汽缸压力传感器，所述方法的这种改进方案也能够实现确定汽缸压力波动并调整废气再循环率。有利的是，汽缸压力传感器布置在内燃机的汽缸中，所述汽缸压力传感器对汽缸压力波动具有最大的灵敏度。借助于爆震传感器，至少在没有配设汽缸压力传感器的汽缸中监控爆震倾向。此外，测量相应的汽缸的分段时间（segmentzeit），必要时校正所述分段时间并且消除传感器-或发送器轮误差（sensor-beziehungsweisegeber-rad-fehlern），并且将其与具有汽缸压力传感器的汽缸的分段时间进行比较。以这种方式，能够将相应汽缸的分段时间换算成特定于汽缸的汽缸压力波动。在另一曲线中，可以根据如此确定的汽缸压力波动增大废气再循环率和/或调整用于废气再循环率的目标值。

根据本发明的第二方面，用于内燃机的系统包括一装置，该装置被构造用于执行之前所描述的方法之一；和汽缸压力传感器，该汽缸压力传感器布置在机动车的内燃机中并且其测量信号表示在内燃机的汽缸中的压力。

这种系统描述了与汽缸压力传感器配合作用地执行之前所描述的方法之一。例如，在机动车的控制单元的数据存储器中存储可执行的指令，其能够执行所描述的方法之一。

附图说明

下面借助示意图进一步解释本发明的实施例。其中：

图1示出了喷射系统的实施例；

图2a示出了根据废气再循环率的内燃机的燃料消耗量的定性曲线；

图2b示出了根据废气再循环率的内燃机的汽缸中的汽缸压力波动的定性曲线；

图2c示出了根据废气再循环率的内燃机的重心位置的角位置的定性曲线；并且

图3示出了用于运行内燃机的方法的流程图。

在所有附图中，相同结构或功能的元件用相同的附图标记来表征。

具体实施方式

图1示出了系统1的实施例的示意图，该系统基本上表示机动车的内燃机的一部分。系统1用于将燃料16喷入或吹入到内燃机的汽缸3的燃烧室4中。在图1中仅仅示出了一个燃烧室4，但是内燃机通常具有多个燃烧室4。这些燃烧室以对应于在图1中示出的燃烧室4的方式来构造。

进气管11与燃烧室4耦接（gekoppelt），以用于将空气输送到燃烧室4中。排气管13与燃烧室4耦接，以用于导出废气。在进气管11上布置了进气阀12。进气阀12用于控制经由进气管11进入到燃烧室4中的空气的量或质量。在进气阀12打开时，空气可以从进气管11到达燃烧室4内。在进气阀12关闭时，尽可能地防止空气从进气管11流入到燃烧室4内。排气阀14布置在排气管13上，以用于控制废气的排出。

此外，示意性地示出了一再循环机构18，该再循环机构将排气管13中的预先给定份额的废气再次输送给进气管11，用于内燃机的另外的燃烧循环或燃烧过程。借助于再循环机构18能够控制可以对燃烧过程具有有利影响的废气再循环率agr，以便较小地保持燃料16的消耗量v和有害物质排放的产量。在此情况下，再循环机构18可被视为是内燃机的部件。

布置了喷射阀15以用于将燃料16喷入到燃烧室4中。特别地，可以利用喷射阀15喷射预先给定的量的燃料16，所述预先给定的量例如由一装置来预先给定。该装置例如是内燃机的马达控制器的一部分。

在燃烧室4中布置了一活塞5。活塞5可运动地布置在汽缸3的燃烧室4中，并且在机动车运行中驱动内燃机的曲轴7，该曲轴借助于连杆9与活塞5耦接。在活塞5向下运动时，新鲜空气和废气通过具有进气管11的进气道被吸入到汽缸3的燃烧室4中。在内燃机的工作冲程中，在燃烧室4中点燃由新鲜空气、废气和燃料16构成的混合物并且开始受控地爆炸。由于爆炸，活塞5再次被向下推动（getrieben）。在此，转矩被传递到内燃机的曲轴7上。

在汽缸3的轴向端部处布置有汽缸压力传感器10，借助于该汽缸压力传感器可以监控内燃机的燃烧室4中的压力。汽缸压力传感器10的测量信号可以利用根据在图3中示出的流程图的方法来评估，并且能够实现确定并调整用于废气再循环率agr的目标值s_agr，以便能够实现有益的燃烧过程。在此，在废气再循环率agr和影响内燃机的燃烧过程的其他参数之间存在关系。这些关系的定性的相关性在下面的附图2a-2c中示出。

图2a示出了根据废气再循环率agr的机动车的内燃机的燃料16的示例性的定性的消耗量v。示出了两条用于内燃机的不同运行点的曲线v_l1和v_l2，所述这两条曲线代表例如关于不同转速、所施加的负载和/或马达温度的消耗量v。借助于这两条曲线v_l1和v_l2可以看出：在废气再循环率agr增大时燃料16的消耗量v下降。

另外，在图2a中在废气再循环率agr的轴线的不同位置处绘出了废气再循环率的目标值s_agr和燃烧重心vsp，它们可以对内燃机的燃烧过程产生有益影响。例如，燃烧重心vsp和用于废气再循环率agr的预先给定目标值已作为目标值s_agr在马达试验台上被确定并且已被存储在机动车的控制单元中。

图2b示出了在内燃机的运行中根据废气再循环率agr的汽缸压力波动zds的示例性的定性曲线。例如在根据图3的方法的范围内根据汽缸压力传感器的测量信号已确定了汽缸压力波动zds。所示出的曲线类似于在图2a中示出的曲线v_l1和v_l2地涉及内燃机的不同运行点。

可以看出，汽缸压力波动zds在废气再循环率agr增大时最初基本保持恒定或甚至略微减小。然而，如果废气再循环率agr进一步增大，则汽缸压力波动zds显著增大，并且对内燃机的燃烧过程产生不利影响。汽缸压力波动zds的这种显著增大代表仍然可容许的汽缸压力波动zds的极限值以及最大可能的废气再循环率agr的极限值，所述最大可能的废气再循环率仍然能够实现稳定且可靠的燃烧过程。

在图2b中，该极限值用gw_zds来表示，并且例如在废气再循环率为26％时被超过。在马达试验台上，例如已将针对23％的废气再循环率agr的工厂设定（werkseinstellung）作为预先给定目标值存储在机动车的控制单元的数据存储器中。借助于所确定的汽缸压力波动zds根据图2b可看出，有益的是：例如以25％来存储废气再循环率agr的目标值s_agr，以便降低燃料16的消耗量v并且相对于汽缸压力波动zds的极限值gw_zds和相关联的最大可接受的26％的废气再循环率agr设定一定的安全间隔。以这种方式，借助用于运行机动车的方法—借助于下面的图3来示例性地阐述该方法—能够根据汽缸压力传感器10的测量信号以及由此确定的汽缸压力波动zds来确定并且有针对性地调整废气再循环率agr，以便以受控的方式影响内燃机的燃烧过程，并且在燃料16的减少的消耗量v和减少的有害物质排放方面有所改善。

图2c示出了根据废气再循环率agr的内燃机的重心位置（schwerpunktlage）的角位置wp的示例性的定性曲线。在图2c中，还在角位置wp的轴线上绘出了用于最佳的重心位置的角位置wp_sl，其例如说明了在汽缸3中的点火的有益的位置或有利的时刻。由这种关系可推断出，点火角相对于曲轴7的角位置wp的位置也可以影响废气再循环率agr。通过改变重心位置的角位置wp_sl和点火角，可以在一定程度上控制废气再循环率agr。其他参数—所述其他参数可以影响废气再循环率agr以及用于废气再循环率的最大允许的目标值s_agr—是内燃机的爆震强度、燃烧持续时间和燃烧重心vsp，从而也可以根据这些参数以及必要时其他参数来确定并且有利地调整废气再循环率agr。

图3示出了用于运行机动车的方法的示例性的流程图，借助于该方法可以可靠地确定废气再循环率agr并且可以有针对性地调整预先给定目标值，以便较小地保持燃料16的消耗量v和内燃机的有害物质排放的产量。

出于该目的，在步骤s1中接收汽缸压力传感器10的测量信号，所述测量信号表示在机动车的内燃机的相应汽缸3中的压力。

在另一步骤s3中，根据接收到的汽缸压力传感器10的测量信号来确定汽缸压力波动zds，并且例如确定在图2b中示出的曲线。

在另一步骤s5中，增大废气再循环率agr直至达到汽缸压力波动zds的预先给定的极限值gw_zds。在增大废气再循环率agr时，例如连续地确定和监控汽缸压力波动zds，以确保可靠且受控地增大废气再循环率agr。

如果达到了汽缸压力波动zds的预先给定的极限值gw_zds，则在另一步骤s7中确定废气再循环率agr的实际值。

所确定的实际值被保存为废气再循环率agr的目标值s_agr并且例如存储在机动车的控制单元中。所存储的目标值s_agr可以用于随后的用于运行内燃机的燃烧过程。通过这种方式，可以控制并且必要时调整先前存储的预先给定目标值，以便进一步改进内燃机的燃烧过程。

在另一步骤s9中，例如评估可以影响废气再循环率agr的其他参数。例如，进气管压力传感器19—该进气管压力传感器布置在再循环机构18或进气管11中（图1）—的测量信号一起被纳入到废气再循环率agr的确定和调整中。通过进气管压力传感器19可以确定在进气管11中被吸入的空气质量。然而，所吸入的空气质量的确定也可以借助于汽缸压力传感器10的测量信号来进行，所述汽缸压力传感器在内燃机的进气阶段中如进气管压力传感器那样地起作用。另外，借助于汽缸压力传感器10可以确定新鲜空气和废气在所吸入的空气质量中的份额并且因此可以确定废气再循环率agr的实际值。

可以根据汽缸压力传感器10和进气管压力传感器19的接收到的测量信号来确定、调整或控制废气再循环率agr。替代地或附加地，爆震强度、燃烧持续时间和燃烧重心vsp被确定并且一起被纳入到废气再循环率agr的确定和调整中。通过这种方式可以校正并进一步调整废气再循环率agr的先前确定并保存的目标值s_agr，以实现内燃机的可靠且有益的燃烧过程。

例如，也可以如下地执行用于运行内燃机和机动车的方法，以便可靠地确定并且受控地调整废气再循环率：

在内燃机的高的施加的负载的示例性的情况下有利的是：为了降低燃料16的消耗量v，增大废气再循环率agr，直至达到最佳的消耗重心（verbrauchsschwerpunkt）vsp，所述最佳的消耗重心例如在活塞5的上死点之后曲轴7的8°的点火角处。在此要注意的是，汽缸压力波动zds不超过最大允许的极限值gw_zds。

在另一曲线中，通过汽缸压力传感器10来确定汽缸压力波动zds、爆震强度、燃烧重心vsp和/或燃烧持续时间。如果爆震强度例如在内燃机的相应运行点处超过预先给定的阈值，则通过爆震调节器（klopfregelung）来调整点火角，其方式为例如针对相应的汽缸3延迟拖拉（spätgezogen）所述点火角。

在这种情况下，曲轴7的角位置wp或点火角的“延迟拖拉”表示移动燃烧过程的点火点的预先给定的角位置wp。如果例如以上死点的角位置wp之前10°的角位置指定点火点或点火角，那么点火点的角位置wp移动到上死点之前例如5°会实现点火角的“延迟拖拉”。相应地，将点火点的角位置wp移动到上死点之前例如15°通过点火角的术语“延迟拖拉”来描述。

通过延迟拖拉点火角也延迟拖拉燃烧重心vsp，这导致消耗增加。现在废气再循环率agr逐步增加并且由此爆震强度降低。在此，连续地确定和监控汽缸压力波动zds。同时，通过爆震调节器再次提前拖拉（frühgezogen）点火角，直至再次呈现所施加的基本点火角或最佳的燃烧重心vsp。如果在达到最佳的燃烧重心vsp或基本点火角之前，相应的汽缸3的汽缸压力波动zds达到相应的最大允许的极限值gw_zds，则停止增大废气再循环率agr，并且废气再循环率agr的当前值被确定为实际值。在另外的过程中，该实际值被用作用于内燃机的相应运行点的目标值s_agr，并且由此优化了燃料16的消耗量v和内燃机的有害物质排放的产量。

如果在机动车的运行中，在内燃机的相应运行点处的汽缸压力波动zds再次例如由于湿度增加而超过预先给定的极限值gw_zds，则再次降低废气再循环率agr，直至汽缸压力波动zs再次低于极限值gw_zds。

如果汽缸压力波动zds明显低于所允许的极限值gw_zds或者如果燃烧过程的爆震强度例如由于湿度降低而增大，则再次增大废气再循环率agr，直至达到汽缸压力波动zds的极限值gw_zds。

以这种方式，通过所描述的方法不断调整和优化内燃机的燃料16的消耗量v和有害物质排放的产量，并且实现了机动车的有益操控。

附图标记列表：

1系统

3汽缸

4燃烧室

5活塞

7曲轴

9连杆

10汽缸压力传感器

11用于空气的进气管

12进气阀

13用于废气的排气管

14排气阀

15喷射阀

16燃料

18再循环机构

19进气管压力传感器

agr废气再循环率

gw_zds用于汽缸压力波动的极限值

s_agr用于废气再循环率的目标值

v消耗量

v_l1负载1的曲线

v_l2负载2的曲线

vsp消耗重心

wp汽缸的曲轴的角位置

wp_sl重心位置的角位置

zds汽缸压力波动。