用于确定喷射燃料的时间点的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射时间的方法。本发明此外涉及一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射时间的设备。

背景技术：

随着关于限制污染物的排放的法律要求越来越严格，在适当的时间并且以理想的方式将燃料精确地引入燃烧室中是必要的。

DE 10 2006 010 094 A1公开了一种用于在具有控制装置的内燃机的排气系统中确定温度的方法，其中，在至少一个操作变量的基础上，通过能量平衡来计算排气系统中的排气的温度或者温度分布线。

DE 10 2008 020 933 B4公开了一种用于检查内燃机中的温度测量的合理性的方法。

DE 44 33 631 A1公开了一种用于形成关于内燃机的排气系统中的温度的信号的方法。例如，利用该方法，能够形成以下信号：用于催化转化器上游的排气温度的信号、或者用于催化转化器中的温度的信号、或者用于催化转化器下游的温度的信号。

DE 10 2007006 341 A1公开了一种用于控制机动车辆中的内燃机的方法，其中，借助电子控制单元以取决于操作参数的方式来确定各种设定参数，其中，该设定参数由基值和至少一个校正值形成，并且校正值以取决于估计的燃烧室壁温度的方式来确定。

技术实现要素：

本发明所基于的目标是有助于排放物的减少。

该目标借助独立专利权利的特征来实现。有利的改进例的特征在于从属权利要求。

本发明的特征在于一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射时间的方法。此外，本发明的特征在于一种用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射时间的设备。

在该方法中，内燃机的转矩被确定。内燃机的速度被确定。气缸的气缸壁温度被确定。喷射时间以取决于气缸壁温度、速度以及转矩的方式被确定。

随后，燃料向内燃机的气缸的燃烧室中的喷射能够以取决于所确定的喷射时间的方式被控制。

转矩也可以被称为负载转矩或者负载。

如果喷射时间仅由诸如负载和速度的参数确定，则这些参数仅可应用于特定燃烧室温度。在温度变化的情况中，例如，该情况是燃料的蒸发行为变化并且出现不完全燃烧。其结果就是超过颗粒限值。替代地，喷射时间能够以取决于冷却剂温度的方式被确定。然而，所述温度并不构成燃烧室中的相关的参考变量。

借助上述方法，能够通过使用气缸壁温度来实现排放的改进，特别是颗粒数和颗粒大小的减小，特别地关于以取决于冷却剂温度的方式进行的确定。

在一个可选实施例中，气缸的活塞冠温度被确定，并且喷射时间以取决于活塞冠温度的方式被确定。例如，活塞冠温度能够借助合适的模型来确定。

在另外的可选实施例中，使得第一特性图可用，该第一特性图代表被提供用于处于第一操作模式中的内燃机以用于确定喷射时间的特性图。第一特性图的第一值以取决于转矩和速度的方式被确定。第一值以取决于气缸壁温度的方式进行加权。喷射时间以取决于加权的第一值的方式被确定。

以此方式，以取决于转矩和速度的方式确定的喷射时间能够容易地适于取决于气缸壁温度的方式。

在另外的可选实施例中，使得第二特性图可用，该第二特性图代表被提供用于处于不同于第一操作模式的第二操作模式中的内燃机以用于确定喷射时间的特性图。第二特性图的第二值以取决于转矩和速度的方式被确定。第二值以取决于气缸壁温度的方式进行加权。喷射时间以取决于加权的第二值的方式被确定。

以此方式，特别地在使用第一特性图和第二特性图的情况下，能够容易地执行在两个参数集之间的选择或从一个参数集至另一参数集的转变。

在另外的可选实施例中，第一特性图代表被提供用于处于正常操作模式中的内燃机以用于确定喷射时间的特性图，并且第二特性图代表被提供用于负载变化期间的内燃机以用于确定喷射时间的特性图。

特别地在负载变化的情况中，用于低排放的参数集是必要的，该参数集不同于用于正常操作模式的参数集。以此方式，能够容易地实现第一特性图与第二特性图之间的转变功能。

在另外的可选实施例中，借助预定气缸壁温度模型来确定气缸壁温度。

以此方式，不需要参考传感器。通过使用气缸壁温度模型，能够非常准确地复制实际气缸壁温度。

在另外的可选实施例中，气缸壁温度模型是热力学温度模型。

具体地，利用例如基于热力学第一定律的热力学模型，能够非常准确地复制实际气缸壁温度。

在另外的可选实施例中，所确定的气缸壁温度代表以取决于稳态气缸壁温度的方式确定的动态气缸壁温度。

通过对动态气缸壁温度的确定，能够考虑缸盖和缸体的热惯性，以便使得能够非常准确地复制实际气缸壁温度。

在另外的可选实施例中，气缸壁温度以取决于下述内容的方式被确定：确定的气缸压力、确定的气缸容积排量、确定的空气质量、以及确定的指示发动机转矩。

这些变量（即，气缸压力、气缸的容积排量、空气质量以及指示发动机转矩）能够借助通常已经存在的传感器装置和/或借助发动机数据而被非常容易地确定，以便使得以此方式能够非常容易且便宜地了解气缸壁温度。

在另外的可选实施例中，气缸壁温度以取决于确定的排气温度的方式被确定。

通过以取决于确定的排气温度的方式进行的确定，能够非常准确地确定气缸壁温度。

替代地，气缸壁温度也可以独立于排气温度被确定，也就是说，排气温度对于确定气缸壁温度而言不是必要的。因此，这种情况不需要对排气温度进行准确建模或者不需要排气温度传感器。

在另外的可选实施例中，气缸壁温度模型包括：气缸室中的平均气体温度的模块化中间变量、气缸的指示平均压力、燃烧室中的传热系数、以及稳态气缸壁温度。

这种气缸壁温度模型的优点在于模块化物理建模。因此，能够以部件相关的方式来确定中间变量。这允许直接校准气缸壁温度，因为在特性图中不需要确定多维相关性以用于确定气缸壁温度。

附图说明

下文将借助示意性附图对本发明的示例性实施例进行更加详细的解释。在附图中：

图1示出了关于喷射时间的确定的流程图；

图2示出了关于喷射时间的确定的另外的流程图；

图3示出了所确定的气缸壁温度的值的曲线图。

在整个附图中，具有相同设计或功能的元件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了用于确定将燃料喷射到内燃机的气缸的燃烧室中的喷射时间的程序的流程图。

该程序可以例如由控制设备50执行。为此目的，控制设备50特别地具有处理单元、程序和数据存储器、以及例如一个或多个通信接口。程序和数据存储器和/或处理单元和/或通信接口可以形成在单个模块中和/或可以分布在多个模块之间。为此目的，该程序特别地被储存在控制设备50的数据和程序存储器中。

控制设备50也可以被称为用于确定喷射时间的设备。

在步骤S1中，程序开始，并且根据需要初始化变量。

在步骤S3中，确定内燃机的转矩M。

在步骤S5中，确定内燃机的速度N。

在步骤S7中，确定气缸的气缸壁温度ZT。

在步骤S9中，以取决于气缸壁温度ZT、转矩M、以及速度N的方式确定喷射时间。

在步骤S11中，程序结束，并且可以根据需要在步骤S1中再次开始。替代地，该程序进一步在步骤S3中继续，并且不结束。

图2示出了用于喷射时间的确定的另外的流程图；特别地，图2示出了步骤S7的更加详细的示例。

在此，使得第一特性图可用，该第一特性图代表被提供用于处于第一操作模式中的内燃机以用于确定喷射时间的特性图。在步骤S701中，以取决于转矩M和速度N的方式确定第一特性图的第一值。

在步骤S703中，以取决于气缸壁温度ZT的方式对第一值进行加权，例如，通过使气缸壁温度ZT标准化并且乘以第一值。

可选地，使得第二特性图可用，该第二特性图代表被提供用于处于不同于第一操作模式的第二操作模式中的内燃机以用于确定喷射时间的特性图。在步骤S705中，以取决于转矩M和速度N的方式确定第二特性图的第二值。

在步骤S707中，以取决于气缸壁温度ZT的方式对第二值进行加权，例如，通过使气缸壁温度ZT标准化并且减去数值1，并且使其结果乘以第二值。

在步骤S709中，以取决于加权的第一值的方式和/或以取决于加权的第二值的方式确定喷射时间，例如，通过将第一值加上第二值。

例如，借助预定气缸壁温度模型确定气缸壁温度。

为了确定气缸壁温度模型，例如，能够应用热力学第一定律：

。

借助燃料供应的热量的总和

对应于壁热量流

技术功

经由入口阀进入的焓流

经由出口阀离开的对应焓流

以及泄漏焓流

。

作为简化，该能量平衡例如能够被转换成热量流的平衡。在此，气缸壁温度的对流热量流、通过热传导运输通过气缸壁的热量流、以及进而通过对流传递至冷却剂的热量流之间的关系被确定：

。

在此，使用了以下缩写：

：气体侧的平均传热系数，

：气体侧的有效热量流横截面，

：气体侧（气缸室）的平均温度，

：燃烧室壁的导热率，

：燃烧室壁的（有效）厚度，

：气缸壁的有效热量流横截面，

：燃烧室侧的平均气缸壁温度，

：冷却剂侧的平均气缸壁温度，

：冷却剂的传热系数，

：冷却剂侧的有效面积，

：冷却剂温度，

：气缸的有效质量，

：气缸的比热容。

由此，能够推导出稳态情形的计算模型，该模型原则上由三个部分组成。第一部分是气体侧模型参数的确定。第三部分涉及通过热管理进行计算。在第二部分中，借助对壁过渡部的计算将所述计算汇集在一起：

。

可以利用对气缸压力Pcyl、容积排量Vcyl、空气质量MAF、以及气体常数R的已知来计算平均气体温度TG：

。

在此，必须考虑到入口温度Tin。参数a1和a2必须通过经验确定。可选地，排气温度也可以借助参数a3以加权的形式并入该等式中。也可以使用λ值来校正气体温度，因为燃烧温度在λ值<> 1下相对冷。

指示平均压力Pcyl使用指示发动机转矩TQI和容积排量Vcyl进行计算：

。

根据Woschni，对燃烧室中的传热系数αG的计算可以被确定为如下：

。

在第一方案中，进料移动的速度大致基于活塞速度。作为另外的有利实施例，由旋涡、翻滚等引起的进料移动也能够被考虑。

由于多种液压控制元件（各种泵和开关阀），所以内燃机的热管理十分复杂。因此，采用简化的模型或者估计是有利的。

一种方案是量纲分析，例如，借助基于列文伯格-马夸尔特算法的回归分析。基于该经验方案，能够估计冷却剂速度和运动粘度。该相关性可以近似为发动机控制器中的多项式或者特性图。随后能够通过冷却通道的内径Di和冷却剂速度νcoolant、以及运动粘度n来计算雷诺数Rek。运动粘度n是对液体的内摩擦的表述。运动粘度是动态粘度与液体密度的商数。

普朗特数表现出强烈的温度相关性并且也可以作为多项式展开或者在特性图的辅助下确定。能够通过普朗特数和雷诺数确定努塞尔特数。

能够通过努塞尔特数Nucoolant、冷却剂的导热率λ、以及冷却通道的直径Di计算传热系数αcoolant：

。

作为最后一步，通过这些中间变量确定稳态气缸壁温度Tcyl,stat：

。

在此，U表示替代导热率值

。

为了确定动态气缸壁温度Tcyl，还必须考虑缸盖的热惯性。在此，通过气缸的有效热质量和比热容来确定参数k

。

在该情况中Tcyl,old表示来自先前计算周期的动态气缸温度。

图3示出了所确定的气缸壁温度ZT的值的曲线图。最上面两条线代表借助上述气缸壁模型确定的（动态）气缸壁温度ZT和借助传感器装置确定的参考温度RT。在此，参考温度RT是具有更明显噪声的线。从上往下第三条线代表冷却剂温度KT。从上往下第四条线代表转矩M，并且第五条线代表速度N。

如能够在图3中看到的，动态气缸壁温度ZT在图示的短暂情形中遵循参考温度RT，而冷却剂温度KT仅非常缓慢地下降。

如果仅使用诸如负载和速度等参数确定喷射时间，则因为负载和速度的参数仅可应用于特定燃烧室温度，所以在温度变化的情况中，例如该情况是燃料的蒸发行为发生变化并且出现不完全燃烧。随后可能出现超过颗粒限值。

因此，能够通过使用气缸壁温度ZT来实现排放的改进，特别是关于颗粒数和颗粒大小，特别地关于以取决于冷却剂温度KT的方式进行的确定。如果气缸壁温度ZT独立于排气温度被确定，则不需要对排气温度进行准确建模或者不需要排气温度传感器。上述气缸壁温度模型的优点在于模块化物理建模。因此，能够以部件相关的方式来确定中间变量。这允许直接校准气缸壁温度ZT，因为不需要在特性图中确定多维相关性以用于确定气缸壁温度ZT。

此外，可以确定气缸的活塞冠温度，并且可以以取决于活塞冠温度的方式确定喷射时间。例如，类似于气缸壁温度，同样地可以借助合适的模型来确定活塞冠温度。特别地，因此可选地也能够以取决于气缸壁温度和活塞冠温度的方式对第一特性图的第一值和第二特性图的第二值进行加权。

附图标记列表

S1-S709 步骤

50 控制设备

KT 冷却剂温度

M 转矩

N 速度

RT 参考温度

ZT 气缸壁温度