通过估算内部汽缸压力信号来测量新鲜空气的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于确定内燃发动机的汽缸中的空气质量的方法。另外，本发明 涉及一种用于操作内燃发动机的方法和一种用于内燃发动机的控制设备。
【背景技术】
[0002] 世人期望改进用化石燃料操作的内燃发动机，以便减少排放限值和燃料消耗。结 果是，内燃发动机的机械设计不断地变得更加复杂。具体来说，通过将空气质量馈送至汽缸 中的方式，可以改进内燃发动机的效率。依据发动机设计，例如，可以控制用于调节入口阀 和出口阀的冲程和相位的复杂凸轮轴调节系统，其控制的方式使得汽缸的填充损耗减少。 例如，还可以不同地致动各个汽缸的入口阀和出口阀。
[0003] 在发动机控制领域，通常通过给吸气区部建模（即，通过所谓的容器模型）来确定 汽缸中新鲜空气的填充量。用相同的方式使用基于模型的值对所有汽缸执行要喷射的燃料 量的计算。这里，只有用高成本才能考虑到各个汽缸之间的差异。具体来说，在负荷迅速变 化的情况下(在这个过程中，从一个工作循环到另一个工作循环，填充发生显著改变，或者 在主动调节凸轮轴相位或阀冲程的过程中)，校正时要求特性图的非常复杂的功能和校准。 尤其是在阀冲程调节系统(其持续地并且在一些情况下是在特定汽缸的基础上调节）的情 况下，由于吸气区部的机械设计和阀驱动件的多种变量，所以在吸入新鲜空气的过程中，在 特定汽缸之间可能产生差异。例如，这也可能是因为吸气歧管中的脉冲导致的。在这个背 景下，尤其是机械部件公差是连续制造中的一项影响因素，并且可能导致个体汽缸的新鲜 空气供给发生故障，并且即使是用最好的应用也无法排除。
[0004] 各阀的变化性很大，还会导致这样一种情形：在负荷动态地改变的情况下，汽缸中 吸入的空气质量或汽缸中由涡轮增压器吹入的空气质量，可能越来越难用上文提到的模型 来确定。
[0005] 例如，还可以使用基于吸气歧管压力传感器、空气质量计、温度传感器的测量数据 或拉姆达探针测量到的值的计算模型。例如，可以通过填充当量（Fill Iungsjiquivalent)来 确定汽缸中的填充量(根据Jippa，由新鲜空气、残余气体和燃料构成)，其中，填充当量是 在汽缸的压缩阶段期间的汽缸压力的基础上确定的。可以由填充当量来推断位于汽缸中 的总气体质量，推断的方法是通过除了汽缸压力曲线之外，还使用各种其他特性参数，诸如 (例如）发动机转速、空气比率、冷却剂温度、周围温度和周围压力（Jippa，Kai-Nicolas: "用于估算汽缸压力曲线的能联机的热力学方法（Online-capable, thermodynamic approaches for evaluating cylinder pressure profiles)"， dissertation, University of Stuttgart, 2002)。
[0006] 要使用填充的测量值和使用填充当量来这样测量汽缸中的新鲜空气，必然需要复 杂的模型(尤其是因为必需的许多参数)，所述模型会使得发动机控制系统极其复杂。此外， 还必然需要许多另外的传感器。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是确定一种用于确定内燃发动机的汽缸中的空气质量的简单的方 法。
[0008] 这个目的是通过下面的方式实现的：根据独立权利要求的一种用于确定内燃发动 机的汽缸中的空气质量的方法、一种用于操作内燃发动机的方法、和一种用于内燃发动机 的控制设备。
[0009] 根据本发明的第一方面，说明了一种用于确定内燃发动机尤其是机动车辆的内燃 发动机的汽缸(即，汽缸的燃烧室)中的空气质量的方法。根据所述方法，在汽缸的压缩阶段 期间确定第一填充当量。第一填充当量对应于压缩阶段中曲柄角的第一角范围中的第一平 均压力差。
[0010]另外，在汽缸的膨胀阶段期间确定第二填充当量。第二填充当量对应于膨胀阶段 中内燃发动机的曲柄角的第二角范围中的第二平均压力差。
[0011] 通过从第二填充当量减去第一填充当量，形成差分填充当量。在差分填充当量的 基础上确定汽缸中的空气质量。差分填充当量表示汽缸中的空气质量，结果是，可以在差分 填充当量的基础上确定汽缸中的空气质量。
[0012] 根据本发明的另一个方面，说明一种用于操作内燃发动机的方法，其中，首先将执 行上文所述的用于确定汽缸中的空气质量的方法。在内燃发动机的汽缸中的所确定的空气 质量的基础上，例如在吸气歧管喷射内燃发动机的情况下在吸气冲程中、或者在直接喷射 内燃发动机的情况下直接在汽缸中设置内燃发动机中的燃料/空气混合物。
[0013] 内燃发动机的汽缸中布置有活塞，所述活塞联接至曲柄轴。根据曲柄轴沿着其圆 周方向的位置来预定义汽缸活塞在汽缸中的位置。曲柄轴的一次旋转说明360°曲柄角的 曲柄轴间隔。通过曲柄角来表示曲柄角沿着其圆周方向的位置。在示例性标度中，在0°位 置上，汽缸例如处在上止点。上止点也称为点火上止点（点火TDC)。
[0014] 点火TDC是活塞处在最高位并且汽缸容积最小的位置。点火TDC是使压缩冲程与 膨胀冲程分开的那个上止点。这个上止点之所以称为点火TDC，是因为点火就发生在这个上 止点附近。
[0015] 如果曲柄角为(例如）±180°，则活塞是在下止点处。
[0016] 换而言之，在上止点（TDC)(活塞的上侧位于汽缸头附近)与下止点（BDC)(活塞的 上侧远离汽缸头）之间进行区分。上止点用作曲柄轴位置的参考的一个示例。可以将0° 的曲柄轴位置限定为点火TDC。
[0017] 压缩阶段位于(例如)-180°与0°之间的曲柄角的角范围中。在曲柄角的-180° 与0°之间的角范围中，曲柄轴以使得活塞从下止点移动至上止点的方式转动。结果是，汽 缸中的容积减小，并且执行压缩功。
[0018] 膨胀阶段限定在曲柄角的从0°至180°的角范围中。在膨胀阶段中，曲柄轴以使 得活塞从点火上止点移动至下止点的方式转动。
[0019] 在压缩阶段开始时，依据曲柄轴调节系统，汽缸的入口阀仍然能够打开，结果是馈 入新鲜空气、