專利名稱：在具有內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中確定壓力的模擬值的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明尤其涉及，借助適當(dāng)?shù)哪Ｐ驮诳諝廨斎胂到y(tǒng)的范圍內(nèi)確定壓力的模擬值。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)通常借助電子發(fā)動機(jī)控制裝置運(yùn)行。具有這種內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)在空氣輸入系統(tǒng)中的節(jié)流閥之前或之后具有至少一個壓力傳感器，以便最佳地控制和調(diào)節(jié)吸入空氣和惰性氣體的空氣質(zhì)量流。此壓力傳感器是必要的，以便在節(jié)流閥之后或之前計(jì)算其它相應(yīng)的、未測量的壓力。這樣獲得的壓力值此外對于填充計(jì)算和通過節(jié)流閥的氣體質(zhì)量流計(jì)算是必要的，它們對于增壓壓力調(diào)節(jié)以及空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)又是必要的。在壓力傳感器失靈的情況下，通常給發(fā)動機(jī)控制裝置預(yù)先設(shè)定了恒定的替代值， 此替代值相當(dāng)于環(huán)境壓力，并可額外地加載可應(yīng)用的偏移量。但對于某些功能來說，這種用于壓力的替代值的品質(zhì)是不夠的。其結(jié)果尤其是，必須關(guān)閉增壓壓力調(diào)節(jié)以及廢氣回輸調(diào)節(jié)。如果設(shè)置柴油微粒過濾器，則結(jié)果是，可能的柴油微粒過濾器不再能進(jìn)行還原。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提供一種方法和一種裝置，借助它們可在內(nèi)燃機(jī)的空氣輸入段中提供壓力的模擬值，此模擬值可作為替代值來用，并具有足夠的品質(zhì)，用于后續(xù)的、 與之有關(guān)的功能。此目的通過按權(quán)利要求1所述的方法得以實(shí)現(xiàn)，此方法用來在內(nèi)燃機(jī)的空氣輸入系統(tǒng)內(nèi)確定壓力的模擬值，此目的還通過按并列的權(quán)利要求所述的裝置和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。在從屬的權(quán)利要求中說明了其它有利的構(gòu)造方案。按第一方面，規(guī)定了一種方法，用來在具有內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的空氣輸入段中確定壓力的模擬值。在空氣輸入段中，在節(jié)流閥和內(nèi)燃機(jī)之間設(shè)有進(jìn)氣管區(qū)域。此方法包含以下步驟
-運(yùn)行發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，因此進(jìn)氣管區(qū)域中的空氣質(zhì)量流相當(dāng)于通過節(jié)流閥的空氣質(zhì)量
流；
-確定流入到空氣輸入段中的空氣質(zhì)量流的實(shí)際物理量、在節(jié)流閥之前的空氣溫度的實(shí)際物理量、進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)中的體積流量的實(shí)際物理量以及節(jié)流閥的位置的實(shí)際物理量；
-形成差分方程，通過微分方程離散，其借助用來模擬節(jié)流閥的節(jié)流方程和理想的氣體方程產(chǎn)生；并且
-借助確定的實(shí)際物理量通過求解差分方程來確定壓力的模擬值。本發(fā)明的中心思想是，借助模擬方程在內(nèi)燃機(jī)動態(tài)運(yùn)行過程中確定壓力的模擬值。一旦確定了故障，則確保通過節(jié)流閥的質(zhì)量流以及進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)中的質(zhì)量流是相同的。例如在內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，就是這種情況?；谖锢砹浚绻?jié)流閥之前的增壓空氣-溫度、 壓縮機(jī)之前的質(zhì)量流、節(jié)流閥的位置和進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的體積流量(它們分別要么是探測到的傳感器量，要么是模擬量)，借助理想氣體方程、節(jié)流方程(它們描述了空氣系統(tǒng)中的特性)， 并在質(zhì)量守恒的基礎(chǔ)上，可計(jì)算出在節(jié)流閥之前或之后壓力的模擬值。通過這樣確定的模擬值，可實(shí)施內(nèi)燃機(jī)的增壓壓力調(diào)節(jié)以及空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)。尤其在借助柴油微粒過濾器進(jìn)行運(yùn)行時，只有借助封閉的廢氣回輸閥的限制，內(nèi)燃機(jī)才能被繼續(xù)運(yùn)行。此外還可能的是，也使用模擬值，用來在考慮邊界條件的情況下監(jiān)控壓力傳感器的功能。此外，所述壓力相當(dāng)于進(jìn)氣管壓力或增壓空氣壓力，此進(jìn)氣管壓力存在于節(jié)流閥和內(nèi)燃機(jī)的入口之間，此增壓空氣壓力存在于空氣輸入段的壓縮機(jī)與節(jié)流閥之間?？稍趶U氣排出段和空氣輸入段之間設(shè)置廢氣回輸管。為了確保進(jìn)氣管區(qū)域中的空氣質(zhì)量流相當(dāng)于通過節(jié)流閥的空氣質(zhì)量流，可在確定空氣輸入段中的壓力傳感器故障時， 截止廢氣回輸管。此外，根據(jù)隱式方法或通過微分方程的解的離散，可構(gòu)成差分方程。此外，當(dāng)確定了空氣輸入段中的壓力傳感器故障時，則可確定壓力的模擬值。備選地，可確定壓力的模擬值，用來檢驗(yàn)由壓力傳感器確定的壓力測量值的可信性。按另一方面，規(guī)定了一種裝置，用來在具有內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的空氣輸入段中確定壓力的模擬值，其中在空氣輸入段中在節(jié)流閥和內(nèi)燃機(jī)之間設(shè)有進(jìn)氣管區(qū)域。此裝置構(gòu)造得
-用來確定在空氣輸入段中是否存在壓力傳感器故障；以及 -當(dāng)確定了壓力傳感器故障時，實(shí)施以下步驟
-運(yùn)行發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，因此進(jìn)氣管區(qū)域中的空氣質(zhì)量流相當(dāng)于通過節(jié)流閥的空氣質(zhì)量
流；
-確定流入到空氣輸入段中的空氣質(zhì)量流的實(shí)際的物理量、在節(jié)流閥之前的空氣溫度的實(shí)際的物理量、進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)中的體積流量的實(shí)際的物理量以及節(jié)流閥的位置的實(shí)際的物理量；
-形成差分方程，通過微分方程離散，其借助用來模擬節(jié)流閥的節(jié)流方程和理想的氣體方程產(chǎn)生；并且
-借助確定的實(shí)際的物理量通過求解差分方程來確定壓力的模擬值。按另一方面，規(guī)定了一種具有內(nèi)燃機(jī)和以上裝置的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，空氣通過空氣輸入段傳輸?shù)酱藘?nèi)燃機(jī)中，并且燃燒廢氣在此內(nèi)燃機(jī)中通過廢氣排出段排出。按另一方面，規(guī)定了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，它包含程序代碼，如果它在數(shù)據(jù)處理設(shè)備中執(zhí)行，則它實(shí)施以上方法。


下面借助附圖詳細(xì)闡述了優(yōu)選的實(shí)施例。其中 圖1在示意圖中示出了發(fā)動機(jī)系統(tǒng)；以及
圖2示出了一個解釋此方法的流程圖，用來在圖1的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的空氣輸入系統(tǒng)中確定壓力的模擬值。
具體實(shí)施例方式圖1示出了具有內(nèi)燃機(jī)2的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)1，內(nèi)燃機(jī)例如可構(gòu)成為柴油發(fā)動機(jī)。在所示的實(shí)施例中，此內(nèi)燃機(jī)2具有四個氣缸3。但氣缸3的數(shù)量，對下面描述的方法的適用性是不重要的。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)1還具有空氣輸入段4，以便空氣傳輸?shù)絻?nèi)燃機(jī)2的氣缸3中。此空氣通過相應(yīng)的進(jìn)氣閥25進(jìn)入氣缸3的燃燒室中。在發(fā)動機(jī)系統(tǒng)1的空氣輸入段4中，設(shè)置有廢氣渦輪增壓機(jī)6的壓縮機(jī)5、在壓縮機(jī)5下游的增壓空氣冷卻器7以及在增壓空氣冷卻器 7下游的節(jié)流閥8。在節(jié)流閥8的下游，廢氣回輸管9通到進(jìn)氣管中，即節(jié)流閥8和內(nèi)燃機(jī)2的氣缸3 的進(jìn)氣閥25之間的所謂部段中。設(shè)有廢氣排出段10，以便把燃燒廢氣排出來，此燃燒廢氣通過排氣閥沈從氣缸3 中噴出來。廢氣渦輪增壓機(jī)6的渦輪機(jī)11設(shè)置在廢氣排出段10中，通過使用燃燒廢氣的廢氣熱函來運(yùn)行此渦輪機(jī)11。渦輪機(jī)11運(yùn)行廢氣渦輪增壓機(jī)6的壓縮機(jī)5，因此從周圍環(huán)境中吸入空氣，并在增壓壓力P21下在壓縮機(jī)5的下游提供空氣。在排氣閥沈和渦輪機(jī)1之間，廢氣回輸管9從廢氣排出段10中分支出來。此廢氣回輸管9具有廢氣冷卻器12和旁通管13，此旁通管13使廢氣冷卻器12短接。旁通閥 14設(shè)置在旁通管13中，借助它可調(diào)節(jié)廢氣冷卻器12的效率。此外，在廢氣冷卻器12和廢氣回輸管9的入口之間在空氣輸入段4的進(jìn)氣管中設(shè)置有廢氣回輸閥15。通過調(diào)節(jié)廢氣回輸閥15，可調(diào)節(jié)廢氣輸出率，其規(guī)定傳輸?shù)綒飧?中的氣體混合物中燃燒廢氣的比例。此外還設(shè)有控制器20，它運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)2。此控制器20例如執(zhí)行增壓壓力調(diào)節(jié)、空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)以及廢氣回輸調(diào)節(jié)，以便以最佳的方式運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)2。從現(xiàn)有技術(shù)中就足以了解為運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)2所實(shí)施的調(diào)節(jié)。為了獲得為實(shí)施所述調(diào)節(jié)所需的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的物理量，設(shè)有傳感器。此外， 還設(shè)有示位器(Stellgeber)或致動器，以便影響內(nèi)燃機(jī)2的運(yùn)行。例如在增壓空氣冷卻器7和節(jié)流閥8之間設(shè)置溫度傳感器21，用來確定節(jié)流閥8之前的增壓空氣的增壓空氣溫度T21。此外，在壓縮機(jī)5的上游設(shè)置有空氣質(zhì)量傳感器22，它可例如構(gòu)成為熱膜式空氣質(zhì)量傳感器(縮寫HFN)，以確定被發(fā)動機(jī)系統(tǒng)1吸入的新鮮空氣質(zhì)量流
IW10。此外，還設(shè)置有(未示出的)裝置，以檢測內(nèi)燃機(jī)2的轉(zhuǎn)速。根據(jù)轉(zhuǎn)速、氣缸數(shù)量、空氣消耗(內(nèi)燃機(jī)中的實(shí)際氣體質(zhì)量與理論可能的氣體質(zhì)量之間的比例)以及進(jìn)氣管中的進(jìn)
氣管壓力P22，可確定內(nèi)燃機(jī)2中的體積流量|>22。備選地或附加地，可在增壓空氣冷卻器
7和節(jié)流閥8之間的區(qū)域內(nèi)設(shè)置壓力傳感器23，用來確定增壓空氣壓力P21。備選地，也可在進(jìn)氣管中設(shè)置壓力傳感器，即設(shè)置在節(jié)流閥8和氣缸3的進(jìn)氣閥25之間，以便直接地確定進(jìn)氣管壓力P22。其中f和h代表理想氣體方程的函數(shù)，g相當(dāng)于描述空氣輸入系統(tǒng)4中的節(jié)流閥8的效率的函數(shù)。后面這個函數(shù)表示質(zhì)量守恒定律，通過它可將上面的方程組合起來。以上系統(tǒng)構(gòu)成了微分方程，它以合適的方式進(jìn)行離散，以便在控制器20中應(yīng)用。圖2示出了一個解釋此方法的流程圖，用來在發(fā)動機(jī)系統(tǒng)1的空氣輸入段4中確定壓力P21、P22的模擬值，作為替代值。首先，在步驟Sl中詢問，位于空氣輸入段4中的壓力傳感器23是否具有故障。可通過已知的方法來識別有故障的壓力傳感器32，對此不再詳細(xì)闡述。一旦確定了壓力傳感器23故障(備選是)，則在步驟S2中將廢氣回輸閥15完全關(guān)閉，因此原則假定通過節(jié)流閥8的質(zhì)量流汝21與進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)2中的質(zhì)量流汝22相同。緊接著在步驟S3中，在確定的離散的時間點(diǎn)t上，借助溫度傳感器21檢測增壓空氣冷卻器7和節(jié)流閥8之間的增壓空氣的增壓空氣-溫度T21，并檢測內(nèi)燃機(jī)2中的體積流
量V22 (其由氣缸3的沖程容積得出)，并檢測壓縮機(jī)5之前從周圍環(huán)境中吸入的質(zhì)量流
M10 ,并檢測在發(fā)動機(jī)控制器20中的節(jié)流閥位置P0S·。所述檢測在順序的離散時間點(diǎn)tk 上進(jìn)行。上述函數(shù)f()、g()、h()相當(dāng)于模擬函數(shù)，用來描述量之間的關(guān)聯(lián)。在此，函數(shù)f和 h相當(dāng)于已知的理想氣體方程，函數(shù)g相當(dāng)于已知的節(jié)流方程，此節(jié)流方程描述了氣體體積在節(jié)流閥8上游和下游的狀態(tài)之間的關(guān)系。通過上述的方程組，可在步驟S4中確定空氣輸入系統(tǒng)4中的壓力P21、P22。從以上方程組中可得出微分方程，其可通過合適的離散來求解。微分方程的離散可借助隱式方法和/或顯式方法來實(shí)施。在應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)中常用的顯式方法時，有時會出現(xiàn)帶穩(wěn)定性的問題，其通常通過減少周期時間來平衡。但這會導(dǎo)致此外，作為示位器，設(shè)有節(jié)流閥8，它的位置(例如調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)角度)可由控制器20 進(jìn)行調(diào)節(jié)；廢氣回輸閥15 ；用來例如通過可調(diào)節(jié)的渦輪機(jī)幾何形狀來調(diào)節(jié)廢氣渦輪增壓機(jī) 6的效率的裝置；進(jìn)氣閥25和排氣閥26。借助節(jié)流閥8上的適當(dāng)?shù)奈恢脗鞲衅?，可確定節(jié)流閥位置P0S·，并由此可確定節(jié)流閥8的節(jié)流效果，因此可把增壓空氣壓力P21換算成進(jìn)氣管壓力P22，或反過來。為此，例如可用下面的方程組較高的必要的運(yùn)算性能，其通常必須使用更昂貴的控制器。然后，空氣輸入段4中的增壓空氣-壓力P21的模擬值可在步驟S5中使用，以便借助其它的模型來確定和/或調(diào)節(jié)以上的空氣系統(tǒng)量，例如增壓壓力調(diào)節(jié)、空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)以及廢氣回輸調(diào)節(jié)。通過備選地使用以上方法，在廢氣回輸閥15封閉的運(yùn)行時刻，并在空氣輸入段4 中的壓力傳感器起作用時，由相關(guān)的壓力傳感器23探測到的增壓空氣壓力P21可額外地通過計(jì)算出的模擬值檢驗(yàn)可信性。在此，如果被壓力傳感器23探測到的增壓空氣壓力P21與按以上方法模擬的增壓空氣壓力-模擬值的偏差多于預(yù)定的量，則可識別到壓力傳感器23故障。在備選的實(shí)施例中，除了壓力傳感器23以外，或代替壓力傳感器23，在節(jié)流閥8和內(nèi)燃機(jī)2之間的進(jìn)氣管部段中設(shè)置另一壓力傳感器。在廢氣回輸閥15封閉的運(yùn)行時刻，并在空氣輸入段4中的其它壓力傳感器起作用時，由相關(guān)的壓力傳感器探測到的進(jìn)氣管壓力 Pm可額外地通過計(jì)算出的模擬值檢驗(yàn)可信性。在此，如果被所述其它壓力傳感器探測到的進(jìn)氣管壓力與按以上方法模擬的進(jìn)氣管壓力-模擬值的偏差多于預(yù)定的量，則可識別到所述其它壓力傳感器故障。
權(quán)利要求
1.一種用來在具有內(nèi)燃機(jī)(2)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(1)的空氣輸入段(4)中確定壓力的模擬值的方法，其中在空氣輸入段(4)中在節(jié)流閥(8)和內(nèi)燃機(jī)(2)之間設(shè)有進(jìn)氣管區(qū)域，其中執(zhí)行了以下步驟-運(yùn)行發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(1)，從而進(jìn)氣管區(qū)域中的空氣質(zhì)量流相當(dāng)于通過節(jié)流閥(8)的空氣質(zhì)量流；-確定(S3)流入到空氣輸入段中的空氣質(zhì)量流的實(shí)際物理量、在節(jié)流閥(8)之前的空氣溫度的實(shí)際物理量、進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)(2)中的體積流量的實(shí)際物理量以及節(jié)流閥(8)的位置的實(shí)際物理量；-形成差分方程，通過微分方程離散，其借助理想氣體方程和用來模擬節(jié)流閥(8)的節(jié)流方程產(chǎn)生；并且-借助確定的實(shí)際的物理量通過求解差分方程來確定(S4)壓力的模擬值。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述壓力相當(dāng)于進(jìn)氣管壓力，此進(jìn)氣管壓力存在于節(jié)流閥(8)和內(nèi)燃機(jī)(2)的入口之間。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述壓力相當(dāng)于增壓空氣壓力，此增壓空氣壓力存在于空氣輸入段中的壓縮機(jī)(5)與節(jié)流閥(8)之間。
4.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)所述的方法，其中在廢氣排出段(10)和空氣輸入段(4) 之間設(shè)置廢氣回輸管(9)，其中在確定空氣輸入段(4)中的壓力傳感器(23)故障時，截止廢氣回輸管(9)。
5.按權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的方法，其中根據(jù)隱式方法或通過微分方程的解的離散來形成差分方程。
6.按權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)所述的方法，其中在確定了空氣輸入段(4)中的壓力傳感器(23)故障時，確定壓力的模擬值。
7.按權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)所述的方法，其中確定壓力的模擬值，用來檢驗(yàn)由壓力傳感器(23)確定的壓力測量值的可信性。
8.一種用來在具有內(nèi)燃機(jī)(2)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(1)的空氣輸入段中確定壓力的模擬值的裝置，其中在空氣輸入段(4)中在節(jié)流閥(8)和內(nèi)燃機(jī)(2)之間設(shè)有進(jìn)氣管區(qū)域，其中此裝置構(gòu)造得用來執(zhí)行以下步驟-運(yùn)行發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，從而進(jìn)氣管區(qū)域中的空氣質(zhì)量流相當(dāng)于通過節(jié)流閥(8)的空氣質(zhì)量流；-確定流入到空氣輸入段中的空氣質(zhì)量流的實(shí)際物理量、在節(jié)流閥(8)之前的空氣溫度的實(shí)際物理量、進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)中的體積流量的實(shí)際物理量以及節(jié)流閥(8)的位置的實(shí)際物理量；-形成差分方程，通過微分方程離散，其借助理想氣體方程和用來模擬節(jié)流閥(8)的節(jié)流方程產(chǎn)生；并且-借助確定的實(shí)際的物理量通過求解差分方程來確定壓力的模擬值。
9.一種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(1)，其具有內(nèi)燃機(jī)(2)和按權(quán)利要求8所述的裝置，空氣通過空氣輸入段(4)傳輸?shù)酱藘?nèi)燃機(jī)(2)中，并且在此內(nèi)燃機(jī)(2)中燃燒廢氣通過廢氣排出段(10) 排出。
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，它包含程序代碼，如果它在數(shù)據(jù)處理設(shè)備中執(zhí)行，則它實(shí)施按權(quán)利要求1至7之任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在具有內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中確定壓力的模擬值的方法和裝置。其中在空氣輸入段(4)中在節(jié)流閥(8)和內(nèi)燃機(jī)(2)之間設(shè)有進(jìn)氣管區(qū)域，其中執(zhí)行了以下步驟運(yùn)行發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(1)，從而進(jìn)氣管區(qū)域中的空氣質(zhì)量流相當(dāng)于通過節(jié)流閥(8)的空氣質(zhì)量流；確定(S3)流入到空氣輸入段中的空氣質(zhì)量流的實(shí)際物理量、在節(jié)流閥(8)之前的空氣溫度的實(shí)際物理量、進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)(2)中的體積流量的實(shí)際物理量以及節(jié)流閥(8)的位置的實(shí)際物理量；形成差分方程，通過微分方程離散，其借助理想的氣體方程和用來模擬節(jié)流閥(8)的節(jié)流方程產(chǎn)生；并且借助確定的實(shí)際的物理量通過求解差分方程來確定(S4)壓力的模擬值。
文檔編號G01L23/24GK102192813SQ201110060288
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者霍爾納 M., 布萊勒 T. 申請人:羅伯特·博世有限公司