本發(fā)明涉及一種用于在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的方法和一種用于在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的裝置。

背景技術(shù)：

為了在燃料消耗較小和有害物質(zhì)排放減少時(shí)運(yùn)行機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)，通過以適當(dāng)方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和排氣閥來調(diào)節(jié)氣缸充氣的新鮮空氣、殘余氣體和掃氣用氣體的份額。為此，在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中例如遍歷四個(gè)過程步驟進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣。在進(jìn)氣時(shí)，在活塞即將到達(dá)上止點(diǎn)之前打開進(jìn)氣閥，其中，排氣閥保持打開。在經(jīng)過上止點(diǎn)之后，關(guān)閉排氣閥。在活塞到達(dá)下止點(diǎn)并且又部分地向上運(yùn)動(dòng)之后才又關(guān)閉進(jìn)氣閥。尤其對于以米勒循環(huán)方法為基礎(chǔ)的內(nèi)燃機(jī)，氣缸的充氣對于其運(yùn)行性能有顯著的影響。米勒方法的特征在于，進(jìn)氣閥相比傳統(tǒng)的奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)非常早地關(guān)閉，由此減少氣缸中的空氣量。因此對于內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)具有重要意義的是，能夠利用模型來精度可靠地檢測充氣。

存在多個(gè)用于充氣建模的方法。按照一個(gè)方法，可以利用進(jìn)氣閥和排氣閥的切換時(shí)間點(diǎn)計(jì)算氣缸中的總氣體質(zhì)量和殘余氣體質(zhì)量。通過應(yīng)用針對理想氣體的一般方程，假設(shè)進(jìn)氣管與氣缸或者排氣岐管與氣缸之間的壓力相等。這樣計(jì)算內(nèi)燃機(jī)的空氣充氣的一個(gè)例子通過DE 43 25 902 A1說明。然而在這種方法中需要進(jìn)行一系列的簡化，因此很多運(yùn)行點(diǎn)并不能被足夠準(zhǔn)確地描述。按照經(jīng)驗(yàn)的模型校正也不能實(shí)現(xiàn)期望的精度。

按照另一方法，針對發(fā)動(dòng)機(jī)的影響充氣的參數(shù)的所有可能的組合保存通流曲線(Schluckkurven)。例如由DE 102 49 342 A1已知一種用于確定內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的殘余氣體分壓的方法。在此，針對進(jìn)氣閥或排氣閥的關(guān)閉和打開的不同時(shí)間點(diǎn)記錄特征場。它們可以用加權(quán)因數(shù)(Schwerpunktfaktor)進(jìn)行插值以確定殘余氣體值。備選地，通過相應(yīng)的方法也可以根據(jù)進(jìn)氣管壓力確定新鮮空氣質(zhì)量。然而，這種基于數(shù)據(jù)的方法不能實(shí)現(xiàn)物理建模。此外，在充氣檢測時(shí)沒有物理校正地考慮排氣背壓，因?yàn)槠渲荒芤苑浅４蟮暮馁M(fèi)與進(jìn)氣管壓力無關(guān)地變化。插值和外推法尤其在排氣背壓方面導(dǎo)致模型不夠準(zhǔn)確。

第三方法基于換氣計(jì)算，其中，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)過程的模擬。尤其是一維的換氣計(jì)算是已知的，其中提供隨時(shí)間變化的并且沿著管路在空間上的過程描述。然而，換氣計(jì)算也只能提供有限的充氣檢測精度。此外換氣計(jì)算的計(jì)算量較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的方法以及裝置，其至少部分地克服了上述缺點(diǎn)。

該技術(shù)問題通過按照權(quán)利要求1所述的按本發(fā)明的方法和按照權(quán)利要求9所述的按本發(fā)明的裝置解決。

在用于在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的方法的一個(gè)實(shí)施例中，氣缸通過進(jìn)氣閥與進(jìn)氣管相連并且通過排氣閥與排氣通道相連，所述方法包括步驟：

提供數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫具有涉及與排氣通道中的排氣背壓相關(guān)的充氣成分的量的數(shù)據(jù)組，其中，提供數(shù)據(jù)庫的步驟包含：

提供在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量的測量數(shù)據(jù)，并且

提供借助換氣計(jì)算所計(jì)算出的模擬數(shù)據(jù)，

確定基本函數(shù)，所述基本函數(shù)在性質(zhì)上描述充氣成分的量與排氣背壓的關(guān)聯(lián)，并且

通過適當(dāng)選擇基本函數(shù)的可變參數(shù)使基本函數(shù)與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組適配。

在用于在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的、尤其用于實(shí)施前述方法的裝置中，氣缸通過進(jìn)氣閥與進(jìn)氣管相連并且通過排氣閥與排氣通道相連，所述裝置具有包括：

用于提供數(shù)據(jù)庫的接口，所述數(shù)據(jù)庫具有涉及與排氣通道中的排氣背壓相關(guān)的充氣成分的量的數(shù)據(jù)組，其中，數(shù)據(jù)組包含在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量的測量數(shù)據(jù)和借助換氣計(jì)算所計(jì)算的模擬數(shù)據(jù)，

用于確定基本函數(shù)的確定單元，所述基本函數(shù)在性質(zhì)上描述充氣成分的量與排氣背壓的關(guān)聯(lián)，和

校正單元，用于通過適當(dāng)選擇基本函數(shù)的可變參數(shù)使基本函數(shù)與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組適配。

本發(fā)明的其它有利的設(shè)計(jì)方案由從屬權(quán)利要求和以下對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述得出。

按照本發(fā)明的用于在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的方法基于內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)方案，其中，氣缸通過進(jìn)氣閥與進(jìn)氣管相連并且通過排氣閥與排氣通道、尤其是排氣設(shè)備的排氣通道相連。按照按本發(fā)明的方法，提供數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫具有涉及與排氣通道中的排氣背壓相關(guān)的充氣成分的量的數(shù)據(jù)組。提供數(shù)據(jù)庫的步驟包含提供在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量的測量數(shù)據(jù)，并且提供借助換氣計(jì)算所計(jì)算出的模擬數(shù)據(jù)。在提供數(shù)據(jù)庫之后，以此為基礎(chǔ)確定基本函數(shù)，所述基本函數(shù)在性質(zhì)上描述充氣成分的量與排氣背壓的關(guān)聯(lián)。按照本發(fā)明的方法的之后的步驟包含通過適當(dāng)選擇基本函數(shù)的可變參數(shù)使基本函數(shù)與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組適配。

在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測根據(jù)排氣背壓進(jìn)行。因?yàn)闅飧字械某錃庠谶M(jìn)氣管壓力恒定時(shí)也是可變的，所以一旦存在排氣背壓的變化，則可以基于充氣檢測根據(jù)排氣背壓提供對充氣變化的準(zhǔn)確顯示。此外，可以借助可適配的基本函數(shù)實(shí)現(xiàn)良好的外推結(jié)果，由此可以提高穩(wěn)定性。此外，具有數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)庫由在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量的測量數(shù)據(jù)和借助換氣計(jì)算所計(jì)算出的模擬數(shù)據(jù)組成。因此可以提供改善的模型，其由于提高的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量而非常好地呈現(xiàn)了實(shí)際的充氣。借助適配的基本函數(shù)提供的模型非常穩(wěn)定并且減少了模擬值和實(shí)際測量數(shù)據(jù)中的誤差。

基于通過按照本發(fā)明的方法提供的模型，可以非常準(zhǔn)確地控制影響充氣的調(diào)節(jié)單元。因此，即使在轉(zhuǎn)速較高時(shí)也可以部分地關(guān)聯(lián)進(jìn)氣閥和排氣閥的打開時(shí)間(掃氣)，因此所吸入的冷的新鮮空氣中的一部分將處于氣缸中的熱的廢氣掃入排氣岐管中，由此可以進(jìn)一步改善充氣。

用于充氣檢測的方法尤其可以應(yīng)用在基于奧托循環(huán)過程的基本原理的內(nèi)燃機(jī)開發(fā)中。備選地，用于充氣檢測的方法也可以用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)。

充氣成分的量可以作為新鮮空氣成分的質(zhì)量、例如靜止質(zhì)量或者分子質(zhì)量，或者作為新鮮空氣成分的體積。

內(nèi)燃機(jī)的氣缸的充氣由充氣成分、如新鮮空氣、殘余氣體和/或被掃氣的空氣的不同量比例組成。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)方案，附加的充氣成分也可能是重要的，例如回引的廢氣。按照按本發(fā)明方法提供的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組可以例如是新鮮空氣質(zhì)量、殘余氣體質(zhì)量、被掃氣的空氣質(zhì)量或者附加的氣體質(zhì)量。因此，用于充氣檢測的方法的目的在于至少確定氣缸中的新鮮空氣量和/或殘余氣體量。必要時(shí)也可以計(jì)算被掃氣的空氣量或者其它充氣成分的量。數(shù)據(jù)庫也可以包含兩個(gè)或者多個(gè)涉及不同的充氣成分的數(shù)據(jù)組。例如數(shù)據(jù)庫可以包含關(guān)于新鮮空氣量的數(shù)據(jù)組和關(guān)于殘余氣體量的數(shù)據(jù)組。必要時(shí)數(shù)據(jù)庫還包含關(guān)于掃氣用空氣量的數(shù)據(jù)組。

作為新鮮空氣可以理解為在直接噴射時(shí)導(dǎo)入進(jìn)氣管中的環(huán)境空氣，其組成基本上與地球大氣的氣體混合物的組成一致。如果使用廢氣回引裝置，則新鮮空氣也可以視為由環(huán)境空氣與回引的氣體的混合物。在將空氣-燃料混合物噴射到氣缸中時(shí)，新鮮空氣也可以理解為由導(dǎo)入進(jìn)氣管中的環(huán)境空氣與燃料的混合物。

殘余氣體理解為從氣缸中排出的燃燒過的空氣。如果新鮮空氣在換氣時(shí)流過氣缸并且未被燃燒地到達(dá)排氣通道，例如在排氣與進(jìn)氣的步驟之間，則將此氣體量稱為掃氣用空氣。

為了提供測量數(shù)據(jù)，可以例如在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量充氣成分或者每個(gè)充氣成分的量。作為備選或補(bǔ)充，與充氣成分或者多個(gè)充氣成分的量相關(guān)的測量數(shù)據(jù)也可以由測量的參數(shù)計(jì)算。例如可以在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量新鮮空氣量并且基于測量的新鮮空氣量計(jì)算殘余氣體量。作為備選或補(bǔ)充，充氣成分或者每個(gè)充氣成分的量例如可以從存儲(chǔ)器介質(zhì)、尤其是電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器調(diào)取，其中保存了之前在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量的測量數(shù)據(jù)和/或由測量的參數(shù)計(jì)算的值。因此根據(jù)要求，測量數(shù)據(jù)可以直接測量、由測量的參數(shù)計(jì)算和/或在已經(jīng)為了其它目的測量或計(jì)算了適當(dāng)?shù)臏y量數(shù)據(jù)并且因此處于保存狀態(tài)的情況下再次使用。由此可以將測量耗費(fèi)保持在界限內(nèi)。

模擬數(shù)據(jù)優(yōu)選可以借助換氣計(jì)算，尤其是一維的換氣計(jì)算確定。為此可以例如使用適當(dāng)?shù)哪M算法，其例如通過處理器實(shí)施。在模擬發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的領(lǐng)域例如已知Gamma Technologies公司的GT Power Engine模擬軟件。然而，模擬數(shù)據(jù)的計(jì)算不只局限于借助GT Power Engine模擬軟件進(jìn)行模擬，而是也可以通過其它模擬算法提供。作為備選或補(bǔ)充，也可以調(diào)取之前已經(jīng)通過模擬確定的保存在存儲(chǔ)介質(zhì)上的模擬數(shù)據(jù)以提供模擬數(shù)據(jù)。因此，只要已經(jīng)存在適當(dāng)?shù)哪M數(shù)據(jù)，就可以有效地降低計(jì)算耗費(fèi)。

通常在充氣的發(fā)動(dòng)機(jī)中靜態(tài)地存在恰好一個(gè)排氣背壓，只要相關(guān)的影響充氣的參數(shù)如轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管壓力、進(jìn)氣口凸輪軸相、排氣口凸輪軸相和/或其它參數(shù)是恒定的。恰恰所述排氣背壓可以在測量技術(shù)上靜態(tài)地在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處與相應(yīng)的充氣成分共同檢測。在動(dòng)態(tài)中，排氣渦輪增壓器可能減小橫截面(流動(dòng)橫截面)并且在相同的恒定影響參數(shù)(轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管壓力、進(jìn)氣口凸輪軸相、排氣口凸輪軸相和/或其它參數(shù))中調(diào)節(jié)形成另一排氣背壓，因此充氣成分在動(dòng)態(tài)中不能或者只能以較大的耗費(fèi)在測量技術(shù)上檢測。然而，在其它影響參數(shù)恒定的情況下排氣背壓的變化可以通過模擬進(jìn)行補(bǔ)充?？梢岳鐪y量一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并且模擬其它數(shù)據(jù)點(diǎn)，以便能夠根據(jù)排氣背壓描述基本函數(shù)。模擬的數(shù)據(jù)可能在動(dòng)態(tài)中真實(shí)地實(shí)現(xiàn)，但不是靜態(tài)地測量。

由在性質(zhì)上觀察與充氣成分之一相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)組的測量數(shù)據(jù)或者模擬數(shù)據(jù)可以在性質(zhì)上導(dǎo)出基本函數(shù)。所述基本函數(shù)可以粗略地逼近為如下函數(shù)，該函數(shù)具有分別遵循恒定的函數(shù)的第一和第二曲線區(qū)段和包含線性斜率的第三曲線區(qū)段。在更準(zhǔn)確地逼近中，可以將基本函數(shù)確定為這樣的函數(shù)，其包含分別遵循恒定的函數(shù)的第一和第二曲線區(qū)段和至少兩個(gè)設(shè)置在第一和第二曲線區(qū)段之間的彎曲的區(qū)段。

在更細(xì)的逼近中，所述基本函數(shù)可以是Sigmoid函數(shù)(鵝頸函數(shù)或者S函數(shù))。Sigmoid函數(shù)理解為具有S形曲線的數(shù)學(xué)函數(shù)。Sigmoid函數(shù)可以包含一些列參數(shù)，它們呈現(xiàn)影響充氣的參數(shù)如轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管壓力、進(jìn)氣閥的控制相、排氣閥的控制相、進(jìn)氣閥沖程和/或排氣閥沖程對充氣成分的影響。此外，其它的影響充氣的參數(shù)如進(jìn)氣管溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、廢氣溫度、渦輪機(jī)之后的排氣背壓、換氣蓋的設(shè)置、進(jìn)氣管長度切換、氣缸關(guān)閉和/或所謂的“第二事件(進(jìn)氣閥或者排氣閥的另一次打開)”也可能影響充氣成分的量。這些其它的影響充氣的參數(shù)可以作為其它參數(shù)、作為增加(Add-On)模型通過基于物理的校正和/或通過單獨(dú)的充氣模型在Sigmoid函數(shù)中進(jìn)行考慮。

在以下列舉針對不同充氣成分的典型基本函數(shù)。

用于計(jì)算新鮮空氣質(zhì)量的基本函數(shù)例如可以是：

在此，y_fl是正則化的新鮮空氣質(zhì)量，x是正則化的排氣背壓并且P2、P3、P4和P5是基本函數(shù)的可變參數(shù)，它們可以這樣改變，使得基本函數(shù)最佳地與相應(yīng)的充氣成分的數(shù)據(jù)組適配。正則化的排氣背壓能夠按照方程

計(jì)算，其中，p_ag是排氣背壓，p_agmin是最小的排氣背壓并且p_agmax是最大的排氣背壓。新鮮空氣質(zhì)量m_fl能夠通過

m_fl＝y(tǒng)_fl·m_{fl max}-m_{fl min} (III)

計(jì)算，其中，m_flmin是最小的新鮮空氣質(zhì)量并且m_flmax是最大的新鮮空氣質(zhì)量。

如由方程I示例性地可知，用于對新鮮空氣質(zhì)量進(jìn)行建模的基本函數(shù)可以包含四個(gè)參數(shù)P2、P3、P4和P5，其中，這四個(gè)參數(shù)可以確定x位移，也就是基本函數(shù)相對于更高或者更低的排氣背壓的位移、振幅、基本函數(shù)的下曲率和上曲率。四個(gè)參數(shù)或者說x位移、振幅和基本函數(shù)的上下曲率可以例如與轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管壓力、進(jìn)氣閥的控制相和/或排氣閥的控制相有關(guān)。這種關(guān)聯(lián)性將在之后參照具體實(shí)施例詳細(xì)闡述。進(jìn)氣閥和/或排氣閥的控制相可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸和/或調(diào)節(jié)排氣凸輪軸確定。備選地，進(jìn)氣閥和/或排氣閥也可以通過其它方式，例如電子地、機(jī)械地或者磁性地進(jìn)行控制。

對于殘余氣體質(zhì)量例如可以將以下函數(shù)用作基本函數(shù)：

其中，y_rg是正則化的殘余氣體質(zhì)量，x是正則化的與方程II相應(yīng)地定義的排氣背壓，并且Q2、Q3、Q4和Q5是基本函數(shù)的可變參數(shù)。與新鮮空氣質(zhì)量類似地，殘余氣體質(zhì)量m_rg可以按照

m_rg＝y(tǒng)_rg·m_{rg max}-m_{rg min} (V)

計(jì)算，其中，m_rgmin是最小的殘余氣體質(zhì)量并且m_rgmax是最大的殘余氣體質(zhì)量。

用于對殘余氣體質(zhì)量進(jìn)行建模的基本函數(shù)也可以包含四個(gè)參數(shù)Q2、Q3、Q4和Q5。所述參數(shù)Q2、Q3、Q4和Q5又可以確定X位移或者說基本函數(shù)向著更高或者更低的排氣背壓的位移、振幅、基本函數(shù)的下曲率和/或上曲率。四個(gè)參數(shù)也可以與轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管壓力、進(jìn)氣閥的控制相和/或排氣閥的控制相有關(guān)。

通過方程I和IV描述的用于新鮮空氣質(zhì)量或者殘余氣體質(zhì)量的基本函數(shù)產(chǎn)生典型的S函數(shù)的曲線。

用于對掃氣用空氣質(zhì)量進(jìn)行建模的基本函數(shù)的一個(gè)例子可以是以下方程：

在此，y_sl是正則化的掃氣用空氣質(zhì)量，x是通過方程II定義的正則化的排氣背壓，并且R1、R2、R3、R4和R5是基本函數(shù)的可變參數(shù)。用于掃氣用空氣的基本函數(shù)例如可以是由兩個(gè)Sigmoid函數(shù)組成的函數(shù)。所述參數(shù)R1、R2、R3、R4和R5可以確定X位移或者說基本函數(shù)向著更高或者更低的排氣背壓的位移、振幅、基本函數(shù)的下曲率、平均上曲率、平均下曲率和/或上曲率。

基本函數(shù)不只可以針對內(nèi)燃機(jī)的特定運(yùn)行狀態(tài)確定，而且也可以針對一系列不同的運(yùn)行狀態(tài)確定，因?yàn)闅飧壮錃獾某錃獬煞掷缛Q于進(jìn)氣管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥的控制相和/或排氣閥的控制相。因此可能有用的是，分別針對不同的進(jìn)氣管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣閥的控制相和/或排氣閥的控制相確定基本函數(shù)。為此可以例如提供數(shù)據(jù)庫，其包含關(guān)于針對內(nèi)燃機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)的充氣成分或者每個(gè)充氣成分的不同數(shù)據(jù)組。接著可以針對每個(gè)這樣的數(shù)據(jù)組確定可變參數(shù)。所述可變參數(shù)可以取決于至少一個(gè)確定運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)，如進(jìn)氣管壓力、轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣閥和排氣閥的控制相。在一些例子中，可變參數(shù)可以分別與進(jìn)氣管壓力、轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣閥和排氣閥的控制相有關(guān)。通過與運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)地確定可變參數(shù)，可以非常準(zhǔn)確并且可靠地對一個(gè)或者每個(gè)充氣成分的質(zhì)量進(jìn)行建模。

為了也能夠針對不可測量的運(yùn)行狀態(tài)對充氣成分的質(zhì)量進(jìn)行建模，可以根據(jù)已經(jīng)確定的可變參數(shù)估計(jì)、尤其是模擬、外插或者內(nèi)插用于不可測量的運(yùn)行狀態(tài)的可變參數(shù)。

用于不同的可測量的和/或可模擬的運(yùn)行狀態(tài)的確定的可變參數(shù)和/或用于不可測量的運(yùn)行狀態(tài)的估計(jì)的參數(shù)可以例如保存在存儲(chǔ)器單元中，例如電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中?？赡苡袔椭氖?，在多維的特征空間中保存基本函數(shù)的可變參數(shù)。備選地，基本函數(shù)的模型可以保存在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。保存模型的其它備選方案在于利用多項(xiàng)式模型或者高斯過程模型。

借助多維的特征空間可以保持用于不同的運(yùn)行狀態(tài)(如不同的轉(zhuǎn)速n、進(jìn)氣管壓力p_s和進(jìn)氣閥和排氣閥的不同設(shè)置)的可變參數(shù)，并且精確地在完全確定的運(yùn)行狀態(tài)中對充氣成分的質(zhì)量進(jìn)行建模。為此可以提取可變參數(shù)，例如針對新鮮空氣質(zhì)量按照方程I對參數(shù)

進(jìn)行提取。由此能夠快速地并且沒有較大計(jì)算耗費(fèi)地確定一個(gè)或每個(gè)充氣成分的質(zhì)量。

進(jìn)氣管壓力可在確定充氣成分的量時(shí)起到主要作用。因此可能有利的是，基于進(jìn)氣管壓力對充氣成分的量的強(qiáng)烈影響提供既與排氣背壓有關(guān)也與進(jìn)氣管壓力有關(guān)的基本函數(shù)。為此例如可以根據(jù)排氣通道中的排氣背壓和進(jìn)氣管中的進(jìn)氣管壓力提供具有關(guān)于一個(gè)或每個(gè)充氣成分的量的模擬數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫?；谒鰯?shù)據(jù)庫可以確定基本函數(shù)，其在性質(zhì)上描述充氣成分的量與排氣背壓和進(jìn)氣管壓力的關(guān)聯(lián)。

針對新鮮空氣質(zhì)量m_fl，基本函數(shù)例如可以是以下方程：

其中，p_s是進(jìn)氣管壓力，p_ag是排氣背壓并且S1、S21、S23、S24、S25、S26、S31、S33、S34、S35、S51、S53、S54、S55和S4是可變參數(shù)。與排氣背壓和進(jìn)氣管壓力有關(guān)的基本函數(shù)也能夠用于殘余氣體質(zhì)量和掃氣用氣體質(zhì)量。相應(yīng)的基本函數(shù)可以包含多個(gè)可變參數(shù)。通過基本函數(shù)的適配得到的可變參數(shù)和必要時(shí)由從適配得到的參數(shù)估計(jì)出來的參數(shù)又可以保存在特征空間中，因此為了建模只需要調(diào)取相應(yīng)的參數(shù)并且不必保存所基于的數(shù)據(jù)組。

本發(fā)明還涉及一種用于在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的裝置。所述裝置可以例如用于實(shí)施上述用于在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的方法。所述裝置設(shè)計(jì)為能夠檢測氣缸的充氣，所述氣缸通過進(jìn)氣閥與進(jìn)氣管相連并且通過排氣閥與排氣通道相連。所述裝置包含接口，例如硬件接口，用于提供數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫具有涉及與排氣通道中的排氣背壓相關(guān)的充氣成分的量的數(shù)據(jù)組。所述數(shù)據(jù)組包含在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量的測量數(shù)據(jù)和借助換氣計(jì)算所計(jì)算的模擬數(shù)據(jù)。所述裝置還包含用于確定基本函數(shù)的確定單元，所述基本函數(shù)設(shè)計(jì)為在性質(zhì)上描述充氣成分的量與排氣背壓的關(guān)聯(lián)。所述裝置還包括用于使基本函數(shù)與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)適配的校正單元，其設(shè)計(jì)為，使得可以通過適當(dāng)選擇基本函數(shù)的可變參數(shù)使基本函數(shù)與數(shù)據(jù)庫的至少一個(gè)數(shù)據(jù)組適配。確定單元和校正單元可以具有電子構(gòu)件，如微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和類似的構(gòu)件。在一些實(shí)施例中，確定單元和校正單元可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)唯一的處理器。

用于充氣檢測的裝置可以設(shè)計(jì)用于確定一個(gè)或多個(gè)充氣成分的量，如新鮮空氣量、殘余氣體量、掃氣用空氣量和/或附加的充氣成分的量。基本函數(shù)例如可以是Sigmoid函數(shù)，如在方法方面詳細(xì)闡述的那樣。相應(yīng)地，基本函數(shù)的參數(shù)可以取決于內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，尤其是取決于進(jìn)氣管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣閥的控制相、排氣閥的控制相、進(jìn)氣閥沖程、排氣閥沖程、廢氣渦輪增壓器之后的排氣背壓、進(jìn)氣溫度和排氣溫度和/或其它影響充氣的參量。

按照本發(fā)明的裝置還可以包含用于根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)處的排氣背壓測量充氣成分的量的測量單元。所述測量單元可以是壓力測量設(shè)備。所述測量單元還可以包含計(jì)算裝置，以便由測量的參量計(jì)算作為測量數(shù)據(jù)使用的充氣成分的量。所述測量單元可以通過接口與所述裝置的確定單元和校正單元相連，因此在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量或者計(jì)算的測量數(shù)據(jù)可以傳輸至確定單元和校正單元。備選地，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)處測量的充氣充分量的測量數(shù)據(jù)或者由測量的參量計(jì)算的充氣成分量也可以從之前保存了它們的存儲(chǔ)器中讀取?？梢栽O(shè)計(jì)為電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器可以集成在所述裝置中或者設(shè)計(jì)為外部存儲(chǔ)器。

作為備選或補(bǔ)充，所述裝置還可以包含用于產(chǎn)生模擬數(shù)據(jù)的模擬裝置。所述模擬裝置可以例如是處理器，其配設(shè)有用于進(jìn)行模擬的軟件，例如用于換氣計(jì)算的軟件。所述用于換氣計(jì)算的軟件可以例如是Gamma Technologies公司的GT Power Engine模擬軟件。作為備選或補(bǔ)充，模擬數(shù)據(jù)也可以從之前保存了它們的存儲(chǔ)器、尤其是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中調(diào)取。

在方法方面詳細(xì)闡述的關(guān)于確定基本函數(shù)和/或確定可變參數(shù)以及關(guān)于建模的特征可以相應(yīng)地轉(zhuǎn)用到用于充氣檢測的裝置上。

借助按照本發(fā)明的方法和/或按照本發(fā)明的裝置能夠針對不同的運(yùn)行態(tài)確定基本函數(shù)的可變參數(shù)并且以適當(dāng)?shù)姆绞椒椒ㄟM(jìn)行保存?；诖丝梢越⒁粋€(gè)或每個(gè)充氣成分的量的模型，它們顯示不能通過測量或者模擬確定的運(yùn)行狀態(tài)中的充氣成分的量。因此可以最佳地控制影響氣缸充氣的部件，例如進(jìn)氣閥和排氣閥以及節(jié)流閥和內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器，即使涉及的是通常完全不能或者只能較難地測量或者模擬的運(yùn)行狀態(tài)。因此，可以靈活地對充氣成分的量進(jìn)行建模并且可以穩(wěn)定地可靠地建模，其適用于優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)過程。

附圖說明

以下示例性地參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中：

圖1示出用于進(jìn)行充氣檢測的方法的流程圖；

圖2示出關(guān)于氣缸中的新鮮空氣質(zhì)量的測量數(shù)據(jù)；

圖3示出基本函數(shù)的曲線視圖；

圖4A至4D示出可變參數(shù)對基本函數(shù)的曲線的影響；

圖5示出測量數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和基本函數(shù)的視圖；

圖6示出用于充氣檢測的裝置的示意圖；

圖7示出所確定的基本函數(shù)的參數(shù)的應(yīng)用；

圖8示出關(guān)于殘余氣體質(zhì)量的測量數(shù)據(jù)；

圖9示出殘余氣體質(zhì)量的基本函數(shù)；

圖10示出關(guān)于掃氣用空氣質(zhì)量的測量數(shù)據(jù)；并且

圖11示出掃氣用空氣質(zhì)量的基本函數(shù)。

具體實(shí)施方式

按照本發(fā)明的用于在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)進(jìn)行充氣檢測的實(shí)施例在圖1至圖4D中示出。所述實(shí)施例涉及在內(nèi)燃機(jī)的氣缸中確定新鮮空氣質(zhì)量。

圖1示出按本發(fā)明的用于進(jìn)行充氣檢測10的方法的流程圖。在第一步驟100中，根據(jù)排氣背壓提供新鮮空氣質(zhì)量的測量數(shù)據(jù)。在圖2中示出測量數(shù)據(jù)的一個(gè)例子。圖2在恒定的轉(zhuǎn)速n＝1300每分鐘和恒定的進(jìn)氣閥位置-20°KW和排氣閥位置5°KW時(shí)針對不同的進(jìn)氣管壓力p_s1＝1400mbar、p_s2＝1600mbar、p_s3＝1800mbar、p_s4＝2200mbar和p_s5＝2600mbar示出新鮮空氣質(zhì)量m_fl的測量值30與排氣背壓p_ag的關(guān)系。分別針對恒定的進(jìn)氣管壓力的測量值顯示數(shù)據(jù)組的局部。相對于相同的進(jìn)氣管壓力的測量值30顯示較平地下降的平穩(wěn)區(qū)，其隨著進(jìn)氣管壓力升高而加劇地下降。

在下一步驟101中提供模擬數(shù)據(jù)。所述模擬數(shù)據(jù)例如借助換氣計(jì)算確定。測量數(shù)據(jù)的提供100和模擬數(shù)據(jù)的提供101使得提供102了數(shù)據(jù)庫，其包含用于不同運(yùn)行狀態(tài)、例如用于不同進(jìn)氣管壓力的涉及新鮮空氣質(zhì)量的數(shù)據(jù)組。在圖3中示出數(shù)據(jù)組的測量數(shù)據(jù)30(通過十字表示)和模擬數(shù)據(jù)31(通過點(diǎn)表示)作為正則化的值，其中，它們針對一個(gè)唯一的進(jìn)氣管壓力或者一個(gè)唯一的運(yùn)行狀態(tài)被記錄。

在所述方法的步驟103中確定基本函數(shù)，其在性質(zhì)上畫出遵循在圖3中在步驟101和102中確定的數(shù)據(jù)組的曲線?；竞瘮?shù)可以例如是相應(yīng)于方程I的函數(shù)。

如在圖2中已經(jīng)表示的并且通過圖4A至4D在性質(zhì)上顯示的那樣，基本函數(shù)20的形狀取決于內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，例如取決于進(jìn)氣管壓力、轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣閥和排氣閥的控制相。參考通過方程I描述的定性曲線，圖4A示出參數(shù)P2對基本函數(shù)的振幅的影響。如圖4B所示，參數(shù)P4描述x位移，也就是向著較小的或者較大的正則化排氣背壓的位移。參數(shù)P3和P5如圖4C和4D所示地確定Sigmoid函數(shù)的上曲率和下曲率。

因此，在步驟104中如圖3所示地使方程I與數(shù)據(jù)組適配。在接下來的可選步驟中，參數(shù)P2、P3、P4和P5可以例如保存在存儲(chǔ)器中。參數(shù)例如可以根據(jù)進(jìn)氣管壓力、轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣閥的控制相和排氣閥的控制相保存在4D特征空間中。所述保存可以通過在不能通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)處的測量或者模擬數(shù)據(jù)得到的運(yùn)行狀態(tài)中的參數(shù)的模擬進(jìn)行補(bǔ)充。

為了說明新鮮空氣質(zhì)量與運(yùn)行狀態(tài)例如進(jìn)氣管壓力的關(guān)聯(lián)，在圖5中示出新鮮空氣質(zhì)量m_fl與進(jìn)氣管壓力p_s和排氣背壓p_ag的關(guān)聯(lián)的三維視圖。測量數(shù)據(jù)30和模擬數(shù)據(jù)31在很小的范圍內(nèi)被測量和計(jì)算，因?yàn)槠渌\(yùn)行狀態(tài)完全不能或者只能較難地得到?；竞瘮?shù)20或者Sigmoid函數(shù)與測量值30和模擬值31適配。可以看出，Sigmoid函數(shù)20的形狀并且因此參數(shù)P2、P3、P4和P5根據(jù)進(jìn)氣管壓力p_s不可忽視地改變。因此，借助按照本發(fā)明的方法可以也針對不能毫無問題地通過其它方式得到、例如測量或者模擬的運(yùn)行狀態(tài)分析式地建模新鮮空氣質(zhì)量m_fl。

圖6示出用于充氣檢測、例如用于確定氣缸中的新鮮空氣質(zhì)量m_fl的裝置的示意圖。裝置4包含用于提供數(shù)據(jù)庫的接口40，如其已經(jīng)關(guān)于圖1描述的那樣。為此，裝置4例如包含用于測量實(shí)驗(yàn)臺(tái)處的新鮮空氣質(zhì)量m_fl的測量單元41和/或用于產(chǎn)生關(guān)于新鮮空氣質(zhì)量m_fl的模擬數(shù)據(jù)的模擬裝置42和/或至少一個(gè)存儲(chǔ)器43，測量數(shù)據(jù)和/或模擬數(shù)據(jù)保存在所述存儲(chǔ)器中。裝置4還包含用于確定基本函數(shù)20的確定單元44，其在性質(zhì)上描述新鮮空氣質(zhì)量與排氣背壓p_ag的關(guān)聯(lián)。裝置還包含用于通過適當(dāng)選擇基本函數(shù)20的參數(shù)使基本函數(shù)20與數(shù)據(jù)庫的至少一個(gè)數(shù)據(jù)組適配的校正單元45。所述裝置4還可以包含用于保存基本函數(shù)的可變參數(shù)的存儲(chǔ)器46?？蛇x地，裝置4也可以包含處理裝置47，其例如將基本函數(shù)的可變參數(shù)保存在四維的特征空間中和/或針對在測量技術(shù)和/或模擬技術(shù)上不能實(shí)行的不同運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算可變參數(shù)。處理裝置47可以與存儲(chǔ)器46相連，以便保存相應(yīng)的特征空間和/或外插數(shù)據(jù)。

如果參數(shù)P2、P3、P4和P5保存在特征空間50中，則之后可以利用它們針對特定運(yùn)行狀態(tài)確定新鮮空氣質(zhì)量的最佳曲線。相應(yīng)地在圖7中示意性地示出。

圖1所示的方法10和圖6所示的裝置40迄今至關(guān)于新鮮空氣質(zhì)量m_fl的確定進(jìn)行描述。類似地也可以借助相應(yīng)的方法和相應(yīng)的裝置確定殘余氣體質(zhì)量m_rg。為此，記錄圖8所示的測量值30和提供模擬數(shù)據(jù)。圖8在恒定的轉(zhuǎn)速n＝1300每分鐘和恒定的進(jìn)氣閥位置-20°KW和排氣閥位置15°KW時(shí)針對不同的進(jìn)氣管壓力p_s1＝1400mbar、p_s2＝1600mbar、p_s3＝1800mbar、p_s4＝2200mbar和p_s5＝2600mbar示出殘余氣體質(zhì)量m_rg的測量值30與排氣背壓p_agg的關(guān)系。所述測量數(shù)據(jù)30和模擬數(shù)據(jù)31在圖9中以正則化的形式示出。相對于相同的進(jìn)氣管壓力的測量值30顯示略微上升的平穩(wěn)區(qū)，其隨著升高的進(jìn)氣管壓力過渡為斜坡。圖9還示出用于殘余氣體質(zhì)量m_rg的基本函數(shù)的曲線在性質(zhì)上的形狀。然而其還需要與實(shí)際數(shù)據(jù)(測量數(shù)據(jù)30和模擬數(shù)據(jù)31)適配，這借助參數(shù)適配實(shí)現(xiàn)。圖9所示的基本函數(shù)20例如能夠通過方程IV描述，其中，參數(shù)Q2、Q3、Q4和Q5根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)確定形狀，尤其是振幅、X位移和上曲率和下曲率。

相應(yīng)地，圖1中的方法或者圖6中的裝置也可以用于計(jì)算掃氣用空氣質(zhì)量m_sl。與圖2中的新鮮空氣質(zhì)量的測量值和圖8中的殘余氣體質(zhì)量的測量值類似地，在圖10中在恒定的轉(zhuǎn)速n＝1300每分鐘和恒定的進(jìn)氣閥位置-20°KW和排氣閥位置5°KW時(shí)針對不同的進(jìn)氣管壓力p_s1＝1400mbar、p_s2＝1600mbar、p_s3＝1800mbar、p_s4＝2200mbar和p_s5＝2600mbar示出掃氣用氣體質(zhì)量m_sl的測量值與排氣背壓p_ag的關(guān)系。相對于相同的進(jìn)氣管壓力的測量值30示出隨著進(jìn)氣管壓力的升高沿著確定曲率的降低。如果還考慮模擬值，則圖11所示的性質(zhì)曲線可以通過方程VI表示。所述方程VI只顯示了兩個(gè)過渡到彼此中的S函數(shù)。方程VI的可變參數(shù)R1、R2、R3、R4和R5又取決于運(yùn)行狀態(tài)并且可以基于不同的數(shù)據(jù)組確定和估計(jì)。

因此，按照本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸的充氣檢測的方法和裝置能夠用于確定每個(gè)充氣成分的質(zhì)量即新鮮空氣質(zhì)量、殘余氣體質(zhì)量和/或掃氣用氣體質(zhì)量和/或任意地進(jìn)行組合。

附圖標(biāo)記清單

10 用于進(jìn)行充氣檢測的方法

100 提供測量數(shù)據(jù)

101 提供模擬數(shù)據(jù)

102 提供數(shù)據(jù)庫

103 確定基本函數(shù)

104 適配基本函數(shù)

20 基本函數(shù)

30 測量值

31 模擬值

4 用于進(jìn)行充氣檢測的裝置

40 接口

41 測量裝置

42 模擬裝置

43 用于測量值和/或模擬數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器

44 確定單元

45 校正單元

46 用于參數(shù)的存儲(chǔ)器

47 處理裝置

50 特征空間