CN101105153B - 用于对喷入内燃机气缸中的燃料量优化燃烧的自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于优化燃烧的内燃机自适应方法。通过确定在惯性运行阶段之内内燃机的转速变化和通过将这些转速变化分配给针对特定气缸的压缩阶段（20）确定实际上供给的针对特定气缸的空气量。它提供了这种可能性，使得喷入的燃料量与现有的针对特定气缸的空气量更精确地匹配。

Description

用于对喷入内燃机气缸中的燃料量优化燃烧的自适应方法

技术领域

本发明涉及一种用于对喷入内燃机气缸中的燃料量优化燃烧的内燃机自适应方法。

背景技术

为了确定提供给内燃机并且在燃烧中消耗的空气量，在内燃机中通常装入一个空气量传感器。为了能够确定和影响内燃机的有害物质排放，需要了解供给各个气缸的空气燃料混合物。此外为了能够预告内燃机排放物的种类和数量，在气缸中存在的压力是一个重要的辅助参数。当不是每个气缸使用一个单独的空气量传感器时，这时内燃机的空气流量仅作为内燃机所有气缸的平均值是已知的。然而每个气缸使用单独的空气量传感器的费用是很高的，并且因此对于恰恰是底部价格区的汽车的大量生产是不适合的。

然而通常已是众所周知的，在气缸几何尺寸中的公差和各个气缸压缩率的差别导致了对实际上供给各个气缸的空气量的不精确的信息。此外由该信息不能精确地得出，实际上在每个气缸中存在什么样的压力比。这种不完整的信息自动地导致对发生着的燃烧和空气燃料混合物的不精确的认识。

为了减少内燃机有害物质的排放，作为上面提到的情况的结果产生这种缺点，即在内燃机各个气缸中的具体条件不是已知的。

发明内容

因此本发明的任务是提供一种方法，与现有技术相比，通过该方法可以更好地检测在内燃机中的情况，以便能够在该基础上进一步减少内燃机的有害物质排放。

上面所提到的任务通过根据独立权利要求1所述的自适应方法获得解决。本方法的有利的实施例由下面的说明、附图和所附的权利要求给出。

根据本发明的用于对在气缸中喷入的燃料量优化燃烧的内燃机自适应方法包括下列步骤：识别内燃机的惯性运行阶段，在惯性运行阶段之内确定内燃机随时间的转速变化和将该随时间的转速变化分配给内燃机的针对特定气缸的压缩阶段，从在该针对特定气缸的压缩阶段中的该随时间的转速变化出发求得针对特定气缸的空气/气体填充，和在该求得的针对特定气缸的空气/气体填充的基础上匹配针对特定气缸的燃料空气混合物。

本自适应方法是基于这样的处理方式，即针对特定气缸地考虑供给内燃机气缸的空气，而代替对内燃机所有气缸的空气供给进行整体评价。这种针对特定气缸的评价提供具体的结果，多少空气量实际上到达了各个气缸并且然后在那里用于燃烧。针对特定气缸的空气量的特性描述间接地通过按照标准安装在汽车上的传感器实施。这就是转速传感器，借助于它的帮助可以分析内燃机循环的不同的节拍。即如果考虑与针对特定气缸的压缩阶段相关的内燃机的转速变化，就可获得在该气缸中处理的空气量的比例。为了简化根据上述方法的评价，内燃机将在一个惯性运行阶段中进行检查。在该惯性运行阶段内没有燃料量喷入到各个气缸中，因此通过该途径对要进行评价的数据不会有任何影响。在由针对特定气缸的转速变化的评价获得了与针对特定气缸的空气/气体填充有关的更详细的信息之后，将对在各个气缸中喷入的燃料量相应地进行匹配，以便在内燃机的各个气缸中得到实际上希望的燃料空气混合物。

根据本自适应方法的另一个方案将实施下列步骤：探测与时间相关的内燃机的转速并且探测与时间相关的内燃机的针对特定气缸的压缩阶段。

为了能够阐明在上面提到的自适应方法中求得的转速信号的变化过程，优选的附加步骤是：校准与气缸的空气/气体填充相关的气缸压缩功，校准与压缩功相关的转速变化和/或设立在内燃机的压缩阶段在转速变化和针对特定气缸的空气/气体填充之间的函数关系。

附图说明

本发明优选的实施形式参照附图进一步说明。如图所示：

图1所示是与内燃机工作循环各个阶段相关的转速变化的示意图，和

图2所示是本自适应方法优选的实施形式的流程图。

具体实施方式

本自适应方法优选的实施形式以四缸内燃机为例进行说明。内燃机每个气缸Z1、Z2、Z3、Z4的循环划分成进气阶段10、压缩阶段20、工作阶段30和排气阶段或者排出阶段40(参见图1)。内燃机的这些阶段10、20、30、40的时间顺序一般是已知的。

如果按照它们的点火顺序将内燃机每个气缸按Z1、Z2、Z3和Z4编号，则第一气缸Z1在时刻T1和T2之间通过它的压缩阶段20。第一气缸Z1的工作阶段在时刻T2开始。同时第二气缸Z2在时刻T1开始它的进气阶段10，并且在时刻T2开始它的压缩阶段。气缸Z3和Z4分别在时刻T3和T4开始它们的压缩阶段20。因此内燃机相继地通过各个气缸Z1、Z2、Z3、Z4的彼此相随的压缩阶段20。在时刻T4之后内燃机已经通过了一个完整的工作循环，因此在时刻T5开始，已知的内燃机的工作循环和它的时间顺序将重复进行。

如果例如内燃机的气缸多于四个，压缩阶段20的时间顺序可以类似地确定。对于进一步的区分，在这种情况下不仅可以利用各单独的气缸，而且也可以例如利用在不同的气缸座上的内燃机气缸的划分。因此内燃机的针对特定气缸的压缩阶段可毫无困难地分配给一定的时间信号。

此外每辆汽车或者每台内燃机具有标准的装备，用于检测与时间相关的内燃机的转速N。转速N按照已知的方法测量，例如用一个建立在霍尔效应基础上的曲轴传感器。

在内燃机的惯性运转(Schubbetrieb)内没有燃料喷入各个气缸。这类惯性运转例如汽车在下坡时滑行，而变速器未处于空载运行时。因此在内燃机的惯性运转之内，在气缸Z1、Z2、Z3和Z4的工作阶段30中不进行燃烧。在该工作阶段30仅仅进行各个气缸Z1、Z2、Z3、Z4的事先被压缩的空气/气体填充的膨胀。因此在惯性运行阶段各个气缸Z1、Z2、Z3、Z4的压缩阶段20是这样的阶段，其中导致内燃机制动的能量被供给各个气缸Z1、Z2、Z3、Z4的空气/气体填充。如果忽略在气缸Z1、Z2、Z3、Z4的其它三个阶段10、30、40的能量传输或者假定一个恒定的转速下降，在内燃机的惯性运转中，它的转速N只通过在各个气缸Z1、Z2、Z3、Z4的压缩阶段20中的能量消耗而被(附加地)降低。

在压缩阶段20中转速降低的强度通过针对特定气缸的要被实施的压缩功或者针对特定气缸的压缩率确定。在各个气缸Z1、Z2、Z3、Z4的压缩功或者压缩率中相互比较的差别由针对特定气缸的空气路径的不同的几何尺寸产生。针对特定气缸的空气路径的这种不同的几何尺寸影响供给气缸Z1、Z2、Z3、Z4的空气量。上面提到的差别例如由制造公差、在空气路径中流动的影响和内燃机的老化现象产生，这里只列举几个例子。

如果要实施的压缩功或者压缩率在气缸Z1、Z2、Z3、Z4的一个气缸中比在内燃机中的另外一个气缸中的要大，将导致在针对特定气缸的压缩阶段20的时间窗口中在内燃机的惯性运行阶段更强的转速下降。它在图1中以附图标记70表示。当内燃机处于惯性运转时，转速N随着时间t降低。如果在所有气缸Z1、Z2、Z3、Z4上共同测量，获得一个在图1中通过虚线50表示的恒定的转速下降。因此对于虚线50有dN/dt＜0。

因为不同的针对特定气缸的阶段10、20、30的时间顺序是已知的(见上面)，所以由同样在整个时间t上测量的转速信号N也可以确定在内燃机的针对特定气缸的压缩阶段20中的转速变化。因为进气阶段10、工作阶段30和排气阶段40的能量消耗假设不变(见上面)，由于不同的针对特定气缸的压缩率或者不同大小的、在不同的气缸Z1、Z2、Z3、Z4中被压缩的针对特定气缸的空气量而在转速下降时产生波动。这一相互关系通过实线60和划上圆圈的区域70在图1中说明。区域70表示了气缸Z2的压缩阶段20和由此产生的在T2和T3之间的时间窗口中针对特定气缸的转速变化。因此转速下降对于带有较高压缩功的气缸大于带有较低压缩功的气缸。

因此，如果比较在内燃机的针对特定气缸的压缩阶段20中的转速下降，彼此相互比较获得在内燃机各个气缸Z1、Z2、Z3、Z4的针对特定气缸的压缩率中的或者在针对特定气缸的压缩功中的差别。如果利用该信息确定或者匹配在气缸Z1、Z2、Z3、Z4中存在的空气/气体的量和有效的针对特定气缸的压力，则以这种方式对针对特定气缸的空气燃料混合物进行优化，并且由此降低有害的废气。要供给针对特定气缸的空气量和燃料量在此基础上被精确调节，它对燃烧效率、燃烧温度、内燃机废气的成分和特定的气缸状态的控制产生积极影响。

上面所提到的自适应方法的优选实施形式的流程图表示在图2中。在自适应方法启动之后，首先在第一步骤S1中进行对内燃机的惯性运行阶段的识别，在该惯性运行阶段之内实施自适应方法。在该惯性运行阶段之内与时间相关的内燃机转速以对于自适应方法足够的精度被探测(步骤S6)。探测到的与时间相关的转速N形成了用于计算与时间相关的转速变化dN/dt(步骤S2)的基础。该步骤例如在内燃机的发动机控制装置中实现。

为了能够在针对特定气缸的压缩阶段20中评价转速变化，要探测或者识别内燃机的针对特定气缸的压缩阶段20随时间的出现。同样可以考虑的是，内燃机的针对特定气缸的压缩阶段20的时刻由发动机控制装置读出(步骤S7)。建立在已知的与时间相关的转速变化和针对特定气缸的压缩阶段20随时间的出现的基础之上，在步骤S3中随时间的转速变化被分配给针对特定气缸的压缩阶段20。

从上面提到的分配出发，自适应方法求得建立在针对特定气缸的压缩阶段20中所分配的随时间的转速变化基础之上的针对特定气缸的空气/气体填充(步骤S4)。针对特定气缸的空气/气体填充例如可以在针对特定气缸的压缩阶段20中的转速变化和针对特定气缸的空气/气体填充之间的函数关系的基础上确定。它要求设立该函数关系，并且例如存放在内燃机的发动机控制装置中(步骤S10)。

根据本自适应方法的一种备选方案，函数关系建立在与各个气缸的空气/气体填充相关的压缩功的校准的基础之上(S8)。此外可以考虑，对与气缸的压缩功相关的内燃机转速变化进行校准(步骤S9)。因此在上面所提到的校准步骤S8、S9的基础上，在压缩阶段在内燃机的转速变化和针对特定气缸的空气/气体填充之间的函数关系可以足够的精度来描述。

在针对特定气缸的空气/气体填充被求得之后(步骤S4)，该信息提示了内燃机的针对特定气缸的燃烧的配置。为这一目的，建立在针对特定气缸的空气/气体填充基础上的针对特定气缸的燃料/空气混合物被匹配(步骤S5)。该匹配优选的是根据不同的可选择方案实施。根据步骤S11进行燃料喷射量的匹配。根据步骤S12进行空气进气的阀门时间的匹配。根据步骤S13进行在各自气缸的空气进气部位中的压力比的匹配。根据其它的可选择方案进行空气进气的几何尺寸的匹配，只要该几何尺寸是可以改变的(步骤S14)。

下面根据图2将自适应方法的各个步骤再一次概要列出：

S1惯性运行阶段的识别

S2与时间相关的转速变化的确定

S3随时间的转速变化分配给针对特定气缸的压缩阶段

S4建立在被分配的随时间的转速变化基础之上的针对特定气缸的空气/气体填充的求得

S5建立在针对特定气缸的空气/气体填充基础之上的针对特定气缸的燃料空气混合物的匹配

S6与时间相关的转速的检测

S7内燃机的针对特定气缸的压缩阶段随时间的出现过程的识别

S8与气缸的空气/气体填充相关的压缩功的校准

S9与压缩功相关的转速变化的校准

S10在压缩阶段在转速变化和针对特定气缸的空气/气体填充之间的函数关系的设立

S11燃料喷射量的匹配

S12空气进气的阀门时间的匹配

S13空气进气侧的压力比的匹配

S14空气进气的几何尺寸的匹配

Claims (8)

1.用于对喷入气缸中的燃料量优化燃烧的内燃机自适应方法，它包括下列步骤：

a.识别内燃机的惯性运行阶段(S1)，

b.在惯性运行阶段之内确定内燃机随时间的转速变化(S2)和将该随时间的转速变化分配给内燃机的针对特定气缸的压缩阶段(S3)，

c.从在该针对特定气缸的压缩阶段中的该随时间的转速变化出发求得针对特定气缸的空气/气体填充(S4)和

d.在该求得的针对特定气缸的空气/气体填充的基础上匹配针对特定气缸的燃料空气混合物(S5)。

2.根据权利要求1所述的自适应方法，其特征在于，它包括以下步骤：

检测与时间相关的内燃机的转速(S6)并且

检测与时间相关的内燃机的针对特定气缸的压缩阶段(S7)。

3.根据权利要求1所述的自适应方法，其特征在于，它包括以下步骤：

校准与气缸的空气/气体填充相关的气缸压缩功(S8)。

4.根据权利要求2所述的自适应方法，其特征在于，它包括以下步骤：

校准与气缸的空气/气体填充相关的气缸压缩功(S8)。

5.根据权利要求3所述的自适应方法，其特征在于，它包括以下步骤：

校准与压缩功相关的转速变化(S9)。

6.根据权利要求4所述的自适应方法，其特征在于，它包括以下步骤：

校准与压缩功相关的转速变化(S9)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的自适应方法，其特征在于，它包括以下步骤：

设立在压缩阶段在转速变化和针对特定气缸的空气/气体填充之间的函数关系(S10)。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的自适应方法，其特征在于，它包括以下用于匹配针对特定气缸的燃料空气混合物的步骤：

匹配燃料喷射量(S11)和/或

匹配空气进气的阀门开启时间(S12)和/或

匹配空气进气侧的压力比(S13)和/或

匹配空气进气侧的几何尺寸(S14)。

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