CN101213358A - 用于给内燃机的燃烧室计量燃料的方法和控制器 - Google Patents

用于给内燃机的燃烧室计量燃料的方法和控制器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于给内燃机(10)的燃烧室(12、14、16、18)计量燃料的方法，其中，为了燃烧需要计量的燃料量通过一个预喷射过程(VE)和至少一个另外的喷射过程(HE)进行计量，并且其中在内燃机(10)的运行中预喷射过程(VE)的量误差(MF_VE)由至少一个固体声音传感器(40)的信号(KS_S)求出。该方法的突出之处在于：修正值(KW_HE)构成为预喷射过程(VE)的量误差(MF_VE)的函数，并且另外的喷射过程(HE)中的至少一个用修正值(KW_HE)修正。另外本发明涉及一种控制器，该控制器控制所述方法。

Description

用于给内燃机的燃烧室计量燃料的方法和控制器
技术领域
本发明涉及一种用于给内燃机的燃烧室计量燃料的方法，其中，为了燃烧需要计量的燃料量通过一个预喷射过程和至少一个另外的喷射过程进行计量，并且在内燃机的运行中预喷射过程的量误差由至少一个传感器的信号求得。预喷射过程和其它喷射过程、尤其是主喷射过程也称为部分喷射过程。
另外本发明涉及一种内燃机的具有至少一个喷射器的喷射系统的控制器，该控制器通过一个预喷射过程和至少一个另外的喷射过程给内燃机的燃烧室计量用于燃烧过程的燃料量，其中，控制器在内燃机运行时由至少一个传感器的信号求得预喷射过程的量误差。
背景技术
这样的方法和这样的控制器分别由DE 103 05 656 A1已知。在此由固体声音传感器的信号求出特征值，其中首先固体声音信号在至少两个曲轴角度区域内进行滤波。优选对于每个角度区域确定一个特征值，它们表明声音放射在该角度区域内的强度的特征。求出的特征值表明在内燃机的工作循环中确定的结果和时刻的特征。尤其是在预喷射过程中在与之关联的声音放射的强度与喷射的燃料量之间出现简单的关系，使得在预喷射过程中喷射的燃料量可以按照在DE 103 05 656A1中已经描述的方法由固体声音信号求得。
在通过喷射器(喷射阀)将燃料计量到内燃机的燃烧室中时，喷射器用喷射脉冲宽度触发，喷射脉冲宽度打开通流横截面喷射脉冲宽度的持续时间。
尽管喷射脉冲宽度可以非常精确地预定，但是在此相应喷射的燃料量主要取决于喷射压力和喷射器本身的特性，例如喷射器对喷射脉冲反应的启动滞后。这些特性可能从喷射器到喷射器发散，使得相应喷射的燃料量发生不期望的发散。结果例如内燃机的废气排放和/或内燃机的运行特性受到负面影响。这尤其是适用于所谓的主喷射过程，因为在主喷射过程中计量大部分对于燃烧过程需要喷射的燃料量。因此关注补偿所述发散，它们在实际喷射的燃料量与需要喷射的燃料量的额定值的偏差中描述。这些偏差下面也称为量误差。
因此需要补偿或修正预喷射过程和主喷射过程的量误差。如已经提及的，在试验时得到在较小的预喷射量与固体声音信号之间的比较简单的关系。换言之，较小的预喷射量并且从而其量误差可以相当好地由固体声音信号检测。但是也已经证实，这不适用于主喷射过程，其在数量级上比预喷射过程大10倍。主喷射过程的量误差不能直接地以足够的精确性由固体声音信号检测。这类似地适用于所有与预喷射过程相比计量大的燃料量的其它喷射过程。固体声音信号特别适用于此，但是也可以采用其它传感器的输出信号，它们显示进行的燃烧。
发明内容
由此背景，本发明在一种开头所述类型的方法中设定，修正值构成为预喷射过程的量误差的函数，并且另外的喷射过程中的至少一个用修正值修正。相应地对于开头所述类型的控制器建议，控制器构成一个作为预喷射过程的量误差的函数的修正值，并且另外的喷射过程中的至少一个用修正值修正。
本发明基于的认识在于，在预喷射过程和其它部分喷射过程例如主喷射过程的量误差有相关性。通过这种相关性可以一定程度上由预喷射过程的量误差间接地确定其它喷射过程的量误差，前者直接由传感器信号确定。
本发明因此允许由对于小的喷射量确定的量误差间接地确定其它部分喷射过程的量误差。预喷射量的典型的数值在一个看作为示例的内燃机中在0.6至2mm3的范围内，而其它喷射量、尤其是主喷射量在那里典型地也可以为6至80mm3的数值。这种认识并非当然的，并且尤其是不使得预喷射过程和主喷射过程的量误差相同或者量误差以直接可预见的方式成比例于喷射的燃料量。更准确地说，相关性对于每个个别的喷射器个别地得出结果。但是在此统计关系已经表明，它们在本发明的范围内利用。因此本发明也允许修正在较大的和其它的喷射量时的量误差，而不需要为此使用其它的传感装置，例如对气缸特定的分辨率的废气传感装置或者对气缸特定的气缸压力传感装置。
在一种特别简单的实施方式中设定，对于其它部分喷射过程例如主喷射过程承担修正。在此修正仅在小的喷射量时起作用。这可以例如通过如下方式实现，即修正仅直至喷射量的一个阈值起作用。作为替代方案，可以对于每个喷射量说明一个百分比数值地储存，其说明修正的有效性的程度。因此该数值在小量时取数值100％，而在较大量时减小直至0％。从一个确定的数值开始，数值0％和因此修正是不起作用的。这种实施方式基于的认识在于，在小的喷射量时在用于预喷射量和主喷射量的修正之间的相关性是非常良好的。
这种处理方式是特别有利的，因为它可以应用到所有喷射器。不必确定对于不同喷射器或喷射器类型的相关性数值。在检验相关性是否改变的序列中不必进行监控。
关于方法的设计方案优选，对于每个喷射过程构成一个需要喷射的燃料量的基值和一个相应的喷射脉冲宽度的基值，函数具有预喷射量的量误差与一个系数的乘积的关系并且将至少其中一个基值与修正值相联系。
该设计方案充分利用，在统计观察时已经证实，预喷射量的量误差和其它喷射过程的喷射量的量误差可以具有较好的近似性地通过所述可由统计观察求得的系数相互构成。
在预喷射量的量误差中，其已经由控制器换算成预喷射-喷射脉冲宽度的相应等效量，关于控制器的计算能力经济的是，对于其它喷射过程、尤其是对于主喷射过程的相应喷射脉冲宽度的基值与一个修正值联系。但是这种联系可以通过相应构成的修正值也用一个在对于其它喷射量的基值中的修正值进行，这提供本发明的宽的可应用性。
也优选，这种联系是相加的，因为这种联系可以特别简单地执行，并且修正值然后对于其它喷射过程的量误差是一个直接的尺度，它然后也可以在其它功能的范围内、例如在诊断功能的范围内直接与阈值比较。
另外优选，修正值附加地取决于在内燃机的燃料蓄压器中的压力构成。
该设计方案考虑，在统计分析预喷射过程和其它喷射过程之间的量误差的相关性时已经证实压力相关性。在构成修正值时考虑压力相关性在一定程度上改善间接地由预喷射过程时的固体声音信号求出的对于其它喷射过程的量误差的修正值的精度。
也优选，函数是一阶多项式，包括一个与系数有关的斜率和一个与压力有关的附加的偏移量(Offset)。
已经证实，函数构成为包括所述特性的一阶多项式相对良好地描述出现的发散，其中特别有利的是，在燃料蓄压器中的压力的影响可以单独地通过一个附加的偏移量描述。
另一优选的设计方案的突出之处在于，函数是一个高于一阶的多项式。不言而喻，波动可能能够用较高阶的多项式更精确地描述，但是在车辆中在确定多项式系数时的耗费和在修正所需的计算时的耗费也上升。
另外优选，函数通过一个相关性模型定义，它为预喷射脉冲宽度的在运行中求得的量误差对应其它喷射脉冲宽度的个别地计算的量误差。这正好是这种相关性，其允许由预喷射脉冲宽度的量误差间接地确定其它喷射过程的量误差，前者直接由固体声音信号确定。
也优选，多项式的系数离线地通过统计分析由在一种类型的喷射器的抽样中求出的、在预喷射脉冲宽度时的量误差和在其它喷射脉冲宽度时的量误差之间的相关性求出。离线的概念在此意味着在一定的内燃机之外的分析，其中以后采用喷射器或相同类型和/或结构系列和/或生产批次的喷射器。
通过这种设计方案，在预喷射过程和其它喷射过程时的量误差的相关性不必对于每个制成的喷射器个别地进行，这简化喷射器的大批量进行的制造。也优选，修正值附加地取决于内燃机喷射器的运行时间构成。
这种设计方案附加地允许量漂移的补偿，其例如通过喷射器在其寿命中在内燃机中的焦化出现。在此量漂移理解为在运行时间上的量误差的改变。
关于控制器的设计方案优选，其控制上述方法的各种设计方案中的至少一种。
其它优点由说明书和附图得出。
不言而喻，上述的和后续还将解释的特征可以不仅在相应说明的组合中，也可以在其它组合中或者单独地应用，而不离开本发明的范围。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在随后的说明中详细解释。
各附图分别以示意图的形式示出：
图1显示本发明的技术领域；
图2定性地显示在内燃机的压缩冲程中的预喷射过程和主喷射过程；
图3显示作为按本发明方法的实施例的流程图；
图4显示在加料时其它喷射过程的量误差关于预喷射过程的量误差的统计分布；
图5显示通过主喷射过程的基值和通过喷射压力构成的修正系数综合特性曲线。
具体实施方式
图1详细显示一个内燃机10，其具有燃烧室12、14、16、18，经由所属的喷射阀20、22、24、26将燃料从燃料蓄压器28通过喷射过程计量到各燃烧室内。另外喷射阀或者喷射器20、22、24、26通过控制器30用特定的喷射脉冲宽度触发打开。在此分别对于在燃烧室12、14、16、18内的燃烧过程通过一个预喷射过程VE计量一个较小的燃料量，而以后通过一个主喷射过程HE计量一个较大的燃料量。在特定的喷射脉冲宽度时经由喷射阀20、22、24、26计量的燃料量取决于燃料蓄压器28中的燃料压力。为了考虑这种影响，压力传感器32测量该燃料压力p并且向控制器30给出一个相应的电信号。分别对于燃烧过程需要计量的燃料总量主要取决于内燃机10应满足的转矩需求。这种转矩需求在图1的内容中通过驾驶员期望发送器34探测，其例如与汽车的踏板36连接并且向控制器30给出一个相应于驾驶员期望FW的电信号。为了计算喷射量并且尤其是为了控制各喷射过程的定时，内燃机10另外具有一个角度传感器38，其向控制器30给出关于内燃机10曲轴的转速n以及曲轴角度位置°KW的信息的信号。固体声音传感器40安装在内燃机10上，并且向控制器30给出一个固体声音信号KS_S，控制器30由此尤其是确定在预喷射过程VE时计量的燃料量和此时出现的量误差。预喷射量的确定例如按照由DE 103 05 656 A1已经公开的方法进行。作为替代方案，也可以采用其它基于固体声音信号的信号的方法或者其它基于其它信号的方法来确定量误差。尤其是可以采用所有在进行预喷射过程和/或在不进行预喷射过程时出现可测量的效果的信号。
图2描述在内燃机10的活塞的下死点UT和上死点0T之间的压缩冲程内的预喷射过程VE和主喷射过程HE的定性的计量量和角度位置。时间上的喷射脉冲宽度42和44对应于在°KW轴上的脉冲VE、HE的长度，使得各喷射量分别作为用VE和HE标记的矩形脉冲以下的面积获得，如果
Figure S2006800243789D00061
对应于通过喷射阀20、22、24、26在打开状态时的体积流的话。
图3描述作为按本发明方法的实施例的流程图，如何由图1中的技术环境中的控制器30进行处理的。在此不言而喻，图3的流程图仅仅是一个用于控制和/或调节内燃机10功能的上级控制程序的一部分。在上级的发动机控制程序中，连续确定预喷射过程VE的燃料量、计算所属的喷射脉冲宽度42并且通过该喷射脉冲宽度42触发喷射阀20、22、24、26。控制器30由固体声音传感器40的信号KS_S在步骤46中求得预喷射过程VE的量误差MF_VE。在此量误差MF_VE的计算优选对于燃烧室个别地进行。在步骤48中构成主喷射过程HE的基值BW_HE。在此参数BW_HE应该可选或者描述所属的燃料量或者为此所需的喷射脉冲宽度。基值BW_HE例如取决于驾驶员期望发送器34的信号FW、角度传感器38的转速信号n和必要时取决于内燃机的由控制器30控制的其它功能进行确定。例如这些功能是内燃机10的废气中的催化器和/或颗粒过滤器的再生、用于提高内燃机10的废气温度的一般功能或者其它功能例如空调驱动装置、变速器控制装置等的转矩需求。在步骤48上紧接着一个步骤50，在该步骤50中用于主喷射过程HE的修正值KW_HE构成为预喷射过程VE的量误差MF_VE的函数f。紧接着在步骤52中进行主喷射过程HE的基值BW_HE与所属的修正值KW_HE的联系。由步骤52的结果构成在图2中的喷射脉冲宽度44。
图4显示主喷射过程HE的量误差与预喷射过程VE的量误差的数值偶对在一个通过预喷射过程VE的量误差和主喷射过程HE的量误差的轴构成的平面中的分布。在此预喷射过程的量误差在横坐标上对于1mm3燃料的预喷射量绘出，并且主喷射过程的量误差对于15mm3燃料的喷射量沿着坐标对于同类的28个喷射器的抽样绘出。在数值偶对54得到在1mm3预喷射量时的0.6mm3的量误差，即总体上1.6mm3的预喷射量，而对于相同的喷射器在15mm3的主喷射量时得到略微超过1.5mm3的量误差，即总体上略微超过16.5mm3的主喷射量。相应地适用于其它在图4中示出的测量点/数值偶对。如图4所示出的分布对于一种喷射器类型离线地按规则的时间间隔在试验台-发动机-持续运行期间记录。在此记录各一个对于确定的共轨压力(在燃料蓄压器28中的压力)或者确定的共轨压力值的间隔和确定的主喷射量或者说确定的主喷射量的间隔的分布。为了实现在此介绍的方法的设计方案，通过点云(分布)得到一个平衡直线56。相应于该平衡直线56得到一个主喷射过程HE的量误差MF_HE作为由斜率关联系数a1和预喷射过程的量误差MF_VE的乘积和附加的偏移量a0的总和，该偏移量定义平衡直线56与纵坐标的交点。在图4中a0几乎等于0。但是这仅仅对于在测量时在燃料蓄压器28中出现的压力是表明特征的。在该压力的其它数值时对于a0得到其它数值。已经证实，在燃料蓄压器28中的压力P的变化优选在附加的偏移量a0的变化中表现，而在主喷射过程HE中的燃料量的变化更强地在斜率关联系数a1＝tanα中表现。
关联系数a1、a0对于主喷射过程HE的燃料量和此时在燃料蓄压器28中存在的压力P的测量组合进行计算并且在内燃机10的控制器30中存储在两个综合特性曲线中。
这样的综合特性曲线在图5中作为斜率关联系数a1的综合特性曲线描绘。在内燃机10运行时，控制器30构成用于主喷射过程HE的基值BW_HE并且借助于压力传感器32测量燃料蓄压器28中的压力。通过这样构成和测量的参数BW_HE和p给在图5中示出的综合特性曲线58编址并且读出对于该由BW_HE和p构成的数值偶对预定的斜率关联系数a1。综合特性曲线58在一定程度上对应于一个矩阵((a1_ik))，其中各个矩阵元素a1_ik构成关联系数，i表示行数，并且从而表示主喷射过程HE的燃料量的基值BW_HE的划分精细度，k表示列数，即燃料压力p的划分精细度。
对于附加的偏移量a0得到相应的综合特性曲线。
在车辆中，在小的燃料量时每次喷射过程、典型地在VE范围内的量漂移测量在一个燃烧界限直至4mm3之间。对于实时的发动机运行点，系数a1和a0由所谓的综合特性曲线插值。对于实时的喷射量的量漂移然后由插值的系数和通过上述直线方程的VE量漂移进行计算。量漂移的修正通过干预另外的喷射过程(主喷射过程和/或后喷射过程)的燃料配给进行。
相关性的计算可以通过喷射量和通过喷射器的触发持续时间进行。对燃料配给的干预也可以作为量干预和作为触发持续时间干预进行。在计算关于触发持续时间的相关性时，如果在小量时的漂移已经作为控制器30中的触发修正进行提供，那么得到较简单的函数结构。如已经提及的，取代用于描述相关性的直线方程也可以采用其它函数，例如较小阶或较大阶的多项式。另外量漂移的修正可以适配于喷射器的运行时间。另外修正值与一个与运行时间有关的系数相乘。该系数可以例如按关于内燃机运行时间的特性曲线存储在控制器30中。
如果设定一条特性曲线作为用于描述相关性的函数，那么得到特别简单且有利的设计方案，该特性曲线说明修正预喷射过程对于其它喷射过程例如主喷射过程的有效性的参数PW。在此在特性曲线中储存一个在0和1之间的百分数或者系数。对于主喷射过程的修正值KW_HE从用于预喷射过程的量误差MF_VE出发采用如下公式得到：
KW_HE＝MF_VE*PW(BW_HE)
其中，数值PW涉及一个参数，其显示相关性的有效性，该数值在这种情况下取决于主喷射过程的基值取在0和1之间的数值。对于需要喷射的燃料量的小的数值，参数PW取数值1，并且对于需要喷射的燃料量的大的数值，参数PW取数值0。在最简单的情况下，参数PW线性地从1减小到0。可以实现任意的关系，其中所有的共同点在于，在小的燃料量时参数PW取接近1的数值，而在大的燃料量时取数值0。
这表示在用于预喷射过程和其它部分喷射过程、尤其是主喷射过程的修正值之间的固定相关性。在此在预喷射过程的小量时承担修正值。在较大量时部分承担修正值。在大量时不进行修正。
修正值在进行预喷射过程的运行状态中确定。这些修正值也用于修正主喷射过程。主喷射过程的修正优选在所有运行状态中、尤其是也在无预喷射过程的运行状态中进行。
这意味着，系数a1_ik取与用于相关性的有效性的参数PW相应的、在0和1之间的数值。在此系数a1_ik或者说参数PW取决于需要修正的部分喷射过程、尤其是主喷射过程的喷射的燃料量储存在一个综合特性曲线和/或一个表格中。

Claims (12)

1.用于给内燃机(10)的燃烧室(12、14、16、18)计量燃料的方法，其中，为了燃烧需要计量的燃料量通过一个预喷射过程(VE)和至少一个另外的部分喷射过程(HE)进行计量，并且其中在内燃机(10)的运行中预喷射过程(VE)的量误差(MF_VE)由至少一个传感器(40)的信号(KS_S)求出，其特征在于：修正值(KW_HE)构成为预喷射过程(VE)的量误差(MF_VE)的函数，并且将另外的部分喷射过程(HE)中的至少一个用修正值(KW_HE)修正。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：对于至少一个部分喷射过程(VE、HE)构成需要喷射的燃料量的基值(BW_HE)或相应的喷射脉冲宽度的基值，并且所述函数具有预喷射过程(VE)的量误差(MF_VE)与系数(a1_ik)的乘积的关系，并且将所述基值(BW_HE)与修正值(KW_HE)联系。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于：所述联系是相加的。
4.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述修正值(KW_HE)附加地取决于在内燃机(10)的燃料蓄压器(28)中的压力(p)构成。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于：所述函数是一阶多项式，包括与系数(a1_ik)有关的斜率和与压力(p)有关的附加的偏移量。
6.按权利要求4所述的方法，其特征在于：所述函数是高于一阶的多项式。
7.按上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于：所述函数通过相关性模型确定，它为预喷射过程(VE)的在运行中求出的量误差(MF_VE)对应其它喷射脉冲宽度的个别地计算的量误差。
8.按权利要求7与权利要求5或6相结合的方法，其特征在于：所述多项式的系数离线地通过统计分析由在一种类型的喷射器的抽样中求出的、在预喷射脉冲宽度时的量误差和在其它喷射脉冲宽度时的量误差之间的相关性求出。
9.按上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于：所述修正值附加地取决于内燃机的喷射器的运行时间构成。
10.按权利要求1所述的方法，其特征在于：采用固体声音传感器作为传感器。
11.内燃机(10)的具有至少一个喷射器(20、22、24、26)的喷射系统的控制器(30)，该控制器通过一个预喷射过程(VE)和至少一个另外的部分喷射过程(HE)给内燃机(10)的燃烧室(12、14、16、18)计量用于燃烧过程的燃料量，其中，所述控制器(30)在内燃机(10)运行时由至少一个传感器(40)的信号(KS_S)求出预喷射过程(VE)的量误差(MF_VE)，其特征在于：所述控制器(30)构成作为预喷射过程(VE)的量误差(MF_VE)的函数的修正值(KW_HE)，并且另外的部分喷射过程(HE)中的至少一个用修正值(KW_HE)修正。
12.按权利要求10所述的控制器(30)，其特征在于：该控制器控制按权利要求1至9所述的方法中的至少一个。
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