CN101294516B - 用于控制内燃机的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制内燃机的方法，利用该方法在操作内燃机期间可获得内燃机曲轴的扭矩。由此推出修正值，该修正值使得精确调节例如内燃机的燃烧状况成为可能。
Description
发明领域
本发明涉及用于控制内燃机(Brennkraftmaschine)的方法与装置。
现有技术
由DE102004046082A1可以知道一种用于控制内燃机的方法。在该方法中，由传感器的输出信号获得用于调节(Regelung)和/或控制(Steuerung)内燃机工作参数的特征。
例如，传感器可以是固体传声传感器(其输出信号频率范围小于2kHz)，以获得可应用于调节和/或控制内燃机工作参数的特征(Merkmal)。这种特征是例如各气缸特有的(zylinderindividuell)燃烧状况(Verbrennungslage)、每个气缸的有效平均压力(effektiver Mitteldruck)、每个气缸的燃烧起点(Brennbeginn)和/或内部力矩(inneres Moment)。其中，该特征由从现有技术已知的方法控制和/或调节，以在排放、能量消耗和其它优化标准方面优化操作内燃机。
因为用于获得特征而来的传感器输出信号依赖于内燃机的曲轴转角(Kurbelwellenwinkel)，所以该特征的调节仅可精确到能够获得各气缸特有的转角的检测精度。
由于在内燃机上出于成本原因仅设有一个转角传感器，且由于曲轴基于单个气缸给出的转动力矩在操作期间受到依赖于负载的扭矩(Torsion)，所以，在对传感器输出信号及由其确定的特征到曲轴转角的分配中，产生依赖于负载的角度误差。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于控制内燃机的方法，其中，该控制引入至少一个用于调节和/或控制的内燃机工作参数的特征，且提高所获得的转角的精度，并因此改善内燃机排放和消耗值。
该目的在根据本发明的用于控制带有k个气缸的内燃机的方法中——其中，该控制引入至少一个用于调节和/或控制内燃机工作参数的特征，且曲轴转角由转动转角传感器测得，并且至少一个特征依赖于曲轴转角——通过依赖于曲轴扭矩来修正至少一个特征而实现。
由此可将受到曲轴扭矩限制的系统误差完全或至少接近完全地排除，并可由此明显高精度地确定特征值(其用于控制和/或调节内燃机的工作参数)和曲轴转角之间的相互关系。
因此可以改善内燃机的操作特性，尤其是改善排放、特定燃料需求，并且还改善内燃机的循环和同步。
本发明方法的优点尤其在于，不需要附加硬件，而可通过内燃机控制仪器中的合适软件来实现根据本发明的方法。由此，应用本发明方法的成本较小且本发明方法可在批量生产的控制仪器中通过软件来更新执行。
经证实，当该至少一个特征表示每个气缸的燃烧状况、每个气缸的有效平均压力、每个气缸的燃烧初始角(Brennbeginnwinkel)和/或每个气缸的内部力矩时，根据本发明的方法尤其有利。该至少一个特征也可表示其它参量，这样的例举并不是有穷的。
在本发明方法的尤其有利的实施例中，可通过修正转角传感器输出信号来修正至少一个特征。备选地，自然也可在转角传感器输出信号确定的特征之基础上进行相应地修正。
在本发明的其它有利实施例中，当内燃机处于合适工作点时，为每个气缸确定至少一个修正值。首先，需要确定各气缸特有的修正值，因为内燃机的不同气缸具有距转角传感器不同的距离，且因此，一方面不同气缸之间的曲轴有效长度不同，另一方面用于每个气缸的转角传感器不同。由此产生不同的扭矩角。
然后，当存在尽可能小的流量时(其引起存在问题的特征的改变)给出内燃机合适工作点。这意味着，优选地在用于确定修正值的合适工作点上无废气循环(Abgasrückführung)的情况发生，以恒定的操纵起点(Ansteuerbeginn)和恒定的操纵时间(Ansteuerdauer)来操纵(Ansteuern)喷射器。进而(如果需要的话)，当确定每个气缸的修正值时，停止重心位置的调节。
经证实，在带高负载操作内燃机且确定修正值时，该方法也是有利地。当负载较高时，曲轴的扭矩自然会特别大，使得气缸之间受扭矩影响的区别尤其大，并从而可特别精确地获得这种区别。
备选地，也可在内燃机的负载较低时检测修正值。在该操作状态中，每个气缸的受制造限制或受磨损限制的压缩比的不同首先引起扭矩的不同。该不同的扭矩在较低负载时可最好地获得。
当然，也可依次启动这两个负载点，并由此进一步改进本发明的方法。
备选地，当内燃机出于负载要求启动在合适的工作点上时，内燃机的控制过程可一直测定修正值。备选地，当有需求时，内燃机的控制也可启动这种合适的负载点。通过连续地或间断地获得的修正值也可考虑到老化效应。
在本发明方法的其它有利实施例中，对于各气缸特有的修正值，还考虑到在转角传感器和曲轴分配给气缸的曲柄销之间的区域中的曲轴的扭曲弹性常数(Torsionsfederkonstante)。
上述目的同样在用于实施本发明方法的计算机程序和控制装置中实现。
本发明的实施示例在附图中显示并在下文作详细说明。
附图简述
附图中示意性地显示了：
图1是说明本发明方法的方框图；
图2是真实的内燃发动机的物理等效电路图，
图3是用于确定各气缸特有的修正值的本发明方法的实施示例的流程图
图4是本发明方法的两个实施示例的流程图。
具体实施方式
图1详细地显示了带有曲轴12、各气缸特有的促动器(Stellglied)14和16、角度传感器18及控制仪器22的内燃发动机10。各气缸特有的促动器14、16分别属于内燃发动机10的一个或一组气缸。这种促动器14、16是例如燃料喷射阀、用于运转换气阀(其控制燃料室换气)的调节器、节气阀瓣或点火线圈等等。
转角传感器18设置在曲轴12的端部24上。端部24表示从动侧，在该侧，例如机动车辆的传动杆通过离合器而驱动。
转角传感器18利用已知的方法在曲轴12的端部24处测得转角此外，转角传感器20可例如用于，感应地对与曲轴12的端部24抗扭式地连接的发送器轮上的铁磁标志进行采样。
转角传感器18的输出信号通过信号线路(无参考标记)传送到控制仪器22。
接下来参考图2，其描述了内燃发动机10的等效电路图。
在图2的描述中，内燃发动机10具有一定数量的气缸Z1、Z2、......、Zk，且每个气缸都分配有曲轴部分12.1、12.2、......、12.k。每个曲轴部分12.1、12.2、......、12.k都分配有扭曲弹性常数CTorsion(j)。扭曲弹性常数CTorsion(j)可以计算如下：
CTorsion(j)＝G(j)xIp(j)/L(j)
其中：
G：剪切弹性模数
Ip：极性阻力矩
L：曲轴部分12.j的有效长度
在曲轴12的端部24处转角传感器18和第一曲轴部分12之间的扭曲弹性常数通过CTorsion，24来表示。
参考标记Fz1、Fz2......Fzk表示在气缸Z1、Z2、......、Zk中起作用的气体作用力。
由图2可见，曲轴12的抗扭强度在转角传感器18和不同气缸Z1之间的区域中是不同的。所以，例如在转角传感器18和第一气缸Z1之间的区域中，仅有扭曲弹性常数CTorsion，24起作用。
当气缸Z2对曲轴12施加力矩时，这将引起曲轴12的较大的扭矩，因为此时扭曲弹性常数CTorsion，24和CTorsion，1是串联的。相应地，其适用于内燃机的其它气缸Z3-Zk。这表示，对不同的内燃机气缸Z1-Zk施加相同的气体力Fz会引起曲轴12的不同扭矩。这种情况显示在图2的下部部分。等级线30代表曲轴12的扭矩角。
该作用对本发明的方法来说是有利的，其中，对于每个气缸Z1-Zk获得各气缸特有的促动器(14，16)的促动(Ansteuerung)和特征的出现时间(Auftreten)之间的转角差并由各气缸特有的转角差的不同来确定各气缸特有的修正值该特征指示通过不同气缸Zj的内部力矩的输出。
在例如依据柴油机原理而工作的内燃机中为所有气缸Zi选择相同的喷射初始时间(Einspritzbeginn)和相同的喷射持续时间(Einspritzdauer)时，那么喷射起点和通过气缸内部力矩的输出之间的时间差Δt才近似相等。如果曲轴12是刚性抗扭的，在喷射起点和所出现的特征(其指示内部力矩的输出)之间始终出现相同的转角差然而，因为曲轴12不是刚性抗扭的，通过气缸Zk所引入的内部力矩引起的曲轴12的扭矩比通过气缸Z1所引入的内部力矩引起的扭矩更大。该各气缸特有的扭矩减小转角差由转角差，可为每个气缸单独地确定在转角传感器18和气缸Z1-Zk之间区域中的曲轴扭矩。不言而喻地，该扭矩依赖于负载且依赖于由气缸Z1-Zk给在曲轴上的内部力矩(之一)。
该各气缸特有的修正值可例如根据图3中所示的流程图而确定。
该方法起始于开始框中。在第二功能框32中操纵内燃机的合适工作点。这尤其表示，以相同的方式操纵内燃机10的所有气缸Z1-Zk且潜在的燃烧状况调节不起作用。
在自点火的内燃机中应该尽可能完全地排除对点火延迟的影响(其例如由于废气循环而产生)。
在第三功能框34中，获得各气缸特有的转角差其在各气缸特有的促动器的操纵和所出现的特征(其指示内部力矩的输出)之间出现。在根据柴油机原理工作的内燃机中，内燃机的喷射器14、16是合适的促动器。在根据汽油机原理工作的内燃机中，火花塞是合适的促动器。两促动器共同促进内燃机工作冲程开始时的燃烧。
当例如利用固体传声传感器或压力传感器的帮助而测得内部力矩的输出时，可获得各气缸特有的促动器(其促进燃烧)控制和内部力矩的输出之间的转角差。
在第四功能框36中，由各气缸特有的转角差的不同来计算依赖于负载的修正值并在另一功能框38中将其存储在修正值存储器中。
为了确定用于曲轴12的扭矩的各气缸特有的修正值可在内燃机的负载较高时测定修正值。
然而，也可在负载较低时测定修正值利用该第二修正值的帮助可确定由气缸Z1-Zk的压缩比的不同而引起的作用。
该第二修正值可在本发明方法的尤其有利的修改形式中，在内燃机负载较高情况下确定第一修正值的修正值时，用于修正转角差由此可消除气缸中的不同压缩以及消除其对转角差的影响。
在图4中描述了本发明方法的两个改型的流程图。在功能框40中，曲轴12的转角由转角传感器18测得。其输出信号到达用于计算特征的功能框42。
进一步地，在框44中，在燃烧室中获得燃烧参数，例如固体声或压力变化。该参数也作为输入量到达功能框42中。在那里计算特征量，例如计算燃烧状况或计算内部力矩(其由内燃机的单个气缸给出)的变化。
功能框42的输出量是将会在功能框46中根据本发明方法被修正的特征。此外，以依赖于还未修正的特征的修正值存储器48读出各气缸特有的依赖于负载的修正值并传递到功能框46中。由此修正特征。因此，功能框46的输出量是修正了的特征。
因为特征的修正最终意味着各气缸特有的角度修正，也可如通过虚线表明的那样将功能框46设计在功能框40、42之间。在这种情况下，转角传感器18的输出信号立即对各个气缸进行单独修正，并利用该修正输出信号在功能框42中计算特征。
Claims (10)
1.一种用于控制带有k个气缸的内燃机的方法，在所述方法中，控制行为引入用于调节和/或控制所述内燃机(10)的工作参数的至少一个特征，其中，曲轴转角由转角传感器(18)测得，且所述至少一个特征依赖于所述曲轴转角其特征在于，所述至少一个特征依赖于曲轴(12)的扭矩来修正，其中，内燃机的所有气缸(Z1...Zk)都在相同的工作点运行，且对于所述内燃机(10)的每个气缸(Z1...Zk)都获取各气缸特有的促动器(14，16)的操纵以及特征的出现之间的转角差并由所述转角差的各气缸特有的区别来确定各气缸特有的修正值其中，所述特征指示内部力矩的输出，其中，所述各气缸特有的修正值考虑位于所述转角传感器(18)和分配给所述气缸(j)的所述曲轴(12)的曲柄销(j)之间的区域中的曲轴(12)的扭曲弹性常数(CTorsion)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个特征表示每个气缸(j，其中j＝1...k)的燃烧状况、每个气缸(j)的有效平均压力(pm，eff)、每个气缸(j)的燃烧起点和/或每个气缸(j)的内部力矩。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个特征的修正通过修正所述转角传感器(18)的输出信号来实现。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述内燃机处于合适的工作点时，为每个气缸(j)确定至少一个修正值
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述内燃机不带废气循环，利用喷射器(14，16)的恒定的操纵起点并/或利用喷射器(14，16)的恒定的操纵时间来运行时，所述内燃机处于用于确定修正值的合适工作点上。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述内燃机带有高负载或低负载而运行时，所述内燃机处于用于确定修正值的合适工作点上。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于确定所述修正值的合适工作点由所述内燃机的所述控制行为根据需要来启动。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个气缸(j)都应用用于修正所述至少一个特征或修正所述转角传感器(18)的所述输出信号的各气缸特有的修正值
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个特征的修正或所述转角传感器(18)的所述输出信号的修正依赖于负载而实现。
10.一种用于内燃机(10)的控制及/或调节装置(12)，其特征在于，当运行所述控制及/或调节装置(12)时，所述控制及/或调节装置(12)执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150513 Termination date: 20190423 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |