CN101363377B - 用于调节内燃机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于调节内燃机的方法,其中由理论转速(nSL)和实际转速(nISL)计算出转速调节偏差(dn),该理论转速是用于调节转速的外部调节回路(11)的主导参数,由转速调节偏差(dn)通过作为主导调节器的转速调节器(13)确定出理论力矩(MSL),由理论力矩(MSL)确定理论喷射持续时间(SD(SOLL)),该理论喷射持续时间是用于调节各个气缸的喷射持续时间的内部调节回路(12)的主导参数,其中由理论喷射持续时间和实际喷射持续时间SD(IST)计算喷射持续时间调节偏差,由该调节偏差通过作为随动调节器的喷射持续时间调节器确定一个调节参数并且由该调节参数和理论喷射持续时间计算出用于控制喷射器的喷射持续时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于调节内燃机的方法,在该方法中通过一个基于转速的外部调节回路和一个基于喷射持续时间的内部调节回路通过喷射持续时间调节器计算一个调节参数和将该调节参数与用于控制喷射器的理论喷射持续时间相关联。
背景技术
对例如作为发电机驱动装置的内燃机的调节通常在一种基于转速的或者基于力矩的调节回路结构中进行。由于在信号链和喷射装置中的公差的原因,不同的燃油量被喷射到内燃机的各个气缸中,由此气缸产生不同的力矩贡献。因此为了实现稳定的调节回路需要对调节参数进行过滤,用于具有共轨系统的内燃机的基于转速的调节回路例如在DE10302263B3中公开。
一种补偿的措施在于所谓的运行平稳性调节。例如由EP1283951B1已知一种用于调节特定气缸的喷射量变化曲线的方法,其中喷射量的分布依据转速信号确定。之后确定一个修正值,用于使供给气缸的喷射量与平均值适配,并且各个气缸的间隔开始时刻,即喷射开始时刻和同时地控制间隔的间隔结束时刻,即喷射结束时刻被用该修正值改变。
在实际中,对内燃机的调节技术上进行的调整是复杂的,因为它不是线性的调节对象。此外必须具有故障保险机构,例如在调节参数的探测出现故障时。
发明内容
本发明的目的是提供一种对各个气缸进行调节的调节方法,该方法可以简单地调整和具有高的运行安全性。
这个目的通过按本发明的用于调节内燃机的方法得以实现。在用于调节具有共轨系统以及单独蓄能器的内燃机的方法中,由理论转速和实际转速计算出转速调节偏差,该理论转速是用于调节转速的外部调节回路的主导参数,由转速调节偏差通过作为主导调节器的转速调节器确定出理论力矩,由理论力矩确定理论喷射持续时间,该理论喷射持续时间是用于调节各个气缸的喷射持续时间的内部调节回路的主导参数,其中由理论喷射持续时间和实际喷射持续时间计算喷射持续时间调节偏差,由该喷射持续时间调节偏差通过作为随动调节器的喷射持续时间调节器确定调节参数并且其中由该调节参数和理论喷射持续时间计算出用于控制喷射器的喷射持续时间。
通过一种用于一个串联式的转速调节回路作为外部调节回路和一个喷射持续时间调节回路作为内部调节回路的调节方法实现简单的可调整性,因为干扰不再通过整个调节对象并且在第一调节对象中的非线性通过在内部调节回路中的随动调节器进行线性化处理。具体地说,该调节方法在于,由内燃机的理论转速和实际转速计算出转速调节偏差,该理论转速是用于调节转速的外部调节回路的主导参数,由转速调节偏差通过作为主导调节器的转速调节器计算出理论力矩。又由理论力矩确定理论喷射持续时间。该理论喷射持续时间对应于用于调节各个气缸的喷射持续时间的内部调节回路的主导参数。由理论喷射持续时间和实际喷射持续时间计算喷射持续时间调节偏差,然后由该喷射持续时间调节偏差通过作为随动调节器的喷射持续时间调节器确定一个调节信号。然后由该调节信号和理论喷射持续时间计算出用于针对各个气缸地控制喷射器的喷射持续时间。
通过将调节信号与理论喷射持续时间相关联实现了高的运行安全性,因为例如在实际喷射持续时间测量或者喷射持续时间调节器出现故障时内燃机可以基于理论喷射持续时间继续运行。对通过喷射持续时间调节器计算的调节参数进行评估也同样有助于提高运行安全性。如果调节参数的值是可靠的,那么就不进行干预。否则将调节参数限制到一个上限并且产生一个维修建议。
为了改进内部调节回路的动态性能和为了补偿调节对象的受老化限制的变化,例如喷射器的功能改变,设有用于确定预控制值的预控制机构。用预控制值对喷射持续时间调节器加载以进行修正。通过特性曲线依据理论喷射持续时间和共轨油管压力计算预控制值。使特性曲线配置通过喷射持续时间调节器计算的调节参数的值。
在一个实施例中规定,实际喷射持续时间由一个喷射结束时刻和一个虚拟的喷射开始时刻进行计算。计算该虚拟的喷射开始时刻,其中在一个测量时间间隔期间中测量和存储一个单独蓄能器的压力,依据存储的单独蓄能器的压力变化曲线由燃油压力的显著变化确定出喷射结束时刻并且依据喷射结束时刻通过数学函数计算出该虚拟的喷射开始时刻。此时有利的是功能安全性,因为在实际中来自共轨油管压力信号的实际喷射开始时刻由于在共轨油管中的重叠的压力波动是有误差的。已知的是,在共轨油管压力上叠加有低压泵、高压泵的输送频率和喷射频率。
附图说明
在附图中示出本发明的优选实施例。附图中:
图1示出了系统示意图,
图2示出了串联调节系统的方框图和
图3示出了内部调节回路的方框图。
具体实施方式
图1示出了受电子控制的内燃机1的系统示意图。在该内燃机中燃油通过共轨系统喷射。共轨系统包括以下部件:用于从燃油箱2输送燃油的低压泵3,用于确定体积流的吸入节流阀4,用于在高压下将燃油输送到共轨油管6中的高压泵5,用于中间存储燃油的单独蓄能器7和用于将燃油喷射到内燃机1的燃烧室中的喷射器8。
带有单独蓄能器的共轨系统与常规的共轨系统的区别在于,要喷射的燃油取自于单独蓄能器7,其中用于喷射的能量由单独蓄能器中的燃油的燃油体积弹性产生。从共轨油管6到单独蓄能器7的输入管道在实际中是这样设计的,使得干扰频率向共轨油管6中的反馈被抑制。在喷射间隔期间正好有这样多的燃油从共轨油管6中补充流入,使得单独蓄能器7在喷射开始时刻又被充满。因此在喷射开始时刻单独蓄能器7中的压力对应于共轨油管压力pCR。单独蓄能器7和输入管道的液压阻力是相互相对调整的,即从共轨油管6至单独蓄能器7的连接管道具有尽可能高的液压阻力。在没有单独蓄能器的常规共轨系统中,在共轨油管6和喷射器8之间的液压阻力相反应该尽可能地小,以实现不受阻碍的喷射。
内燃机1的运行方式通过发动机电子控制单元(ECU)10确定。发动机电子控制单元10包括微机系统的通常的组成部分,例如微处理机,I/O功能块,缓冲器和存储器功能块(EEPROM,RAM)。在存储器功能块中应用了与内燃机1的运行相关联的以通用特性曲线簇/特性曲线表示的运行数据。通过它们发动机电子控制单元10由输入参数计算输出参数。在图1中示范性地示出了以下输入参数:共轨油管压力pCR,其借助于共轨油管压力传感器9测量,内燃机1的转速nMOT,单独蓄能器7的压力信号pE,和输入参数EIN。在输入参数EIN中例如集合了功能要求、增压器的增压空气压力和冷却剂/润滑剂以及燃油的温度。
在图1中作为发动机电子控制单元10的输出参数示出了用于控制吸入节流阀4的信号PWM,表征喷射持续时间的用于单个气缸地控制各个喷射器8的信号SD,和输出参数AUS。输出参数AUS作为代表表示用于控制和调节内燃机1的其它的调节信号。
图2示出了串联调节系统的方框图。其中示出的元件代表调节方法的程序、程序部分或程序步骤。串联调节系统的输入参数是理论转速nSL,它是主导参数并且代表一个功率愿望。串联调节系统的输出参数对应于转速nMOT的原始值。串联调节系统由一个用于调节转速的外部调节回路11和一个用于调节喷射持续时间的内部调节回路12构成。外部调节回路11包括作为主导调节器的转速调节器13,发动机管理单元20和第一调节对象14。内部调节回路12在图3中示出和将结合该图进行描述。由理论转速nSL和实际转速nIST确定出转速调节偏差dn,在点A处。转速调节器13由调节偏差dn计算出理论力矩MSL。在实际中转速调节器例如构造成PIDT1调节器。然后由理论力矩MSL通过发动机管理单元20计算理论喷射持续时间SD(SOLL)。在发动机管理单元20中除了换算之外还选择地附加设有效率特性曲线簇和限制功能。理论喷射持续时间SD(SOLL)是内部调节回路12的主导参数。内部调节回路12的输出参数,其在此处是:实际喷射持续时间SD(IST),是第一调节对象14的输入参数。第一调节对象14包括内燃机1,低压泵,吸入节流阀和高压泵。第一调节对象14的输出参数,亦即调节参数,对应于转速nMOT的原始值,其例如在内燃机的曲轴上测得。由转速nMOT的原始值通过转速过滤器19计算实际转速nIST并且在点A处返回。由此该调节回路是闭合的。
在图3中内部调节回路12以方框图示出,其中在此处在图中示出的元件也代表调节方法的程序、程序部分或程序步骤。内部调节回路12的输入参数是共轨油管压力pCR和作为主导参数的理论喷射持续时间SD(SOLL)。内部调节回路12的输出参数对应于实际喷射持续时间SD(IST)。内部调节回路12的元件是作为随动调节器的喷射持续时间调节器,评估机构16,预控制机构17和第二调节对象18,它至少包括发动机电子控制单元的功率末级和喷射器。为了各单缸地控制喷射器,具有与喷射器一样多的并联地设置的内部调节回路。在求和点B处将理论喷射持续时间SD(SOLL)与实际喷射持续时间SD(IST)相比较,由此得出喷射持续时间调节偏差dSD。实际喷射持续时间SD(IST)由一个喷射开始时刻和一个喷射结束时刻限定。由于在共轨油管中存在的频率混合和与此相关联的压力波动,依据共轨油管压力确定实际喷射开始时刻是重要的,因为可能发生错误判断。因此在本发明的一个实施形式中规定,实际喷射持续时间SD(IST)由一个喷射结束时刻和一个虚拟的喷射开始时刻计算。该虚拟的喷射开始时刻又通过在一个测量时间间隔期间例如内燃机的一个工作循环(720°曲轴转角)中测量和存储与气缸相关的单独蓄能器7的压力pE进行计算。依据存储的单独蓄能器的压力变化曲线,可以无疑地识别出作为燃油压力显著变化的喷射结束时刻。然后依据喷射结束时刻通过数学函数计算虚拟的喷射开始时刻。由DE10344181A1已知一个用于计算虚拟的喷射开始时刻的相应的函数。
喷射持续时间调节器15由喷射持续时间调节偏差dSD和一个预控制值VS计算出一个信号S1。喷射持续时间调节器15包括至少一个I-分量。预控制值VS通过预控制机构17借助于特性曲线依据理论喷射持续时间SD(SOLL)和共轨油管压力pCR进行计算。在预控制机构17中含有的特性曲线配置了调节参数SG的值并且用这些值进行现实更新。这种方式的优点在于,在整个范围上维持调节参数的调节区域,因为受老化限制的偏差例如喷射器的功能变化不会通过留有的喷射持续时间调节偏差dSD进行补偿。预控制机构17纠正地作用于喷射持续时间调节器15,例如对其I-分量进行作用。由喷射持续时间调节器15计算的信号S1通过评估机构16检查其可靠性。评估机构16的输出信号对应于调节参数SG。如果信号S1的值可靠,就不进行任何干预。由此SG等于S1。在不同的情况下信号S1被限制在一个极限值上和产生一个维修建议。在这种情况下SG则对应于该极限值。在一个点C处在调节参数SG上加上理论喷射持续时间SD(SOLL)。输出参数对应于喷射持续时间SD,它是第二调节对象18的输入参数。第二调节对象18的输出参数,亦即辅助调节参数,对应于实际喷射持续时间SD(IST),它被引回到点B。由此内部调节回路12是闭合的。
图2和3的方框图具有以下功能:
由一个功率愿望通过转速调节器13(主导调节器)计算力矩MSL和由此计算出理论喷射持续时间SD(SOLL),由它然后喷射持续时间调节器15(随动调节器)确定出各单个气缸的调节参数。通过喷射持续时间调节器15使第一对象部分中的非线性实现线性化。第二调节对象18被加载上喷射持续时间SD的信号,它的值在正常运行中由调节参数SG和理论喷射持续时间SD(SOLL)计算出。如果现在在辅助调节参数(此处是:实际喷射持续时间SD(IST))或者实际喷射持续时间SD(IST)的测量中被检测出非正常情况,那么就使喷射持续时间调节器15失效并且转变成控制运行。这种情况下第一调节对象18仅仅还被加载上理论喷射持续时间SD(SOLL)。由此保证继续运行。
概况地说,由本发明的描述得出以下的优点:
-可以实现对各个气缸的喷射持续时间的调节,其中喷射器射入相同的燃油量;
-在实际喷射持续时间探测或喷射持续时间调节器出现故障时也能够继续运行;
-可以确定受老化限制的偏差,对该偏差出于诊断目的进行进一步处理并且在喷射持续时间调节器的调节参数的相同保留的调节区域情况下进行补偿;
-串联调节的多次调节费用是可以替代的,因为内部调节回路补偿了非线性。
附图标记表
1 内燃机
2 燃油
3 低压泵
4 吸入节流阀
5 高压泵
6 共轨油管
7 单独蓄能器
8 喷射器
9 共轨油管压力传感器
10 发动机电子控制单元(ECU)
11 外部调节回路
12 内部调节回路
13 转速调节器(主动调节器)
14 第一调节对象
15 喷射持续时间调节器(随动调节器)
16 评估机构
17 预控制机构
18 第二调节对象
19 转速过滤器
20 发动机管理装置
Claims (6)
1.用于调节具有共轨系统以及单独蓄能器(7)的内燃机(1)的方法,其中由理论转速(nSL)和实际转速(nISL)计算出转速调节偏差(dn),该理论转速是用于调节转速的外部调节回路(11)的主导参数,由转速调节偏差(dn)通过作为主导调节器的转速调节器(13)确定出理论力矩(MSL),由理论力矩(MSL)确定理论喷射持续时间(SD(SOLL)),该理论喷射持续时间是用于调节各个气缸的喷射持续时间的内部调节回路(12)的主导参数,其中由理论喷射持续时间(SD(SOLL))和实际喷射持续时间(SD(IST))计算喷射持续时间调节偏差(dSD),由该喷射持续时间调节偏差(dSD)通过作为随动调节器的喷射持续时间调节器(15)确定调节参数并且其中由该调节参数和理论喷射持续时间(SD(SOLL))计算出用于控制喷射器(8)的喷射持续时间(SD)。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,通过一个预控制机构(17)计算出一个用于修正喷射持续时间调节器(15)的预控制值(VS)。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,预控制值(VS)通过特性曲线至少依据理论喷射持续时间(SD(SOLL))和共轨油管压力(pCR)进行计算,其中该特性曲线用通过喷射持续时间调节器(15)计算的调节参数的值进行配置。
4.如前述权利要求中之一所述的方法,其特征在于,对调节参数进行可靠性评估并且在不可靠时将该不可靠性限制在一个上限上并且产生一个维修建议。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,实际喷射持续时间(SD(IST))由一个喷射结束时刻和一个虚拟的喷射开始时刻进行计算。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,计算该虚拟的喷射开始时刻,其中在一个测量时间间隔期间中测量和存储一个单独蓄能器(7)的压力(pE),依据存储的单独蓄能器的压力变化曲线由燃油压力(pE)的显著变化确定出喷射结束时刻并且依据喷射结束时刻通过数学函数计算出该虚拟的喷射开始时刻。
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