CN101451473A - 运行内燃机的方法和用于内燃机的控制或调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运行内燃机(11)的方法和用于内燃机的控制或调节装置，内燃机具有多个可在汽缸(13)中运动的活塞(15)，其中燃料直接喷入汽缸(13)中，在该方法中，求出至少一个活塞在汽缸内的静止位置，在该静止位置时内燃机处于停止状态，并且为接着停止状态的起动选择出首先喷入燃料的起动汽缸(13)，本发明提出，根据内燃机的停止状态的持续时间求出(67)起动汽缸(13)的瞬时进气度(q)，计算(69)起动汽缸(13)的活塞到该活塞的规定位置的距离(d)，根据瞬时进气度求出所选择的汽缸(13)的活塞的最小距离(d_min，d_min，1，d_min，2)，当所述起动汽缸(13)的活塞到规定位置的距离小于所述最小距离时，选择另一汽缸用作起动汽缸(13)。

Description

运行内燃机的方法和用于内燃机的控制或调节装置

技术领域

本发明涉及一种运行内燃机的方法，该内燃机具有多个可在汽缸中运动的活塞，其中燃料直接喷入汽缸中，在该方法中，求出至少一个活塞在汽缸内的静止位置，在该静止位置时内燃机处于停止状态，并且为接着停止状态的起动选择出首先喷入燃料的起动汽缸。此外，本发明还涉及一种控制或调节装置，用于具有多个可在汽缸中运动的活塞的内燃机。

背景技术

这种方法可以用在汽车内燃机的所谓的启动器支持的直接起动中。在启动器支持的直接起动中，内燃机应尽可能快速，以尽可能少的启动器支持，并且以尽可能小的噪音起动。为此必须如此地执行起动过程，即启动器必须尽可能短时间地驱动内燃机。为了达到起动时间短，为每个起动过程以合适的方式选择起动汽缸，也就是在起动内燃机时燃料首先喷入并且首先点燃的那个汽缸。在选择起动汽缸时必须在两个相互矛盾的效应之间找到折衷方案。一方面为了避免在起动过程中的延迟应选择这样的起动汽缸，即它的活塞离适合燃料喷入汽缸并且适合燃料点燃的位置尽可能近。然而另一方面为了得到可接受的小的错误起动概率不应选择这样的汽缸，即它的活塞处于这样的位置中，这个位置离对于燃料的喷射和点火的合适位置太近。错误起动意味着伴随而来起动过程的中断和重新起动过程的延迟，这导致内燃机起动会很大延迟。

DE 10 2004 037 129 A1公开了一种在起动时用于控制内燃机的装置和一种方法。在这种方法中根据汽缸内的单个活塞的位置求出起动汽缸。在求出起动汽缸的过程中，按照和点火顺序相对应的顺序对内燃机的单个汽缸进行排查，直到找到合适的汽缸。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于内燃机运行的方法。这种方法允许以尽可能小的启动器支持，至少平均更快地起动内燃机。这个任务通过一种具有权利要求1特征的方法和通过一种具有权利要求9特征的控制或调节装置得以完成。

本发明认为，为了完成这个任务在选择起动汽缸时必须考虑汽缸的进气度的时间过程。要检测所选择的汽缸的活塞到规定位置的距离是否足够，为的是在求出起动汽缸的瞬时进气度时，达到内燃机的快速和可靠的起动。活塞的规定位置优选相当于相应的汽缸在做功阶段的压缩冲程和膨胀冲程之间的活塞的上死点。

汽缸的进气度(Füllung)应理解为实际输入到汽缸中的空气质量与空气质量的固定基准值之间的比。这个基准值相当于内燃机的一定的预先规定的运行状态。这个进气度和内燃机的瞬时运行状态有关。例如当在内燃机的进气管中的压力比较小时，它具有比较小的数值。当内燃机处于停止状态时，通常起动汽缸—其活塞较近地处在上死点前—的进气度降低，因为由于特别是在内燃机的汽缸和活塞之间不密封，所以在起动汽缸中被压缩的空气泄漏到内燃机的外界中去了。

随着起动汽缸的进气度的下降，用这个起动汽缸进行直接起动的条件变得越来越坏。根据本发明的方法模仿起动汽缸的进气度的这个时间过程，并且只要根据进气度模型求出的瞬时进气度有很高的概率不再能足够用前述起动汽缸进行直接起动时，就选择另一起动汽缸。和已公开的方法相比，特别是当停止状态持续时间短时，可以选择其活塞距规定位置的距离比较小的起动汽缸。通过这一措施，根据本发明的方法使得至少平均更快地起动内燃机成为可能。

在此优选为了快速并以较少计算操作找到起动汽缸，当起动汽缸的活塞到规定位置的距离小于最小距离时，选择这样的另一起动汽缸，即其活塞到规定位置的距离比前述起动汽缸的活塞要大。

在这种情况中下述做法是优选的，即选择另一个汽缸作为起动汽缸，它的活塞到规定位置的距离与起动汽缸的活塞到规定位置的距离的差值最小。在通常使用的内燃机中，这导致对汽缸按顺序进行排查，这个顺序相当于内燃机的点火顺序。在具有四缸的内燃机中得到了另一起动汽缸的活塞的距离，这个距离相对于所选择的汽缸的活塞的距离提高了这样的幅度，这个幅度典型地相当于内燃机的曲轴转动180°的角度。

为了能用更少的计算操作实施本方法，特别优选的是至多一次地选择另一汽缸为起动汽缸。然后与停止状态的持续时间无关地保留这个起动汽缸。代替上述方法，可多次地一个接着一个选择另一起动汽缸，以便按步骤地找到对于起动合适的汽缸。

根据本发明的方法的优选的一种实施方式，可以对不同的相继的时刻实施排查过程，在该排查过程中，当起动汽缸的活塞到规定位置的距离小于最小值时，选择另一汽缸为起动汽缸。通过这一措施以简单的方式考虑了汽缸的进气度的时间过程。优选这种排查过程按周期间隔地进行。当请求起动内燃机时，可无延迟地回调上一次执行的排查过程的结果。也就是说在内燃机运行时，随时有根据进气度的当前值求出的起动汽缸供使用。

优选借助特性曲线族求出起动汽缸的活塞的最小距离。这种特性曲线族可借助适用于特定型别的内燃机所进行的一系列测量而建立。从这些测量值中确定数值对时，其中每个数值对都具有进气度数值，这个进气度数值对应有最小距离。然后这些数值对用作特性曲线族的节点。

为了根据停止状态的持续时间求出起动汽缸的瞬时进气度，优选使用动态模型(进气度模型)。在这种情况中，优选为了求出起动汽缸的进气度而求出该进气度的初始值。这个初始值表示内燃机开始停止那一时刻的起动汽缸的进气度特征，并且根据停止状态的持续时间与时间有关地减小该初始值，优选根据时间因数减小这个初始值。借助这种进气度模型能够以简单的方式，以足够的精确度描述起动汽缸的进气度的时间过程。时间因数与内燃机的特性有关，例如可通过一系列测量求出。可以规定恒定的时间因数，或者也可以规定随时间变化的时间因数。初始值可从内燃机的至少一个状态参数中计算出。

为了在起动时在起动汽缸中达到油气混合气的良好的燃烧，可以规定根据起动时刻时的起动汽缸的瞬时进气度来计算喷入起动汽缸的燃料量。进气度模型不仅用于选择起动汽缸，而且也用于计算喷入起动汽缸的燃料量。这样就达到更加可靠和平均更加快速地起动内燃机，且通过内燃机的废气所造成的对环境的负担也是可接受的。

为了起动本方法，例如可选择这样的汽缸作为起动汽缸，即它的活塞到规定位置的距离最小。然而这样做是优选的，即在预选起动汽缸时，根据到规定位置的距离选择这样的汽缸，即它的活塞到规定位置具有尽可能小的距离，然而这个距离仍然比规定的当前的最小值要大。这个当前的最小值例如可借助上述特性曲线族求出，该特性曲线族用于求出进气度的特定的规定值、优选为100％时的最小值。这样就可避免选择出这样起动汽缸，即它的活塞距离规定位置有如此小的距离，即甚至在最佳条件时都不能快速地起动内燃机。因此本方法是以比较有利的起动汽缸为依据，寻找最佳的起动汽缸，这样在经过很少的排查过程之后就可找到起动汽缸。对于这样的情况，即如上所述地如此实施本方法，即至多一次地选择另一起动汽缸，这时通过所述预选，实现本方法在许多情况下都可求出比没有预选时更适合起动的起动汽缸。

本发明的另一任务是提供一种具有权利要求9特征的用于内燃机的控制或调节装置。优选这是一种可编程的控制或调节装置，其具有用于存储执行根据本发明的方法的程序的存储装置。此外，只要是设有上述的特征曲线族，这些存储装置可有利地用于存储这些特征曲线族。此外，为了实施根据本发明的方法，还可借助可编程的控制或调节装置特别简单地实现所需的计算操作。因此借助这个控制或调节装置可以简单方式实现根据本发明的方法的上述优点。

附图说明

从下述说明中产生本发明的其它特征和优点。在下述说明中借助附图对一些示范性的实施方式进行了更加详细的说明。这些附图是：

图1：具有控制或调节装置的内燃机的简图。

图2：根据本发明的方法的优选的实施方式的流程图。

图3：根据曲轴位置和时间选择起动汽缸的图解。

具体实施方式

图1示出汽车的内燃机11，它具有在汽缸13中可往复运动的活塞15。此外，这个内燃机11还具有带有活塞的另三个汽缸，这些活塞在这些汽缸中可往复运动。也就是说这是一种四缸内燃机11。为了明显起见，在图1中未示出另三个汽缸和另三个活塞。

汽缸13和活塞15限定了燃烧室17。这个燃烧室在图1的图示中位于汽缸13内部的活塞15的上部。此外在内燃机11的进气管19和燃烧室17之间还设置了进气阀21，其中，当进气阀21打开时进气管19和燃烧室17连接。此外，内燃机11还具有排气管23，其中在燃烧室17和排气管23之间设置了排气阀25。当排气阀25打开时燃烧室17和排气管23连接。排气管是排气系统(无附图标记)的部件。该排气系统除了排气管23外还具有其它组件(未示出)，例如至少一个催化器、至少一个Lambda探头和/或至少一个温度传感器。

在进气管19中设置有节流装置27，用于影响通过进气管19流进的空气(箭头29)的质量流。在节流装置27和进气阀21之间，在进气管19中设置了压力传感器31，用以检测进气管压力p。相对于空气的流动方向(箭头29)，在节流装置27的前面在进气管19中设置空气质量流传感器33，用以检测通过进气管19流入的空气(箭头29)的质量流。在未示出的实施方式中，内燃机11还具有另一些传感器，例如温度传感器或者其它的压力传感器。

活塞15和内燃机11的曲轴35如此地机械连接，即该活塞15的往复运动(箭头37)相当于曲轴35的转动运动(箭头38)。曲轴35和用于检测曲轴35的旋转角的旋转角传感器39连接。由于活塞15和曲轴35的耦合，所以曲轴35的每个旋转角都对应于汽缸13内部的活塞15的特定的位置。

此外内燃机11还具有电动启动器41。用这个电动启动器可以驱动内燃机11。此外，内燃机11还具有控制或调节装置43。这个控制或调节装置43和用于将燃料喷入燃烧室17的喷油阀45如此地连接，即这个控制或调节装置可借助第一控制信号x₁控制喷油阀45打开或者关闭。此外，这个控制或调节装置和伸入到燃烧室17中的火花塞47连接，并可借助第二控制信号x₂控制火花塞47。此外，这个控制或调节装置43还和启动器41和节流装置27连接，这样，它借助第三控制信号x₃可以控制启动器41，借助第四控制信号x₄控制节流装置27，用以调节节流装置27的开口度。单个的传感器31、33、39也和这个控制或调节装置43连接。这样，压力传感器31的压力传感器信号p、空气质量流传感器33的空气质量流传感信号m以及旋转角传感器39的旋转角传感器信号n可传输到该控制或调节装置43中。

当内燃机11运行时，活塞15按照箭头37处于往复运动之中，并且曲轴35处于相应的旋转运动38之中。往复运动37受到上死点—在该死点中燃烧室17的容积最小—和下死点—在该死点中燃烧室17的容积最大—的限制。该内燃机11按照四冲程原理运行。也就是说，在换气阶段中，在活塞由下死点运动到上死点的排气冲程中，废气(箭头49)从燃烧室17通过打开的排气阀25被输送到排气管23中，并且在排气冲程之后的吸气冲程中，空气29从进气管19经过打开的进气阀21吸入到燃烧室17中。紧接着在做功阶段中，当阀门21、25关闭时，在压缩行程中位于燃烧室17中的空气被压缩。在紧接着的做功阶段的膨胀冲程中，位于燃烧室17中的气体发生膨胀。

旋转角传感器39检测曲轴35的旋转运动，并且产生旋转角传感器信号n。每当曲轴35旋转过特定的角度时，旋转角传感器信号n总是具有脉冲。此外，旋转角传感器信号n还包括有关旋转方向的信息和有关该曲轴是否已超过特定的绝对基准角的信息。控制或调节装置43对这个旋转角传感器信号n进行分析，并且连续地求出该曲轴35的瞬时的绝对角α。此外，这个控制或调节装置43还求出活塞15的瞬时位置。在使用曲轴35的瞬时角α的情况下，控制或调节装置43借助第一控制信号x₁控制喷油阀45，并且借助控制信号x₂控制火花塞47，使得当活塞17位于它的做功阶段的上死点区域中时，将燃料喷入燃烧室17，并且在那里点燃。根据内燃机1的运行状态来确定喷油的准确时间段以及准确的点火时刻。内燃机11的运行状态特别在使用由压力传感器31产生的压力传感器信号p和由空气质量传感器33产生的空气质量流传感器信号m的情况下求出的。为了对燃烧室17的进气度施加影响，控制或调节装置43借助第四控制信号x₄对节流装置27进行如此的控制，使得节流装置27的形成特定的开口度。

如果暂时不用内燃机11，例如因为汽车暂时停止，这时内燃机11暂时地停止(起动—停止—运行)。为了使内燃机停下来，控制或调节装置43对喷油阀45和火花塞47的适当控制，禁止任何燃料喷入燃烧室17，并且也控制火花塞47不再产生点火火花。这样做的结果是，内燃机在一定时间后达到停止状态。当内燃机11在停止期间时，控制或调节装置43和旋转角传感器39在继续工作，这样就获知曲轴35的角度α并且由此获知活塞15的位置。这就是说，控制或调节装置43随时都知道活塞15的位置，也知道内燃机11的其它三个未示出的活塞的位置。在所示的实施方式中，旋转角传感器39是如此设计的，即可以检测由内燃机11的外部驱动所引起的曲轴35的运动，甚至当内燃机11与它的正常运行方向(箭头38)相反驱动时也能进行检测。

一旦又需要内燃机113，它应尽可能快地以启动器41的尽可能少的支持实现重新起动(直接起动)。为了能快速地直接起动必须选择最适合于直接起动的起动汽缸13。这个起动汽缸13是在直接起动时首先借助喷油阀45将燃料喷入其中，并借助火花塞47首先将其燃烧室17中的油气混合气点燃的那个汽缸。这个起动汽缸13是根据内燃机11处于停止状态时曲轴35的角度和该汽缸13的进气度而选择的。

在图2中以流程图的形式示出一种选择起动汽缸13的方法，这个方法总的附图标记为61。在该方法61的起动63之后的步骤65中，进行起动汽缸13的预选择。在这个预选择中确定当前的起动汽缸13。在这种情况中选择这样的汽缸，即该汽缸距做功阶段的上死点的距离尽可能的小，虽然如此这个距离比规定的当前的最小值大。这个当前的最小值是借助在下面描述的进气度特征曲线族求出的，其措施是从这个用于规定的进气度(例如100％)的进气度特征曲线族中读出这个当前的最小值。

紧接着在步骤67中求出起动汽缸的瞬时进气度q。在这种情况中，首先求出起动汽缸的进气度的初始值。这个初始值相当于内燃机11开始停止那一时刻的瞬时进气度q。为此，特别考虑压力传感器31的传感器信号p和空气质量流传感器33的传感器信号m以及在需要时节流装置27借助第四控制信号x₄所调节的开口度。除此之外还要考虑在内燃机11的停止期间汽缸13的瞬时进气度q随时间减小的情况，因为在燃烧室17中所存在的过压由于特别是在汽缸13和活塞15之间的不密封而降低。在所示实施方式中，汽缸13的进气度的时间关联性可借助时间常数根据初始值建立模型。这个时间常数可在内燃机11投入运行之前通过合适的测量求出。典型地这个时间常数在几秒钟的这个数量级中。与此不同的是，代替唯一的时间常数也可使用多个为不同的时间段所规定的时间常数。此外代替这些时间常数地也可设置另一个描述进气度的时间关联性的特征曲线族。

在求出瞬时进气度q之后，计算起动汽缸的活塞到规定位置的距离d(步骤69)。在所示的实施方式中，规定位置相当于做功阶段时的起动汽缸的上死点，然而在另一些实施方式中也可选择另一个规定位置。然后在步骤71中，根据在步骤67中求出的进气度求出起动汽缸的活塞距上死点的最小距离d_min。为此使用进气度特性曲线族。这个特性曲线族包括由进气度的数值和最小距离d_min的相应数值组成的数值对。这些数值对用作求取最小距离d_min时的节点。对于那些在特征曲线族中没有数值对的最小距离d_min的数值，可通过合适的计算方法，特别是内插法计算出来。

在步骤71之后的步骤73中进行检查，起动汽缸13的活塞15到上死点的实际距离d是否小于最小距离d_min。如果情况是这样(y)，则在步骤75中选择另一汽缸13作为起动汽缸13，即选择这样的汽缸13，即在点火顺序上它在前述起动汽缸13之后。如果情况不是这样(N)，则跳过步骤75。紧接着在步骤77中检查是否有直接起动的请求。例如会通过下述措施触发这种直接起动请求，即该汽车的驾驶人员操纵加速踏板。如果有直接起动请求汽缸(y)，则执行直接起动程序79。在直接起动程序79中，控制或调节装置43借助第三控制信号x₃激活启动器41，这样该启动器驱动内燃机11。

紧接着该控制或调节装置43根据所求出的瞬时进气度q求出应喷入起动汽缸13所需的燃料量。紧接着从这个所需的燃料量计算出用于将所需的燃料量喷入燃烧室17中的相应的喷射持续时间。然后控制或调节装置43借助第一控制信号x₁以合适的时间间隔—该时间间隔的长度相当于所计算的喷射持续时间—促使给起动汽缸13喷入燃料，并且借助第二控制信号x₂在合适的时刻点燃在起动汽缸13的燃烧室17中的油气混合气。

在点火之后，起动汽缸13的活塞在曲轴35上产生用于驱动内燃机11的力矩，这样，这个内燃机在短时间内被起动，并且不再要求用启动器41驱动内燃机11。在起动之后，控制或调节装置通过经第三控制信号x₃的适当控制使起动机41停机。

如果在步骤77中检查时没有直接起动请求(N)，则跳回到步骤67。因此在内燃机11停止期间重复检查起动汽缸13的选择，并且因此当所选择的起动汽缸13的瞬时进气度q发生变化时，在必要时选择新的起动汽缸13。如此长时间地重复着这些检查，直到出现直接起动请求。在方法61中存在的闭环起这样的作用，就是使起动汽缸13的选择和瞬时选择的起动汽缸的随时间变化的瞬时进气度q相适配。

图3简图示出方法61的随时间变化的选择决策。在横坐标91上画上了相对于特定的参考角度(α＝0)的曲轴35的角度。此外在横坐标91上还画上了曲轴35的单个的角度ZOT₀、ZOT₁、ZOT₂、ZOT₃，这些角度相当于单个的汽缸在做功阶段中的上死点。

此外，对于不同的时刻t₁、t₂，曲轴35的角度α的范围用柱段表示，在其中选择单个的汽缸13作为起动汽缸13。例如用Z_1，1表示的柱段是指这样的角度范围，即在该角度范围内选择内燃机11的第一汽缸13作为起动汽缸13。人们可以看到，第一汽缸13只选择了这么长的时间，即期间它的活塞到上死点的距离d大于与时间有关的最小距离d_min，1。因此对于曲轴35的α角来说—在此角度中小于第一汽缸的最小距离d_min，1—选择第二汽缸13作为起动汽缸13，这个汽缸在点火顺序上接着第一汽缸(柱段Z_2，1)。在后面的时刻t₂>t₁，起动汽缸13的瞬时进气度q变小。因此，在方法61的这个闭环中求出比较大的最小距离d_min，2。所以在时刻t₂时，当曲轴35的角度α已比较小时必须选择在点火顺序上接着第一汽缸的第二汽缸(请见柱段Z_1，2和柱段Z_2，2)。在图3中的其它柱段是标记出曲轴35的角度α的角度范围，在这些角度范围内，内燃机11的第三和第四汽缸13被方法61选择为起动汽缸13。在这种情况中，柱段Z_i，j标记出曲轴35的角度α的这样的范围，即在该范围中，在时刻t_j，j＝1，2时，选择汽缸i＝1、...，4作为起动汽缸13。

Claims (9)

1.运行内燃机(11)的方法(61)，该内燃机具有多个可在汽缸(13)中运动的活塞(15)，其中燃料直接喷入汽缸(13)中，在该方法中，求出至少一个活塞(15)在汽缸(13)内的静止位置，在该静止位置时内燃机(11)处于停止状态，并且为接着停止状态的起动选择出首先喷入燃料的起动汽缸(13)，其特征在于，根据内燃机(11)的停止状态的持续时间求出(67)起动汽缸(13)的瞬时进气度(q)，计算(69)起动汽缸(13)的活塞(15)到该活塞(15)的规定位置的距离(d)，根据瞬时进气度求出(71)所选择的汽缸(13)的活塞(15)的最小距离(d_min，d_min，1，d_min，2)，当所述起动汽缸(13)的活塞(15)到规定位置的距离(d)小于所述最小距离(d_min，d_min，1，d_min，2)时，选择(75)另一汽缸(13)用作起动汽缸(13)。

2.按照权利要求1所述的方法(61)，其特征在于，当起动汽缸(13)的活塞到规定位置的距离(d)小于最小距离(d_min，d_min，1，d_min，2)时，选择(75)这样的另一汽缸(13)作为起动汽缸(13)，这个汽缸的活塞(15)比所述起动汽缸(13)的活塞(15)到规定位置具有更大的距离。

3.按照权利要求2所述的方法(61)，其特征在于，选择(75)这样的另一起动汽缸(13)，这个汽缸的活塞(15)到所规定位置具有这样的距离，这个距离和起动汽缸(13)的活塞(15)到规定位置的距离(d)的差值最小。

4.按照前述权利要求中任一项所述的方法(61)，其特征在于，最多一次选择(75)另一汽缸(13)作为起动汽缸(13)。

5.按照前述权利要求中任一项所述的方法(61)，其特征在于，对不同的相继的时间点进行排查过程，在排查过程中，当起动汽缸(13)的活塞(15)到规定位置的距离(d)小于最小距离(d_min，1，d_min，2)时，选择另一汽缸(13)作为起动汽缸(13)。

6.按照前述权利要求中任一项所述的方法(61)，其特征在于，借助特性曲线族求出起动汽缸(13)的活塞(15)的最小距离(d_min，1，d_min，2)。

7.按照前述权利要求中任一项所述的方法(61)，其特征在于，为了求出(67)起动汽缸(13)的进气度(q)，求出这个进气度的初始值，这个初始值表示内燃机(11)的停止状态开始时刻时起动汽缸(13)的进气度特征，并且根据停止状态的持续时间与时间有关地减小该初始值，优选根据时间因数减小该初始值。

8.按照前述权利要求中任一项所述的方法(61)，其特征在于，在预选(65)汽缸(13)时，根据到规定位置的距离选择这样的汽缸(13)，即该汽缸的活塞(15)到规定位置的距离尽可能小，但是这个距离仍然比规定的当前的最小距离要大。

9.控制或调节装置(43)，用于具有多个在汽缸(13)中可运动的活塞(15)的内燃机(11)，其特征在于，所述控制或调节装置(43)被编程用于执行按照前述权利要求中任一项所述的方法(61)。

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