CN101460727B - 内燃机的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃机的运行方法，其中，单个气缸检测体现曲轴旋转运动的至少一个旋转参量(dn/dt)。本发明提出，在旋转参量(dn/dt_ist)的差别和/或者波动基本上取决于燃烧位置的运行状态下，燃油喷射的时间点(AB_St)为减少差别和/或者波动单个气缸改变(52)。

Description

内燃机的运行方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的内燃机的运行方法。
背景技术
DE 195 27 218 A1公开了一种流量补偿调节方法。在这种方法中，从曲轴旋转的不均匀性中，也就是从工作循环内部的单个气缸旋转加速度的程度中，得出喷入各气缸内燃油量的不均匀性。该方法基于下列考虑：燃烧室内燃烧时释放的热量在气缸内气体膨胀时转换为机械功并使曲轴加速度。理想的是发动机所有气缸的转矩量值相同。然而现实中却不是这种情况。转矩量值中的差别产生曲轴加速度上的差别，这一点可以利用转速传感器进行检测。不同的转矩量值在许多运行情况下通过不同的喷油量产生并在开头所称的流量补偿调节方法中，可以通过喷油量单个气缸校正进行补偿。
DE 10 2004 046 083 A1此外公开了一种方法，其中控制缸上设置传感器，利用其可以获取该控制缸体现燃烧的特征。借助补偿功能使其他缸与该控制缸配合。这种方法主要有益于那种点火滞后较大的燃烧方法，例如所谓的部分均匀的燃烧方法。
发明内容
本发明的目的在于，这样进一步构成开头所称类型的方法，在无需较大开支的情况下，使内燃机在尽可能多的运行状态下可以平稳和能耗以及排放最佳运行。
该目的通过一种具有权利要求1特征的方法得以实现。本发明具有优点的进一步构成在从属权利要求中予以说明。并列的权利要求中所称内容为其他解决可能性。此外，对本发明重要的特征出现在后面的说明书和附图中，其中，对本发明来说重要的是，所述的特征也可以采用完全不同的组合，而对此无需详细列举。
依据本发明认识到，特别是在柴油内燃机上，体现曲轴旋转运动差别和/或者波动的旋转参量根据运行状态具有不同的原因。在此方面，概念旋转参量的“差别”是指一个气缸的旋转参量与另一个，也就是“位置上”不同。概念旋转参量的“波动”则是指同一气缸旋转参量时间上的变化。旋转参量在此方面通常是曲轴的一种单个气缸并对一个工作循环内大量时间点检测的旋转加速度和/或者曲轴的一种单个气缸并对一个工作循环检测的转速。
依据本发明进一步认识到，存在至少一种运行状态，其中旋转参量的差别和/或者波动基本上取决于燃烧位置。作为燃烧位置的程度，大多使用以曲轴角度的度表达的燃烧开始或者热量转换的重点位置。在这种运行状态下，燃烧位置可以这样进行优化，使其减少所述的差别和/或者波动，这样改善内燃机运行中的舒适性并优化内燃机的排放和油耗。旋转参量的差别和/或者波动基本上取决于燃烧位置的典型的运行状态是一种部分均匀的混合气体形成的运行方式和/或者废气再处理装置的再生运行方式。这一点基于下列考虑：
首先是在柴油内燃机上，为满足在能耗、废气排放、噪声和行驶舒适性方面不断提高的要求-在装入汽车内的情况下-开发出特征为高废气再循环率的所谓“部分均匀的”燃烧方法。这种燃烧方法之所以称为“部分均匀”，是因为在这种燃烧方法中与连续的燃烧方法相反，存在气缸充气更强的混合和均匀化。内燃机采用这种“非常规”燃烧方法的运行虽然不是在全部的转速和载荷范围内，但是在一个相当大的排放重要的范围内。
但高废气再循环率将点火滞后一直加大到导致延迟燃烧的数值。在不利的条件下甚至出现点火中断。气缸充气和燃烧过程的典型波动在这种“非常规的”燃烧方法中比在连续的燃烧方法中明显更加使人关注。这种波动的原因一方面是瞬间的过程，例如在载荷或者转速变化方面，另一方面是内燃机的单个气缸之间存在的差别，例如在压缩、温度、进气道的尺寸等方面。单个气缸之间的这些差别由于在高废气再循环率运行时与这种波动相比提高了灵敏度而对点火滞后和燃烧位置产生显著影响。
由于依据本发明的方法，可以通过燃油喷射的时间点和/或者新鲜空气量和/或者废气再循环率的配合影响点火滞后以及燃烧位置并因此减少旋转参量所称的差别和/或者波动。这一点与现有技术相反，可以在无控制缸内压力检测或者固体声信号的复杂计值情况下进行，由此在使用依据本发明的方法时成本很低。还可以取消计算热分布的开支。取代其对本来存在的旋转参量相应计值。
在此方面特别具有优点的是，在第一步骤中，在旋转参量的差别或者波动基本上不取决于燃烧位置的初始运行状态下，在流量补偿调节意义上喷入的燃油量为减少差别或者波动单个气缸配合。这一点基于这种认识，即燃烧位置的差别和波动在内燃机的常规运行中可以忽略。在这种起始运行状态下，旋转参量的差别主要来源于喷油量差别。因此在这种运行方式中，可以首先进行根据喷油嘴公差要求的流量补偿调节，然后在上面进一步介绍的运行状态下至少间接优化燃烧位置。在此方面，在旋转参量的差别和/或者波动基本上取决于燃烧位置的那种运行状态下，不变使用此前通过流量补偿调节测定的校正值。按照这种方式，可以进行特别均匀和排放以及燃油优化的运行。
在此方面，可以借助单个气缸的旋转参量作为绝对值测定单个气缸的燃烧位置或者单个气缸的转矩。该绝对值包括可以用于控制和调节内燃机的附加信息。
在为此的进一步构成中提出，作为绝对值的参考值使用转矩，从控制缸的缸压中导出的转矩、从进气量值(λ值)和空气充气中确定的转矩或者从旋转参量中确定的转矩。
燃油喷射的时间点和/或者新鲜空气量和/或者废气再循环率的配合可以因此进行，即单个气缸的燃烧位置或者单个气缸的转矩跟踪理论值。这一点可以在编程技术上简单实现。
在此方面，燃烧位置可以按照时间上的和/或者位置上的平均值调整，方法是例如单个气缸的实际旋转参量与通过气缸取平均值的实际旋转参量之间的差值直接输送到调节器。
附图说明
下面借助附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。其中：
图1示出具有多个气缸的内燃机示意图；
图2示出曲线图，其中示出图1内燃机的转速传感器时间上高分辨率的信号在时间上的分布；
图3示出用于说明图1内燃机运行方法的方框图；
图4示出用于说明图1内燃机运行方法的另一方框图；以及
图5示出用于说明图1内燃机运行方法的另一方框图。
具体实施方式
内燃机在图1中整体采用附图符号10标注。该内燃机包括总计四个气缸12a、12b、12c和12d。这些气缸还具有燃烧室14a-d，新鲜空气通过进气阀16a-d和进气管18进入燃烧室内。燃油通过喷油嘴20a-d喷入燃烧室14a-d内，喷油嘴与一个也称为“蓄压管”的共用燃油高压蓄能器22连接。
燃烧废气从燃烧室14a-d中借助排气阀24a-d导入废气再处理装置28的排气管26内。在内燃机10运行时，曲轴30进行旋转，其转速或旋转速度和旋转加速度(＝“旋转参量”)由具有极高时间分辨率的曲轴传感器32检测。通过进气管18向燃烧室14a-d流动的新鲜空气量由HFM传感器34检测。此外，内燃机10上设置检测燃烧室14d内压力的燃烧室压力传感器36。相应的气缸12d就此而言是一种“控制缸”。废气再处理装置28的前面设置进气量传感器37。内燃机10可以采用废气再循环运行。为此要么可以存在附图中未示出的废气再循环阀(外部的废气再循环)，要么可以通过相应的气门打开时间采用内部的废气再循环工作。
内燃机10的运行由控制和调节装置38控制和调节。该装置此外从曲轴传感器32、HFM传感器34和燃烧室压力传感器36接收信号。控制和调节装置38此外控制喷油嘴20。在此方面，在这里需要注意的是，在未提到下标a-d的部件中，相应的结构适用于全部部件a-d。
图2示出曲轴传感器32(转速或旋转速度)的时间上高分辨率的信号n在时间上的分布。可以看出，即使在转速“整体”恒定的情况下，“显微的”，也就是时间上高分辨率观察的转速n仍周期性变化。这一点来源于各气缸12内的各自燃烧，其分布导致曲轴30短时间旋转加速度。从图2可以看出，这种旋转加速度和气缸12与气缸12，但也有工作循环与工作循环(图2中通过附图符号40a和40b标注)的最大或最小转速变化。例如可以看出，图2中通过虚点的上升线42c示出的加速度，气缸12c小于气缸12d的相应加速度42d。在此方面，气缸12d工作循环40a中的加速度小于工作循环40b中的同一气缸12d。气缸12与其他气缸12旋转加速度的变化称为“差别”，一个工作循环40与另一工作循环的同一气缸12旋转加速度的变化称为“波动”。
图1所示的内燃机10可以在不同的运行状态下运行。第一运行状态包括“常规的”运行方式，其中利用最高30％比较低的废气再循环率工作。另一种运行状态包括“非常规的”运行方式，其中存在通常高于35％比较高的废气再循环率。这种高废气再循环率产生所谓的“部分均匀”运行，其中存在气缸充气比较强的混合和均匀化，采用比较高的点火滞后(点火滞后是从燃油喷入直至其发火所耗用的时间)。
在常规的运行方式中，各气缸12之间的转速或转矩差别主要来源于喷油量差别。这些差别又主要通过各喷油嘴20的公差产生。所谓燃烧位置的波动对单个气缸转矩的影响在常规的工作方式中则可以忽略。燃烧位置是指曲轴角度，其中在燃油燃烧期间，通常为全部热量50％的确定部分得到转换。
在内燃机10的常规运行方式中，因此可以使用常用的“流量补偿调节”。通过这种调节，每个喷油嘴20a-20d喷入的燃油量可以这样配合，使其达到尽可能均匀的转速或转矩分布。为此为每个喷油嘴20a-20d确定和使用相应的燃油校正量。这种“学习过程”取决于运行点并连续进行，从而在内燃机10的使用寿命期间出现的变化也可以得到补偿。除了喷油嘴20a-20d的变化外，在此方面气缸12a-d上例如也以不同的泄漏和磨损的方式出现变化。
在非常规的运行方式中，各气缸12a-d之间转速或旋转加速度或转矩的差别和从一个工作循环到下个工作循环的波动并不仅来源于喷油量差别。这种运行方式不再能够直接对喷入的燃油量中的差别推断出不同转矩量值的结论。但可以假设，可能的喷油嘴误差量与运行方式无关。因此在这种运行方式中，不变使用在常规运行方式中检测的燃油校正量。
取代其在非常规运行方式中，旋转加速度或转速在燃油量校正后仍存在的差别和波动基本上来源于燃烧位置的差别或波动。燃烧位置也主要取决于燃油喷射(通常通过曲轴角度表达)的时间点和通过进气管18以及进气阀16a-d输送的新鲜空气量和废气再循环率。通过运行参数的配合，因此在非常规运行方式中可以假设降低对曲轴30的旋转加速度差别和波动的影响。
图3示出图1内燃机运行的一般方法。据此方框44首先在常规运行方式中流量补偿调节的意义上配合燃油校正量，从而在这种运行方式中获得转速信号尽可能均匀的分布。在46中使用这些校正值并在随后的方框48中，例如从所检测的曲轴30的单个气缸和工作循环单独旋转加速度中，测定每个工作循环的每个单个气缸12a-d的转矩量值。在50中查询是继续以常规运行方式工作还是以非常规运行方式工作，即例如是否需要变换部分均匀的燃烧方法。如果变换到非常规的运行方式，那么在52中通过燃油喷射的时间点、所输送的新鲜空气量或者废气再循环率的配合，单个气缸产生转速信号所要求的均匀性，也就是最后通过至少间接调节燃烧位置。相应的校正值然后重新在46中使用等等。
燃烧位置调节的一种非常简单的方法来自图4：在这种方法中，根本不直接测定燃烧位置。取代其将所检测的单个气缸的旋转加速度dn/dt_ist输入形成时间和位置平均值的平均值分析器54。该平均值等同于所要求的旋转加速度，也就是理论值dn/dt_soll。在56中形成该理论值dn/dt_soll与单个气缸的实际值dn/dt_ist之间的差值并将其输送到调节器58。从该调节器中作为调整值产生校正值AB_korr，其在62中各自喷油嘴20a-d的控制开始AB_St时相加。控制开始AB_St在64中实际运行点例如实际转速n和实际转矩MD的基础上测定。图4所示的方法基本上相当于“补偿调节”的原理，因为通过该方法最后使所有气缸12a-d的燃烧位置相同。这一点基于这种考虑，即实际旋转加速度dn/dt_ist与额定旋转加速度dn/dt_soll的偏差等于单个气缸的燃烧位置与平均值的偏差。
但也可以测定绝对燃烧位置。为此如下面借助图5介绍的那样，作为基准点使用基准矩。如果假设与额定转矩的单个气缸偏差的总和等于零，也就是发动机全部的实际转矩与额定转矩一致，那么该基准矩可以是用于各自运行点的数值。但绝对的“全部”发动机转矩也可以计算，例如借助燃烧室压力传感器36的信号通过从所检测的压力中计算指定矩，或者借助由曲轴传感器32所检测的曲轴旋转速度和旋转加速度，或者在进气量传感器37和HFM传感器34的信号和逆算由喷油嘴20a-d实际喷入的燃油量的基础上。
根据图5所示的方法，将曲轴传感器32的信号，也就是例如旋转加速度dn/dt_ist，输入实际值计算方框66，其在使用按照刚刚介绍的方式测定的转矩M情况下测定精确的实际燃烧位置VL_ist。在68中，在转速n和实际载荷(转矩)MD的基础上测定额定燃烧位置VL_soll。在56中(在这里和下面与图4功能等同的范围具有相同的附图符号)，形成实际燃烧位置VL_ist与额定燃烧位置VL_soll之间的差值并输入产生校正值AB_korr的调节器58。
也可以设想，取代在方框66和68中精确确定燃烧位置VL，确定实际转矩和额定转矩并在调节器58中将相应的差值处理成校正值AB_korr。
非常规运行方式中的燃烧位置的上述调节和常规运行方式中的流量补偿调节可与转矩的绝对调节相联系，为各自的运行点预先规定整个内燃机10的额定转矩、确定实际转矩并将差值输送到调节器。调节器例如可以通过改变燃油量、新鲜空气量、废气量、增压压力等调整差值。
从上面的说明可以看出，特别具有优点的是，常规运行方式中在流量补偿调节的分布中学习的校正量可以转移到其他非常规的运行方式上。

Claims (11)

1.内燃机(10)的运行方法，其中单个气缸地检测表征曲轴(30)的旋转运动的至少一个旋转参量(n，dn/dt)，其特征在于，在旋转参量(n，dn/dt)的差别和/或者波动基本上取决于燃烧位置(VL)的运行状态下，为了减小该差别和/或者波动单个气缸地匹配燃油喷射的时间点(AB_St)和/或者新鲜空气量和/或者废气再循环率(52)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步骤中，在旋转参量(n，dn/dt)的差别和/或者波动基本上不取决于燃烧位置(VL)的初始运行状态下，为了减小该差别或者波动单个气缸地匹配喷入的燃油量(53)。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，运行状态包括非常规的运行方式和/或者废气再处理装置(28)的再生运行方式。
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于，运行状态包括非常规的运行方式和/或者废气再处理装置(28)的再生运行方式。
5.按权利要求3或4所述的方法，其特征在于，运行状态包括部分均匀混合气体形成的运行方式。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，借助单个气缸的旋转参量(n，dn/dt)作为绝对值确定单个气缸的燃烧位置(VL)或者单个气缸的转矩。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，作为绝对值(n，dn/dt)的参考值使用转矩(M)。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，作为绝对值(n，dn/dt)的参考值使用从控制缸(12d)的缸压中导出的转矩、从λ进气量值和空气充气中确定的转矩或者从旋转参量(n，dn/dt)中确定的转矩。
9.按权利要求3，4，6，7，8中之一所述的方法，其特征在于，使单个气缸的燃烧位置(dn/dt_ist)或者单个气缸的转矩跟踪理论值(dn/dt_soll)。
10.按权利要求3，4，6，7，8中-之一所述的方法，其特征在于，按照时间上的和/或者位置上的平均值调整燃烧位置(VL)。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，为调整燃烧位置(VL)，单个气缸的实际旋转参量(dn/dt_ist)与通过气缸(12)取平均值的实际旋转参量(dn/dt_soll)之间的差值直接输送到调节器(58)。
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