CN101553653B - 用于确定喷射系统的运行特性的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定喷射系统的运行特性的方法和装置。本发明的目的是确定由增压器(4)增压的内燃机(1)的喷射装置(30)的运行特性。为此该方法包括方法步骤：A)借助于喷射系统(30)向内燃机(1)的气缸(51，52，53，54)中进行燃料的试喷射；B)确定增压器(40)的运行参数；C)依照确定的增压器(40)的运行参数确定喷射系统(30)的运行特性。

Description

用于确定喷射系统的运行特性的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定内燃机的喷射系统的运行特性的方法和一种用于实施该方法的控制装置。

背景技术

在现代内燃机中，为了获得尽可能好的废气值，精确地实现预定的燃料喷射量是重要的。此外在多缸发动机的情况下还致力于在所有气缸中喷入尽可能相同数量的燃料，以便实现尽可能平稳均匀的发动机运转。在此情况下，作为喷入的燃料量的基础的喷射模式也应该是同类型的，亦即每缸具有相同数量的预喷射、主喷射和后喷射。例如，如果每个气缸的喷射模式由每工作循环的惟一一个主喷射构成，那么对于内燃机的一个预定的工作点来说，就需要保证不仅相关的喷射时刻(喷射时刻通常依据活塞的曲轴转角位置给出)而且每次喷射的喷射量对于所有气缸都要保持相同。

由于各个构件的制造公差和喷射系统的控制机构的原因使得实现预定的喷射量变得困难。尤其是喷射器具有的制造公差即使在相同的运行参数和环境条件也会导致不同的喷射量。此外构件，此时尤其是还要提到喷射器，在它们的寿命期间会改变它们的运行特性和由此改变实际实现的喷射量，如果没有采用相应的措施的话。构件在其寿命期间的运行特性的改变也称为漂移。

发明内容

为了解决制造公差和漂移问题，例如为了实现所有的气缸具有相同的喷射模式，对各单个气缸的喷射器的喷射参数进行单独的调整是所希望的。但是为此需要知道各个喷射器的瞬态运行特性的信息。因此本发明的任务是确定内燃机的喷射装置的运行特性。

该任务由按本发明的方法和装置解决。在用于确定运行中的内燃机中的喷射系统的运行特性的方法中，内燃机包括增压器；该方法包括方法步骤A)作为运行中的正常喷射的附加方案，借助于喷射系统向内燃机的气缸中进行燃料的试喷射；B)通过测量归因于试喷射的增压器转速的变化确定增压器的运行参数；C)依照确定的增压器的运行参数确定喷射系统的运行特性。用于确定喷射系统的运行特性的装置包括：a)喷射器侧的接口，其用于控制喷射系统，以便作为运行中的正常喷射的附加方案触发向内燃机的气缸中的试喷射；b)增压器测量装置，用于通过测量归因于试喷射的增压器转速的变化确定增压器的运行参数；c)增压器侧的接口，其用于接收所述增压器的运行参数；d)电子电路，其这样地设计，使得依照在增压器侧接收的运行参数可以确定喷射系统的运行特性。本发明的有利的实施例在后文中给出。

从一种包括喷射系统和增压器的内燃机出发，借助于该喷射系统向内燃机的气缸中实施燃料的试喷射。确定增压器的运行参数。依据被确定的增压器的运行参数确定喷射系统的运行特性。

由于该试喷射使得能量含量改变，尤其是驱动增压器的废气的温度和流出气缸的流出速度改变。改变的能量含量使增压器的运行参数改变。因此，通常由于该试喷射使运行参数如例如增压器的温度或旋转参数改变。用语旋转参数尤其是包括增压器的转速，角动量和扭矩。可以使用运行参数的改变来导出喷射系统的结论。尤其是对用于实施试喷射的喷射器的制造公差和漂移进行检测，测量和必要时进行修正。

如果在喷射器的预定的控制持续时间上该试喷射产生了例如高于平均的增压器转速，那么可以推断出该喷射器允许将大于平均的喷射量喷入气缸中。这种纯粹的定性推论已经构成喷射器的一个有用的运行特性。它可以例如借助于调节回路来应用，在该调节回路中增压器的运行参数借助于负的反馈而反馈到喷射器上，以便调节喷射器和精确地实现预定的喷射量。

但是喷射系统的运行特性也可以是定量的参量，例如喷射量或可以从喷射量导出的参量。该参量然后依据增压器的运行参数确定。但是这种定量的运行特性的确定可以采用多种方式实施。为此一种可能性是在电子控制系统中的内燃机的热力学模拟。例如此时依据增压器的转速变化确定试喷射的喷射量。但是实施热力学模拟不是确定喷射系统的运行特性的惟一可能的途径。喷入的燃料试喷射量对增压器的运行参数的影响也可以预先地在试验中或者在模拟中确定并且存储在与电子控制系统中配置的发动机特性曲线中。可以归因于试喷射的运行参数的定量的值(例如转速变化)然后可以在内燃机正常运行期间传输给电子控制系统。电子控制系统则仅需要从发动机特性曲线中读出例如对应于被确定的运行参数的值“喷射量。相对于热力学模拟，发动机特性曲线的优点自然在于能够大大地降低计算费用。

用语运行特性不仅包括上面举例所述的定性和定量的参量。替代例如依据所测量的增压器转速在发动机特性曲线中确定喷入的燃料量，也可以在发动机特性曲线中存储例如增压器的运行参数在喷射系统的控制参数上的映像。例如发动机特性曲线可以包括增压器转速的变化在实施试喷射的喷射器的控制持续时间或控制持续时间的修正上的映像。因此一个缩短的控制持续时间例如与一个由于制造公差和/或漂移的原因而具有高的燃料通流量的喷射器意义是相同的。因此，喷射器的控制持续时间以及其修正例如也表示喷射系统的运行特性。

用语“增压器的运行参数”也包括运行参数的变化和与目标值的偏差，例如转速变化与由于试喷射而期望的目标值的偏差。

通过实施多次试喷射，可以更精确地确定喷射量或由喷射量导出的参量。此时例如在每种试喷射之后不久测量增压器的转速或与转速相关的参量。借助于统计方法，例如通过形成平均值，接着可以精确地确定喷射量或由喷射量导出的参量。

但是也可以进行尽可能多的试喷射和然后才确定试喷射对增压器的旋转参数的总体影响。由此能够在喷射器打开和关闭过程的动力学中精确地确定尤其是漂移和制造公差。有利地，这些试喷射快速相继地实施。

在另一个有利的实施例中，该一次或多次试喷射相对于由内燃机驱动的曲轴是扭矩中性地进行实施。这是指这样地实施喷射，使得它不对气缸活塞做功或者至少基本上不做功。由此得到的好处是全部的能量被供到废气的热量和流出速度上。由此可以更加精确和简单地确定喷射系统的运行特性。扭矩中性的喷射尤其是可以通过合适地选择喷射时刻来实施。这种喷射时刻对于一些内燃机来说例如在排气阀关闭之前在下死点附近给出。

本发明可以这样地设计，即按照本发明的方法在内燃机的运行期间被连续地实施。但是由于现代喷射系统的漂移进行的过程相当缓慢，特别有利的是，按照本发明的方法按照一定的时间间隔进行实施，以便校准喷射系统。

在另一个实施例中，按照本发明的方法也可以用于通过被确定的运行参数与目标值的偏差在以后进行的喷射中更精确地实现相同的或不同的目标值，尤其是目标喷射量。

在另一个有利的实施例中，按照本发明的方法针对内燃机的多个气缸，优选内燃机的所有气缸进行实施。通过合适地单独地控制喷射器，则可以为所有的气缸实现相同类型的喷射模式，由此得到内燃机的特别安静的运行。

附图说明

以下依照附图详细描述本发明。附图中所示：

图1是一台简化的发动机；

图2是具有制造公差的四个喷射器的喷射模式；

图3是其中一个喷射器中具有一次试喷射的四个喷射器的喷射模式；

图4是四个喷射器的喷射模式，其中修正了喷射器的控制和另一个喷射器实施一次试喷射；

图5是一种具有修正的控制的喷射模式。

具体实施方式

图1示出了在本发明的一个实施形式中的发动机1。发动机1包括发动机控制单元ECU10，喷射系统30，增压器40和发动机本体50。

喷射系统30是共轨系统。它包括蓄压器36和四个与蓄压器36连接到喷射器31，32，33，34。

发动机本体50包括四个气缸51，52，53，54。每个气缸51，52，53，54配有一个喷射器31，32，33，34。

增压器40连接到发动机本体50上，该增压器可以由流出气缸51，52，53，54燃烧气体驱动并且通过该增压器可以将压缩的空气输入气缸51，52，53，54的燃烧室中。增压器40包括增压器测量装置42，它测量增压器40的此处没有进一步示出的涡轮机的转速。

ECU10包括电子电路11，喷射器侧的接口12和增压器侧的接口13。通过增压器侧的接口13将ECU10与增压器测量装置42连接。通过喷射器侧的接口12将ECU10与每个喷射器31，32，33，34连接。

电子电路11包括发动机特性曲线14，用于存储试喷射的参数的存储区15，用于确定和存储喷射系统30的运行特性的存储区21，22，23，24，逻辑电路16，以及模拟数字转换器(AD转换器)17。

存储区21允许读和写的存取操作和被设置用于确定和存储喷射器31的运行特性。它包括用于存储没有试喷射下的转速的存储区21a，用于存储具有通过喷射器31进行的试喷射下的转速的存储区21b和用于存储转速变化的存储区21c。类似地，存储区22，23，24被设置用于确定和存储各其余喷射器32，33，34的运行特性和类似地包括存储区22a，22b，22c，23a，23b，23c，24a，24b，24c。

发动机特性曲线14可以设计成转速变化在控制持续时间的修正上的简单映像。但是在一个优选的实施形式中，发动机特性曲线14设计成增压器40的转速变化和内燃机的工作点在喷射器的控制持续时间的修正上的多维的映像。在内燃机的正常运行之前，发动机特性曲线14在测试或模拟中被测量和初始化。对于此处所述的实施形式，在内燃机的综合寿命期间通常不再需要改变发动机特性曲线14。

在存储区15中以曲轴转角的度数存储试喷射的开始时刻和控制持续时间的值。优选地，该值这样地选择，以产生扭矩中性的试喷射。该存储区15可以设计成纯粹的只读存储器。

图1的实施例的工作方式以下依照图2至图5的喷射示意图详细描述。图2-5此时示出了通过四个喷射器31，32，33，34实施的喷射的时间顺序。时间t标注在横坐标上，而纵坐标m表示一次喷射的喷射量。此时喷射31r表示喷射器31的正常的喷射。类似地，喷射32r，33r，34r分别表示喷射器32，33，34的正常的喷射。m0表示内燃机的预定的工作点的预定的目标喷射量。

图2示出了在内燃机的恒定的工作点，优选在空转下，向四个气缸51，52，53，54中的喷射顺序。依照图2可以看见，喷射器31，32，34，由于制造公差和/或漂移提供了与目标值不同的喷射量。由于该制造公差和漂移，即使在喷射器的相同的控制的前提下，不同的喷射器可能产生不同的喷射量。如图2所示，喷射器31，34的喷射量相对于目标喷射量m0过大，而喷射器32的喷射量过低。只有喷射器33输送了正确的喷射量。对于恒定的工作点和在图2中所示的喷射模式，通过增压器测量装置42首先测量了增压器40的第一转速并且被存储在存储区21a中。之后内燃机1转变到具有对应于图3的喷射模式的运行中。

图3示出了在与图2中相同的内燃机的工作点下向四个气缸51，52，53，54中的喷射顺序。四个喷射器31，32，33，34被这样地控制，使得正常的喷射31r，32r，33r，34r与图2中完全相同地实施。但是喷射器31附加地实施试喷射31T。对于试喷射，由ECU10借助于在存储区15中存储的恒定的控制参数控制喷射器31。试喷射被扭矩中性地进行。通过试喷射改变了增压器40的转速。一旦增压器40达到一种固定的运行状态，则通过增压器测量装置42测量第二转速并且将其存储在存储区21b中。

接着由逻辑电路16通过形成第一和第二转速之间的差求出转速变化并且存储在存储区21c中。在图3中所示的示例中由于通过喷射器31实施的试喷射31T，转速的改变将大大地高于平均值，因为喷射器31在固定的控制持续时间的情况下喷射出高于平均值很多的燃料量。由此喷射器31的被求出的转速变化大于预定的目标转速变化。

对于被求出的转速变化，在发动机特性曲线14中读出用于修正控制持续时间的值。在给出的喷射器31的示例中，控制持续时间必须被缩短。借助于存储在存储区21c中的用于修正控制持续时间的值，逻辑电路16这样地调整喷射器31的控制持续时间，以达到喷射器31的目标喷射量m0。

控制持续时间的修正例如可以作为因子存储起来，原始的控制持续时间必须乘以该因子。在一种较简单的变型中，发动机特性曲线14设计成转速变化在控制持续时间的修正上的纯粹的映像。但是这种发动机特性曲线14只有对于这样的工作点产生精确的修正，即在这些工作点上先前也已经测量了发动机特性曲线。在其它的工作点上它仅仅表示控制持续时间的最佳修正的一种近似。在一个优选的实施形式中，发动机特性曲线14因此作为多维的发动机特性曲线进行存储，该多维的发动机特性曲线将内燃机的负荷，内燃机的转速和增压器的转速变化影射(abbilden)到控制持续时间的修正上。从数学上来说，这涉及从空间R³到R的映像。为了在该变型中能够读出用于喷射持续时间的修正的值，ECU10必须附加地具有关于内燃机的工作点的信息。但是该信息实际上在ECU10总是存在的。

图4示出了向内燃机的四个气缸51，52，53，54中的喷射顺序，其中按照在发动机特性曲线14中确定的被确定的控制持续时间的修正来调整对喷射器31的控制，从而实现目标喷射量m0。类似于针对喷射器31的上述处理过程，现在对喷射器32的控制进行修正。此时再次先测量在没有试喷射情况下的一个工作点上的增压器的转速并接着在具有由喷射器32实施的试喷射32T情况下进行测量。与转速变化相关联的、用于修正喷射持续时间的值被再次从发动机特性曲线14中读出。

图5示出了在每个喷射器31，32，33，34按照顺序被设定之后，喷射器31，32，33，34的喷射模式。在此可以容易地看出所有的喷射器31，32，33，34现在产生相同的喷射量。此时应该补充地指出，本发明当然不局限于具有四个气缸的发动机。

还要提及的是，试喷射不必是扭矩中性的，因为由于对活塞上做功而降低的产热量也能够借助于模拟或试验而在发动机特性曲线中得到考虑。

注意，试喷射不必是单独的喷射。因此例如也可以如针对图2所述的那样，首先测量第一转速。但是与在图3中所示的不同，为了确定第二转速，没有通过喷射器31实施一个单独的喷射31T，而是将喷射31r延长一个限定的时间周期。由此可测量的增压器转速的变化也可以借助于合适地测量的发动机特性曲线而被使用，以便调整对喷射器31的控制。

喷射系统的控制参数，如例如喷射持续时间的修正，不需要作为因子被储存起来。同样地，可以借助于一个被加数或者其它合适的数学函数来实施该修正。

喷射量不仅可以通过喷射持续时间进行修正，也可以通过用于喷射器的控制信号的电位水平例如通过控制信号的电压曲线对喷射量进行修正。

此外要提及的是，本发明不限于对每个喷射器只确定一个惟一的修正参数，如例如在存储区21c中存储的转速变化。同样可以容易地确定和存储一个喷射器的多个修正参数，例如作为多维的发动机特性曲线，其中对于内燃机的不同的工作点和对于不同的共轨压力，借助于按照本发明的方法来测量由于试喷射而在增压器中发生的转速变化。

Claims (16)

1.用于确定运行中的内燃机(1)的喷射系统的运行特性(30)的方法，其中内燃机(1)包括增压器(40)；该方法包括方法步骤：

A)作为运行中的正常喷射的附加方案，借助于喷射系统(30)向内燃机(1)的气缸(51，52，53，54)中进行燃料的试喷射；

B)通过测量归因于试喷射的增压器转速的变化确定增压器(40)的运行参数；

C)依照确定的增压器(40)的运行参数确定喷射系统(30)的运行特性。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，喷射系统(30)的运行特性是喷射量或是可以由喷射量导出的参量。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，方法步骤A)至C)被实施用于多个试喷射。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，这个试喷射或这些试喷射被扭矩中性地实施。

5.按照权利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，依照增压器的被确定的运行参数对喷射系统(30)进行校准。

6.按照权利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，使用增压器的被确定的运行参数与目标值的偏差，用于在以后的喷射中更精确地达到相同的或不同的目标值。

7.按照权利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，该方法被实施用于内燃机的所有气缸(51，52，53，54)。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，使用该方法，以在不同的气缸(51，52，53，54)中实现尽可能相同类型的喷射模式。

9.用于确定喷射系统的运行特性的装置，包括：

a)喷射器侧的接口(12)，其用于控制喷射系统(30)，以便作为运行中的正常喷射的附加方案触发向内燃机(1)的气缸(51，52，53，54)中的试喷射；

b)增压器测量装置(42)，用于通过测量归因于试喷射的增压器转速的变化确定增压器(40)的运行参数；

c)增压器侧的接口(13)，其用于接收所述增压器的运行参数；

d)电子电路(11)，其这样地设计，使得依照在增压器侧接收的运行参数可以确定喷射系统(30)的运行特性。

10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，喷射系统(30)的运行特性是喷射量或是可以由喷射量导出的参量。

11.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，试喷射可以扭矩中性地实施。

12.按照权利要求9至11中之一所述的装置，其特征在于，电子电路(11)这样地设计，使得依照增压器的被确定的运行参数可以对喷射系统(30)进行校准。

13.按照权利要求9至11中之一所述的装置，其特征在于，使用增压器的被确定的运行参数与目标值的偏差，以便在以后的喷射中更精确地实现该相同的目标值或不同的目标值。

14.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，使用增压器的被确定的运行参数与目标值的偏差，以便在以后的喷射中更精确地实现预定的燃料喷射量。

15.按照权利要求9至11中之一所述的装置，其特征在于，通过电子控制系统(10)可以向内燃机(1)的所有气缸(51，52，53，54)中进行试喷射。

16.按照权利要求15所述的装置，其特征在于，电子电路(11)这样地设计，使得喷射系统(30)通过电子控制系统(10)可以被这样地控制，在考虑被确定的运行特性下可以为内燃机(1)的全部的气缸(51，52，53，54)实现尽可能相同类型的喷射模式。

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