CN101675235A - 用于求得内燃机的燃烧λ值的方法和装置 - Google Patents

用于求得内燃机的燃烧λ值的方法和装置 Download PDF

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Abstract

提出一种方法和一种装置，借助于所述方法和装置可以在不使用λ探测器的情况下确定具有至少两个燃烧室的内燃机的燃烧λ值。在此为第一燃烧室配量预先给定的第一燃料量并且为第二燃烧室配量预先给定的第二燃料量，将所述第一燃料量降低预先给定的数值并且将所述第二燃料量提高相同的预先给定的数值。在此求得对应于所述第一燃烧室的第一不平稳运转值以及对应于所述第二燃烧室的第二不平稳运转值。在所述第一不平稳运转值和第二不平稳运转值的基础上求得燃烧λ值。

Description

用于求得内燃机的燃烧λ值的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于求得内燃机的燃烧λ值的方法以及一种控制装置，在此如此构造该控制装置，使得其可以执行所述方法。
背景技术
为遵守越来越严格的废气规定，目前大多数汽车都配备了废气净化催化器。但是催化器的最佳的净化效率仅仅在燃烧混合物的特定的的空气/燃料比时得到实现。为调节所述空气/燃料比，在汽车的排气系统中布置了至少一个λ探测器。但是所述λ探测器具有一系列缺点。
比如只有在达到大约800到900℃的工作温度之后才获得λ探测器的可靠的信号。因此λ探测器必须在起动内燃机之后借助于特地设置的加热装置才加热到这个工作温度。因而在达到工作温度之前不可能对空气/燃料比进行调节，这在热运转阶段中导致有害物质排放增加。
此外，在使用价廉的二元的λ探测器时，不可能求出废气的指定的λ值，因为二元的探测器仅仅允许对废气的成分作出定性的结论。线性的λ探测器虽然允许定量地确定燃烧λ值，但是明显比二元的λ探测器昂贵。
在可以选择性地用不同的燃料种类比如汽油和酒精来运行的汽车中，所述燃烧λ值通常只有在用所述两种燃料种类之一运行时才可以借助于λ探测器来求出燃烧λ值。
如从上面的描述中看出，λ探测器的使用具有很大的限制。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种装置和一种方法，借助于所述装置和方法也可以在不使用λ探测器的情况下确定所述内燃机的燃烧λ值。
该任务通过按独立权利要求所述的方法和装置得到解决。本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
按权利要求1的方法涉及一种具有至少两个燃烧室的内燃机。然后为第一燃烧室配量预先给定的第一燃料量并且为第二燃烧室配量预先确定的第二燃料量。将所述第一燃料量降低预先给定的数值并且将所述第二燃料量提高相同的预先给定的数值。由此，输送给所述第一和第二燃烧室的燃料量的总和基本上保持恒定。随后求得对应于所述第一燃烧室的第一不平稳运转值以及对应于所述第二燃烧室的第二不平稳运转值。然后在所述第一不平稳运转值和第二不平稳运转值的基础上求得燃烧λ值。
在每个燃烧室中产生的转矩都依赖于燃烧室所独有的空气/燃料比。已知的方法允许确定内燃机的燃烧室所独有的不平稳运转，这通过内燃机的各个燃烧室的不同的转矩贡献来实现。这样的方法比如在EP 0576705A1中得到说明。因此，本发明意义上的不平稳运转值是那个代表各个燃烧室的独有的转矩贡献的尺度的数值。如果将特定的燃料量分配到内燃机的燃烧室上，那就通过这种燃料量的燃烧产生首先未知的燃烧λ值。如果现在将所述燃烧室之一的燃烧室所独有的燃料量降低预先给定的数值并且同时将另一个燃烧室的燃烧室所独有的燃料量提高相同的数值，那么所述燃烧室的转矩贡献由于不同的燃烧室所独有的空气/燃料比而具有不同的大小。这些不同的转矩贡献对每个燃烧室来说导致不同的不平稳运转值。但是，所述燃烧室所独有的不平稳运转值的模型对于特定的燃烧λ值是特征性的。因此，对燃烧室所独有的不平稳运转值所作的相应分析允许推断出燃烧λ值。通过这种方法可以在不使用λ探测器的情况下确定内燃机的燃烧λ值。由此获得一种显著更加灵活的且成本更加低廉的用于确定λ值的方法。
在按权利要求2的方法的一种设计方案中，在第一不平稳运转值与第二不平稳运转值之间的差的基础上求得燃烧λ值。
通过所述第一不平稳运转值与第二不平稳运转值之间的差的求得，可以容易地描绘所述两个不平稳运转值之间的关系。这例如在使用组合特性曲线的情况下简化了所述λ值的确定。
在按权利要求3的方法的一种设计方案中，在求得所述第一不平稳运转值和第二不平稳运转值之后将所述第一燃料量提高所述预先给定的数值，并且将所述第二燃料量降低所述预先给定的数值。随后求得对应于所述第一燃烧室的第三不平稳运转值以及对应于所述第二燃烧室的第四不平稳运转值。接着在所述第一、第二、第三和第四不平稳运转值的基础上求得燃烧λ值。
所述方法的这种设计方案在配量给燃烧室的燃料量由于燃烧室所独有的燃料量调整而大小不同时证实是特别有利的。已知的方法能够如此调整配量给燃烧室的燃料量，使得所述燃烧室所独有的转矩贡献大致为相同大小。为了在这种情况下提高确定所述燃烧λ值的精度，为每个燃烧室确定两个不平稳运转值，这两个不平稳运转值分别通过将所输送的燃料量降低和提高相同的数值来获得。然后通过这些不平稳运转值的模型的分析，可以以更高的精度推断出所述燃烧λ值。
在按权利要求4的方法的一种设计方案中，在所述第一与第二不平稳运转值之间的差的基础上求得第一λ中间值并且在所述第三与第四不平稳运转值之间的差的基础上求得第二λ中间值。然后在所述第一λ中间值与第二λ中间值的基础上求得所述燃烧λ值。
与关于权利要求2的实施方式相类似，通过相应的λ中间值之间的差的确定来更为简单地确定所述λ值。
按照按权利要求5的一种设计方法，作为所述第一λ中间值与第二λ中间值之间的平均值来计算所述燃烧λ值。
所述方法的这种设计方案能够进一步简化以足够的精度来确定所述λ值。
按照按权利要求6的方法的一种设计方案，在使用至少一种组合特性曲线的情况下来求得λ值。
为求得λ值而使用组合特性曲线，这能够以微小的开销将该方法整合到基于组合特性曲线的发动机控制系统中。
如此构造按权利要求7的控制装置，使得其能够为求得具有至少两个燃烧室的内燃机的燃烧λ值而执行按权利要求1的方法。
关于这种控制装置的优点，请参照关于权利要求1的叙述。在此类似地适用在那里提到的优点。
附图说明
下面借助于实施例在参照附图的情况下对本发明进行详细解释。
其中：
图1是内燃机的示意图；
图2是用于描绘所产生的转矩与空气/燃料比之间的关系的图表；
图3A-3C是用于描绘在λ值变化时燃烧室所独有的不平稳运转的图表；
图4是流程图的形式的方法的第一实施例；
图5是流程图的形式的方法的第二实施例。
具体实施方式
图1示意示出了内燃机1。为简明起见，十分简化地绘出该示意图。
该内燃机1包括多个燃烧室30，所述燃烧室30分别由气缸2和能够上下运动的活塞3限界(在图1中为简明起见仅仅示出了一个燃烧室30)。此外，该内燃机1包括进气系统7，在该进气系统7中在吸气口4的下游布置了空气量传感器5和节气门6。为燃烧所必需的新鲜空气通过所述进气系统7导入燃烧室30中，其中通过进气门8的打开和关闭来控制新鲜空气的输入。
这里所示出的内燃机1是燃料直喷的内燃机1，在该内燃机1中为燃烧所必需的燃料相应地通过喷射阀9直接喷入相应的燃烧室30中。同样伸入相应的燃烧室30中的火花塞10用于点燃燃烧。燃烧废气通过排气门11排放到内燃机1的排气系统31中并且借助于布置在排气系统31中的废气催化器12来净化。
通过与所述活塞3相耦合的曲轴13来将力传递到汽车(未示出)的动力传动系上。此外，所述内燃机1拥有燃烧室压力传感器14、用于检测曲轴13的转速的转速传感器15以及用于检测废气温度的废气温度传感器16。
为所述内燃机1分配了燃料供给系统，该燃料供给系统具有燃料箱17以及布置在其中的燃料泵18。燃料借助于燃料泵18通过供给管路19输送给蓄压器20。在此，这是共同的蓄压器20，从该蓄压器20出发向用于多个燃烧室30的喷射阀9供给加载压力的燃料。此外，在所述供给管路19中布置了燃料滤清器21和高压泵22。所述高压泵22用于以高的压力(在汽油机中典型地直至150bar)将通过所述燃料泵18以较低的压力(大约3bar)输送的燃料输送给所述蓄压器20。所述高压泵22在此借助于自身的驱动装置(未示出)比如电动机或者通过与所述曲轴13之间的相应的耦合来驱动。为控制所述蓄压器20中的压力，在该蓄压器20上布置了压力调节器件23比如压力控制阀或者流量控制阀，通过该压力调节器件23，处于所述蓄压器20中的燃料可以通过回流管路24回流到所述供给管路19或者说燃料箱17中。此外，为对蓄压器20中的压力进行监控，设置了压力传感器25。
为所述内燃机1分配了控制装置26，该控制装置26通过信号线和数据线与所有执行器和传感器相连接。在所述控制装置26中在软件方面实现了基于组合特性曲线的发动机控制功能(KF1到KF5)。在所述传感器的测量值和基于组合特性曲线的发动机控制功能的基础上，将控制信号发送给所述内燃机1和燃料供给系统的执行器。例如，所述控制装置26通过数据线和信号线与燃料泵18、压力调节器件23、压力传感器25、空气量传感器5、节气门6、火花塞10、喷射阀9、燃烧室压力传感器14、转速传感器15以及废气温度传感器16相耦合。
所述控制装置26借助于所述转速传感器15和/或燃烧室压力传感器14的信号为每个燃烧室30求得燃烧室所独有的不平稳运转值ER，该不平稳运转值代表相应的燃烧室的不平稳运转的尺度。
在使用所述燃烧室压力传感器14的信号时，比如可以将所述燃烧室30之一中的压力变化与其它燃烧室30中的压力变化进行比较，用于就这样通过合适的进一步的数学运算来求得不平稳运转值ER。
在使用所述转速传感器15的信号时获得另一种处理方式。所述转速传感器15对与曲轴13相耦合的传感轮32进行扫描。在此，在所述传感轮32上为每个燃烧室30分配了特定的区域。所述控制装置26借助于转速传感器15来计算所述传感轮32的转速并且个别地为燃烧室所特有的区域对所述转速进行分析。所述区域以一定的速度从转速传感器15的旁边经过，该速度代表相应的燃烧室30的转矩贡献TQ的尺度。所述传感轮32的燃烧室所特有的区域以相应的速度经过所述转速传感器15，将这些速度与这些速度的平均值进行比较，由此可以为每个燃烧室30计算出独有的不平稳运转值ER。因此，各个不平稳运转值ER代表相应的燃烧室30的转矩贡献TQ的尺度。在此，也参照EP 0576705A1，在该专利文件中对一种用于确定不平稳运转的方法进行了详细说明。
图2示意示出了燃烧室所独有的转矩贡献TQ与简称为λi的燃烧室所独有的空气/燃料比的关系。如可以看出的一样，所述燃烧室所独有的转矩贡献TQ在大约λi＝0.9时达到其最大值。所产生的转矩TQ不仅在进一步变浓厚时也就是朝更低的λ值的方向移动时而且在进一步变稀薄时也就是说朝更大的λ值的方向移动时也减小。
现在本发明的构思是，内燃机1的废气的燃烧λ值可以在两个燃烧室的不平稳运转值ER1、ER2的基础上求得。至于这是如何进行的，则应该借助于图3A到3C结合图2进行详细解释。
从图2中可清楚看到，所述燃烧室所独有的转矩贡献TQ受到配量给燃烧室30的燃料量MFF的变化以及所述燃烧室所独有的空气/燃料比λi的与此相关联的变化的影响。
在此比如从在图1中示出的具有四个燃烧室30的内燃机出发，该内燃机在稳定的工作点上运行。在由内燃机1输出的转矩在预先给定的时间间隔里处于预先给定的公差带之内时，工作点被视为稳定的工作点。尤其在这种情况下转速、输送给内燃机1的新鲜空气量以及燃烧室的点火时刻应该基本上是恒定的。为所述四个燃烧室30各配量特定的燃烧室所独有的燃料量。由此为每个燃烧室30产生特定的燃烧室所独有的空气/燃料比λi并且通过燃烧产生特定的(首先未知的)燃烧λ值λ。如果现在将燃烧室30的燃料量减小了特定的数值并且将另一燃烧室的燃料量扩大了相同的数值，那么虽然所述燃烧λ值λ基本上保持恒定，但是这两个燃烧室的燃烧室所独有的空气/燃料比λi和燃烧室所独有的转矩贡献TQ却发生了变化。这导致由控制装置26求得的燃烧室所独有的不平稳运转值ERi的变化。
在上面所说明的处理方式中，对于废气的不同的λ值λ来说产生在图3A到3C中示出的所述两个燃烧室的燃烧室所独有的不平稳运转值ERi(i＝1以及i＝2)。
图3A示出了在1.0的燃烧λ值λ时所产生的燃烧室所独有的不平稳运转值ERi。第一燃烧室(i＝1)的燃料量被提高了数值ΔMFF，从而出现0.9的燃烧室所独有的空气/燃料比λ1。将第二燃烧室(i＝2)的燃料量减小了相同的数值ΔMFF，由此在那里产生1.1的燃烧室所独有的空气/燃料比λ1。如下面参照图2可清楚看出的一样，由此扩大了第一燃烧室的燃烧室所独有的转矩贡献TQ，而第二燃烧室的燃烧室所独有的转矩贡献TQ则减小。由此产生第一燃烧室的更大的不平稳运转值ER1和第二燃烧室的更小的不平稳运转值ER2。所述不平稳运转值ER1与不平稳运转值ER2之间的差在这种情况下是ΔER(λ＝1.0)。
在燃烧λ值λ为0.9和0.8时，在相同的处理方式中产生在图3B和3C中示出的不平稳运转值ER1和ER2以及由此产生的在数值方面彼此不同的差ΔER(λ＝0.9)和ΔER(λ＝0.8)。
总的从图3A到3C中可清楚看出，对于特定的燃烧λ值λ来说，产生所述不平稳运转值ER1和ER2的特征性的模型或者说差ΔER的特征性的数值。因此，从这些特征性的模型或者说差ΔER中可以反向推断出废气的燃烧λ值λ。所述差ΔER与燃烧λ值λ之间的关联比如可以作为组合特性曲线保存在控制装置26中。
图4以流程图的形式示出了用于确定内燃机1的燃烧λ值λ的方法的第一设计方案。
该方法在步骤400中比如在起动内燃机1时开始。在步骤401中检查，内燃机1是否处于稳定的工作点中。在稳定的工作点中，借助于喷射阀9向每个燃烧室30输入预先给定的燃料量MFF。一直重复在步骤401中的询问，直到发现稳定的工作点。
在步骤402中将第一燃烧室的燃烧室所独有的第一燃料量MFF1提高预先给定的数值ΔMFF。同时将第二燃烧室的第二燃料量MFF2降低相同的数值ΔMFF。在此，输送给所述燃烧室30的总燃料量MFF以及由此所述燃烧λ值λ保持不变。通过所述第一和第二燃烧室的独有的燃料量MFF1、MFF2的提高或者降低，这些燃烧室的燃烧室所独有的λ值λ1、λ2也发生改变。如借助于图2早已解释的一样，由此所述燃烧室所独有的转矩贡献或者说在这些燃烧室中相应产生的转矩也发生改变。所述第一和第二燃烧室的燃烧室所独有的转矩贡献的这种变化被转速传感器15检测到。该转速传感器15的信号被所述控制装置所使用，用于在步骤403中为所述第一和第二燃烧室分别计算不平稳运转值ER1、ER2。
在步骤404中，在所述第一不平稳运转值ER1与第二不平稳运转值ER2之间的差或者说差值ΔER的基础上求得燃烧λ值λ。这比如借助于反映针对这个工作点的差值ΔER与燃烧λ值λ之间的关联的组合特性曲线来进行。该组合特性曲线也可以是多维的组合特性曲线，其中绘出了针对内燃机1的大量工作点的燃烧λ值λ与差ΔER之间的关联。
在求得所述燃烧λ值λ之后，该方法可以用步骤400重新开始。
图5示出了所述方法的另一种设计方案。该设计方案在运行具有燃料量补偿功能的内燃机1时证实是特别有利的。燃料量补偿的目的是，对各个燃烧室30的独有的转矩贡献TQ进行均匀化。这改进了内燃机1的运转平稳性并且使得内燃机1的负载及磨损更为均匀。所述燃料量补偿的基本原理在于，通过所述转速传感器15的信号的分析来求得各个燃烧室30的转矩贡献TQ。这些转矩贡献的均匀化可以通过输送给所述燃烧室30的燃料量的相应的计量来实现。如果比如发现燃烧室之一产生比其它的燃烧室的转矩贡献的平均值低的转矩，那就通过相应地提高输送给该燃烧室的燃料量来产生更浓的混合物，这提高了输出转矩。类似地也可以降低转矩，方法是减少相应的燃烧室的燃料量。最终燃料量补偿导致这一结果，即向各个燃烧室30供给不同大小的燃料量。
按图5的方法的设计方案现在用于在使用具有燃料量补偿功能的内燃机1的情况下在求得燃烧λ值λ时提高精度。步骤500到504相应于图4的实施例的步骤400到404。作为唯一的差别，在步骤504中求得的λ值不是视为最终结果而是视为λ中间值λ1并且加以保存。
在紧随其后的步骤505中，将所述第一燃烧室的燃料量MFF1降低预先给定的数值ΔMFF。同时将所述第二燃烧室的第二燃料量MFF2提高相同的数值ΔMFF。因此与步骤502相比，所输送的燃料量MFF1、MFF2的变化正好颠倒。
在步骤506中重新求得燃烧室所独有的不平稳运转值ER3和ER4。这以和在步骤503和403中相类似的方式来进行。在步骤507中，在所述燃烧室所独有的不平稳运转值ER3与ER4之间的差ΔER的基础上求得第二λ中间值λ2。与步骤504和404相类似，这又借助于组合特性曲线来进行。
在步骤508中，在所述第一λ中间值λ1和第二λ中间值λ2的基础上求得燃烧λ值λ。这比如可以通过算术平均值的形成来进行。所述方法在步骤509中要么可以结束要么作为替代方案可以重新开始。
通过输送给所述第一和第二燃烧室的燃料量MFF1、MFF2的变化的颠倒以及两个λ中间值λ1、λ2的计算，可以明显提高所求得的燃烧λ值λ的精度。
即使在按图3和4的方法的实施例中在两个燃烧室的不平稳运转值的基础上求得所述燃烧λ值λ，为进一步提高所述方法的精度也可以求得用于由内燃机的燃烧室构成的不同的燃烧室对的不平稳运转值，并且比如可以通过平均值的形成从中计算最终的燃烧λ值λ。

Claims (7)

1.用于求得具有至少两个燃烧室(30)的内燃机(1)的燃烧λ值(λ)的方法，其中
-为第一燃烧室配量预先给定的第一燃料量(MFF1)并且为第二燃烧室配量预先给定的第二燃料量(MFF2)，
-将所述第一燃料量(MFF1)降低预先给定的数值(ΔMFF)并且将所述第二燃料量(MFF2)提高相同的预先给定的数值(ΔMFF)，
-求得对应于所述第一燃烧室的第一不平稳运转值(ER1)以及对应于所述第二燃烧室的第二不平稳运转值(ER2)，
-在所述第一不平稳运转值(ER1)和第二不平稳运转值(ER2)的基础上求得燃烧λ值(λ)。
2.按权利要求1所述的方法，其中，在所述第一不平稳运转值(ER1)与第二不平稳运转值(ER2)之间的差(ΔER)的基础上求得废气的燃烧λ值(λ)。
3.按权利要求1所述的方法，其中，在求得所述第一不平稳运转值(ER1)和第二不平稳运转值(ER2)之后，
-将所述第一燃料量(MFF1)提高所述预先给定的数值(ΔMFF)并且将所述第二燃料量(MFF2)降低预先给定的数值(ΔMFF)，
-求得对应于所述第一燃烧室的第三不平稳运转值(ER3)以及对应于所述第二燃烧室的第四不平稳运转值(ER4)，
-在所述第一不平稳运转值(ER1)、第二不平稳运转值(ER2)、第三不平稳运转值(ER3)和第四不平稳运转值(ER4)的基础上求得所述燃烧λ值(λ)。
4.按权利要求3所述的方法，其中，
-在所述第一与第二不平稳运转值(ER1、ER2)之间的差(ΔER)的基础上求得第一λ中间值(λ1)，
-在所述第三与第四不平稳运转值(ER3、ER4)之间的差(ΔER)的基础上求得第二λ中间值，
-在所述第一λ中间值(λ1)与第二λ中间值(λ2)的基础上求得所述燃烧λ值(λ)。
5.按权利要求4所述的方法，其中，作为所述第一λ中间值(λ1)与第二λ中间值(λ2)之间的平均值来计算废气的λ值(λ)。
6.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其中，在使用至少一种组合特性曲线的情况下求得所述燃烧λ值(λ)。
7.用于具有至少两个燃烧室(30)的内燃机(1)的控制装置(26)，其中，构造所述控制装置(26)，从而为求得所述内燃机(1)的燃烧λ值(λ)，
-为第一燃烧室配量预先给定的第一燃料量(MFF1)并且为第二燃烧室配量预先给定的第二燃料量(MFF2)，
-将所述第一燃料量(MFF1)降低预先给定的数值(ΔMFF)并且将所述第二燃料量(MFF2)提高相同的预先给定的数值(ΔMFF)，
-求得对应于所述第一燃烧室的第一不平稳运转值(ER1)以及对应于所述第二燃烧室的第二不平稳运转值(ER2)，
-在所述第一不平稳运转值(ER1)和第二不平稳运转值(ER2)的基础上求得燃烧λ值(λ)。
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