CN102062009A - 由运转不平稳性平衡内燃机不同燃烧室间的过量空气系数 - Google Patents
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Abstract
由运转不平稳性平衡内燃机不同燃烧室间的过量空气系数，即用于识别和/或平衡内燃机、特别是奥托发动机的多个燃烧室之间的燃烧室特有的空气燃料比例的差别的方法，分析燃烧室特有的运转不平稳性特征求出差别，即在第一阶段中燃烧室利用可预先规定的第一空气燃料混合物运行；在第二阶段中至少其中两个燃烧室利用相对第一空气燃料混合物稀释的第二空气燃料混合物运行，至少一个另外燃烧室利用相对第一空气燃料混合物加浓的第三空气燃料混合物运行；在第三阶段中将以稀释的第二空气燃料混合物运行的燃烧室的运转不平稳性特征互相比较和/或在至少一个燃烧室中稀释的第二空气燃料混合物改变，使多个燃烧室的稀释的第二空气燃料混合物间差别不超出门限值。
Description
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的方法。此外本发明涉及一种按照权利要求7前序部分的控制器以及一种按照权利要求9前序部分的计算机程序和一种按照权利要求10前序部分的计算机程序产品。
背景技术
这些对象由文献DE 10 2006 026 390 A1分别公开。该文献展示了一种用于控制机动车中的内燃机的电子控制装置，它具有带有用于求出运转不平稳性以及用于校正喷射量的单元的电子控制装置。为了均等过量空气系数，即燃烧室的燃料-空气-混合物的成分，该装置用于确定气缸单独的校正值。
气缸单独的不同的过量空气系数可能通过喷射阀的计量公差和气缸特有的差别在燃烧室的空气填充时产生。
为了补救，DE 10 2006 026 390 A1规定，要检查的气缸逐个调节到稀薄运行，此时同时相应地提高至少一个其它的气缸的喷射量，这样总体上实现整个发动机的废气的预先规定的过量空气系数λMotor。
在稀薄运行中，在气缸单独的过量空气系数值和发动机扭矩之间存在明确的关系。因此在确定的气缸的稀释的混合物的情况下可以求出依赖于发动机转速和负荷的运转不平稳性差值。这个值被与在无故障的条件下根据经验求出的并且储存在控制器中的理论值比较。
该稀释要分别进行直到产生预先规定的运转不平稳性。对此分析必需的稀释的程度。在一个例子中求出逐个跟随的四缸发动机的四个气缸的稀释值：25％，20％，20％，15％。然后构成平均值，它例如为20％。接着应用与平均值的偏差，这里即5％，0％，0％和-5％作为气缸单独的燃料量校正值。为了确定稀释的程度，在该程度下出现确定的运转不平稳性，必须相对持续地、例如斜坡形地调节过量空气系数。
因此持续得比较长，直到求出气缸单独的燃料校正值。在由不同的法规规定的行驶循环中，这种均等必须快速达到，因为不相等的过量空气系数可能降低废气清洁的质量。
文献DE 195 27 218 A1描述了一种用于运转平稳性调节的方法。该方法对此应用，从发动机转速信号中确定气缸单独的特征，它与气缸单独的发动机扭矩相关联。为此每个燃烧室配属调节器，它从气缸单独的调节偏差出发预先规定气缸单独的调节值，所谓的量信号。为了补偿运转不平稳性，该运转平稳性调节规定，燃烧室获得相应更大或者更小的燃料量。
本发明与开始所述的根据DE 10 2006 026 390 A1的现有技术分别通过独立权利要求的特征部分区别。
发明内容
根据方法观点本发明的特征在于，即在第一阶段中，燃烧室基本上分别利用可预先规定的第一空气-燃料-混合物运行，在第二阶段中，至少其中两个燃烧室分别利用相对第一空气-燃料-混合物稀释的第二空气-燃料-混合物运行，并且至少一个另外的燃烧室利用相对第一空气-燃料-混合物加浓的第三空气-燃料-混合物运行，在第三阶段中，将利用稀释的第二空气-燃料-混合物运行的燃烧室的运转不平稳性特征互相比较，并且在至少一个燃烧室中的稀释的第二空气-燃料-混合物这样改变，使得多个燃烧室的稀释的第二空气-燃料-混合物之间的差别不超出门限值。
通过同时进行的两个气缸的过量空气系数的调节，可以通过跳跃式的变化代替费时的斜坡形的过量空气系数变化。即在本发明中不考虑，准确地确定在该程度下出现预先规定的运转不平稳性的稀释程度。更多是考虑两个气缸互相均等。在此在哪个特定的运转不平稳性的值进行均等对于均等是不重要的。因此本发明可以利用快速的、跳跃式的过量空气系数调节来工作，此时只有这是重要的，即它在过量空气系数大于1的范围内进行，在该范围内过量空气系数差别反映为不同的扭矩产生以及由此反映不同的运转不平稳性值。由此总体缩短了对于逐渐进行的所有气缸的过量空气系数的均等必需的时间。在此由此出发，即可以将时间间隔缩短到直到对于利用斜坡形调节的均等可能必需的时间的五分之一的很小部分。在一个考虑五缸发动机的例子中本发明允许在一至两秒内的均等，其中该时间基本上对应于在调节后运转不平稳性的检测振荡必需的时间。
在气缸之间的不希望的过量空气系数差别在此不通过与储存的特性曲线族的比较求出，而是通过与至少一个另外的气缸特有的过量空气系数λZ的比较求出。燃烧室特有的过量空气系数的求出优选通过分析燃烧室特有的运转不平稳性特征实现，该运转不平稳性特征根据由文献DE 195 27 218 A1公开的用于过量空气系数调节的方法从过滤过的转速信号获得，该转速信号与气缸特有的发动机扭矩相关联。
本发明只在发动机和排气歧管结构上提出较小的要求，这也是有利的，特别是与基于过量空气系数的方法相比。
根据本发明的方法相对基于转速的方法(在该方法下只在稀薄运行中识别发动机的量错误)的另外一个重要的优点在于，量错误也可以在气缸的均衡运行中识别出。即根据本发明的方法不仅可以应用在发动机的稀薄运行中，而且也可以应用在均衡运行中，也就是说在燃料过量时。根据本发明的方法能够，不仅识别和平衡燃料喷射量太高的量多错误，而且识别和平衡喷射量太小的量少错误。
此外基于转速的方法为了保持废气中性以及为了实现λMotor＝1的发动机的过量空气系数，要求后期的当前无效的进入工作冲程中的后喷射，由此例如不合适于自然吸气发动机。根据本发明的方法可以取消这种后喷射并且因此也适合于自然吸气发动机。
根据本发明的一种有利的实施方式建议，第一空气-燃料-混合物基本上具有λZ＝1的过量空气系数。按照一种另外的实施方式，第一空气-燃料-混合物基本上具有λZ＜1.0的过量空气系数。由此根据本发明的方法可以在发动机的均衡运行中在燃料过量(λMotor≤1)的情况下实施。
一种替代的实施方式规定，第一空气-燃料-混合物基本上具有λZ＞1.0的过量空气系数。即根据本发明的方法也可以在发动机的稀薄运行中在空气过量(λMotor＞1)的情况下实施。
此外是有利的，即同时随着至少一个稀释的第二空气-燃料-混合物的改变，相应地反向改变加浓的第三空气-燃料-混合物，这样可以实现整个内燃机的可预先规定的全局的过量空气系数λMotor。过量空气系数λMotor可以不仅处在内燃机的均衡的范围(λMotor≤1)内，而且可以处在内燃机的稀薄的范围(λMotor＞1)内。由此该方法可以在宽的内燃机运行范围内应用。
附图说明
本发明的实施例接下来借助附图详细说明。图中示出：
图1示出了本发明的技术环境；
图2是按照第一实施例根据本发明调整(Vertrimmung)内燃机的不同气缸的过量空气系数示意图；
图3是具有运转不平稳性特征的简图，其分别配属于调整的第一例子；以及
图4是具有运转不平稳性特征的简图，其分别配属于第二调整的例子。
具体实施方式
相同的附图标记在此分别表示相同的对象。图1在细节中示出了特别是用于驱动机动车的内燃机10。所示的内燃机10利用通过喷射器12到内燃机10的燃烧室14中的燃料直接喷射按照奥托燃烧方法、柴油燃烧方法或者其它的燃烧方法，例如CAI(控制自点燃)燃烧方法工作。对于奥托发动机来说，使得由空气和喷入的燃料组成的燃烧室充填利用火花塞16进行外部点火。每个燃烧室14由活塞18可运动地密封并且通过进气管20填充空气。燃烧过的燃烧室14的充填被排入排气系统22中。燃烧室充填的变换(气体变换)通过换气阀24、26控制，它们由致动器28、30与活塞18的运动同步地在内燃机10的工作循环中操纵。对于致动器28、30一般涉及一个或多个凸轮轴的凸轮，它们被与活塞运动同步地驱动。
排气系统22具有未示出的废气再处理部件以及至少一个作为氧气敏感的过量空气系数传感器实现的废气探头36。废气探头36在一种设计方案中作为用于由燃料和空气组成的燃烧室充填的成分调节的调节感应器。
内燃机10由控制器38控制，它为此处理废气传感器36的信号S_36和转速传感器40的信号S_40、驾驶员意愿传感器42的信号S_42以及其它的运行参数如温度、吸入的新鲜空气质量等的传感器的信号。控制器38由这些信号构造喷射器12的控制信号S_12、或许存在的火花塞16的信号S_16以及或许其它在图1中未示出、在现代的内燃机中存在并且被因此被专业人员熟知的执行机构的控制信号。转速传感器40在一种设计方案中扫描与内燃机的轴相耦连的传感轮的铁磁性的标记，这样内燃机的运转不平稳性作为轴的旋转不规律性反映在信号S_40中。控制器38由该信号构造运转不平稳性特征。
在一种优选的设计方案中，运转不平稳性特征的构造按照由DE 195 217 218 A1公开的方法进行。
在这种方法中转速传感器40提供包括区段脉冲的转速信号S_40。每两个区段脉冲确定一个区段，特别是曲轴角度区段或者凸轮轴角度区段。转速信号S_40利用至少两个具有不同频率的过滤机构过滤，这样从过滤过的转速信号出发可确定至少两个频率特殊的运转平稳性实际值。
此外控制器38设置用于、特别编程用于实施根据本发明的方法或者它的一种设计方案。
在一种优选的设计方案中，控制器38执行由具有独立的计算机程序产品权利要求的特征的计算机程序产品加载具有独立的计算机程序权利要求的特征的计算机程序。对计算机程序产品就此而言要理解为每个以存储的形式包含计算机程序的数据或者数据集，以及每个包含这些数据或者数据集的载体。例如这种载体是如闪速存储器、随机存取存储器和/或只读存储器的储存元件。
在下面参考图2借助在设计成奥托发动机的五缸内燃机上的应用说明本发明的方法观点的第一实施例。该方法包括三个阶段：
在第一阶段中，该五缸内燃机的所有气缸基本上分别利用预先规定的第一空气-燃料-混合物运行。这个第一空气-燃料-混合物例如在均衡运行中具有λZ＝1的过量空气系数，这样所有的气缸利用这个过量空气系数运行。
图2示出了过量空气系数在第二阶段中的调整(Vertrimmung)，在该阶段中所有气缸单独的过量空气系数λZ1...Z5以预先规定的方式与内燃机的全局的过量空气系数λMotor＝1.0偏离(量调整)。在该实施例中三个气缸Z1、Z3和Z5分别利用相对第一空气-燃料-混合物稀释10％的第二空气-燃料-混合物运行。在初始值λZ1...Z5＝1.0稀释10％时，三个气缸Z1、Z3和Z5由此具有λZ1＝λZ3＝λZ5＝0.9的过量空气系数。与稀释的气缸Z1、Z3和Z5并行地，两个气缸Z2和Z4有针对性地利用相对第一空气-燃料-混合物加浓的第三空气-燃料-混合物运行，以平衡稀释的第二空气-燃料-混合物的过量空气系数。在该实施例中，气缸Z2和Z4分别利用加浓15％的燃料/空气混合物，即过量空气系数λZ2＝λZ4＝1.15运行。由此内燃机10尽管总体上实现预先规定的λMotor＝1.0的过量空气系数，但是燃烧室特有的、气缸单独的过量空气系数λZ1...Z5与这个值偏差10％或者15％。加浓的混合物用于使所有燃烧室的空气-燃料-比例λMotor在总和上保持恒定。气缸Z1、Z3和Z5的有针对性的稀释可以确定喷射量的偏差和气缸Z1、Z3和Z5的故障。实现的调整分别优选通过跳跃式地调节过量空气系数产生。
在第三阶段中，检测所有气缸的运转不平稳性特征M1...M5并且将利用稀释的第二空气-燃料-混合物运行的气缸Z1、Z3和Z5的运转不平稳性特征M1、M3和M5互相比较，以检测偏差并且接着进行补偿。对第三阶段说明两种变型方案。
在第一变型方案中，为了检测和分析运转不平稳性特征，所有三个气缸Z1、Z3和Z5通过稀释达到稀薄运行(λZ1＝λZ3＝λZ5＝0.9≤1)。
在第一步骤中，将具有稀释的空气-燃料-混合物的气缸Z1、Z3和Z5的运转不平稳性特征M1、M3和M5互相比较，以识别出具有过量空气系数错误的气缸。在此分别检查，一个气缸的运转不平稳性特征是否与其它两个气缸的运转不平稳性特征偏差多于确定的门限值距离。如果是这种情况，则可以推断出过量空气系数错误。在此首先考虑喷射的量错误，特别是量多错误和量少错误。
在第二步骤中求出并补偿喷射的量错误。在稀薄运行中，气缸的运转不平稳性特征M1、M3和M5与相应的燃料喷射量和由此产生的气缸特有的扭矩相关联。通过检测运转不平稳性特征M1、M3和M5可以推断出实际实现的气缸特有的扭矩。通过预先规定的喷射量可以计算出气缸特有的理论扭矩。通过实际扭矩和理论扭矩的比较可以求出存在的偏差量。那么从运转不平稳性特征M1、M3和M5出发特别是可以求出，是否在气缸中引入了预先规定的燃料喷射量或者没有。典型地在太小的气缸特有的扭矩的情况下存在所谓的量少错误，也就是说燃料喷射量相对规定的太低了。相反在太高的气缸特有的扭矩的情况下典型地存在量多错误，也就是说燃料喷射量相对理论值太高了。
过量空气系数错误被校正，方法是涉及的气缸的喷射量相应地匹配，直到运转不平稳性偏差相对其它气缸的第二空气-燃料-混合物的过量空气系数不再处于超过门限值。在此也可以将其它气缸的过量空气系数在校正作用时使用。特别是先前加浓的第三空气-燃料-混合物可以相应地稀释，并且无故障的先前稀释的气缸也可以重新对应地加浓，这样内燃机总体利用预先规定的第一过量空气系数运行。所有气缸特有与预先规定的内燃机的全局的过量空气系数λMotor的偏差应偏离得尽可能少是重要的，以防止提高燃料消耗和提高有害物排放。
逐渐地使所有的气缸互相均等，方法是例如首先气缸1和2，然后3和4，并且继续均等，直到检测到所有气缸的均等。
图3示出了有针对性地稀释的气缸Z1、Z3和Z5的运转不平稳性特征M1、M3和M5以及有针对性地加浓的气缸Z2和Z4的运转不平稳性特征M2和M4的图形。Y轴的值体现运转不平稳性特征，它至少在稀薄运行中与相应的气缸的扭矩相关联。稀薄范围对应Y值＞0，加浓范围对应Y值＜0。在第二实施例中同样稀释气缸Z1、Z3和Z5，不过通过稀释只有气缸Z1和Z3达到了稀薄运行，而气缸Z5尽管稀释过仍然保留在均衡运行中。气缸Z2和Z4的混合物被相应地加浓。
在第一步骤中，将利用稀释的空气-燃料-混合物运行的气缸Z1、Z3和Z5的运转不平稳性特征互相比较，以识别出具有过量空气系数错误的气缸。在本例中稀释的气缸Z5的运转不平稳性特征M5明显与稀释的气缸Z1和Z3的运转不平稳性特征M1和M3不同。气缸Z5尽管稀释还处在均衡的区域中，也就是说，用于稀释的作用至少非常明显地保持没有效果，并且实际的气缸特有的扭矩保持恒定或者只改变很少。实际的气缸特有的扭矩由此明显与基于减小的喷射量预计的理论扭矩不同。这对应量多错误的存在，此时稀释对明显的扭矩改变仍然是不足够的。
在第二步骤中，校正作用借助于调节进行，直到偏差不再高于预先规定的门限值。这里气缸特有的与预先规定的全局的过量空气系数λMotor的偏差的调节也可以在校正作用的框架下重新最小化。
图4示出了五缸发动机的运转不平稳性值M1、M2、M3、M4和M5的模型的第二例子的图形。运转不平稳性特征M1与其余的运转不平稳性特征M2至M5明显偏离并且就此而言显示出错误特性。当前存在太小的扭矩的运转不平稳性特征M1，也就是说喷射量太低了。存在量少错误。因此配属的气缸Z1的喷射量通过调节相应地提高。
当然可以考虑，在内燃机的气缸中的混合物的稀释或者加浓不仅用于获得气缸特有的过量空气系数λZ＝1，而且用于实现其它的气缸特有的过量空气系数。为了调节，可以在内燃机的整体上均衡的或者稀薄的运行中预先规定任意的全局的过量空气系数λMotor，气缸特有的过量空气系数要匹配到它上面。
本方法由此可以，识别出不同的燃烧室特有的空气-燃料-比例并且平衡超出了可预先规定的门限值的、特定气缸的燃烧室特有的过量空气系数与其它在稀薄运行中运行的气缸的燃烧室特有的过量空气系数的偏差。
Claims (10)
1.用于识别和/或用于平衡内燃机、特别是奥托发动机的多个燃烧室(Z1...Z5)之间的燃烧室特有的空气-燃料-比例(λZ1...λZ5)的差别的方法，其中所述差别通过分析燃烧室特有的运转不平稳性特征(M1...M5)求出，其特征在于，
-在第一阶段中，燃烧室(Z1...Z5)基本上分别利用可预先规定的第一空气-燃料-混合物运行，
-在第二阶段中，至少其中两个燃烧室(Z1、Z3、Z5)分别利用相对第一空气-燃料-混合物稀释的第二空气-燃料-混合物运行，并且至少一个另外的燃烧室(Z2、Z4)分别利用相对第一空气-燃料-混合物加浓的第三空气-燃料-混合物运行，
-在第三阶段中，将利用稀释的第二空气-燃料-混合物运行的燃烧室(Z1、Z3、Z5)的运转不平稳性特征互相比较，和/或在至少一个燃烧室(Z1、Z3、Z5)中的稀释的第二空气-燃料-混合物这样改变，使得多个燃烧室(Z1、Z3、Z5)的稀释的第二空气-燃料-混合物之间的差别不超出门限值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一空气-燃料-混合物基本上具有λZ＝1的过量空气系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一空气-燃料-混合物基本上具有λZ＜1.0的过量空气系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一空气-燃料-混合物基本上具有λZ＞1.0的过量空气系数。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，同时随着至少一个稀释的第二空气-燃料-混合物的改变，相应地反向改变加浓的第三空气-燃料-混合物，这样实现整个内燃机的可预先规定的全局的过量空气系数λMotor。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述内燃机利用全局的过量空气系数λMotor＝1.0运行。
7.用于识别和/或用于平衡内燃机、特别是奥托发动机的多个燃烧室(Z1...Z5)之间的燃烧室特有的空气-燃料-比例(λZ1...λZ5)的差别的控制器(38)，其中它设置用于通过分析燃烧室特有的运转不平稳性特征(M1...M5)求出所述差别，其特征在于，所述控制器(38)设置用于，
-在第一阶段中，燃烧室(Z1...Z5)基本上分别利用可预先规定的第一空气-燃料-混合物运行，
-在第二阶段中，至少其中两个燃烧室(Z1、Z3、Z5)分别利用相对第一空气-燃料-混合物稀释的第二空气-燃料-混合物运行，并且至少一个另外的燃烧室(Z2、Z4)分别利用相对第一空气-燃料-混合物加浓的第三空气-燃料-混合物运行，
-在第三阶段中，将利用稀释的第二空气-燃料-混合物运行的燃烧室(Z1、Z3、Z5)的运转不平稳性特征(M1...M5)互相比较，和/或在至少一个燃烧室(Z1、Z3、Z5)中的稀释的第二空气-燃料-混合物这样改变，使得多个燃烧室(Z1、Z3、Z5)的稀释的第二空气-燃料-混合物之间的差别不超出门限值。
8.根据权利要求7所述的控制器(38)，其特征在于，所述控制器设置用于实施根据权利要求2至6中任意一项所述的方法。
9.计算机程序，它能在计算机、特别是微型处理器上运行，其特征在于，所述计算机程序对于实施根据权利要求1至6中任意一项所述的方法编程。
10.具有根据权利要求9前序部分的计算机程序的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品具有机器可读形式的具有权利要求9的特征的计算机程序。
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