CN102245884B - 用于带有共轨系统的内燃机的控制和调节方法 - Google Patents

用于带有共轨系统的内燃机的控制和调节方法 Download PDF

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Abstract

提出一种用于带有共轨系统的内燃机的控制和调节方法，在其中在正常操作中通过如下方法调节轨道压力，即，通过第一过滤器由轨道压力确定第一实际轨道压力，由理论轨道压力以及第一实际轨道压力计算调节偏差，通过压力调节器由调节偏差计算调整量并且依赖于该调整量确定带有第一PWM频率(f1)的PWM信号用于操控调节对象，在其中第二实际轨道压力(pCR2(IST))通过第二过滤器来确定，如果第二实际轨道压力(pCR2(IST))超过第一极限值(GW1)，则识别出卸载，在超出第一极限值(GW1)的情况下PWM信号从第一PWM频率(f1)转换到第二PWM频率(f2)上，并且在其中在超出第二极限值的情况下通过将PWM信号临时设置到相对正常操作提高了的PWM值上来控制轨道压力。

Description

用于带有共轨系统的内燃机的控制和调节方法
技术领域
本发明涉及用于带有共轨系统的内燃机的控制和调节方法，在其中在正常操作中轨道压力被调节且在识别出卸载(Lastabwurf)的情况下从调节操作变换到控制操作中，其中，在控制操作中用于作用调节对象的PWM信号被临时设置到相对正常操作被提高的PWM值上。
背景技术
在共轨系统中，高压泵将燃料从燃料箱输送到轨道中。通向高压泵的入口横截面通过可变的吸入节流阀来确定。在轨道处联接有喷射器，通过喷射器将燃料喷射到内燃机的燃烧室中。因为燃烧的品质决定性地取决于轨道中的压力水平，所以压力水平被调节。高压调节回路包括压力调节器、带有高压泵的吸入节流阀和作为调节对象的轨道以及在反馈支路中的过滤器。在该高压调节回路中，轨道中的压力水平对应于调节量。轨道的测得的压力值通过过滤器被变换为实际轨道压力且与理论轨道压力相比较。由此得出的调节偏差然后通过压力调节器变换为用于吸入节流阀的调整信号。调整信号例如对应于带有单位升/分钟的体积流量。典型地，该调整信号在电气上实施成带有恒定的频率(例如50Hz)的PWM信号(经脉宽调制)。前面所描述的高压调节回路从文件DE 103 30 466 B3中已知。
由于高动态性，卸载在调节技术上是一个难以控制的过程，因此在卸载之后轨道压力能以直至4000巴/秒的压力梯度上升。例如如果内燃机在1800巴的静止的轨道压力的情况下进行操作且PWM频率为50Hz(对应于20ms的周期时间)，则在通过改变PWM信号反作用于卸载之前轨道压力可直至上升80巴。困难地是，对于不同的时刻(即异步地)实现压力信号探测、调整量计算和PWM信号的发出。在最不利的情况中，得出的死区时间可以为直至两个PWM周期。该死区时间是重要的，这是因为最大的轨道压力通过被动的限压阀来限制，限压阀例如在1950巴时打开。
为了改进在卸载时压力调节的安全性，文件DE 10 2005 029 138 B3提出从调节操作变换到控制操作中。在控制操作中，用于操控吸入节流阀的PWM信号临时通过阶梯函数被设置到被提高的PWM值上，由此加速吸入节流阀的关闭过程。
为了改进在较大的理论值跳跃的情况下的动力，文件DE 40 20 654 A1提出PWM信号的脉冲端或PWM信号的频率跟踪理论值和实际值的当前发展。然而，该方法的基本前提是PWM信号和理论-实际值探测的时间同步的开始。对于共轨系统中的压力调节而言不考虑该方法，这是因为此处压力调节和PWM信号的异步是惯例。此外，在卸载的情况下由于较高的压力梯度，在技术上不可体现频率跟踪(在带有紧接着的频率降低的频率提高的意义上)。
为了减小轨道中由吸入节流阀所激励的压力波动，文件DE 103 30 466 B3设置有PWM信号的频率转换。为此，由两次喷射的角度间隔和PWM信号的频率计算关键的马达转速，在其中PWM信号的频率和喷射的频率几乎相等且由此限定转速范围。如果马达转速经历过该转速范围，则PWM信号从第一频率(例如100Hz)转换到第二频率(例如120Hz)上。通过该频率转换，在围绕关键转速的范围中高压调节回路被稳定。
发明内容
基于在文件DE 10 2005 029 138 B3中所描述的在卸载的情况下临时的PWM预设，本发明的目的在于，进一步优化在卸载的情况下的压力调节。
该目的通过根据本发明的方法来实现。
如在文件DE 10 2005 029 138 B3中所示出的，通过第一过滤器计算第一实际轨道压力且由此计算调节偏差。同时，通过更快的第二过滤器计算第二实际轨道压力。此时，卸载在如下情况被识别出，即，第二实际轨道压力超过第一极限值。在识别出卸载的情况下，然后PWM信号从第一频率(例如50Hz)转换到显著更高的第二频率(例如500Hz)上。如果其后第二实际轨道压力超过第二极限值，则被变换到带有临时的PWM预设的控制操作中。由于显著更高的PWM频率，临时的PWM预设更早起作用。优化即在于，在识别出卸载与发出PWM信号之间的死区时间缩短，具有在卸载之后轨道压力过冲(Ueberschwingen)明显降低的优点。
当第二实际轨道压力再次低于降低了滞后值(Hysteresewert)的第一极限值时，该功能被停止。在该功能结束的情况下，然后PWM信号从第二频率再次转换回到较低的第一频率上。因为较高的PWM频率仅在较短的时间段期间被设置，所以在电子式马达控制器中开关晶体管的功率损耗和热量产生保持在由半导体生产商所规定的规程内。
附图说明
在附图中示出优选的实施例。其中：
图1 示出系统图，
图2 示出作为方框图的高压调节回路，
图3 示出作为时间图表的卸载，
图4示出状态图以及
图5示出程序流程图。
具体实施方式
图1示出带有共轨系统的电子控制的内燃机1的系统图。共轨系统包括作为机械组件的用于输送来自油箱2的燃料的低压泵3、用于影响体积流量的吸入节流阀4、高压泵5、轨道6和用于将燃料喷射到内燃机1的燃烧室中的喷射器8。
内燃机1通过电子式马达控制器9(ECU)来控制。在图1中，示意性示出作为电子式马达控制器9的输入量的轨道压力pCR(其通过压力传感器7来探测)、马达转速nMOT和量EIN。量EIN代表另外的输入信号，例如油温或燃料温度的输入信号。电子式马达控制器9的示出的输出量是用于操控吸入节流阀4的PWM信号PWM、用于操控喷射器8的决定功率的信号ve和量AUS。决定功率的信号ve指示喷射开始和喷射持续时间。量AUS代表用于控制内燃机1的另外的调整信号，例如用于操控AGR阀的调整信号。示出的共轨系统当然也可实施成带有单个存储装置的共轨系统。在该情况下，单个存储装置集成在喷射器8中，其中，那么单个存储装置压力pE是电子式马达控制器9的另一输入信号。
图2作为方框图示出用于调节轨道压力的高压调节回路。输入量对应于理论轨道压力pCR(SL)。输出量对应于轨道压力pCR的原始值。由轨道压力pCR的原始值，借助于第一过滤器15确定第一实际轨道压力pCR1(IST)。它在求和点A处与理论值pCR(SL)相比较，由此产生调节偏差ep。由调节偏差ep，借助于压力调节器10计算调整量。调整量对应于体积流量qV1。该体积流量的物理学单位是升/分钟。可选地设置成算得的理论消耗被加至体积流量qV1。体积流量qV1对应于对限制部11的输入量。限制部11可实施成依赖于转速(输入量nMOT)。其后，限制部11的输出量qV2在计算部12中被换算为PWM信号PWM1。在此，PWM信号PWM1示出接通持续时间且频率fPWM对应于例如50Hz的频率(周期时间为20ms)。在换算中，操作电压和燃料预压力的波动被一起考虑。PWM信号PWM1是第一开关13的输入量。第一开关13的第二输入量是PWM信号PWM2。第一开关13的输出信号PWM根据位置对应于信号PWM1或PWM2。然后，利用该PWM信号PWM作用吸入节流阀的励磁线圈。由此，磁芯的行程被改变，由此高压泵的输送流量自由地(frei)受影响。高压泵、吸入节流阀和轨道对应于调节对象14。从轨道6，通过喷射器8引出消耗体积流量qV3。因此，调节回路关闭。
该调节回路通过临时的PWM预设来补充，如该预设从文件DE 10 2005 029 138 B3中所已知的。临时的PWM预设的元件是用于计算第二实际轨道压力pCR2(IST)的第二过滤器17、用于确定信号SZ1以操控第一开关13的功能块18以及PWM预设16。在调节操作中，第一开关13位于位置a中，也就是说由压力调节器10算得的调整量qV1被限制、转化为PWM信号PWM1且由此作用调节对象14。如果第二实际轨道压力pCR2(IST)超过极限值(此处：第二极限值GW2)，则功能块18改变信号SZ1的信号电平，由此第一开关13转向到位置b中。在位置b中，通过PWM预设16临时发出相对正常操作提高了的PWM值PWM2。换言之：从调节操作变换到控制操作中。临时的PWM预设可实施成(如所示出的)阶梯状。在可预定的时间段结束之后，第一开关13然后又变换回到位置a中。因此，又被设置为调节操作。
在实际的操作中，PWM信号由相应的驱动程序软件装备有较低的PWM频率fPWM，例如50Hz。因此，PWM值可在20ms时间光栅中被更新。通过较低的PWM频率可实现：首先吸入节流阀的节流板运动，即能够仅克服滑动摩擦，且其次在电子式马达控制器中开关晶体管的功率损耗保持在规程内。压力调节器10由带有恒定的采样时间的马达软件来计算。如果压力调节器10识别出量上增大的调节偏差ep，则可以是PWM周期最近才开始。因此，新的提高的PWM接通持续时间可在下一PWM周期开始时才被设置，即，最早在20ms时间光栅结束之后。这又意味着轨道压力pCR在当前的PWM周期期间以及到下一PWM周期开始时进一步升高。受PWM信号和压力调节器采样的异步的限制，由此形成相应的死区时间。
此处，本发明此时设置成，图2的方块图通过功能块19和第二开关2进行补充。在调节操作中，第二开关20位于位置a中，在其中第一频率f1(50Hz)确定频率fPWM。如果第二实际轨道压力pCR2(IST)超过第一极限值GW1(这在卸载时是这种情况)，则功能块19将用于操控第二开关20的操控信号SZ2设置到第二值上，由此第二开关20转向到位置b中。此时，频率fPWM对应于例如500Hz的第二频率f2。PWM信号PWM1从现在起每2ms被更新。如果第二实际轨道压力pCR2(IST)超过第二极限值GW2，则临时的PWM预设被激活。如果第二实际轨道压力pCR2(IST)低于第一极限值与滞后值的差值，则开关20又变换回到位置a中，对此PWM频率fPWM又与第一频率f1相一致。
图3示出作为时间图表的卸载。图3由子图3A至3D组成。这些图分别随时间显示：在图3A中示出第二实际轨道压力pCR2(IST)的曲线，在图3B中示出PWM信号PWM的值，在图3C中示出在根据现有技术的脉冲间隔图示中的PWM信号且在图3D中示出在根据本发明的脉冲间隔图示中的PWM信号。在图3A中示出为实线的压力曲线与图3C的PWM信号一致。在图3A中以虚线示出的压力曲线相对图3D的PWM信号一致。50Hz的第一PWM频率(其对应于20ms的时间光栅)和500Hz的第二PWM频率(其对应于2ms的时间光栅)被作为示出的示例的基础。理论轨道压力保持恒定。
根据现有技术的方法的流程如下：
在时刻t1之前，在1800巴的轨道压力的静止的状态中操作内燃机。在静止状态中，调节轨道压力。至t1时刻实现负荷的卸落，这引起轨道压力的上升。由轨道压力通过第一过滤器(图2：15)算得的第一实际轨道压力pCR1(IST)和通过第二过滤器(图2：17)算得的第二实际轨道压力pCR2(IST)相应地上升。增加的第一实际轨道压力pCR1(IST)造成量上增加的调节偏差，压力调节器将调节偏差转化为增加的PWM信号(图3B)，由此吸入节流阀在闭合方向上被移动。如果此时第二实际轨道压力pCR2(IST)至t3时刻超过第二极限值GW2(此处：1900巴，图3A中的点B)，则临时的PWM预设被激活，即从调节操作变换到控制操作中。因此，从t3时刻起PWM信号被提高到100% 20ms时长(图3B)。PWM信号的调整了的频率不变地保持在50Hz。至t3时刻，新的PWM周期恰好开始，使得PWM升高未直接变得有效。参见在图3C中放大地示出的区段。PWM升高晚20ms(即一个周期时间)至t5时刻才变得有效。图3C中的脉冲D对应于图3B中的100%的PWM值。由于死区时间，第二实际轨道压力pCR2(IST)继续上升并且以值2030巴达到其最高值。
根据本发明的方法的流程如下：
第二实际轨道压力pCR2(IST)至t2时刻超过第一极限值GW1(此处：1850巴，图3A中的点A)。在超过第一极限值GW1的情况下转换到第二PWM频率500Hz上(图3D)。至t3时刻，第二实际轨道压力pCR2(IST)然后超过第二极限值GW2(此处：1900巴，图3A中的点B)。在超过第二极限值GW2的情况下临时的PWM预设被激活，即从调节操作被变换到控制操作中。从时刻t4起，图3D中的脉冲E3对应于图3B中的100%的PWM值。直至PWM升高有效的死区时间这次同样又是一个完整的周期时间，其目前仅为2ms。总的来说，即PWM升高早18ms变得有效。作为结果，第二实际轨道压力pCR2(IST)这次仅上升到1940巴。因此，PWM频率的转换使高压过冲降低90巴。在图3A中，这利用附图标记dp示出。
当第二实际轨道压力pCR2(IST)在点C中比第一极限值GW1低了预定的滞后值pHY(例如30巴)时，PWM频率的升高被解除。作为结果，从第二频率500Hz转换到第一频率50Hz上，参见图3D至t6时刻。因为在本发明的范畴中仅在高压过冲期间(时间段t2/t6)转换到高PWM频率上，所以尽管有大量的晶体管开关过程，工作最后阶段的热量产生仍保持在允许的软件规程内。
本发明的开关逻辑在图4中示出。在静止的操作中，PWM频率fPWM被设置到第一频率f1(例如50Hz)上。如果第二实际轨道压力pCR2(IST)大于/等于第一极限值GW1，则PWM频率fPWM被设置到第二频率f2(例如500Hz)上。当比第一极限值GW1低了滞后值pHY时，那么实现反接到第一频率f1。
图5示出该方法的程序流程图。在S1中，标志符以值0被初始化且PWM信号的频率fPWM被设置到值f1(例如50Hz)上。在S2中的询问中，该标志符的值被检查。如果值是1，则经历带有步骤S6至S8的程序块。与之相反，如果标志符的值是0，则经历带有步骤S3至S5的程序块。在第一程序通道(标志符=0)的情况下，其后在S3中检查，第二实际轨道压力pCR2(IST)是否达到或超过第一极限值GW1。如果不是这种情况(询问结果S3：否)，则内燃机位于静止的状态中且程序流程在A处继续。与之相反，如果在S3中识别出卸载(询问结果S3：是)，则在S4中转换到第二频率f2(例如500Hz)上。目前，PWM值可在2ms时间光栅内被改变。随后，在S5中标志符被设置到值1上且程序流程在A处继续。
如果在S2中的询问得出标志符具有值1(询问结果S2：是)，则在S6中检查，第二实际轨道压力pCR2(IST)是否小于或等于切断界限。该切断界限被设置到第一极限值GW1与滞后值pHY的差值上。如果尚未低于该切断界限，则程序流程在A处继续。如果达到或低于该切断界限(询问结果S6：是)，则在S7中PWM信号的频率fPWM从第二频率f2转换回到第一频率f1上。随后，标志符被设置到其初始值0上(S8)，且程序流程在A处继续。
附图标记
1        内燃机
2        油箱
3        低压泵
4        吸入节流阀
5        高压泵
6        轨道
7        压力传感器(轨道)
8        喷射器
9        电子式马达控制器(ECU)
10       压力调节器
11       限制部
12       PWM信号计算部
13       第一开关
14       调节对象
15       第一过滤器
16       PWM预设
17       第二过滤器
18       功能块
19       功能块
20       第二开关

Claims (3)

1.一种用于带有共轨系统的内燃机(1)的控制和调节方法，
在其中在正常操作中进行轨道压力(pCR)的调节操作，在调节操作中，通过第一过滤器(15)由所述轨道压力(pCR)确定第一实际轨道压力(pCR1(IST))，由理论轨道压力(pCR(SL))以及所述第一实际轨道压力(pCR1(IST))计算调节偏差(ep)，通过压力调节器(10)由所述调节偏差(ep)计算调整量(qV1)并且依赖于所述调整量(qV1)确定带有第一PWM频率(f1)的PWM信号(PWM1)用于操控调节对象(14)，其特征在于，
在其中第二实际轨道压力(pCR2(IST))通过第二过滤器(17)来确定，如果第二实际轨道压力(pCR2(IST))超过第一极限值(GW1)，则识别出卸载，在超出所述第一极限值(GW1)的情况下所述PWM信号(PWM1)从所述第一PWM频率(f1)转换到第二PWM频率(f2)上，并且
在其中在超出第二极限值(GW2)的情况下，进行所述轨道压力(pCR)的控制操作，在控制操作中，将所述PWM信号(PWM1)临时设置到相对所述正常操作提高了的PWM值(PWM2)上，其中，所述第二极限值(GW2)大于所述第一极限值(GW1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在时间滞后结束之后解除带有提高了的PWM值(PWM2)的控制操作并且激活调节操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述第二实际轨道压力(pCR2(IST))比所述第一极限值(GW1)又低了滞后值(pHY)时，所述PWM信号(PWM1)从所述第二PWM频率(f2)转换到所述第一PWM频率(f1)上。
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