CN102245885B - 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(1)的控制和调节方法，在其中，通过计算轨道压力(pCR)的调节偏差并且借助于调节偏差通过压力调节器确定用于操控调节对象的PWM信号(PWM)的方法，在正常操作中调节轨道压力(pCR)，在其中如果轨道压力(pCR)超过限值，则识别出卸载，并且在其中通过将PWM信号(PWM)通过PWM预设临时地设置到相对于正常操作提高了的PWM值上的方法，利用卸载的识别来控制轨道压力。本发明的特征在于，用于激活临时的PWM预设的限值依赖于确定功率的信号的梯度进行计算。

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，在正常操作中调节轨道压力，并且利用卸载的识别从调节操作转换到控制操作，其中在控制操作中，将用于作用调节对象(Regelstrecke)的PWM信号临时地设置到相对于正常操作提高了的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，燃料通过喷射器喷入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，所以调节该压力水平。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。在高压调节回路中，轨道中的压力水平对应于调节量。轨道的所测得的压力值通过过滤器变换为实际的轨道压力，并且与理论轨道压力比较。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具有单位升/分钟的体积流量。调整信号在电气上实施成带有恒定频率(例如50Hz)的PWM信号。之前所描述的高压调节回路从文件DE 103 30 466 B3已知。
由于高动态性，卸载在调节技术上是难以控制的过程，这是因为在卸载之后，轨道压力能以直到4000巴/秒的压力梯度上升。通过被动的限压阀(其在1950巴的轨道压力时打开)保护共轨系统免受不允许的高的轨道压力。例如如果内燃机稳定地在1800巴的恒定的轨道压力下操作并且实现了完全的卸载，那么直至限压阀的响应的时间段为37.5ms。
为了改善压力的调节的可靠性，文件DE 10 2005 029 138 B3提出，在卸载的识别之后从调节操作转换到控制操作。在控制操作中，用于操控吸入节流阀的PWM信号临时地通过阶梯函数设置到提高了的PWM值上，由此吸入节流阀的关闭过程加速，并且很少的燃料输送到轨道中。在经过受时间控制的阶梯函数之后，然后再次返回到调节操作中。卸载由此识别，即实际轨道压力超过固定的限值。所示出的方法在完全卸载(即发电机负载从100%减小到0%)时证明可行。
然而在实践中确定，在部分卸载时该方法还不是最优的。如果仅个别的电消耗器不工作，那么存在部分卸载。在不利的情况中，在轨道中出现压力波动，这被由此引起，即利用临时的PWM预设多次相继从调节操作转换到控制操作中。
发明内容
基于在文件DE 10 2005 029 138 B3中所描述的临时的PWM预设，本发明的目的在于，在部分卸载时优化压力调节。
本目的通过根据本发明的方法来实现。
该优化在于，用于激活临时的PWM预设的限值依赖于确定功率的信号的梯度来计算。在此，确定功率的信号对应于理论转速、理论力矩或者理论喷射量。理论转速也可对应于加速踏板位置。作为对卸载的量的计量，例如使用理论力矩的梯度。该值下降的越块，负载降低地越多。本发明即基于如下认识，即在卸载时首先实现确定功率的信号的下降，并且轨道压力才时间延迟地升高。限值通过自身的特性曲线确定，其以如下形式实施，即在完全卸载时调整较低的限值，而与之相反在部分卸载时调整更高的限值。
根据本发明的方法设置为对从文件DE 10 2005 029 138 B3中已知的方法的补充。有利的是，排除了在部分卸载时的轨道压力的波动的原因。因此，轨道压力示出更均匀的变化曲线。不仅在完全卸载时，而且在部分卸载时，在同时稳定的轨道压力的情况下阻止被动的过压阀的无意的打开。作为纯软件解决方案，意即附加的传感器或者在电子式马达控制器处的改变不是必需的，本发明的转化几乎是费用适中的。
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示出用于确定操控信号的方框图，
图4示出用于确定限值的特性曲线，
图5示出作为时间图表的卸载，并且
图6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。内燃机1驱动未示出的应急电机(Notstromaggregat)。共轨系统包括作为机械构件的用于输送来自于油箱2的燃料的低压泵3、用于影响体积流量的吸入节流阀4、高压油泵5、轨道4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，例如代表油温或者燃料温度。电子式马达控制器9的所示出的输出量为用于操控吸入节流阀4的PWM信号PMW、用于操控喷射器8的表征喷射的信号INJ和量AUS。表征喷射的信号INJ代表喷射开始、喷射周期和喷射结束。量AUS代表用于控制内燃机1的另外的调节信号，例如用于操控AGR阀的调整信号。所示出的共轨系统当然也可实施成带有单个存储器的共轨系统。在这种情况中，单个存储器集成在喷射器8中，其中，那么单个存储器压力pE为电子式马达控制器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。调节回路的输入量为理论轨道压力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，通过第一过滤器15确定第一实际轨道压力pCR1(IST)。它在求和点A处与理论轨道压力pCR(SL)相比较，由此产生调节偏差ep。压力调节器10由调节偏差ep计算调整量。调整量对应于体积流量qV1，其物理学单位为升/分钟。优化地设置成，算得的理论消耗被加到体积流量qV1。体积流量qV1然后通过限制部11限定。限制部11可实施成依赖于转速，输入量nMOT。限制部11的输出量为体积流量qV2。如果体积流量qV1的值位于允许的范围中，则体积流量qV2的值等于体积流量qV1的值。通过计算部12，体积流量qV2换算成PWM信号PWM1。PWM信号PWM1在此示出接通持续时间，并且频率fPWM对应于例如50Hz的频率。在换算时，同时考虑操作电压和燃料预压的波动。PWM信号PWM1为开关13的第一输入量。开关13的第二输入量为PWM信号PWM2。开关13通过功能块17借助于调整信号SZ进行操控。开关13的输出信号PWM根据开关13的位置对应于信号PWM1或者信号PWM2。然后，利用PWM信号PWM作用吸入节流阀的励磁线圈。由此，改变磁芯的行程，由此自由地影响高压泵地输送流量。高压泵、吸入节流阀和轨道对应于调节对象14。从轨道，通过喷射器引出消耗体积流量qV3。因此调节回路闭合。
该调节回路通过临时的PWM预设进行补充，其包括用于计算第二实际轨道压力pCR2(IST)的第二过滤器16和用于确定调整信号SZ的功能块17。第二过滤器16具有比第一过滤器15基本上更小的时间常数。功能块17在图3中示出，并且与图3相联系地进行解释。功能块17的输入量为理论力矩MSL、理论喷射量QSL和理论转速nSL。由此，确定功率的信号对应于理论力矩MSL或者理论喷射量QSL或者理论转速nSL。代替理论转速nSL，也可使用加速踏板位置。在调节操作中，开关13位于位置a中。在位置a中，用于作用调节对象14的PWM信号由压力调节器10来确定。如果第二实际轨道压力pCR2(IST)超过限值，那么功能块17改变调整信号SZ的信号电平，由此开关13转向到位置b中。在位置b中，通过PWM预设18临时地输出相对于正常操作提高的PWM值PWM2。换言之：从调节操作转换到控制操作。临时的PWM预设可实施成(如所示出的)阶梯状，其具有分别例如10ms的第一和第二时间滞后(Zeitstufe)。在经过该时间段之后，开关13然后变换回到位置a中。因此，再次设置成调节操作。 
图3示出用于确定调整信号SZ的功能块17，利用调整信号SZ确定开关13的位置。输入量为理论力矩MSL、理论喷射量QSL和理论转速nSL。输出量为调整信号SZ。通过信号S1确定，三个输入信号中的哪一个用于确定限值(选择部19)。同样地，通过信号S1确定，三个特性曲线21中的哪一个被激活。另外的描述例如借助于理论力矩MSL来实现。通过计算部20确定理论力矩MSL的梯度GRAD，并且通过特性曲线21，限值GW关联梯度GRAD。特性曲线21在图4中示出，并且与之相联系地进行解释。通过比较器25，限值GW与第二实际轨道压力pCR2(IST)彼此进行比较。如果第二轨道压力pCR2(IST)超过限值GW，那么设置调整信号SZ，由此开关13转换到位置b中。在位置b中，临时的PWM预设，即控制操作被激活。
在图4中示出三个特性曲线21中的一个，这里是作为输入量的理论力矩。在横坐标上描绘梯度GRAD(单位Nm/s)。在纵坐标上描绘限值GW(单位巴)。特性曲线21由平行于横坐标的第一直线分段22，具有正斜率的第二直线分段23和平行于横坐标的第三直线分段24组成。本发明的基本构思为，通过特性曲线21可变地设计限值GW。如果在卸载时降低高的负载，那么产生理论力矩MSL的非常高的负梯度GRAD(GRAD < -60000 Nm/s)。因此通过第一直线分段22计算限值GW，其仅略微处于1800巴的最大的稳定的轨道压力之上，这里为：1840 巴。由此避免太晚激活临时的PWM提高，并且被动的限压阀在1950 巴的轨道压力时响应。与之相反如果在卸载时下降小的直至中等的负载，那么产生理论力矩MSL的小的负梯度GRAD(0>GRAD>-25000 Nm/s)。因此，通过第三直线分段24计算GW=1970 巴的限值，使得临时的PWM提高的激活在没有作用的情况下保持。如果下降中等的负载，那么产生中等的梯度GRAD(-60000<GRAD<-25000 Nm/s)，通过第二直线分段23对应的限值关联该梯度。例如，梯度GRAD=-43000 Nm/s通过在第二直线分段23上的工况点A分派有GW=1900 巴的限值。
图5示出作为时间图表的卸载。图5由子图5A至5C组成。图5A示出理论力矩MSL关于时间的变化曲线。图5B示出作为虚线的理论轨道压力pCR(SL)关于时间的变化曲线以及轨道压力pCR(原始值)关于时间的变化曲线。图5C示出PWM信号PWM关于时间的变化曲线。在图5B和图5C中，实线表示根据现有技术的变化曲线，而与之相反，虚线表示根据本发明的变化曲线。从100%负载到50%负载的卸载作为另外的观测的基础。
根据现有技术的方法的流程如下：
在时间点t1后理论力矩MSL从10000 Nm减小到5000 Nm。因为理论轨道压力pCR(SL)通过特性场依赖于理论力矩MSL和理论转速进行计算，所以在时间点t1后理论轨道压力pCR(SL)从1800 巴降低到1750 巴(图5B)。在卸载后，轨道压力pCR升高。根据增加的负调节偏差(图2: ep)，在图5C中的时间范围t1/t2中压力调节器计算增大的PWM信号。通过增大的PWM信号PWM在闭合方向上操纵吸入节流阀。至时间点t2，轨道压力pCR超过固定的限值GW=1840 巴，由此，从调节操作转换到控制操作。通过将PWM信号在两个时间滞后的过程期间首先提高到100%并且然后到50%的接通持续时间的方法，在控制操作中激活临时的PWM提高。作为临时的PWM提高的结果，轨道压力pCR再次下降，而且(und zwar)直到大约1650 巴。因此，调节偏差升高直到大约100 巴。如果轨道压力pCR下降到理论轨道压力pCR(SL)之下，那么临时的PWM提高的时间滞后已经结束，使得调节操作再次激活。作为产生的正调节偏差的结果，PWM接通持续时间在时间点t3后下降到4%的最小值。吸入节流阀现在再次完全地打开，使得轨道压力pCR大幅度升高。因为理论轨道压力pCR(SL)在50%负载时仅处于在100%负载时的理论轨道压力的下方50巴，所以轨道压力pCR在过冲时(时间段t4/t5)再次达到1840 巴的限值GW。因此，至时间点t5重新转换到控制操作中并且激活临时的PWM提高。作为结果，轨道压力pCR再次下降。如从图5B中通过轨道压力pCR(实线)所清晰可见的，临时的PWM提高的多次激活引起轨道压力pCR的相应的压力波动。
根据本发明的方法的流程如下：
由理论力矩MSL的变化曲线计算梯度GRAD。在该示例中，通过特性曲线21，1900 巴的限值关联算得的梯度GRAD。该限值在图5B标明为平行于时间轴的线26。轨道压力pCR保持在该限值之下，使得临时的PWM提高不被激活。因此，保持在调节操作中。根据起初增加的调节偏差，发出22%的最大的PWM值，这意味着，吸入节流阀完全关闭。如在图5B中所示出的，轨道压力pCR(虚线)这次无波动地接近理论轨道压力pCR(SL)。
图6示出方法的减少了的程序流程图。在该方法开始时，调节操作激活。在S1中，读入理论轨道压力pCR(SL)和第一实际轨道压力pCR1(IST)并且在S2中计算调节偏差ep。根据调节偏差ep，压力调节器确定它的调整量(其转化为PWM信号PWM1)，S3。然后利用该信号作用调节对象，这是因为开关(图2:13)位于位置a中。因此PWM=PWM1起作用，S4。在S5中，计算确定功率的信号的梯度GRAD。确定功率的信号对应于理论力矩MSL、理论喷射量QSL、或者理论转速nSL。理论力矩MSL和理论喷射量QSL对应于转速调节回路的调整量。然后在S6中，通过所选取的特性曲线(图4:21)确定可变的限值GW。在此之后，在S7中询问，第二实际轨道压力pCR2(IST)是否大于/等于限值GW。如果不是这种情况，询问结果S7:否，在S9中调节操作保持激活并且PWM信号如之前一样对应于值PWM1。那么程序流程结束。与之相反，如果在S7中确定，第二实际轨道压力pCR2(IST)大于/等于限值，询问结果S7:是，那么在S8中转换到控制操作并且激活临时的PWM提高，在此期间，PWM信号PWM对应于信号PWM2。在此之后，程序流程结束。
参考标识
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  开关
14  调节对象
15  第一过滤器
16  第二过滤器
17  功能块
18  PWM预设
19  选择部
20  计算部
21  特性曲线
22  第一直线分段
23  第二直线分段
24  第三直线分段
25  比较器
26  限值

Claims (5)

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，通过计算轨道压力(pCR)的调节偏差(ep)并且借助于所述调节偏差(ep)通过压力调节器(10)确定用于操控调节对象(14)的PWM信号(PWM)的方法，在正常操作中调节所述轨道压力(pCR)，在其中如果所述轨道压力(pCR)超过限值(GW)，则识别出卸载，并且在其中通过将所述PWM信号(PWM)通过PWM预设(18)临时地设置到相对于正常操作提高的PWM值(PWM2)的方法，利用卸载的识别来控制所述轨道压力(pCR)，其特征在于，用于激活所述临时的PWM预设的所述限值(GW)依赖于确定功率的信号的梯度(GRAD)进行计算。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限值(GW)通过可选取的特性曲线(21)来确定。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定功率的信号对应于理论力矩(MSL)、理论喷射量(QSL)或者理论转速(nSL)。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述理论力矩(MSL)或者所述理论喷射量(QSL)在转速调节回路中作为调整量被确定。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述理论转速(nSL)对应于加速踏板位置。
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