CN102269074B - 用于控制内燃机的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制内燃机的方法和设备，在用于控制能稀薄运行的内燃机的力矩变化曲线的方法中，内燃机包括至少一个阀冲程改变设备用于改变进气门的冲程，并且包括充气量改变设备尤其节流阀，用来改变充气量，还包括点火设备，其中，在切换阶段（t1，t2）中阀冲程改变设备改变至少一个进气门的至少一个冲程，其中，当点火角超过最大点火角时，稀薄运行阶段（Tm）开始，燃烧空气比在该稀薄运行阶段具有大于1的值。

Description

用于控制内燃机的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃机的方法。此外本发明的对象是一种计算机程序、一种电存储介质以及一种控制和调节装置。

背景技术

普遍公知结合发动机控制以提供多种运行类型和每个工作循环的多次喷射的内燃机。同样公知的是，用于降低消耗的内燃机进气门冲程的切换技术。由此可以大幅减少节气损失以及消耗，尤其是在同类的汽油机中。进气门冲程的切换尤其可以用气缸选择的执行机构完成。

特别成本低廉的是用于进气门冲程切换的系统，这些系统包括仅一个用于切换所有进气门冲程的执行器。在这些系统中，针对所有气缸的进气门冲程的切换同时进行。在这种成本优化的系统中，缺陷在于这样一些事实，即，在所有气缸同时切换时，在相继的工作循环的充气量之间出现了很大的差别。这种很大的充气量差别引发了巨大的扭矩突变，这被认为是不舒适的。

这种由于过度充气造成的提高的扭矩，可以通过在滞后的时间点的点火角的移动或通过节流阀的干预得到平衡。但在所述仅带有一个执行器的系统中，基于极大的充气量差别，无法通过在之后的时间点移动点火角来完全平衡发生的转矩突变。经由节流阀的干涉还会带来巨大的消耗缺陷。这种干预意味着，在进气管压力很低时就必须进行进气门冲程的切换。由此白白浪费了很大一部分开气势能。

发明内容

在按本发明的用于控制能稀薄运行的内燃机的力矩变化曲线的方法中，内燃机包括至少一个阀冲程改变设备用于改变至少一个进气门的至少一个冲程，并且包括充气量改变设备以用于改变充气量，还包括点火设备，其中，在切换阶段中阀冲程改变设备改变至少一个进气门的冲程，其特征在于，在所述切换阶段中将点火角提高到最大点火角并且在达到所述最大点火角之后通过降低在稀薄运行阶段中的空燃比来对要被平衡的过剩扭矩进行平衡。因此按本发明的方法具有的优点是，当点火角的移动无法完全平衡力矩突变时，除通过点火角的移动平衡力矩外，还附加地通过稀薄燃烧平衡扭矩。这样做的优点在于，也能够完全平衡由大的充气量差别引起的力矩突变。

在点火角低于可预定的界限点火角时，结束稀薄运行阶段，因此稀薄运行阶段特别短，这对尤其是NOx的低排放量尤其有利。

若可预定的界限点火角是最大点火角，此时确保了安全的燃烧，那么稀薄运行阶段就尽可能地短。因此界限点火角的选择特别适用于最小化废气排放，尤其是NOx排放。

若这样来触发充气量改变设备，使得静态出现的，也就是说，在充气量改变设备不变以及阀冲程不变时经由多个工作循环求出的充气量在切换阶段开始和结束时都是一样的，这样做具有的特别的优点在于，点火角的改变以及偏离1的空燃比λ能够被限制在一个特别短的时间段内。

若在切换阶段期间但在稀薄运行阶段之外，空燃比可以是化学计量的，那么这样做具有的特别的优点在于，废气排放量，尤其是NOx的排放量，被保持得尽可能小。

若点火角在稀薄运行阶段保持恒定，这样做具有的特别的优点在于，按本发明的方法特别简单。

若在稀薄运行阶段期间充气量改变设备改变表征充气量的参量，尤其是节流阀位置，那么稀薄运行阶段会特别的短。这样做具有的优势在于，废气排放尤其NOx会被保持得尽可能小。

若充气量改变设备在切换阶段期间改变表征充气量的参量，尤其是节流阀位置，那么这样做具有的优势在于，按本发明的方法特别简短，因而特别简单。

附图说明

接下来参考附图详细说明本发明的实施形式。附图中：

图1示意性示出带阀冲程改变设备的内燃机的燃料喷射系统；

图2是在按本发明的方法期间内燃机的表征参量的示意性变化曲线；

图3是在按本发明的方法期间内燃机的表征参量的示意性变化曲线；

图4是按本发明的方法的流程图；

图5是按本发明的方法的一种实施方式的流程图。

具体实施方式

图1表示内燃机的气缸10，带燃烧室20、活塞30，所述活塞利用连杆40与曲轴50相连。曲轴角度传感器60感知旋转的曲轴50的角度位置。有关曲轴50的角度位置的信息被转达给控制器70。

在活塞30下行运动时，以公知方式经由进气管80将待燃烧的空气吸入燃烧室20。在活塞30上行运动时，燃烧后的空气经由排气管90压出燃烧室20。经由进气管80吸入的空气的量经由充气量改变设备调整，在本实施例中充气量改变设备为节流阀100，节流阀的位置由控制器70确定。

燃料经由在实施例中直接设置在燃烧室20内的喷射阀110喷入从进气管80吸入的空气，并在燃烧室20内形成空燃混合物。但喷射阀110也可以例如安装在进气管80中。火花塞120点燃空燃混合物。控制器70通常相对曲轴50的角度位置调节喷射阀110的喷射时刻以及火花塞120的点火正时。曲轴50的角度位置在喷射时刻也被称为喷射角，曲轴50的角度位置在点火正时也被称为点火角。

λ传感器130位于排气管90中，它确定空燃比λ并转达给控制器70。NOx存储催化转换器在排气管90的走向中确保，排气中NOx的含量明显减少。

在进气管80到燃烧室20的输入管路上的进气门160经由凸轮180被凸轮轴190驱动。同样地，在排气管90到燃烧室20的输入管路上的排气门170经由凸轮182被凸轮轴190驱动。凸轮轴190与曲轴50联接。通常，曲轴50每转动两次，凸轮轴190就转动一次。凸轮180、182的大小决定了进气门160或排气门170的运动。在图1中示出了进气门160的阀冲程200。

通过一个能被控制器70触发的凸轮调整装置210，配属于进气门160的凸轮180可以在小凸轮180a和大凸轮180b之间切换。若配属于进气门160的凸轮180是小凸轮180a，那么阀冲程200比在配属于进气门160的凸轮180是大凸轮180b的情形下要小。凸轮调整装置210、小凸轮180a和大凸轮180b因此构成了一个阀冲程改变设备220。

配属于排气门170的凸轮182同样可以在小凸轮182a和大凸轮182b之间切换。可以为内燃机的每个汽缸10配设一个合适的凸轮调整装置210。但凸轮调整装置210也可以同时控制一个或所有气缸10的凸轮。

图2示出了在配属于进气门160的凸轮180从小凸轮180a切换到大凸轮180b时，内燃机的表征特性参量的特性。图中示出了凸轮调整装置210的位置N、节流阀100的位置DK、表示每个燃烧行程输送给内燃机20的空气量的充气量F、空燃比λ以及点火角ZW。

在所述方法开始时，小凸轮180a驱动进气门160，凸轮调整装置210的位置N相应地为“小”。在第一个时间点t1，控制器70这样触发凸轮调整装置210，使得进气门160被大凸轮180b驱动。这种切换过程进行得很快，通常在几（例如4）毫秒之内。在完成切换后，凸轮调整装置210的位置N为“大”。

经由进气管80输送给燃烧室20的充气量F直接在第一时间点t1后从第一充气量值F1跳到最大充气量值Fmax。这由进气门160在切换到大凸轮180b之后增大的阀冲程200引起。按照本发明，节流阀100的位置DK从位置N等于“小”的第一值DK1转换到在凸轮调整装置切换到N等于“大”之后的第二值DK2。节流阀位置DK的这种转换在第二时间点t2结束。时间间隔t2-t1例如是几百毫秒。第二节流阀位置DK2的值选择为，使充气量F在第二时间点t2之后又等于F1。因此在达到最大充气量值Fmax后，通过节流阀100缓慢的关上而使充气量在第二时间点t2不断下降到F1。

时间间隔（t1，t2）也被称为切换阶段。在切换阶段（t1，t2）期间，燃烧室20内的充气量F相对在时间点t1之前的充气量F1有所增加。这种额外的充气量在空燃混合物在内燃机20内点燃时，产生了一个额外的扭矩。按照本发明，由此减小这个额外的扭矩，即，直接在第一时间点t1之后这样来减小由喷射阀110喷射的燃料量，使得空燃比λ从第一值λ1上升到最大值λmax。同时，点火角ZW从第一点火角ZW1提高到最大点火角ZWmax。两种措施，无论是提高空燃比λ还是提高点火角ZW，都分别促使当空燃混合物在燃烧室20内燃烧时产生的扭矩减小。

为了在燃烧室20内可靠地燃烧空燃混合物，点火角ZW不应超过一定值。尤其可以根据工作点这样来选择最大点火角ZWmax的值，使这个值对应最大点火角，此时还能安全的燃烧。在最大点火角ZWmax时，也同时实现了通过空燃混合物燃烧产生的扭矩的最大程度的减小。

最大空燃比λmax选择为，使得结合所选择的最大点火角ZWmax，将用最大充气量值Fmax燃烧产生的扭矩恰好减小到扭矩在时间点t1之前的值。

在另一些时间变化曲线中，点火角ZW和空燃比λ始终选择为，使通过燃烧产生的扭矩等于在第一时间点t1之前的扭矩。按照本发明，首先将点火角保持为最大点火角ZWmax，以及使由于充气量F减少而同样减小的待平衡的过剩扭矩通过减小空燃比λ达到。在第三时间点t3，空燃比λ又减小到在第一时间点t1之前存在的值λ1。由在该时间点仍然存在的过剩充气量F产生的过剩扭矩现在单独通过点火角ZW得到平衡。在所述方法的另一些变化曲线中，从第三时间点t3到第二时间点t2，点火角ZW对应下降的过剩扭矩从ZWmax降低到ZW1。在运行区域中也可以通过点火角ZW平衡过剩的扭矩。若为了完全平衡过剩的扭矩，需要扩大点火角ZW至超过最大点火角ZWmax，因此通过提高空燃比λ达到存留的过剩扭矩。

为了避免NOx排放增加，变量λ1的值例如等于1。第一时间点t1和第三时间点t3之间的时间间隔TM被称为是稀薄运行阶段。若存在NOx存储催化转换器140，那么空燃比λ有必要具有值1，亦即化学计量的。这在按本发明的方法中由此实现，即，在滞后的时间点，例如-130°曲轴角时，通过喷射阀110实现燃料的后喷射，后喷射使空燃比λ下降到值1，但不产生额外的扭矩。这种不产生扭矩的后喷射在现有技术中例如由EP-2147205公开。

图3描述了在第二时间点，配属于进气门160的凸轮180通过凸轮调整装置210从大凸轮180b切换到小凸轮180a时，图2所示的表征参量的时间变化曲线。凸轮调整装置210的位置N在第二时间点t2从值“大”跳到值“小”。这在时间点t2突然降低了燃烧室20内的充气量F。出于这个原因，在第二时间点t2，节流阀100的位置DK最开始从第一时间点t1起这样从第二节流阀位置DK2打开至第一节流阀位置DK1，使得充气量F从第一时间点t1的第一充气量值F1在凸轮调整装置210的切换的时间点之前提高到最大充气量值Fmax，从而在凸轮调整装置210从第一位置N=“大”切换到第二位置N=“小”之后，使充气量F的大小正好减少为第一充气量值F1。

由在这期间提高的充气量F产生的提高后的扭矩在一开始伴随着第一时间点t1首先通过点火角ZW提高为第一值ZW1而开始得到平衡。若点火角达到最大点火角ZWmax，这在第三时间点t3时发生，那么空燃比λ开始上升。点火角ZW和空燃比λ分别选择为，使它们共同平衡通过相对第一充气量F1提高的充气量F产生的过剩扭矩。

这样来选择最大点火角ZWmax，使其对应允许空燃混合物可靠燃烧的最大的点火角。有利地选择λ1=1，并且第三时间点t3和第二时间点t2之间的时间间隔被称为稀薄运行阶段Tm。

图4示出了在图2所示情形下，即配属于进气门160的凸轮180从小凸轮180a切换到大凸轮180b时，按本发明的方法的流程。步骤1000象征着所述方法的开始。在接下来的步骤1010中，控制器70这样触发凸轮调整装置210，使凸轮180从小凸轮180a切换到大凸轮180b。这对应图2中的时间点t1。随后接着步骤1020。

在步骤1020中，例如借助储存在控制器70中的特性曲线族或在储存在控制器70中的模式的基础上，计算第二节流阀位置DK2。在实施例中，这样来计算DK2，使在第二时间点t2的静态充气量等于在第一时间点t1的静态充气量。同样也可能的是，这样来计算第二节流阀位置DK2，使在第二时间点t2的静态充气量偏离第一时间点t1的静态充气量，偏离幅度为可预定的充气量差。当基于在第二时间点t2改变的力矩要求而使相对第一时间点t1要求的充气量合理时，例如可以完成这一点。现在接着步骤1030。

在步骤1030中检验节流阀100的位置DK是否已经到达第二节流阀位置DK2。若如图2所示，第二节流阀位置DK2的值小于第一节流阀位置DK1的值，那么例如检验，节流阀位置DK的值是否小于或等于第二节流阀位置DK2的值。若是，则接着步骤1100，并结束按本发明的方法。这对应图2中的第二时间点t2。

在步骤1040中，节流阀100的位置DK沿第二节流阀位置DK2的方向运动。根据凸轮调整装置210的类型和凸轮调整装置210通过控制器的触发的实施方案，这可以例如通过凸轮调整装置210的位置的额定值下降一个预定的增量而发生。接下来是步骤1050。

在步骤1050中，根据第一充气量值F1和节流阀的当前位置DK，例如在特性曲线族的基础上计算目前的充气过高量和由此产生的过剩的扭矩，使得其应当通过点火角ZW和空燃比λ的变化得到平衡。此外假设，空燃比λ有值1，计算必需的点火角ZW，以便平衡过剩的扭矩。在不存在可以用来平衡过剩扭矩的点火角ZW的情况下，或在计算的点火角ZW大于最大点火角ZWmax的情况下，确定点火角ZW为最大值ZWmax。接着是步骤1060。

在步骤1060中检验点火角ZW是否等于最大点火角ZWmax。若是，则接着步骤1070。若不是，则接着步骤1080。

在步骤1070中，在调整的点火角ZW和过剩的扭矩的基础上，计算必需的空燃比λ，以便平衡过剩的扭矩。控制器70这样触发喷射阀110，使已喷入的喷射量产生所期望的空燃比λ。接着是步骤1030。

在步骤1080中可知，过剩的扭矩完全通过点火角ZW的调整得到平衡。这对应图2中在第三时间点t3和第二时间点t2之间的时间点。控制器70这样来触发被喷射阀110喷射的喷射量，使空燃比λ为1。接着是步骤1030。

图5示出了在配属于进气门160的凸轮180从大凸轮180b切换到小凸轮180a时按本发明的方法。

在步骤1000中开始本方法后紧接着就是步骤1020，在步骤1020中，这样来计算第一节流阀位置DK1的大小，使在凸轮180从大凸轮180b切换到小凸轮180a后，在时间点t1上的静态充气量和在时间点t2上相同。步骤1020的实施对应图3中的时间点t1。又可以的是，例如基于变化的力矩要求，第一时间点t1和第二时间点t2的充气量F彼此相差一个可预定的充气量差。在这种情况下，第一节流阀位置DK1选择为，使获得所期望的充气量差。接着是步骤1030。

在步骤1030中检验节流阀100的位置DK是否已到达第一节流阀位置DK1。在图3中示出的情形下检验节流阀的位置DK是否已经到达或超过第一节流阀位置DK1。若是，则进行步骤1090。若不是，则进行步骤1040。

在步骤1090中，凸轮轴的位置从值N=“大”切换到值N=“小”。这对应图3中的第二时间点t2。接着是步骤1100，随之结束所述方法。

在步骤1040中，节流阀位置DK沿第一节流阀位置DK1运动。这例如由此发生，即，控制器70提高了用于凸轮调整装置210的额定值，提高幅度为一个可预定的增量。接着是步骤1050。

步骤1050、1060、1070和1080对应图4中示出的步骤1050、1060、1070和1080。步骤1070的第一次实施对应图3中的第三时间点t3。

在按本发明的方法的结束1100之前，也可以规定，点火角ZW和空燃比λ具有在第一时间点t1占主导地位的值。这可以例如由此发生，即，相应的值在时间点t1被储存。但这例如也可以由此发生，即，在所述方法结束之前，再次执行步骤1050、1060、1070或1080。

在图4中结合图2示出的方法得出，在第一时间点t1，在步骤1060中询问点火角ZW达到或超过最大点火角ZWmax，并因而实施步骤1070。因为，如上所述，在第一时间点t1执行步骤1020，因此当点火角ZW达到或超过最大点火角ZWmax时第一次执行步骤1070。这象征着稀薄运行阶段Tm的开始。在第三时间点t3，在步骤1060中第一次分支到步骤1080，这象征着稀薄运行阶段Tm的结束。

与此相应，在图5中结合图3所示的方法中，在第一时间点t1和第三时间点t3之间从步骤1060分支到步骤1080。在第三时间点t3，在步骤1060中第一次分支到步骤1070，这称为稀薄运行阶段Tm的开始。若在所述方法结束时，如上所述，点火角ZW的值和空燃比λ的值回归到在第一时间点t1上产生的值，因此这意味着稀薄运行阶段Tm的结束。

稀薄运行阶段Tm的开始和结束因此始终与时间点叠合，在所述时间点，点火角ZW的值第一次达到或第一次离开最大点火角ZWmax。

在切换阶段（t1，t2）内，节流阀100的位置发生变化，以便平衡静态的充气量变化，所述充气量变化通过进气门160的阀冲程200的切换产生。在该切换阶段（t1，t2）期间，产生了过高的充气量以及因而提高的扭矩。这种过剩的扭矩通过点火角ZW的扩大得到平衡。但因为点火角ZW不能超过最大的点火角ZWmax，所以当点火角ZW无法充分提高至最大点火角ZWmax时，插入稀薄运行阶段Tm，以平衡因过高的充气量而造成的过剩的扭矩。在该稀薄运行阶段Tm，空燃比λ恰好选择为（尤其是大于1），使在点火角ZW同时提至最大点火角ZWmax的情况下，正好平衡过剩的扭矩。

Claims (10)

1.用于控制能稀薄运行的内燃机的力矩变化曲线的方法，其中，内燃机包括至少一个阀冲程改变设备（220）用于改变至少一个进气门（160）的至少一个冲程（200），并且包括充气量改变设备（100）以用于改变充气量，还包括点火设备（120），其中，在切换阶段（t1，t2）中阀冲程改变设备（220）改变至少一个进气门（160）的冲程（200），其特征在于，在所述切换阶段中将点火角（ZW）提高到最大点火角（ZWmax）并且在达到所述最大点火角（ZWmax）之后通过降低在稀薄运行阶段（Tm）中的空燃比（λ）来对要被平衡的过剩扭矩进行平衡。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最大点火角（ZWmax）是在能确保安全的燃烧的情况下最大可能的点火角。

3.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在切换阶段（t1，t2）开始（t1）时，所述至少一个进气门（160）的冲程具有第一值，并且在切换阶段（t1，t2）结束（t2）时，所述至少一个进气门（160）的冲程变化曲线具有第二冲程。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，这样来触发充气量改变设备（100），使得静态的充气量在切换阶段（t1，t2）开始（t1）时以及在切换阶段（t1，t2）结束（t2）时是相同的。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在切换阶段（t1，t2）期间，但在稀薄运行阶段（Tm）之外，空燃比是化学计量的。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在稀薄运行阶段（Tm）期间，点火角是恒定的。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在稀薄运行阶段（Tm）期间，充气量改变设备（100）改变表征充气量的参量。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在切换阶段（t1，t2）期间，充气量改变设备（100）改变表征充气量的参量。

9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充气量改变设备（100）是节流阀。

10.按权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述表征充气量的参量是节流阀位置（DK）。