CN102345522B - 用于对内燃机进行控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于对内燃机进行控制的方法和装置，本发明涉及一种用于对具有至少一个直喷阀（110）的内燃机的多个气缸（10）的多个进气管喷射阀（150）的转矩贡献进行平均处理的方法，其中通过所述进气管喷射阀（150）中的至少一个来如此将燃料喷射到气缸（10）中，使得所产生的燃料/空气混合物是稀薄的并且通过所述直喷阀（110）中的至少一个来如此喷射燃料，使得由此未对内燃机的转矩作出贡献并且所产生的燃料/空气混合物为化学计算的。

Description

用于对内燃机进行控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于对内燃机进行控制的方法和装置。

背景技术

比如由DE 10 2008 002 511 A1公开一些内燃机，对于这些内燃机来说喷射阀不仅布置在进气管中而且布置在燃烧室中。尤其射束控制的（strahlgeführt）燃烧方法要求喷射阀的较高的计量精度，用于能够最佳地利用所有的优点（比如具有极小的首先用于起动或者暖机运行或者用于催化器的加热的单次喷射量的多次喷射）。所要求的计量精度尤其应该在最小量的范围内通过特殊的方法来加以保证。

对于能够实现分层的的发动机运行的内燃机来说，经常使用所谓的气缸平均处理函数（Zylindergleichstellungsfunktion），所述气缸平均处理函数在所求得的不平稳运转项的基础上对各个气缸的在总转矩中的转矩份额进行平均处理。因为在分层燃烧运行中转矩与所喷射的燃料质量成比例，所以通过这种方法以较高的程度对喷射阀的计量公差进行平衡。

在均质运行中，优选将单个气缸-进气量调节用于对气缸所独有的空气/燃料比进行平均处理。但是为该方法设置了窄小的界限。尤其在气缸数目较高并且在使用涡轮增压器时，只能在受到很大限制的程度上使用单个气缸-进气量调节。比如典型地对8缸发动机来说非对称的点火次序对这种方法来说是特殊的困难。

在DE 198 28 279 A1中已经示出了一种用于对多缸发动机的气缸所独有的转矩贡献进行平均处理的方法，对于该方法来说为平均处理气缸而考虑使用不平稳运转信号，该不平稳运转信号比如表现为曲轴或者凸轮轴的不同的分段时间（Sementzeit）。在所述不平稳运转信号的基础上，通过喷射量的调节来平均处理各个气缸的转矩贡献。气缸平均处理函数只有在分层燃烧运行中才是有效的。相反，在均质运行或者均质稀燃运行中，则将在分层燃料运行中从预控制组合特性曲线中求得的因数用于进行喷射时间校正，但是所述气缸平均处理函数则被切换为无效状态。

由DE 10 2007 020964 A1公开了一种方法，利用该方法对于具有直喷功能的内燃机来说为达到尽可能好的平稳运转状态，关于各个气缸的转矩贡献对所述气缸进行平均处理。在此，以对内燃机的转矩作出贡献的喷射量来将燃料喷射到气缸的燃烧室中，并且在补充喷射中在该气缸的工作冲程过程中在转矩中性（drehmomentenneutral）的情况下喷射燃料，其中如此设计补充喷射量的大小，使得废气基本上相应于化学计量的空气-燃料混合物。

对于一种内燃机来说喷射阀不仅布置在燃烧室中而且布置在进气管中，对于这种内燃机来说为改进平稳运转状况并且为降低排放，有必要对进气管喷射阀的燃料量进行校准，尤其如此进行校准，从而对所有的气缸进行平均处理，以便朝所有的气缸中喷射相同的燃料量。

发明内容

该任务用独立权利要求1所述类型的方法得到解决。

对于按本发明的方法来说，通过进气管喷射阀来喷射燃料，使得所产生的燃料/空气混合物是稀薄的。通过至少一个直喷阀来如此喷射燃料，使得由此不对内燃机的转矩产生贡献。但是如此计量通过所述直喷阀来喷射的燃料的量，使得所产生的燃料/空气混合物是化学计算的。这种处理方式的优点是，内燃机产生的转矩直接依赖于通过所述进气管喷射阀喷射的燃料的量。由此内燃机的平稳运转也直接依赖于所述进气管喷射阀的喷射量。因此，对于按本发明的处理方式来说，所述进气管喷射阀的喷射量可以用基于平稳运转的气缸平均处理调节法(Zylindergleichstellungsregelung)来校准。同时，通过这种化学计算的燃料/空气混合物来实现相对于正常运行废气中的排放物尤其NOx没有上升。

为了以特别简单的方式实现进气管喷射阀的喷射量的平均处理，所述方法有利地至少包括稀薄喷射步骤、补充喷射步骤、转矩检测步骤以及平均处理步骤。在所述稀薄喷射步骤中，通过所述进气管喷射阀中的至少一个来如此喷射燃料，使得所产生的燃料/空气混合物是稀薄的。在所述补充喷射步骤中，通过所述直喷阀中的至少一个来如此喷射燃料，使得内燃机的通过燃烧产生的转矩没有变化。在此如此设计补充喷射步骤中的燃料量的大小，使得所产生的燃料/空气混合物是化学计算的。在所述转矩检测步骤中，检测至少两个气缸的转矩贡献。在所述平均处理步骤中，则根据多个气缸的转矩贡献来对所述进气管喷射阀中的至少一个进气管喷射阀的喷射量进行校正。

如果在所述补充喷射步骤中对于每个废气排（Abgasbank）来说将燃料喷射到至少一个气缸中，那么这种做法具有特殊的优点，那就是每个废气排中的燃料/空气混合物为化学计算的。这一点尤其在为每个废气排分配了一个废气催化器时是有利的。由此，通过每个废气排中的这种化学计算的燃料/空气混合物来防止NOx排放的上升。

如果对于内燃机来说每个气缸具有至少一个直喷阀，那么所述按本发明的方法在所述补充喷射步骤中向每个气缸中喷射燃料时特别简单。

如果曲轴每旋转预先给定的第一数目的圈数尤其两圈仅仅将燃料补充喷射到一个气缸中，那么这就具有这样的特殊的优点，即该方法的相对于直喷阀的计量误差的敏感性特别地低。另一个优点是，有待喷射的燃料量特别大，从而即使在将直喷阀构造为成本低廉的电磁阀的情况下也能够这样。

如果在此根据催化器状态和/或催化器温度和/或直喷阀的特性曲线的特征来选择所述预先给定的第一数目，那么由此可以保证，所述方法始终可靠地工作。

同样可以在能够预先给定的第二数目的点火过程之后将补充喷射转移到另一个气缸上。也就是将所述补充喷射步骤至少执行二次，其中在第一次执行时将燃料直接喷射到第一个气缸中，随后在第二次执行时将燃料直接喷射到第二个气缸中，其中在第一次与第二次之间存在着所述能够预先给定的第二数目的点火过程的圆。由此进一步改进废气的混合。

如果在所述稀薄喷射步骤中，所产生的燃料/空气混合物具有处于1.1到1.2的范围内的λ值，那么这一点就特别有利，以便可靠地实施所述方法。较低的λ值实现了在所述补充喷射步骤中有待喷射的燃料量的减小，这一点不太有利地提高了所述方法的相对于直喷阀的计量误差的敏感性。相反，太高的λ值则对燃料/空气混合物的点火能力产生不利影响。

为了在所述补充喷射步骤中转矩中性地也就是说在没有值得一提的转矩贡献的情况下进行喷射，有利的是，在大于40°的曲轴角度来实施补充喷射。为确定哪些转矩贡献是可靠的，决定性的是在气缸平均处理步骤中所使用的用于对进气管喷射阀的喷射量进行平均处理的方法。通过所述补充喷射所作出的转矩贡献必须如此之小，使得所述用于进行气缸平均处理的方法的功能未受到不利影响。

为了将不受欢迎的排放物尤其颗粒降低到最低限度，特别有利的是，在所述补充喷射步骤中在120°到140°的曲轴角度范围内进行喷射。

附图说明

附图示出了所述按本发明的方法的一种特别有利的实施方式。其中：

图1是按权利要求1的前序部分所述类型的内燃机的气缸的示意图；

图2是多气缸的内燃机的拓扑结构；

图3是所述按本发明的方法的流程。

具体实施方式

图1示出了内燃机的具有燃烧室20和活塞30的气缸10，所述活塞30用连杆40与曲轴50相连接。

通过进气管80以已知的方式在活塞30向下运动时将有待燃烧的空气吸到燃烧室20中。在活塞30向上运动时通过排气管90将燃烧过的空气从燃烧室20中压出。通过所述进气管80吸入的空气的量则通过充气程度改变装置在实施例中通过节流阀100来调节，所述节流阀100的位置由控制仪70来确定。

通过布置在燃烧室20中的直喷阀110并且通过布置在进气管80中的进气管喷射阀150来将燃料喷射到从进气管80中吸入的空气中并且在燃烧室20中产生燃料-空气混合物。通过所述直喷阀110喷射的燃料的量和通过进气管喷射阀150所喷射的燃料的量由所述控制仪70来确定，通常通过触发信号的持续时间和/或强度来确定。火花塞120将燃料-空气混合物点燃。

在排气管90中有λ传感器130，该λ传感器130检测燃烧空气比λ并且将其传输给控制仪70。设置在排气管90的路径中的NOx-存储催化器保证，明显降低废气中的NOx份额。

设置在进气管80的通往燃烧室20的输入口上的进气阀160通过凸轮180由凸轮轴190来驱动。同样，设置在排气管90的通往燃烧室20的输入口上的排气阀170通过凸轮180由凸轮轴190来驱动。所述凸轮轴190与曲轴50相耦合。通常曲轴50每转两圈所述凸轮轴190转一圈。而后燃烧周期以已知的方式划分为进气冲程、压缩冲程、工作冲程和排气冲程，其中活塞30的上死点定义了从压缩冲程转为工作冲程或者说从排气冲程转为吸气冲程的转变点，并且活塞30的下死点定义了从吸气冲程转为压缩冲程或者说从工作冲程转为排气冲程的转变点。曲轴角通常表示活塞的相对于上死点的角度位置。

在通过进气管喷射阀150喷射燃料时，进气管80中的燃料与在那里存在的空气混合成燃料/空气混合物，该燃料/空气混合物在吸气冲程中在进气阀160打开时被吸到燃烧室20中。通过所述直喷阀110可以以任意的曲轴角度将燃料喷射到燃烧室20中。如果首先通过进气管喷射阀150来喷射燃料，并且随着通过直喷阀110来进一步喷射，而后再度将燃料喷射到通过活塞30的向下运动来吸到所述燃烧室20中的燃料/空气混合物中，那么在用火花塞120点火时通过活塞30的向下运动传递到曲轴50上的转矩就依赖于如下曲轴角度，在此曲轴角度时喷射燃料。如果曲轴角度大于40°，那么所产生的转矩不高于或者仅仅稍微高于在没有再次通过直喷阀110喷射燃料时产生的转矩。

图2示出了内燃机在具有八个气缸的内燃机的实施例中的表面结构。在此示出了第一气缸10a、第二气缸10b、第三气缸10c、第四气缸10d、第五气缸10e、第六气缸10f、第七气缸10g和第八气缸10h。为所述八个气缸10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h中的每一个分别分配了直喷阀110a、110b、110c、110d、110e、110f、110g、110h并且分别分配了进气管喷射阀150a、150b、150c、150d、150e、150f、150g、150h。

所有气缸共享进气管80和排气管90，其中不仅所述进气管80而且所述排气管90都在通往气缸的输入管路中或者说在排出管路中分支。在图2中未示出排气管90的气缸所独有的分支。气缸10a、10b、10c、10d的未示出的排出管路一起形成第一废气排A。气缸10e、10f、10g、10h的未示出的排出管路则一起形成第二废气排B。所述第一废气排A的废气在其与第二废气排B的从第二氧传感器130b的旁边流过的废气一起通过共同的排气管90排出之前从第一λ传感器130a的旁边流过。

排气管90中的废气被导送穿过NOx存储催化器140。对于所述NOx存储催化器的可靠的工作来说，有必要的是，燃料/空气混合物为化学计算的。在此不重要的是，是在燃烧室20中已经形成化学计算的燃料/空气比还是在排气管90中才形成化学计量的燃料/空气比。这样的化学计算的燃料/空气比比如可以在排气管90中产生，方法是在第一气缸10a中设置稀薄的燃料/空气混合物并且在第二气缸10b中设置浓厚的燃料/空气混合物。不过，在此重要的是，尤其重视气缸的点火顺序，以便保证废气的足够好的混合程度。如果流经所述NOx存储催化器140的废气交替地处于浓厚和稀薄状态，那么这就会导致放热的反应并且由此导致所述NOx存储催化器140的巨大的热负荷。

图3示出了所述按本发明的方法的流程。在示范性的实施方式中，应该对所述第一废气排A的进气管喷射阀150a、150b、150c、150d进行平均处理。步骤1000表示方法的开始。接下来执行步骤1010，在该步骤1010中检查，是否已经对所述第一废气排A的进气管喷射阀150a、150b、150c、150d实施了平均处理。如果已经实施了平均处理，接下来执行步骤1020，用该步骤1020结束所述方法。如果还没有实施所述平均处理，那么接下来执行步骤1030。

在步骤1030中为每个废气排确定第一气缸，在后来的补充喷射步骤1050中通过直喷阀110来将燃料喷射到所述第一气缸中，在此应该对废气排的进气管喷射阀进行校准。对于所述废气排A来说，这就是第一气缸10a。接下来执行稀薄喷射步骤1040。

在所述稀薄喷射步骤1040中，通过所述进气管喷射阀150a、150b、150c、150d来如此将燃料喷射到气缸10a、10b、10c、10d中，使得燃料/空气混合物是稀薄的，尤其λ值处于1.1与1.2之间。接下来执行补充喷射步骤1050。

在所述补充喷射步骤1050中，通过所述第一气缸10a的第一直喷阀110a以处于120°与140°之间的曲轴角度来喷射燃料。在此如此选择喷射量，从而在排气管90中形成化学计算的燃料/空气混合物，也就是说所述第一λ传感器130a所测量的数值拥有数值1。

曲轴50每转两圈就重复所述稀薄喷射步骤1040，也就是说曲轴50转两圈就通过所述四个进气管喷射阀150a、150b、150c、150d中的每一个喷射燃料一次。在曲轴50旋转规定的第一数目的圈数之后重复所述补充喷射步骤1050。在该实施例中，这个数目等于二，也就是说在曲轴50旋转两圈时通过所述第一直喷阀110a喷射燃料一次。

在所述补充喷射步骤1050之后跟随着转矩检测步骤1060。在该转矩检测步骤1060中，所述曲轴50的旋转运动由在图1中未示出的角度传感器来检测并且由所述控制仪70来分析。从所检测到的旋转运动中来检测所述气缸10a、10b、10c、10d的各自的转矩贡献。尤其检测，通过所述进气管喷射阀150a、150b、150c、150d中的哪些进气管喷射阀喷射了太多的燃料，并且通过哪些进气管喷射阀喷射了太少的燃料。接下来执行平均处理步骤1070。

在所述平均处理步骤1070中，如此对进气管喷射阀150的触发进行校正，从而降低喷射量，其中在所述转矩检测步骤1060中已经由所述进气管喷射阀150检测到，喷射了太多的燃料。相反，如此改变相应的进气管喷射阀150的触发，从而提高喷射量，在所述转矩检测步骤1060中已经由所述进气管喷射阀150检测到，喷射了太少的燃料。接下来执行步骤1080。

在步骤1080中，可选地在第二数目的燃烧过程之后改变在步骤1030中一次性确定的气缸10，在所述补充喷射步骤1050中将燃料喷射到所述气缸10中。在该实施例中，在每第六次燃烧过程之后切换到相同的废气排A的按点火顺序中下一个气缸。作为燃烧过程，这里仅仅对相同的废气排A的燃烧过程进行计数。因而，在该实施例中具体来讲从第一气缸10a切换到第二气缸10b。因此如果在所述补充喷射步骤1050中下一次喷射燃料，那就其通过所述第二直喷阀110b向所述第二气缸10b中进行。接下来执行步骤1090。

接下来执行步骤1090。所述进气管喷射阀150的触发信号的在步骤1070中产生的变化可以作为所述进气管喷射阀150的触发信号的校正值保存在控制仪70中。接下来执行步骤1100。

在所述步骤1100中，将所述第一进气管喷射阀150a的触发信号的在步骤1090中计算的校正值计算为气缸平均处理函数的适应值。对于所述进气管喷射阀150a、150b、150c、150d来说在控制仪70中保存了已经对其进行了平均处理。接下来执行步骤1110。

用该步骤1110结束所述方法。

在所述实施例中示范性地示出的方法本身自然可以以类似的方式运用到所述第二废气排B的进气管喷射阀150e、150f、150g、150h的平均处理上。同样，所述按本发明的方法也可以以类似的方式套用到具有任意数目的废气排尤其一个废气排的内燃机上。比如，所述方法也能够用于具有2、3、4或6个气缸的内燃机。

在所述补充喷射步骤1050中，也可以通过一个直喷阀110来将燃料喷射到一个以上的气缸10中。尤其可以通过相应的直喷阀110a、110b、110c、110d来将燃料喷射到每个气缸10a、10b、10c、10d中。在这种情况下可以省去步骤1030。

同样并非务必需要的是，不是为每个气缸10分配了一个直喷阀110。比如，对于每个废气排来说仅仅一个气缸10具有一个直喷阀110就已足够。在这种情况下，在所述补充喷射步骤1050中始终朝相应的废气排的这一个直喷阀110中喷射燃料，并且可以省去步骤1030和1080。当然，对于每个废气排任意其它数目的直喷阀110来说也可以以类似方式实施所述方法。

此外可以不是为每个气缸10分配一个进气管喷射阀150。比如在该实施例中可以仅仅使所述第一气缸10a和第四气缸10d具有进气管喷射阀150a和150d。在这种情况下，在所述转矩检测步骤1060中仅仅检测分配给所述气缸10a和10d的转矩，并且在平均处理步骤1070中仅仅对所述进气管喷射阀150a和150d的喷射量进行校正。

所述曲轴50的能够预先给定的第一数目的旋转圈数尤其也可以从两个中不同选择，在所述曲轴50的能够预先给定的第一数目的旋转圈数之后重复所述补充喷射步骤1050。所述能够预先给定的第一数目在此尤其根据NOx存储催化器140的状态、根据NOx存储催化器140的温度并且根据所述直喷阀110的特性曲线的特征在计量数量最小时来选择。

所述转矩检测步骤1060和平均处理步骤1070基本上相当于从现有技术中已知的用于进行气缸平均处理的方法的核心。步骤1060中的转矩检测尤其可以通过分段时间的检测在曲轴50旋转时进行。步骤1070中的平均处理要么可以在预控制的情况下进行，方法是从在步骤1060中检测到的分段时间差中计算有待平均处理的气缸10的转矩贡献并且从中计算有待平均处理的进气管喷射阀150的喷射量差，然后在平均处理步骤1070中将其换算为所述进气管喷射阀150的触发的校正因数，使得所述有待平均处理的气缸10的转矩贡献得到平衡。但是，步骤1070中的平均处理也可以借助于控制论的调节算法（比如PI调节器）来进行，其中而后必须一直使所述执行步骤1040、1050、1060和1070迭代，直至有待平均处理的气缸10得到了足够的平均处理。

Claims (11)

1.用于对具有至少一个直喷阀（110）的内燃机的多个气缸（10）的多个进气管喷射阀（150）的转矩贡献进行平均处理的方法，通过所述直喷阀（110）中的至少一个来喷射燃料，使得由此未对内燃机的转矩作出贡献并且所产生的燃料/空气混合物为化学计算的，其特征在于，通过所述进气管喷射阀（150）中的至少一个将燃料喷射到气缸（10）中，使得所产生的燃料/空气混合物是稀薄的，其中所述方法包括以下步骤：

-稀薄喷射步骤（1040），在该稀薄喷射步骤（1040）中通过所述进气管喷射阀（150）中的至少一个将燃料喷射到气缸（10）中，使得所产生的燃料/空气混合物是稀薄的，

-补充喷射步骤（1050），在该补充喷射步骤（1050）中通过所述直喷阀（110）中的至少一个来喷射燃料，使得由此未对内燃机的转矩作出贡献并且所产生的燃料/空气混合物为化学计算的，

-转矩检测步骤（1060），在该转矩检测步骤（1060）中检测至少两个气缸的转矩贡献，

-平均处理步骤（1070），在该平均处理步骤（1070）中根据至少两个气缸（10）的转矩贡献来对所述进气管喷射阀（150）中的至少一个进气管喷射阀的喷射量进行校正。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在补充喷射步骤（1050）中对每个废气排（A）来说将燃料喷射到至少一个气缸（10）中。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，每个气缸（10）具有至少一个直喷阀（110），并且在所述补充喷射步骤（1040）中将燃料喷射到每个气缸（10）中。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述补充喷射步骤（1050）中对于每个废气排（A）来说曲轴每旋转能够预先给定的第一数目的圈数仅仅朝气缸（10）中喷射燃料。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，所述圈数为两圈。

6.按权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述能够预先给定的第一数目根据催化器状态和/或催化器温度和/或直喷阀（110）的特性曲线的特征来选择。

7.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述补充喷射步骤（1050）执行至少一个第一次和至少一个第二次，其中在所述第一次与第二次之间至少存在着能够预先给定的第二数目的点火过程的圈数，并且其中在第一次执行时将燃料直接喷射到第一气缸（10a）中并且第二次执行时将燃料直接喷射到第二气缸（10b）中。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述稀薄喷射步骤中，所产生的燃料/空气混合物具有处于1.1到1.2的范围内的λ值。

9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述补充喷射步骤中，通过所述直喷阀（110）以在所属的气缸（10）的上死点之后处于120°到140°的范围内的曲轴角来喷射燃料。

10.电气的存储介质，用于内燃机的控制和/或调节装置（70），其特征在于，在其上面保存了用于用在按权利要求1到9所述的方法中的计算机程序。

11.内燃机的控制和/或调节装置（70），其特征在于，对其进行了编程，用于用在按权利要求1到9中任一项所述的方法中。