CN102388212B

CN102388212B - 发动机燃料供给控制

Info

Publication number: CN102388212B
Application number: CN201080016188.9A
Authority: CN
Inventors: 汤姆·凯丝; 阿里·赛科宁
Original assignee: Wartsila Finland Oy
Current assignee: Wartsila Finland Oy
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-05-06
Also published as: KR20120027344A; KR101510926B1; CN102388212A; EP2430299A1; EP2430299B1; WO2010130872A1

Abstract

本发明涉及内燃机的燃料供给的控制。汽缸特定负载数据（61）被提供给控制模块（100），使用所述控制模块（100）的负载分担偏差值（122），通过用所确定的负载分担偏差值（122）影响速度基准数据（62）来生成汽缸特定速度基准数据（132）。基于汽缸特定速度基准数据（132）来控制燃料供给。

Description

发动机燃料供给控制

技术领域

本发明涉及内燃机的控制。本发明尤其涉及内燃机的分布式（distributed）燃料控制。

背景技术

为了对发动机进行速度控制，通常使用非分布式燃料需求控制。如果使用全局燃料需求控制，则所有汽缸承担了大致相同的负载，因为燃料需求实际上是与汽缸负载成比例的。

在某些条件下，需要以分布的方式来处理发动机的速度控制。

发明内容

本发明的目的是提供分布式发动机控制。这个目的将按照独立权利要求中所提出的那样来实现。

本发明的一个方面提供了一种内燃机的燃料供给的控制方法，该控制方法包括以下步骤：将发动机速度测量数据（41）和速度基准数据（62）接收到具有控制模块（100）的两个或更多个控制单元（10）中；根据汽缸特定燃料供给控制数据（11）来估计汽缸特定负载数据（61）；将汽缸特定负载数据（61）提供给控制模块（100）；根据汽缸特定负载数据（61）来计算控制模块（100）的负载数据平均（112）；通过将所述控制模块（100）的汽缸特定负载数据（61）与控制模块（100）的负载数据平均（112）进行比较来确定所述控制模块（100）的负载分担偏差值（122）；通过用所确定的负载分担偏差值（122）影响速度基准数据（62）来生成汽缸特定速度基准数据（132）；以及基于汽缸特定速度基准数据（132）来控制燃料供给。

本发明的另一个方面提供了一种内燃机的燃料供给的控制单元，该控制单元包括：速度数据接收装置（40），其用于接收发动机速度测量数据（41）；通信装置（60），其能连接到通信总线（6）以在控制单元（10）之间提供连接；和控制模块（100），其提供特定燃料供给控制数据（11），所述控制单元的特征在于，所述控制模块（100）包括：估计器（150），其基于汽缸特定燃料供给控制数据（11）来估计汽缸特定负载数据（61）；计算器（110），其被设置为确定控制模块的负载数据平均（112）；比较器（120），其通过将所述控制模块（100）的汽缸特定负载数据（61）与控制模块（100）的负载数据平均（112）进行比较来确定所述控制模块（100）的负载分担偏差值（122）；局部速度基准发生器（130），其被设置为通过用所确定的负载分担偏差值（122）影响速度基准数据（62）来生成汽缸特定速度基准数据（132）；和控制器（140），其被设置为基于所述汽缸特定速度基准数据（132）和发动机速度测量数据（41）来提供特定燃料供给控制数据（11）以控制燃料供给。

附图说明

在下文中，通过参照附图更详细地描述本发明，其中

图1示出了根据本发明的燃料供给控制系统的一个例子；

图2示出了根据本发明的燃料供给控制系统的第二个例子；

图3示出了用于控制图1的例子中的燃料供给的控制单元；

图4示出了根据本发明的燃料供给控制系统的第三个例子；

图5示出了用于控制图4的例子中的燃料供给的控制单元；

图6是一个流程图，其示出了用于控制图5的例子中的燃料供给的控制方法的一个实施方式；

图7是一个流程图，其示出了用于控制图5的例子中的燃料供给的控制方法的第二个实施方式；

图8示出了用于控制燃料供给的第三个示例性控制单元；

图9是一个流程图，其示出了用于控制图8的例子中的燃料供给的控制方法；

图10-12示出了用于控制燃料供给的第四个示范性控制单元；

图13示出了用于控制图10-12的例子中的燃料供给的控制单元；

图14是一个流程图，其示出了用于控制图13的例子中的燃料供给的控制方法。

具体实施方式图1示出了内燃机的同步（isochronous）控制的一个例子。速度单元4提供位置信息，由此可能确定发动机的活塞位置，从而能干控制汽缸方面的燃料控制和正时。在这个例子中，位置信息是从识别飞轮1的旋转位置的传感器3获得的。速度单元4处理传感器3提供的数据并且提供要用于控制对发动机汽缸的燃料供给的速度测量数据41。

发动机由三个控制单元10来控制。每个控制单元10都具有控制汽缸燃料喷射阀（未示出）的控制模块100。第一控制模块控制汽缸1的燃料喷射阀，用标记11表示。第二控制模块控制汽缸2的燃料喷射阀，用标记12表示。第三控制模块控制汽缸3的燃料喷射阀，用标记13表示。显然，汽缸数可以改变。

来自速度单元4的速度测量数据41被提供给每个控制单元10。这里，速度测量数据41在最左边的控制单元10的速度数据输入端40被接收，同时也在其它控制单元10的速度数据输入端40被接收。

控制模块100经由布置在控制单元10之间的通信线路6而连接起来。用控制单元10的通信装置40来接收通信线路6。通信协议例如CAN（控制器局域网络）允许装置在没有任何主机装置的情况下相互通信。注意到，用来在控制模块之间通信的通信协议可以改变。通信装置60用作控制模块100与通信线路6之间的接口。

图2示出了燃料供给控制系统的第二个例子。这个实施方式不同于图1的例子的地方在于速度单元4集成在其中一个控制单元10中。来自速度单元4的速度测量数据41被提供给所有控制单元10。这里，速度测量数据41在最左边的控制单元10的速度数据输入端40被接收并且共享给下一个控制单元10的速度数据输入端40。

图3示出了用于控制图1的例子中的燃料供给的控制单元10。控制单元10的控制模块100经由通信装置60连接到通信线路6。速度数据接收装置40接收由速度单元4提供的发动机速度测量数据41。控制器140基于所述汽缸特定速度基准数据132和发动机速度测量数据41来提供特定燃料供给控制数据11。控制器140可以被配置成PID控制器（比例/积分/微分）。

燃料供给控制数据11控制燃料调节部件，例如汽缸的燃料喷射阀。

通信装置60连接到通信总线6以在控制模块100之间提供连接。由于有了汽缸控制模块之间的通信，每个汽缸的汽缸负载就能够传送给所有其它汽缸特定燃料需求控制器并因此能够计算出平均汽缸负载。

每个控制模块100都被设置为通过通信装置60将其基准数据62提供给其它控制模块100。控制模块100使用具有最高值的基准数据62来确定燃料供给控制数据11。

此处，通信装置60被设置为选择具有最高值的基准数据62或其中控制被选择为固定的基准数据62。所选数据被转发到局部（local）速度基准发生器130。此处由通信装置60来选择在控制模块100中使用的基准数据62。这个选择还可以由如图13中公开的用标记620表示的单独装置来进行。

每个控制模块100都基于汽缸特定燃料供给控制数据11利用估计器150来估计其汽缸特定负载数据61。汽缸特定负载数据61经由通信总线6被传递给其它控制模块。

控制模块100被设置为生成汽缸特定负载数据61，对它们进行索引使得数据能够被某些控制模块100识别。经索引的信息可以在通信装置60中生成/处理。这允许控制模块确定控制系统的状态。

在计算单元中计算控制模块100的汽缸特定负载数据61，这里的计算单元指的是计算器110，其确定控制模块100的负载数据平均值112。负载数据平均值112用在比较器120中通过将所述控制模块100的汽缸特定负载数据61与控制模块的负载数据平均值112进行比较来确定控制模块100的负载分担偏差值122。这里，汽缸特定负载数据61是从比较器接收的，但是比较器可以连接到通信装置60或估计器150用于获取这类数据。

比较器120能够从估计器150或从通信总线6接收所述控制模块100的汽缸特定负载数据61，其中对汽缸特定负载数据61提供了对应于所述控制模块100的索引。能够通过将平均汽缸负载与局部估计负载进行比较来计算负载分担误差。负载分担误差，即负载偏差然后被用于调整全局速度基准，这里为速度基准数据62。

局部速度基准发生器130通过用所确定的负载分担偏差值122影响速度基准数据62来生成汽缸特定速度基准数据132。

负载分担偏差值122（即负载分担误差）被用来调整全局速度基准。例如，如果局部估计负载高于平均汽缸负载，就相应地减小局部速度基准，反之亦然。

当在稳态下使用负载分担时，局部估计负载等于平均汽缸负载，而与发动机总负载无关。这意味着，负载分担误差为零并且局部速度基准等于全局速度基准。

图4示出了燃料供给控制系统的第三个例子。这个实施方式不同于图1的例子的地方在于控制单元10中并入了多个控制模块（在这个例子中为三个控制模块）。

第一控制模块100A控制汽缸1的燃料喷射阀，用标记11表示。第二控制模块100B控制汽缸2的燃料喷射阀，用标记12表示。第三控制模块100C控制汽缸3的燃料喷射阀，用标记13表示。

来自速度单元4的速度测量数据41被提供给每个控制单元10。这里，速度测量数据41在控制单元的（这里为最左边的控制单元10）的速度数据输入端40被接收并且被转发给下一个控制单元10的速度数据输入端40。

控制模块经由布置在控制单元10之间的通信线路6而连接起来。通信线路6中的数据用控制单元10的通信装置60接收。通信装置60用作控制模块100与通信线路6之间的接口。

图5示出了用于控制图4的例子中的燃料供给的控制单元。这个实施方式不同于图3的描述的地方在于控制单元10中并入了多个控制模块（在这个例子中为三个控制模块100A、100B、100C）。

控制单元10的控制模块100A、100B、100C经由通信装置60连接到通信线路6。通信装置60用作控制模块100A-100C与通信线路6之间的接口。

速度数据接收装置40接收由速度单元4提供的发动机速度测量数据41。速度测量数据41被提供给控制模块100A、100B、100C各自的控制器140。根据系统配置，该速度测量数据41能够被接收或取回到控制模块100A、100B、100C中。控制器140基于所述汽缸特定速度基准数据132和发动机速度测量数据41来提供特定燃料供给控制数据11。

图6是一个流程图，其示出了用于控制图5的例子中的燃料供给的控制方法的一个实施方式。

来自速度数据接收装置40的发动机速度测量数据41在控制器140中被接收。来自通信装置60的速度基准数据62在局部速度基准发生器130中被接收。

估计器150根据汽缸特定燃料供给控制数据11来估计汽缸特定负载数据61。通信装置60经由通信线路6将汽缸特定负载数据61提供给控制模块100A-100C的计算器110。

计算器110根据汽缸特定负载数据61来计算控制模块100A-100C的负载数据平均值112。负载数据平均值112在比较器120中被用来通过将所述控制模块的汽缸特定负载数据61（100A）与控制模块的负载数据平均值112进行比较来确定控制模块100A的负载分担偏差值122。

局部速度基准发生器130通过用所确定的负载分配偏差值122影响速度基准数据62来生成汽缸特定速度基准数据132。

每个控制模块的控制器140都基于汽缸特定速度基准数据132和发动机速度测量数据41来控制燃料供给。

图7是一个流程图，其示出了用于控制图5的例子中的燃料供给的控制方法的第二个实施方式。这个实施方式适于例如用在定距桨控制（fixed propeller control）中。这个实施方式不同于图6的方法的地方在于汽缸特定速度基准数据132（100A）被传递给控制模块100A-100N的局部速度基准发生器130。

用于生成汽缸特定速度基准数据132的速度基准数据62是从控制模块的汽缸特定速度基准数据132中选出的。

汽缸特定速度基准数据132还可以带有用于识别所述汽缸的控制模式的数据部分。这样就能够对单个汽缸进行人工/模拟控制，是的其它控制模块能够遵循这种选择。例如，其它控制模块开始使用汽缸特定速度基准数据132（其控制模式变为模拟的）。通过把汽缸的控制模式传递给控制模块，该系统可用于两种同步模式，固定同步模式或模拟同步模式。固定同步模式能够使用预定的额定速度。能够用用户或外部系统所增加的独立控制信号（例如用4-20mA信号）来调整模拟同步模式。这些模式能够给予优先级，固定模式具有更高的控制优先级。该方法和控制单元能够使用最高值，也考虑了这个优先级，即，选择固定模式的值，即使模拟模式值更高也是如此。

图8示出了用于控制燃料供给的控制单元的第三个例子。控制模块100A-100C不同于图3的10的地方在于，汽缸特定燃料供给控制数据11经由滤波装置160被提供给局部速度基准发生器130。

在同步模式下，局部速度基准发生器130通过用负载控制值123或用负载分担偏差值122影响速度基准数据62来生成汽缸特定速度基准数据132。

在降速模式（droop-mode）下，局部速度基准发生器130通过用确定的负载控制值123影响速度基准数据62来生成汽缸特定速度基准数据132。

通过用滤波装置160对燃料供给控制数据11进行滤波而从燃料供给控制数据11生成负载控制值123。滤波装置160可以是适于减小波动效应的低通滤波器装置。

当基于当前平均汽缸负载使用降速模式中的负载分担时，结果将是，如果没有执行任何修正，例如，没有由用户或外部系统提供的增大/减小，则随着发动机负载增大，局部速度基准倾向于减小。

这个实施方式在控制单元10之间的通信出现故障的情况下提供了以独立方式来控制发动机的选择。

识别单元之间的通信能够在通信装置60中或在局部速度基准发生器130中执行。局部速度基准发生器130能够用优先级选择来选择输入122或123。例如，局部速度基准发生器130仅在没有其它有效输入的情况下才选择负载控制值123的使用。通过确定通信状态，即控制单元之间的通信，该系统能够在两种模式下使用，即，同步模式或降速模式。以同步模式工作的系统保持发动机恒速，而不考虑发动机负载。以降速模式工作的系统根据发动机负载来控制发动机速度。注意到，也只在需要时才能启动不同模式所需的操作。这样的优点是没有执行不必要的计算。

图9是一个流程图，其示出了用于控制图8的例子中的燃料供给的控制方法。内燃机的燃料供给的选择性控制方法，其中，将发动机速度测量数据接收到具有控制模块的两个或更多个控制单元中。

通信装置60确定控制单元10之间的通信状态，并且在控制单元之间为第一通信状态的情况下，执行“是”路线。

该方法使用从汽缸特定燃料供给控制数据11估计出的汽缸特定负载数据。汽缸特定负载数据被提供给控制模块。通过将所述控制模块的汽缸特定负载数据与控制模块的负载数据平均值进行比较，来自汽缸特定负载数据的控制模块的负载数据平均值计算控制模块的负载分担偏差值122。

通过用所确定的负载分配偏差值122影响速度基准数据来生成汽缸特定速度基准数据132。基于汽缸特定速度基准数据132来控制燃料供给。

在控制单元之间为第二通信状态的情况下，其中，通信被确定为无效，则该方法执行“否”路线。确定来自汽缸特定燃料供给控制数据11的所述控制模块的负载控制值123。

通过用所确定的负载控制值123推断速度基准数据来生成汽缸特定速度基准数据132，并且基于汽缸特定速度基准数据来控制燃料供给。

图10-12示出了用于控制燃料供给的第四个示范性控制单元。这个实施方式不同于先前描述的那些实施方式的地方在于，控制单元10连接到主单元5。主单元5经由通信装置60连接到通信线路6。

速度数据接收装置40接收由速度单元4提供的发动机速度测量数据41。主控制器5基于特定速度基准数据和发动机速度测量数据41为特定燃料供给控制数据提供数据。在这种情况下，使用中，不需要同步控制模式，因为汽缸是由主单元以传统方式控制的。

这样的效果在于能够以三种不同模式来控制发动机。图8的系统可以由主单元5以已知方式控制，其它两种模式可以在主单元5发生故障的情况下或单元之间的通信发生故障的情况下使用。然而，这个例子为控制发动机提供了更多的选择。所公开的例子提供了对主单元或单元之间的通信故障的有利备用。在由主单元5控制时，控制单元10是所谓的从动型，即，遵守来自主单元5的指令。

图11示出了主单元5与控制单元10之间的通信的这种故障。能够仍然以两种模式来控制该系统，一种在控制单元10之间有通信，另一种在它们之间没有通信。

图12示出了要在控制单元10之间没有任何通信的情况下利用控制的情形。

图13示出了用于控制图10-12的例子中的燃料供给的控制单元。控制模块100A-100C不同于图6的地方在于，来自主单元的主控制数据63在控制模块100A-100C中被接收。根据这种配置，也可以按照已知方式来控制控制模块100A-100C。

其它不同是，图13公开了独立的基准数据处理器620。基准数据处理器620执行先前描述的在局部速度基准发生器130中执行的功能的至少一部分。数据流变化可以按照通信装置60中的地址数据的变化来设置。

图14是一个流程图，其示出了用于控制图13的例子中的燃料供给的控制方法。这个实施方式不同于图7的描述的地方在于还确定与主单元的通信状态。通过确定通信状态，该系统能够在三个模式下使用，主单元模式、同步模式或降速模式。

注意到，控制模块100的至少部分功能由实现整合在控制单元中的程序的方法来执行。

从上面给出的描述和例子显而易见的是，能够使用各种不同的解决方案来形成本发明的实施方式。显然，本发明不局限于文本中提到的这些例子，而是能实现为许多其它不同的实施方式。

因此，在发明构思的范围内，能够实现任何有创造力的实施方式。

Claims

1.一种内燃机的燃料供给的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

-将发动机速度测量数据（41）和速度基准数据（62）接收到具有控制模块（100）的两个或更多个控制单元（10）中；

-根据汽缸特定燃料供给控制数据（11）来估计汽缸特定负载数据（61）；

-将汽缸特定负载数据（61）提供给控制模块（100）；

-根据汽缸特定负载数据（61）来计算控制模块（100）的负载数据平均（112）；

-通过将所述控制模块（100）的汽缸特定负载数据（61）与控制模块（100）的负载数据平均（112）进行比较来确定所述控制模块（100）的负载分担偏差值（122）；

-通过用所确定的负载分担偏差值（122）影响速度基准数据（62）来生成汽缸特定速度基准数据（132）；以及

-基于汽缸特定速度基准数据（132）来控制燃料供给。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该控制方法还包括以下步骤：

-将汽缸特定速度基准数据（132）传递给控制模块（100）；以及

-根据控制模块的汽缸特定速度基准数据（132）来确定要在生成汽缸特定速度基准数据（132）时使用的速度基准数据（62）。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所传递的汽缸特定速度基准数据（132）还包括用于标识所述汽缸的控制状态的数据部分。

4.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

-确定控制单元（10）之间的通信状态；以及

在控制单元（10）之间为通信被确定为有效的第一通信状态的情况下，所述方法

-将汽缸特定负载数据（61）提供给控制模块（100）；

-基于汽缸特定速度基准数据（132）来控制燃料供给；而

在控制单元（10）之间为通信被确定为无效的第二通信状态的情况下，所述方法

-根据汽缸特定燃料供给控制数据（11）来确定所述控制模块（100）的负载控制值（123）；

-通过用所确定的负载控制值（123）推断速度基准数据（62）来生成汽缸特定速度基准数据（132）；以及

-基于汽缸特定速度基准数据（132）来控制燃料供给。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，该控制方法还包括以下步骤：

-基于所确定的控制单元（10）之间的通信状态来选择控制模块（100）的控制模式。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，该控制方法还包括以下步骤：

-将汽缸特定速度基准数据（132）提供给控制模块（100）。

7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，该控制方法还包括以下步骤：

-向控制模块（100）提供标识所述汽缸的控制状态的数据部分。

8.一种内燃机的燃料供给的控制单元，该控制单元包括：

-速度数据接收装置（40），其用于接收发动机速度测量数据（41）；

-通信装置（60），其能连接到通信总线（6）以在控制单元（10）之间提供连接；和

-控制模块（100），其提供特定燃料供给控制数据（11），

所述控制单元的特征在于，所述控制模块（100）包括：

-估计器（150），其基于汽缸特定燃料供给控制数据（11）来估计汽缸特定负载数据（61）；

-计算器（110），其被设置为确定控制模块的负载数据平均（112）；

-比较器（120），其通过将所述控制模块（100）的汽缸特定负载数据（61）与控制模块（100）的负载数据平均（112）进行比较来确定所述控制模块（100）的负载分担偏差值（122）；

-局部速度基准发生器（130），其被设置为通过用所确定的负载分担偏差值（122）影响速度基准数据（62）来生成汽缸特定速度基准数据（132）；和

-控制器（140），其被设置为基于所述汽缸特定速度基准数据（132）和发动机速度测量数据（41）来提供特定燃料供给控制数据（11）以控制燃料供给。

9.根据权利要求8所述的控制单元，其特征在于，

-控制模块（100）被设置为确定控制单元（10）之间的通信状态以改变对内燃机的燃料供给的控制；

并且，其特征在于，

-控制模块（100）被设置为基于所确定的控制单元（10）之间的通信状态来选择控制模式。