CN102400804A - 分层喷射发动机内的喷射器流偏差的补偿 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于控制具有燃料喷射器的内燃发动机的方法，其中改变内燃发动机的喷射器的喷射周期，测量内燃发动机的排气成分，并由所述排气成分确定出喷射器的流量偏离标称值的偏差，并且利用确定的偏差控制所述喷射器以补偿调节的喷射周期。本发明还涉及一种用于执行所述方法的装置。

Description

分层喷射发动机内的喷射器流偏差的补偿

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃发动机的方法和装置。

背景技术

如今的内燃发动机，尤其是用于车辆中的内燃发动机通常都装配有燃料喷射装置，例如直接喷射装置。为了确保为所有气缸供给指定的燃料量或燃料质量，尤其是为所有气缸供给等量的燃料量或燃料质量，用于此处的喷射器均需精确制造，以限制其流量公差。燃料质量出现偏离指定值的非预期情况可能会由如下原因导致，即，例如由于工艺缺陷，或者由于存放或由于发动机在运行期间的磨损，因而使得流量偏离了额定值。此类的偏差可能会例如产生不利于排气后处理的排气成分，可能使得各气缸的扭矩不等从而导致在动力传动系统中出现扭振，而且可能导致燃料消耗的增加。同样的非预期后果也可能是由于不同的空气质量流而引起的，所述不同的空气质量流是由于输入各气缸的空气出现非预期差异造成的。

为了避免喷入的燃料质量出现差异，在制造喷射器时，应将其公差维持在受限的范围内，例如将流量公差维持在±5％的范围内。为此所需的制造工艺成本很高，因而增加了喷射器的生产成本。

通过DE 19520037 A1可知，在测试装置中，借助发动机传感器来确定喷射装置对燃料输送信号的反应，并根据这种反应对喷射装置进行分类，然后在喷射装置上指明确定出的类别，并且在喷射装置的调试过程中将其类别输入控制器中。因此，在喷射装置的运行过程中控制器就可以通过令喷射装置输送标称燃料量的方式来控制燃料输送信号的周期。在这种方法中，由于必须进行测试运行，因而会产生额外的制造成本；除此以外，通过预先设定的传感技术，仅能间接地确定喷射装置的反应，因而所得的结果并不精确，同时还会有较大的延迟。最后，通过这种方法并不能对例如喷射装置在发动机运转时间中由于磨损所致的改变，或者输入空气量与理论值的偏差进行补偿。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于控制内燃发动机的方法及装置，从而避免上述缺点的出现。

上述目的通过如本发明提出的方法及装置而得以实现。

在装有燃料喷射装置的内燃发动机，尤其是在装有分层喷射器(stratified injection，SI)的汽油发动机中设置至少一个喷射器，以便在一个燃烧过程中将一定的燃料质量输入燃烧室中。在此，所述燃料质量是由控制装置根据相应的运行条件(例如对发动机的功率要求)以及发动机转速来确定的，并且喷射器也由所述控制装置进行相应的控制。为此，由发动机控制系统选择喷射器的相应喷射参数；尤其是输入燃烧室的燃料质量取决于流量(即在单位时间内流经阀门的燃料质量)和喷射周期。

根据本发明，内燃发动机的至少一个喷射器的喷射周期会发生改变，也就是说，控制装置控制将用一相对初始状态发生变化的喷射周期来控制内燃发动机的至少一个喷射器。喷射周期的这种改变，尤其是相对于预设的初始状态或者相对于理想状态的改变，也被称为“冲击(Vertrimmen)”。

由于喷射周期的改变，喷射到隶属于喷射装置的燃烧室中的燃料质量也会改变。由此，由燃烧所产生的排气的成分也会改变。根据本发明，由于所述冲击而改变的排气成分将在第二步骤中进行测量。

最后，根据本发明，所述喷射器由所述控制装置以如下方式进行控制，即，通过相应地调节喷射周期，对确定出的流量与标称值的偏差进行补偿。尤其是，当流量缩小时，则通过延长喷射周期进行补偿，而当流量增大时，则使喷射器以缩短的喷射周期来运行。在最简单的情况中，偏差被表示为标称流量与确定出的流量之商，并对标称的喷射周期按同样的比例进行调整。

通过如下方式，即根据本发明确定出喷射器的流量与标称值的偏差，并对喷射周期实施相应调节，就能够以简单的方式实现这样的目的，即使得喷入的燃料质量与标称值相符。由此，尤其可以确保喷入内燃发动机中所有气缸的燃料质量是相同的。喷入燃料质量的标称值尤其应被确定为使得在排气后处理或燃料消耗方面达到最佳程度的燃料质量。因此，该标称值可以根据发动机的运转参数，如转速和功率需求来定。

通过这种方式，能够对喷射器由于制造工艺的原因和/或由于磨损或长期闲置原因所致的流量偏差进行补偿。由此，可以在喷射过程中就达到更好地维持标称燃料质量的目的。此外，还可以在喷射器制造过程中进一步掌握制造公差，从而可使制造更加简便，且成本更为低廉。此外，输入空气的偏差也能得到补偿。

上述方法优选，在内燃发动机正常运转期间实施。因为必须仅在相对较短的期间内对喷射周期作有限程度的冲击，所以，发动机的运转性能只产生短暂的、轻微的、尤其对于装有此种内燃发动机的车辆的驾驶员来说几乎感觉不到的变化。因此根据本发明的方法可以作为一种在发动机运转过程的测试阶段内运行的测试功能。这样做的优点在于，在制造过程中以及在发动机启动调试过程中不需要费时地记录喷射器的流量，而且可以根据喷射器的实时流量调节喷射周期，并因此可对由于磨损和长期闲置原因所引起的流量及输入空气的改变进行补偿。

根据本发明的一个特别优选的实施方式，所述测试功能在内燃发动机运行过程中被重复执行。这样就可以有利地设计，使所述测试功能以与内燃发动机的运行周期相关的固定的时间间隔来执行。这里，所述时间间隔可以通过这样的运行周期，来设定，即，在该运行周期内，喷射器流量由于磨损和/或长期闲置原因可能产生显著变化。所述测试功能除了以时间控制的方式来实施外的时间调节外，也可以例如以装配有此种内燃发动机的车辆的所行经的行驶路程为触发所述测试功能的依据。这样，便可以在考虑其他运行参数(例如起动过程的数量)的情况下来确定所述方法据以执行的时间间隔。所述测试功能优选自动启动并执行。由此可以确保内燃发动机始终以喷入符合标称燃料质量的方式来运行。

作为可选或附加方案，所述测试功能可以根据内燃发动机的运行参数来执行。这里，尤其可以将这样的运作参数组合预定用于启动所述测试功能，即，借助所述参数组合可以使所述方法的执行不会明显影响运行，并且所述参数组合能够根据排气成分来可靠地测量流量。

另外有利的是，当所述方法在内燃发动机的不同运行状态下或者在内燃发动机的不同运行参数组合下实施时，将每次确定出的流量偏差和/或每次为补偿所述偏差而确定的喷射周期保存起来，并且以符合当前运行状态的喷射周期对喷射器进行调节。由此可以注意到，流量改变所产生的影响也可能够例如取决于内燃发动机的能够确定喷入燃料质量标称值的转速和负荷。确定出的值可以一条发动机综合特性曲线的形式或多条依赖于其他参数的发动机综合特性曲线的形式来加以储存。在发动机运行的过程中，根据当前运行点读取相应的储存数据并选择相应的喷射周期。通过这样的方式，即在不同运行状态下执行测试功能并在运行中读取确定出的相应数据来调节喷射器，就能够达到如下目的：能够特别精确且在不同条件下都十分理想地调节喷射周期，从而使喷入的燃料质量与标称值相适配。

喷射周期的改变量优选是所述喷射周期相对与预设喷射周期的延长量或缩短量，所述预设喷射周期即本方法开始执行之前或所述测试功能启动之前的初始状态下的喷射周期。因此，初始状态下的喷射周期既可以是各喷射器的标称喷射周期，也可以是各喷射器的由方法先前的运行所确定出的喷射周期。

根据本发明所述方法的一种优选实施方式，所述排气成分是借助内燃发动机排气系统的λ氧探测器(λ探测器)测得的。因此，可以直接获得由控制器的λ探测器所提供的λ值的测量值，所述λ值给出了燃烧过程所用之燃料质量与所用空气质量之间的比值关系，由此就能够计算出每次喷入的燃料质量。特别是由于在用奥托汽油发动机驱动的车辆中通常都装有此类用于调节三元催化器的λ探测器，所以无需额外的支出便能够对排气成分进行测量。

根据所述方法的一种优选实施方式，既可以从多个(在所述测试功能开始之前的初始状态中)喷射周期未改变的喷射过程中，也可以从多个其喷射周期根据本发明进行改变的喷射过程中分别确定出相应排气成分的中间值。由此能够精确地确定喷射器的流量与标称值之间的偏差。

有利地，在喷射周期改变后的一个可预先给定的等待时间之后来测量所述排气成分。所述等待时间例如可以视λ探测器的惰性以及从相应燃烧室的出口到所述λ探测器的排气道的长度和容积而定，其可以这样来测量，即所λ探测器提供与相应喷射器的喷射周期相适配的测量值。所述等待时间尤其可依赖于λ调节器的瞬态振荡时间。由此将进一步改善流量测量的精确性。

根据本发明所述方法的另一优选实施方式，所述喷射周期将被连续改变。对所述喷射周期的冲击可以通过一个斜坡加以调节，以便使喷射周期偏离标称的或先前设定的喷射周期的偏差数值逐渐增大到最大值。在达到最大值之后，可以在多个喷射过程中维持适用该最大值，或者，朝着另一方向开始冲击，或者，结束针对所涉喷射器的测试功能。所述斜坡尤其可以这样设置，即使得λ调节器能够调节排气成分的变化，从而使排气后处理不会受到干扰。例如，冲击值可以约以2秒或更长的时间间隔连续增加，这样，λ调节一般不会受到干扰。这样，不仅能够特别精确确定流量，而且还避免了有害物质排放的增加。

在装配有喷射器(这些喷射器尤其隶属于多个燃烧室或气缸)的内燃机中，对所述喷射周期的冲击、对排气成分的测量、对流量与标称值之间的偏差的确定以及对补偿所述偏差实施的控制，均需针对每个喷射器独立执行；在对某一喷射器执行上述操作时，其他喷射器的喷射周期保持不变。特别地，所述方法针对每个喷射器逐一执行，在这种情况下，每一单个喷射器均得到相应的调节，而且，对基于调节的排气成分的变化均得到测量。这样，能够特别精确地确定并补偿每个喷射器的流量偏差

在本发明的另一种优选实施方式中，在具有多个喷射器的内燃发动机中，多个喷射器的喷射周期是同时改变的。尤其是当一个喷射器的喷射周期发生改变时，会使至少另一个喷射器或所有其他喷射器的喷射周期朝反方向变化。尤其可以这样控制各喷射周期的改变，即使得从各喷油嘴喷入的燃料质量的总和不发生变化。因此在这种情况下，如果各喷油嘴在初始状态下分别喷射标称燃料质量，则在冲击较小时排气成分不发生改变，因而λ探测器的信号也不变。因此，排气成分的改变或λ探测器的信号的改变可特别灵敏地使喷入燃料量与额定量之间的偏差，并因而也使得喷射器的流量与标称值之间的偏差得以识别。若所述测试功能这样设计的，即逐一地改变内燃发动机的每一喷射器实施喷射周期的相应改变，而在为某一喷射器实施改变时，使其他喷射器的喷射周期朝反方向发生改变，那么，就可以识别出哪些喷射器存在流量偏差，并因而侧量出每个喷油嘴的偏差。

此外，本发明所述的方法优选重复执行。在为每一喷射器分别执行喷射周期的冲击时(这里，冲击是在为发动机的每一气缸分别确定流量偏差这样一个过程之后执行的，尤其可以对每个气缸的喷射周期相应地进行改变以补偿偏差。这些相应喷射周期在本方法的后续过程中被当作初始值，以这些初始值为基础重新对喷射周期进行冲击，以便在后续过程中更为精确地确定喷射器流量的偏差。这里确定出的偏差同样可以通过对喷射周期作相应的改变而得到补偿。通过多次重复地执行本方法，可以特别精确地补偿喷射器流量与标称值之间存在的偏差。此外，即使在存在其他导致排气成分与理论值之间产生偏差的原因时(例如由于输入空气质量流有偏差)，也可以实现尤为精确的补偿，这一点在下述情形即排气成分与喷射周期或喷入的燃料质量之间的依赖关系是非线性关系的情形下也是成立的。所述方法反复执行这一点在根据本发明的方法的其他示例中(例如如下示例，即，在对一个喷射器进行冲击的同时，令其他阀的喷射周期朝反方向发生改化)也有利于也有利于对存在之偏差进行精确补偿。

根据本发明的用于控制具有燃料喷射器的内燃发动机的装置包括：用于控制至少一个喷射周期可变的喷射器的控制装置；以及，用于测量内燃发动机的排气成分的传感器部件，其中，所述控制装置被配置用来执行根据本发明的方法。所述控制装置尤其包括处理器部件，该处理器部件通过测量排气成分来确定喷射器的流量，并被用来确定喷射周期以补偿被改变了的流量。另外，所述控制装置可以包括用以储存排气成分测量值和其他数据的存储部件，所述其他数据能够用来确定喷射周期，从而使喷入的燃料质量与额定燃料质量相当，其中，所述理论燃料质量依赖于内燃发动机的实时运行参数。所述控制装置被构构造用于以按上述方式确定出的喷射周期来控制喷射器。

附图说明

下面将借助附图对本发明进行详细说明，其中

图1是根据本发明的方法的一个实施例的流程的简化方框图。

具体实施方式

如图1所示，在一台具有多个气缸的内燃发动机中，根据本发明所述方法的一个实施例，首先对序号为z的气缸进行检验，以确定是否存在允许执行测试功能(在所述测试功能中，将有针对性地改变隶属于于气缸z的喷射器的喷射周期)的运转条件。如果不存在(例如，因为执行测试功能会干扰发动机运转运行，或者因为不存在典型的或足够恒定的条件)，则本方法中断。

当所述方法根据当前运转参数可以执行时，则求出排气成分测量值在例如长度为10秒的时间间隔内的平均值，所述排气成分测量值尤其可以在λ调节起的输出端取得。所述平均值还可以在确认所述测试功能的可执行性之前求得。该测试功能的初始状态为求得的排气成分平均值以及已选择的喷射器的喷射周期或先前求出的喷射器流量或者基于该求得流量的、作为标称喷射周期改变量的调节因子)。初始状态的值被存储起来。

此时，为执行测试功能，将喷射器的喷射周期增加例如约10％，以便使喷入的燃料质量增加大约10％。在可能的情况下，在一段等待时间后确定出λ调节器的值，并求出在例如同样为10秒钟的时间间隔内的平均值。由此计算出因燃料质量增加约10％而产生之排气成分。

从排气成分，特别是从排气成分相对于初始始状态的改变量中可以得出，喷射器的流量相对于标称值(即理论值)是否有偏差以及这种偏差是以何种方式产生的。通过有目的地改变其中一个喷射器的喷射周期，可以有针对性地为该喷射器确定喷射周期。

根据本发明方法的一个实施例，气缸z的喷射器的流量偏差和/或输入到气缸z中的空气偏差是按如下方式来确定的：

在该实施例中，假设发动机具有多个气缸，并使用λ探测器来测量排气成分，且该探测器安置在一条所有气缸的排气都汇集于其中的排气管路中。在下文中，发动机中气缸的数量，或者说与λ探测器配套的气缸的数量，用Zyl表示，例如对于一台四气缸发动机而言，Zyl＝4。

λ探测器在第一运行状态1及运行状况2中分别对排气成分进行测量。这里，所述第一运行状态为初始状态，而在第二运行状态中则启动测试功能。

排气成分可以从λ调节的反应中推导得出。在λ调节中得出的测量值λ给出空燃比(该空燃比是混合物的化学计量比例关系)。在这里，λ探测器测量排气成分的平均值，该平均值与单个气缸z的排气成分的平均值相当。所有气缸在状态1中的测量平均值λ₁是按所有气缸z的单值λ_1z的算术平均值得出的，例如对于一台四汽缸发动机而言，有：

${\mathrm{\λ}}_1=\frac{1}{\mathrm{Zyl}}*({\mathrm{\λ}}_{11}+{\mathrm{\λ}}_{12}+{\mathrm{\λ}}_{13}+{\mathrm{\λ}}_{14})$

这里，序号为1的气缸的单值λ₁₁例如被定义为：

${\mathrm{\λ}}_{11}=X_1*\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{L,\mathrm{Zyl}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{B,\mathrm{Zyl}}*\mathrm{Lst}}$

其中

in_L，Zyl表示一个气缸的空气质量流，

in_B，Zyl表示一个气缸的燃料质量流，以及

Lst表示按化学计量的空气比例。

由于空气质量流和/或燃料质量流的偏差所引起的λ误差被表示为X，在这里，脚标与气缸序号相对应(在上述情况中，对应的是序号为1的气缸)。确定λ误差X，是为了通过燃料配给将其抵消。

在启用测试功能的第二运行状态中，可以利用开启的测试功能以类似方式确定排气成分λ₂的平均值：

${\mathrm{\λ}}_2=\frac{1}{\mathrm{Zyl}}*({\mathrm{\λ}}_{21}+{\mathrm{\λ}}_{22}+{\mathrm{\λ}}_{23}+{\mathrm{\λ}}_{24})$

其中，例如在气缸1中，喷射周期的改变量为因子F_test，即：

${\mathrm{\λ}}_{21}=X_1*F_{\mathrm{test}}*\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{L,\mathrm{Zyl}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{B,\mathrm{Zyl}}*\mathrm{Lst}}$

在这种情况下，当喷射周期没有变化时，F_test＝1。

因此，所求得的气缸1处的λ误差X₁可以根据

$X_1=\frac{{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_2}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{soll}}}*\frac{\mathrm{Zyl}}{1-F_{\mathrm{test}}}$

算出。求得的气缸1的值X₁是衡量与第一气缸相关的空燃比偏差的标准。

在执行所述测试功能之后需检验该功能是否被成功执行，也就是说，是否已求得用来补偿偏离标称值的流量偏差的值，或者，例如在执行测试功能期间，发动机运行状态是否发生了改变并因而未能测量到有意义的结果。在后一种情况下，将针对相关气缸再次执行测试功能。如果对序号为z的气缸成功执行了测试功能，则为相关气缸计算出的确定的补偿值并储存起来，并用与所得补偿值相符的喷射周期对气缸进行调节。所述补偿值可以是例如标称流量与计算所得流量的商，这一商值被计作确定合适喷射周期的因子。

之后，对其他各气缸执行同样的测试功能。首先为所有气缸求出补偿值或合适喷射周期，然后再应用于各气缸，也就是说为控制器所用。该方法可以在多个过程中重复地执行，此时，每次都是根据一个过程中的偏差测量值来应用相应的补偿值，并且以此为基础再执行下一过程，以便更精确地确定及补偿偏差。

Claims (14)

1.用于控制具有燃料喷射器的内燃发动机的方法，其中：

改变所述内燃发动机的喷射器的喷射周期，

测量所述内燃发动机的排气成分，

由所述排气成分确定所述喷射器的流量与标称值之间的偏差，以及

利用确定的偏差控制所述喷射器以补偿调节的喷射周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法是在所述内燃发动机运行期间执行的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法基于所述内燃发动机的运行参数和/或定时控制而被重复执行。

4.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法在所述内燃发动机的不同运行状态下被重复执行，而每次确定的流量偏差和/或每次确定的喷射周期的所述偏差的补偿均被储存起来，并且利用与当前运行状态相符的喷射周期对所述喷射器实施调节。

5.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述喷射周期的改变量是所述喷射周期相对于预设喷射周期的延长量和/或缩短量以及测量的所述排气成分相对于在预设喷射周期情况下的排气成分的改变量。

6.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述排气成分是利用λ探测器来测量的。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，利用λ探测器的控制作用改变排气成分。

8.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，可以根据喷射周期未改变的多个喷射操作，即在测试功能开始之前的初始状态中的多个喷射操作，或根据喷射周期改变的多个喷射操作来确定相应排气成分的平均值。

9.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，对所述排气成分的测量是在喷射周期改变后的一段等待时间之后进行的。

10.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，对所述喷射周期连续地进行改变。

11.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机具有多个喷射器，并且为每个喷射器执行所述方法。

12.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机具有多个喷射器，并且在改变某一喷射器的喷射周期的同时，使至少一个其他喷射器的喷射周期发生相反的变化。

13.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法是重复地执行的。

14.用于控制具有燃料喷射器的内燃发动机的装置，其包括：用于控制至少一个喷射器的可变喷射周期的控制装置，以及用于测量所述内燃发动机的排气成分的探测部件，其特征在于，

所述控制装置被配置用来执行根据上述权利要求中任意一项所述的方法。

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