CN102770651A - 用于控制和调节v形布置的内燃机的方法 - Google Patents

用于控制和调节v形布置的内燃机的方法 Download PDF

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Abstract

提出一种用于控制和调节V形布置的内燃机(1)的方法，该内燃机具有独立的A侧的共轨系统以及独立的B侧的共轨系统，据此，在转速调节回路中调节内燃机(1)的转速，在起动过程期间将额定力矩作为转速调节器的调节量限制为用于表示额定零喷射量的起动力矩。

Description

用于控制和调节V形布置的内燃机的方法
本发明涉及一种用于控制和调节V形布置的内燃机的方法，该内燃机带有独立的A侧共轨系统和独立的B侧共轨系统，其中内燃机的转速在转速调节回路中调节。
在具有共轨系统(Railsystem)的内燃机中，燃烧的品质决定性地通过蓄压管(Rail)中的压力水平来确定。因此，为遵守法定的排放边界值，要调节蓄压管压力。通常，蓄压管压力调节回路包括用于确定调节偏差的参比接点、用于计算调节信号的压力调节器、调节对象和在反馈支路中的用于由蓄压管压力的原值计算出实际蓄压管压力的软件滤波器。调节偏差由额定蓄压管压力和实际蓄压管压力的差来计算。调节对象包括压力调节件、蓄压管和用于向内燃机的燃烧室内喷射燃料的喷射器。因而例如DE 103 30 466 B3公开了一种相应的共轨系统，其中压力调节器通过调节信号作用于在低压侧设置的吸入节流阀。通过吸入节流阀又确定高压泵的输入横截面，从而确定所输送的燃料体积。
由DE 10 2007 034 317 A1已知一种具有A侧的和B侧的共轨系统的内燃机，这些共轨系统相同地构造。这两侧的共轨系统在液压方面彼此解耦，因此允许独立地调节A侧的以及B侧的压力。通过分开的调节，减小蓄压管中的压力波动。正确的蓄压管压力调节的前提是无故障地工作的蓄压管压力传感器。一个蓄压管压力传感器或者两个蓄压管压力传感器的故障会在所述系统中引起压力调节的不确定的状态，从而会引起内燃机的危急的状态，因为不显示任何故障监控。
由未提前公开的德国专利申请(官方案号为DE 10 2008 036 300.6)也已知一种内燃机，其带有独立的A侧共轨系统和独立的B侧共轨系统，且进行转速调节。就所述转速调节回路而言，转速调节器借助转速调节偏差来确定额定力矩，该额定力矩被限制为最大值。该最大值根据实际转速、增压空气压力和空气质量比来计算。然后根据经限制的额定力矩，通过效率特性曲线族计算额定喷射量。然后又由额定喷射量和蓄压管压力，通过喷射器特性曲线族来计算用于触动喷射器的喷射持续时间。如果要触动A侧喷射器，就采用A侧实际蓄压管压力作为喷射器特性曲线族的输入量。如果要触动B侧喷射器，就采用B侧实际蓄压管压力作为喷射器特性曲线族的输入量。从A侧实际蓄压管压力向B侧实际蓄压管压力的切换通过点火顺序来进行。因此，蓄压管压力传感器故障会引起一种不确定的状态。
在起动过程中，存在较大的转速调节偏差，这是因为，例如将空载转速值预先设定成600l/min作为额定转速，而实际转速则为启动器转速120l/min。由于转速调节偏差大，所以转速调节器算得很大的额定力矩，从而电触发喷射。喷嘴的物理打开压力在300-350巴的范围内。这意味着，当蓄压管压力达到或超过该压力阈值时，喷嘴才打开。若蓄压管压力小于喷嘴打开压力，喷嘴就保持关闭，即使喷射器被通电。但通过对喷射器的电触动，喷射器会从蓄压管的管线取得相应的燃料控制量。所取得的控制量引起蓄压管中的压力建立延迟，并造成起动过程延迟。
本发明的目的因此在于，把内燃机的起动过程设计得既可靠又迅速，该内燃机具有独立的A侧的共轨系统和独立的B侧的共轨系统。
该目的通过一种用于控制和调节所述类型的内燃机的方法得以实现，据此，在转速调节回路中调节内燃机转速，在起动过程期间将额定力矩作为转速调节器的调节量限制为用于表示额定零喷射量的起动力矩。当存在经验证的发动机转速，无论A侧蓄压管压力传感器还是B侧蓄压管压力传感器都无故障，且无论A侧实际蓄压管压力还是B侧实际蓄压管压力都超过起动蓄压管压力时，才释放正的额定喷射量。释放正的额定喷射量的方式为，把额定力矩限制到运行力矩作为最大力矩，该最大力矩至少根据实际转速来计算。
本发明的中心思想是，在发动机起动时将额定力矩作为转速调节器的输出参数限制一段时间，直到达到可预先设定的起动蓄压管压力例如300巴。对额定力矩进行适当限制，使得产生额定零喷射量。额定零喷射量表示额定喷射量为0毫克/冲程。换句话说，在蓄压管压力小于起动蓄压管压力期间，保持喷射锁定。由于现在在起动过程中再无燃料作为喷射器的触动量被取得，所以在两个蓄压管中以尽可能大的压力梯度建立压力。因而例如在内燃机-发电机应用(应急供电机组)中有利地使得起动过程缩短。
当在起动过程期间识别到A侧蓄压管压力传感器有故障而B侧蓄压管压力传感器正常时，则允许喷射，如果存在经验证的发动机转速，且B侧实际蓄压管压力超过起动蓄压管压力。因此始终都以最大的动力在B侧蓄压管中建立压力。在发动机转速同步的情况下允许在A侧蓄压管中喷射，由此该蓄压管的压力建立延迟地进行，但仍可以可靠地起动发动机。如果B侧蓄压管压力传感器有故障，就采取相应的方式，也就是说，保持喷射锁定，直到A侧实际蓄压管压力超过起动蓄压管压力。
若两个蓄压管压力传感器都有故障，则当内燃机同步时，也就是当存在经验证的发动机转速时，全部喷射器就已经进行喷射。蓄压管压力尽管延迟地建立，但即使双侧故障仍始终都能可靠地起动内燃机。
在下面的附图中表示一个优选的实施例。附图中：
图1表示系统图；
图2表示转速调节电路的框图；
图3表示框图；
图4表示效率特性曲线族；
图5表示时间曲线图；和
图6表示程序流程图。
图1表示电子控制的内燃机1的系统图，其具有A侧的独立的共轨系统和B侧的独立的共轨系统。两个共轨系统的结构相同，但液压地彼此分离。A侧的共轨系统作为机械部件包括：用于从燃料箱2输送燃料的低压泵3A；用于影响体积流的吸入节流阀4A；高压泵5A；蓄压管6A和用于向内燃机1A的燃烧室中喷射燃料的喷射器7A。还可任选地将单蓄存器配设给共轨系统，于是例如在喷射器7A内内置有单蓄存器作为附加的缓冲器形体。B侧的共轨系统包括相同的机械部件，这些部件的附图标记带有后缀B。
内燃机1通过电子控制器(ECU)9来控制。该电子控制器包括微计算机系统的通常的组成部分，例如微处理器、I/O模块、缓存器和存储器模块(EEPROM、RAM)。在存储器模块中在特性曲线族/特性曲线上存储对于运行内燃机1至关重要的运行数据。通过这些数据，电子控制器9由输入量计算出输出量。图1中作为电子式发动机控制器9的输入量示范性地示出A侧蓄压管压力pCR(A)、B侧蓄压管压力pCR(B)和变量EIN。A侧蓄压管压力pCR(A)通过A侧蓄压管压力传感器8A来检测，B侧蓄压管压力pCR(B)通过B侧蓄压管压力传感器8B来检测。变量EIN代表其它输入信号，例如发动机转速和操作者希望的功率。电子式发动机控制器9的所示输出量是：用于触动A侧吸入节流阀4A的PWM信号PWM(A)、用于触动A侧喷射器7A的确定功率的信号ve(A)、用于触动B侧吸入节流阀4B的PWM信号PWM(B)、用于触动B侧喷射器7B的确定功率的信号ve(B)和变量AUS。变量AUS代表用于控制内燃机1的其它调节信号，例如用于触动AGR阀的调节信号。所示实施方式的独特特征是，A侧蓄压管压力pCR(A)与B侧蓄压管压力pCR(B)彼此独立的调节。
图2作为框图示出转速调节器回路。输入量是：额定转速nSL、最大力矩TQMAX、摩擦力矩TQR、燃料密度DKR、燃料温度TKR和压力pINJ。输出量相应于发动机转速nMOT的原值。由发动机转速nMOT的原值，通过滤波器16计算出实际转速nIST。该实际转速在点A与额定转速nSL相比较，由此产生转速调节偏差en。转速调节器10由该转速调节偏差确定出额定力矩TQ(SL)作为调节量。通过限制器11把额定力矩TQ(SL)限制为最小力矩TQMIN和最大力矩TQMAX。在点B把被限制后的力矩与摩擦力矩TQR相加。通过未示出的摩擦力矩特性曲线族，根据发动机转速和虚拟温度来计算摩擦力矩。该摩擦力矩TQR是发动机摩擦力矩与在标准条件下在试验台运行中求得的摩擦力矩的偏差。这两个力矩的和相应于额定力矩和TQS(SL)，该额定力矩和是效率特性曲线族12的一个输入量。效率特性曲线族的第二输入量相应于实际转速nIST。通过效率特性曲线族来计算额定燃料质量mSL。效率特性曲线族在图4中示出，并将结合该图予以详述。由额定燃料质量mSL，通过计算器13借助燃料密度DKR和燃料温度TKR来计算额定喷射量QSL，该额定喷射量是喷射器特性曲线族14的一个输入量。另一输入量是压力pINJ。在正常运行中，压力pINJ要么相应于A侧实际蓄压管压力，要么相应于B侧实际蓄压管压力。借助点火顺序进行切换，使得与当前要触动的喷射器对应的实际蓄压管压力用于计算通电持续时间BD。如果例如A侧蓄压管压力传感器有故障，则针对喷射器特性曲线族，代替A侧实际蓄压管压力而采用恒定的蓄压管压力平均值。若B侧蓄压管压力传感器有故障，就相应地将B侧实际蓄压管压力设定为蓄压管压力平均值例如800巴。于是以通电持续时间BD在调节对象15内要么触动A侧喷射器，要么触动B侧喷射器。调节对象15的输出量相应于发动机转速nMOT的原值。调节回路因而闭合。
利用计算器17和开关S来补充转速调节回路。计算器17的输入量是实际转速nIST、增压空气压力pLL和增压空气温度TLL。由此计算出在开关6处产生的运行力矩TQBE。开关S的另一输入量是起动力矩TQSTART。通过信号SL对开关S进行切换。在空载运行和正常运行中，开关S处于位置S＝1。最大力矩TQMAX因此相应于所计算的运行力矩TQBE。只要两个实际蓄压管压力之一还低于起动蓄压管压力，开关就处于位置S＝2。在此，最大力矩TQMAX相应于起动力矩TQSTART。起动力矩TQSTART在此经过选择，使得通过效率特性曲线族12计算出额定燃料质量mSL＝0毫克/冲程。因而也使得额定喷射量QSL＝0毫克/冲程，此即所谓的零额定喷射量。
换句话说：通过起动力矩TQSTART的值将喷射锁定。因此：TQSTART≤(效率特性曲线族的第一力矩取值点)-TQR，其中TQR相应于摩擦力矩。在通过信号SL使开关S切换到位置S＝1时，才允许喷射。
在图3中示出用于确定信号SL的框图，在图2中通过该信号来规定开关S的位置。输入量是：A侧实际蓄压管压力pIST(A)、起动蓄压管压力pSTART、在A侧蓄压管压力传感器有故障时被置位(SD(A)＝1)的信号SD(A)、B侧实际蓄压管压力pIST(B)、在B侧蓄压管压力传感器有故障时被置位(SD(B)＝1)的信号SD(B)、信号MSS。针对于信号MSS：若在预定时段例如2.5秒内发送机转速低于转速阈值例如80l/min，则该信号值为MSS＝1。若发送机起动之后超过了转速阈值，亦即存在经验证的发送机转速，则该信号值为MSS＝0。框图的输出量是信号SL。在电子式发动机控制器初始化之后，信号SL＝0，由此使得图2中的开关S处于位置2，且额定力矩TQ(SL)被限制到起动力矩TQSTART。喷射因此被锁定。
在电子式发动机控制器的初始化过程中，检查两个蓄压管压力传感器的无故障性。若两者无故障，就设定信号SD(A)＝0且信号SD(B)＝0。一旦存在经验证的发动机转速，就设定信号MSS＝0。现在若A侧实际蓄压管压力pIST(A)超过了起动蓄压管压力pSTART，就把比较器18的输出设定为逻辑1。因为信号SD(A)取反，所以在与-元件20的两个输入端上产生逻辑1。因此满足与-条件，也就是说，在与-元件20的输出端上出现1。随着把与-元件20的输出端设定为1，或-元件22的输出端相应地从0切换为1。该逻辑1也在与-元件24的第一输入端上产生。当B侧实际蓄压管压力pIST(B)也超过了起动蓄压管压力pSTART时，在与-元件24的第二输入端上出现1。在与-元件24的第三输入端上产生被取反的信号MSS，也就是说，一旦存在经验证的发动机转速，就在与-元件24的第三输入端上产生1。若该与-元件的全部输入端都等于1，就将与-元件24的输出端设定为值1，即SL＝1。图2中的开关因此从位置2切换到位置1。由此允许喷射。
若A侧蓄压管压力传感器有故障，比较器18的输出值就保持为零。在与-元件20的两个输入端上产生0，由此将与-元件20的输出端保持设定为0。因为在或-元件22上产生逻辑1，即SD(A)＝1，所以在或-元件22的输出端上也出现1。在与-元件24的第一输出端上因此产生1。如果B侧实际蓄压管压力传感器无故障，则当B侧实际蓄压管压力pIST(B)超过起动蓄压管压力pSTART时，就会在与-元件24的第二输入端上也产生1。若存在经验证的发动机转速，与-元件24的全部输入端都等于1，从而与-元件24的输出端被设定为1。由此允许喷射。在相反情况下，也就是说，A侧实际蓄压管压力传感器无故障，而B侧实际蓄压管压力传感器有故障，则流程按相应的方式进行。
若两个蓄压管压力传感器都有故障，则信号SD(A)＝1，且信号SD(B)＝1，从而在或-元件22的输出端和或-元件23的输出端上产生1。由此当存在经验证的发动机转速时将与-元件24的输出端设定为1。因此仅根据发动机转速通过信号SL对开关S进行切换。
在图4中示出了效率特性曲线族12。横轴是以转/分为单位的实际转速nIST，纵轴是以牛顿米为单位的额定力矩和TQS(SL)，该额定力矩和由经限制的额定力矩TQ(SL)和摩擦力矩TQR算出。效率特性曲线族内的值相应于单位为毫克/冲程的额定燃料质量mSL。因而，若实际转速nIST＝1800l/min，且额定力矩和TQS(SL)＝3500Nm，则算得额定燃料质量mSL＝239毫克/冲程。第一力矩取值点在此为TQS1(SL)＝-100Nm，其实现方式为，在实际发送机转速的整个转速范围内算得额定燃料质量mSL＝0毫克/冲程。为明了起见，该范围在图中用阴影线示出。换句话说：若额定力矩和TQS(SL)≤-100Nm，则将喷射锁定。
在图5中以时间曲线图示出了起动过程。图5由分图5A至5D组成。这些分图均为关于时间的附图：图5A为实际转速nIST，图5B为蓄压管压力pCR、图5C为额定力矩TQ(SL)，图5D为额定燃料质量mSL。在图5B中用实线表示A侧蓄压管压力pIST(A)，用虚线表示B侧实际蓄压管压力pIST(B)。针对所示时间曲线图做出如下假定，两个蓄压管压力传感器均无故障，采用了图4的效率特性曲线族，摩擦力矩TQR＝0Nm，因为起动过程是在标准条件下发生的。由此，在效率特性曲线族纵轴上的额定力矩和相应于通过限制器被限制过的额定力矩TQ(SL)。
在时刻t1，内燃机起动。转动启动器，使得无论A侧实际蓄压管压力pIST(A)还是B侧实际蓄压管压力pIST(B)都开始上升。因为A侧实际蓄压管压力pIST(A)和B侧实际蓄压管压力pIST(B)均小于起动蓄压管压力pSTART＝300巴，所以信号SL＝0，且图2中的开关S处于位置2。由此将额定力矩TQ(SL)首先限制到至值-100Nm，且额定燃料质量增加值mSL＝0毫克/冲程。在时刻t2，A侧实际蓄压管压力pIST(A)达到起动蓄压管压力pSTART＝300巴。这不会引起变化，因为B侧实际蓄压管压力pIST(B)在该时刻仍小于起动蓄压管压力pSTART。在时刻t3，B侧实际蓄压管压力pIST(B)也达到起动蓄压管压力pSTART，由此信号SL＝1，且开关S(图2)切换到位置1，现在允许喷射。这意味着，额定力矩TQ(SL)现在被限制到运行力矩TQBE。出于安全原因，将运行力矩例如设定为值TQBE＝4000Nm，只要实际转速nIST小于在此为600l/min的额定转速。相应地，额定燃料质量跳到值mSL＝200毫克/冲程。实际转速现在从启动器转速nIST＝120l/min上升，且在时刻t4达到空载转速nIST＝600l/min。现在，根据实际转速、增压空气压力pLL和增压空气温度TLL来计算运行力矩TQBE。因为实际转速nIST在时刻t4之后上冲，所以转速调节器使得额定力矩TQ(SL)作为调节量减小。相应地，额定燃料质量mSL也减小。在时刻t5，实际转速nIST稳定在空载转速。
在图6中示出了方法程序流程序。图6由两个分图6A和6B组成。在S1检查A侧蓄压管压力传感器是否有故障。如果情况如此，则在S4将A侧蓄压管的标志设定为1，该标志在下文中称为标记。如果A侧蓄压管压力传感器无故障，即S1的询问结果为否，则在S2检查A侧实际蓄压管压力pIST(A)是否超过了起动蓄压管压力pSTART例如pSTART＝300巴。如果情况并非如此(pIST(A)＜pSTART)，则在S5将A侧蓄压管的标记设定为值0。否则在S3将A侧蓄压管的标记设定为值1。然后在S6相应地检查B侧蓄压管压力传感器。如果该蓄压管压力传感器有故障，则在S9将B侧蓄压管的标记设定为值1。否则在S7检查B侧实际蓄压管压力pIST(B)是否大于起动蓄压管压力pSTART。如果该实际蓄压管压力仍小于起动蓄压管压力pSTART，即S7的询问结构为否，则在S10将B侧蓄压管的标记设定为值0。如果B侧实际蓄压管压力大于起动蓄压管压力pSTART，则在S8将B侧蓄压管的标记设定为值1。
接下来，在S11检查A侧蓄压管的标记是否被设定为1，B侧蓄压管的标记是否被设定为1，是否存在经验证的转速。如果情况如此，则在S12将标记“允许”设定为值1。如果该条件未满足，则在S13将标记“允许”设定为值0。见图6B，在S14询问该标记的值。如果该标记未被设定为1，则在S17读出效率特性曲线族的第一取值点，这里为TQS1(SL)＝-100Nm。然后在S18通过摩擦力矩特性曲线族来计算摩擦力矩TQR，并在S19计算起动力矩TQSTART。然后在S20把最大力矩TQMAX作为用于限制额定力矩的输入量设定为起动力矩TQSTART。如果在S14确定标记值为1，则在S15借助实际转速nIST、增压空气压力pLL和增压空气温度TLL来计算运行力矩TQBE。然后在S16将最大力矩TQMAX设定为运行力矩TQBE。由此结束程序流程。
附图标记列表

Claims (10)

1.一种用于控制和调节V形布置的内燃机(1)的方法，该内燃机具有独立的A侧的共轨系统以及独立的B侧的共轨系统，据此，在转速调节回路中调节内燃机(1)的转速(nMOT)，在起动过程期间将额定力矩(TQ(SL))作为转速调节器(10)的调节量限制为用于表示额定零喷射量的起动力矩(TQSTART)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当存在经验证的发动机转速，无论A侧蓄压管压力传感器(8A)还是B侧蓄压管压力传感器(8B)都无故障，且无论A侧实际蓄压管压力(pIST(A))还是B侧实际蓄压管压力(pIST(B))都超过起动蓄压管压力(pSTART)时，才释放正的额定喷射量(QSL)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，释放正的额定喷射量(QSL)(QSL＞0)的方式为，把额定力矩(TQ(SL))限制到运行力矩(TQBE)作为最大力矩(TQMAX)，该最大力矩至少根据实际转速(nIST)来计算。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，如果存在经验证的发动机转速，且在A侧蓄压管压力传感器(8A)有故障以及B侧蓄压管压力传感器(8B)无故障情况下，当B侧实际蓄压管压力(pIST(B))超过起动蓄压管压力(pSTART)时，释放正的额定喷射量(QSL)(QSL＞0)。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，如果存在经验证的发动机转速，且在B侧蓄压管压力传感器(8B)有故障以及A侧蓄压管压力传感器(8A)无故障情况下，当A侧实际蓄压管压力(pIST(A))超过起动蓄压管压力(pSTART)时，释放正的额定喷射量(QSL)(QSL＞0)。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，如果在A侧蓄压管压力传感器(8A)有故障且B侧蓄压管压力传感器(8B)有故障情况下存在经验证的发动机转速，则释放正的额定喷射量(QSL)(QSL＞0)。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据经限制的额定力矩(TQ(SL))和实际转速(nIST)，通过效率特性曲线族(12)来计算额定喷射量(QSL)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，效率特性曲线族(12)的实现方式为，针对额定力矩(TQ(SL))的第一取值点，独立于实际转速(nIST)计算额定喷射量(QSL)为0(QSL＝0)，即额定零喷射量。
9.如权利要求7和8所述的方法，其特征在于，代替经限制的额定力矩(TQ(SL))而将额定力矩(TQ(SL))与摩擦力矩(TQR)的额定力矩和(TQS(SL))设定为效率特性曲线族(12)的输入量。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少根据额定喷射量(QSL)通过喷射器特性曲线族(14)来计算用于触动喷射器的通电持续时间(BD)。
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