CN102803690A - 用于操作内燃机的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作具有多个气缸（Z1－Z4）的内燃机的方法和对应的设备，所述多个气缸（Z1至Z4）在所有情况下都关联有一个用于按量配给燃料的喷射阀（18），其中设置有控制设备（25），所述控制设备（25）在所有情况下都具有一个用于激励多个气缸的喷射阀（18）的输出级（25a）。在此，首先针对气缸（CYL_i）确定具有相对于曲轴旋转角的持续时间和定位的工作喷射（P0－P4）。紧接着，按照点火顺序为在前的气缸（CYL_i-1）的在确定的工作模式下所需的晚喷射（P5）被布置在期望曲轴角范围（SB）中，使得在各个工作喷射和晚喷射之间没有发生时间重叠。

Description

用于操作内燃机的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于操作具有多个气缸的内燃机的方法和设备，这些气缸在所有情况下都与一个用于按量配给（Zumessen）燃料的喷射阀关联，其中设置有至少一个输出级，用于激励多个喷射阀。

背景技术

越来越严格的在布置有内燃机的汽车的容许的有害物质排放方面的法律规定要求在内燃机工作时保持有害物质排放尽可能小。这一方面可以通过减小在内燃机的相应气缸中的空气/燃料混合物燃烧期间形成的有害物质排放来实现。另一方面，在内燃机中采用排气后处理系统（Abgasnachbehandlungssystem），所述排气后处理系统将在相应气缸中的空气/燃料混合物燃烧期间产生的有害物质排放转换成无害物质。在这一点，例如也采用柴油颗粒过滤器。

为了有针对性地控制气缸中的燃烧过程或者也控制在排气后处理系统中的转换过程，在相对于曲轴的旋转角的喷射循环中针对气缸的每个工作循环按量配给燃料，所述喷射循环包括多个在时间上间隔开的并且在数量上不同的部分喷射。根据气缸数目和各个喷射循环延伸超过曲轴的旋转角，按照点火顺序相继的各个气缸的喷射循环会出现时间上的重叠。这意味着：在不利的情况下，不同气缸的各个部分喷射可在时间上重叠。然而，如果仅一个共同的输出激可用于激励所涉及的气缸的喷射器，则这导致冲突，因为在所有情况下仅能激励这样限定的输出级组的一个喷射器。尤其是当确定的部分喷射在特定工作模式下必须在气缸的工作循环中非常晚地进行以便将未燃烧的空气/燃料混合物输送给排气后处理系统时，该问题才出现。这例如是需要的，以便在连续工作时根据需要或以确定的时间间隔提高排气后处理系统中的温度，以使过滤器或者催化转化器再生。

此外，如下晚期的部分喷射此处被简称为晚喷射（Spaeteinspritzung）：所述晚期的部分喷射在时间上或相对于曲轴角落入相同输出级组的按照点火顺序为后继的气缸的喷射循环中。

此外，此处称作工作喷射的是布置在曲轴角范围或如下时间段中的部分喷射：该时间段是在相应的喷射循环开始之间并且在后继的喷射循环开始之前（即在相同输出级组的按照点火顺序为后继的气缸的喷射循环的最早部分喷射开始之前）的时间段。

由DE 10033343 A1公知了一种用于具有至少两个气缸的内燃机的燃料喷射设备。该燃料喷射设备具有至少两个压电执行元件，并且每个气缸至少在所有情况下都关联有一个压电执行元件，用于通过压电元件的充电或者放电将燃料喷射到气缸中。该燃料喷射设备具有喷射调节装置，用于监控和/或用于解决在激励用于将燃料喷射到相应的气缸中的执行元件时的冲突。

在由EP 1 497 544 B1公知的用于操作燃料喷射设备的方法中监控：在较低优先级的喷射时，在用于较高优先级的喷射的另一压电元件充电或者放电的时刻左右的预先给定的时间间隔内是否出现关联的压电元件的充电或者放电。在燃料喷射设备工作期间，确定时间上的充电边沿和/或放电边沿的距离，并且由此确定较低优先级的喷射相对于较高优先级的喷射的偏移和/或缩短的量。

发明内容

本发明所基于的任务是提出一种用于操作内燃机的方法和设备，该方法和该设备能够在没有性能损失的情况下尤其是关于低有害物质排放实现内燃机的可靠且精确的工作。

该任务通过独立权利要求的特征来解决。本发明的有利的扩展方案被表征在从属权利要求中。

本发明的特点在于用于操作具有多个气缸的内燃机的方法和对应设备，这些气缸在所有情况下都关联有一个用于按量配给燃料的喷射阀，其中设置有控制设备，该控制设备在所有情况下都具有输出级，用于激励由此组合成输出级组的多个气缸的喷射阀。

在内燃机工作时，气缸按照点火顺序相继地在时间上偏移地分别经历工作循环，其中相应的工作循环包括在相应的气缸中运行的往复活塞的两个行程并且因此包括总共为720°的曲轴旋转角。对于相应气缸的每个工作循环，经历喷射循环，该喷射循环包含工作喷射，并且只要在工作模式下(例如在排气后处理系统中的所需的温度提高的情况下)需要，该喷射循环包含至少一个晚喷射。

在此称作工作喷射的是喷射循环的如下部分喷射：这些部分喷射被布置在曲轴角范围中或被布置在相应喷射循环开始之间并且在后继的喷射循环开始之前（即在相同输出级组的按照点火顺序为后继的气缸的喷射循环的最早部分喷射开始之前）的时间段中。在此称作晚喷射的是喷射循环的如下部分喷射：这些部分喷射在时间过程中相对于曲轴旋转角必须晚进行，使得这些部分喷射必须已经被布置在相同输出级组的按照点火顺序为后继的气缸的喷射循环的范围中。在一个喷射循环中，在此可以完全进行多个工作喷射和多个晚喷射。

在用于操作内燃机的方法流程中，相对于按照点火顺序为当前的气缸，首先确定工作喷射关于曲轴旋转角的时间位置和持续时间，这些时间位置和持续时间就相同输出级组的按照点火顺序为随后的气缸的工作喷射而言没有时间重叠，其中所述相同输出级组的按照点火顺序为随后的气缸的喷射阀借助相同输出级被激励。

紧接着，针对必要时所需的晚喷射确定晚喷射要被置于其内的期望（Soll）曲轴角范围，所述必要时所需的晚喷射与相同输出级组的按照点火顺序为在前的气缸关联，所述相同输出级组的按照点火顺序为在前的气缸的喷射阀因此借助相同的输出级被激励。

紧接着确定：在考虑按照点火顺序为当前的气缸的工作喷射的位置和持续时间的情况下，期望曲轴角范围中的哪些空闲范围保持空闲。这并不是如下范围：在该范围中，输出级并不被按照点火顺序为当前的气缸的工作喷射所要求并且可用于产生相同输出级组的按照点火顺序为在前的气缸的必要时所需的晚喷射。空闲范围在此可以由多个部分空闲范围构成，这些部分空闲范围在所有情况下都处于工作喷射之前、之后或者之间。

此后，必要时所需的与按照点火顺序为在前的气缸关联的晚喷射在确定喷射量的参数方面被规定（festlegen）并且被布置在所确定的空闲范围之内。

输出级被激励，以给相应的喷射阀加载调节信号（Stellsignal）来产生不仅用于工作喷射而且用于晚喷射的喷射脉冲。

以这种方式，所有喷射脉冲都可以简单地在时间上或关于曲轴角无冲突地放置，并且因此实现内燃机的特别高效且有害物质少的工作。

按照点火顺序为在前的气缸、当前的气缸和随后的气缸可以相对于时间或相对于曲轴角被理解并且在所有情况下都涉及相同的输出级组。从气缸的整个布局来看，这也可以包括：如果例如在六缸机器的情况下气缸1、3和5与一个输出级关联而气缸2、4和6与第二输出级关联，则这些气缸关于上级的点火顺序并不直接相邻。

此外使用如下认知：通常，晚喷射在相对宽的期望曲轴角范围之内可以被按量配给，而不会造成分配给其的作用、譬如柴油颗粒过滤器的再生的明显改变。

根据一个有利的扩展方案，用于布置晚喷射的预先给定的期望曲轴角范围根据至少一个负载量来确定，所述负载量可选地表示转速和/或转矩。

根据另一有利的扩展方案，期望曲轴角范围的起始在相应气缸的相关往复活塞的点火时的上止点之后至少120°。这尤其是例如可以在具有四个气缸的内燃机的情况下是有利的。

根据另一有利的扩展方案，在不连续的空闲范围的情况下，晚喷射优选地被布置在该空闲范围的如下部分中：该部分由于时间上的扩展而适于在整个持续时间上容纳晚喷射。以这种方式减小布置晚喷射的计算开销并且因此也减小在开发系统中的编程开销。

根据另一有利的扩展方案，在不连续的空闲范围的情况下（其中各个部分都不适于在整个持续时间中容纳晚喷射），晚喷射被划分成多个部分脉冲并且被布置在空闲范围的不同部分中。 

以这种方式可以保证与晚喷射关联的燃料量的可靠且完全的按量配给，这总体上提高了本方法的效能。 

根据本发明主题的另一有利的扩展方案，根据内燃机的其他工作参数，在相对于曲轴角提前的或者居中的或者稍后的时刻，晚喷射被置于空闲范围之内或空闲范围的事先确定的部分之内。这不仅包括在连续的空闲范围或该空闲范围的部分内在相对应的位置上定位晚喷射的可能性，而且包括在不连续的空闲范围的情况下将晚喷射必要时分布到提前、居中或者稍后定位在空闲范围中的多个相继的部分的可能性。这具有如下优点：晚喷射对内燃机和排气处理系统的相应工作状态的作用可以被优化。相对应的工作参数例如是内燃机的转速、内燃机和排气处理系统的温度、在喷射系统的压力存储器中的可用的工作压力或者所要求的转矩。

用于操作具有多个气缸的内燃机的设备具有带有至少一个输出级的控制设备，其中所述多个气缸在所有情况下与一个用于按量配给燃料的喷射阀关联。相应的输出级被设置用于激励由此组合成输出级组的多个气缸的喷射阀。这些气缸按照点火顺序相继地在时间上偏移地分别经历工作循环，其中对于相应气缸的每个工作循环都经历喷射循环，所述喷射循环包含工作喷射和至少一个晚喷射。

控制设备被构造并且被设立，使得针对输出级组的按照点火顺序为当前的气缸（CYL_i）接连地确定具有关于曲轴旋转角的持续时间和定位的工作喷射（P0－P4）。随后，按照点火顺序为在前的气缸（CYL_i-1）的晚喷射要被置于其内的期望曲轴角范围被确定。此外，在考虑按照点火顺序为当前的气缸（CYL_i）的所确定的工作喷射（P0－P4）的情况下，确定了在期望曲轴角范围之内的空闲范围，在该空闲范围期间不进行喷射并且输出级可用于产生晚喷射。紧接着，与按照点火顺序为在前的气缸（CYL_i-1）关联的至少一个晚喷射（P5）在确定喷射量的参数方面被规定并且被布置在当前气缸的所确定的空闲范围（FB）之内。为了给相应的喷射阀加载调节信号以产生工作喷射（P0－P4）和晚喷射（P5）而激励输出级。

附图说明

本发明的实施例以下参照示意性附图更为详细地阐述。 

图1示出了具有控制设备的内燃机，

图2示出了在控制设备中执行的程序的流程图， 

图3示出了第一流程示意图，以及

图4示出了第二流程示意图。

相同结构或功能的元件在所有附图中用相同的附图标记表征。 

具体实施方式

内燃机（图1）包括进气道（Ansaugtrakt）1、发动机组（Motorblock）2、气缸盖3和排气道（Abgastrakt）4。进气道1优选地包括节流阀5、蓄能器6和吸入管7，该吸入管7朝着气缸Z1经由进气通道而通入发动机组。此外，发动机组2还包括曲轴8，该曲轴8通过连杆10与气缸Z1的活塞11耦合。

气缸盖 3包括带有进气阀12和出气阀13的配气机构（Ventiltrieb）。 

此外，气缸盖3还包括喷射阀18和点火执行器19。点火执行器19例如可以被构造为具有相对应的点火电极的晶体管线圈点火装置，被构造为高压电容器点火装置，被构造为交流电压点火装置，被构造为激光点火装置或者本领域有关技术人员公知的其他方式和方法的点火执行器构造。在具有自点火（Selbstzuendung）的燃烧方法的情况下，譬如在柴油内燃机的情况下，基本上也可以省去点火执行器19。 

在排气道4中布置有催化转化器21，该催化转化器21优选地被构造为三效催化转化器。此外，在该排气道中优选地布置有另一催化转化器23，该另一催化转化器23被构造为NOX催化转化器。此外或者也可替换地，也可以设置颗粒过滤器、尤其是柴油颗粒过滤器。 

设置有控制设备25，该控制设备25与检测不同的测量量并且在所有情况下都确定测量量的值的传感器关联。工作量除了测量量之外也包括由这些测量量导出的量。控制设备25被构造来根据工作量的至少一个确定如下调节量（Stellgroesse）：这些调节量接着被转换成一个或多个调节信号，以控制与控制设备25关联的调节环节（Stellglieder）。

控制设备25尤其包括被构造来存储数据和程序指令的存储器以及包括被构造来实施程序指令的计算单元。优选地，存储器和计算单元形成被控制设备25包括的计算机的至少一部分。 

传感器是检测油门踏板27的油门踏板位置的踏板位置传感器（Pedalstellungsgeber）26、检测在节流阀5上游的空气质量流（Luftmassenstrom）的空气质量传感器28、检测吸入空气温度的第一温度传感器32、检测在蓄能器6中的吸入管压力的吸入管压力传感器34、检测接着与转速N关联的曲轴角的曲轴角传感器36。此外，设置有第二温度传感器38，该第二温度传感器38检测工作温度、尤其是冷却剂温度或者燃料温度。此外，还设置有压力传感器39，该压力传感器39检测燃料压力PFU、尤其是在高压存储器燃料输送装置中的燃料压力PFU。此外也设置有如下排气探头（Abgassonde）42：该排气探头42被布置在催化转化器21上游或者被布置在催化转化器21中并且该排气探头42检测排气的剩余氧含量，而且该排气探头42的测量信号表征在燃料氧化之前的在气缸Z1的并且在第一排气探头上游的燃烧室中的空气/燃料比（以下称作气缸Z1至Z4中的空气/燃料比）。根据本发明的实施形式可以存在所述传感器的任意子集或者也可以存在附加的传感器。 

调节环节例如是节流阀5、进气阀12和出气阀13、喷射阀18或者火花塞19。

在气缸Z1旁也还设置有其他气缸Z2至Z4，这些其他气缸Z2至Z4接着也有相对应的调节环节关联并且必要时与传感器关联。因此，内燃机可以具有任意数目的气缸。

控制设备25包括计算单元，在该计算单元中，程序在内燃机工作期间优选地被执行。此外，控制设备25还包括至少一个输出级25a，所述至少一个输出级25a被设置用于激励多个与输出级组关联的喷射阀18，这些喷射阀18与不同的气缸Z1、Z2、Z3和Z4关联。这样，例如所有气缸Z1至Z4都与唯一的输出级25a关联，或者多个气缸也可被组合成输出级组并且该数目在所有情况下都可与自己的输出级关联。

在具有压电执行器的喷射阀18的情况下，输出级例如被构造来产生用于相应的压电执行器的调节信号，该调节信号包括压电执行器的充电并且紧接着又包括压电执行器的放电，用于实现相应的喷射脉冲。在此，输出级被构造为使得该输出级可以同时仅针对喷射阀的唯一的执行器产生调节信号。

输出级25a以及喷射阀18也优选地被构造为：在工作循环或喷射循环期间对于每个喷射阀18可以触发多个部分喷射。这样，例如五个或六个部分喷射在一个工作循环期间可以被执行。

用于操作内燃机的程序在步骤S0（图2）开始，其中必要时可以初始化变量和参数。关于程序的步骤也补充地参阅图3和图4。

在步骤S1，相对于输出级组的按照点火顺序为当前的气缸CYL_i确定工作喷射P0、P1、P2、P3、P4，这些工作喷射P0、P1、P2、P3、P4基于激励预给定在任何情况下在相同输出级组的按照点火顺序为随后的气缸CYL_i+1的尽可能早的工作喷射开始之前结束。

到气缸CYL_i中的另一更晚的喷射被分级为晚喷射P5。在步骤S2，针对与相同输出级组的在点火序列中为在前的气缸CYL_i-1关联的晚喷射P5，确定在其内要进行晚喷射P5的预先给定的期望曲轴角范围SB，其中所述气缸CYL_i-1的喷射阀18因此借助相同的输出级25a被激励。期望曲轴角范围SB在起始角SOI_LIM处开始并且在终止角EOI_LIM结束。优选地，起始角SOI_LIM和/或终止角EOI_LIM 根据至少一个负载量、譬如转速N和/或转矩、尤其是所指出的转矩TQI来确定，更确切地说优选地根据相应的特性曲线族来确定。

晚喷射P5尤其是如下喷射：该喷射例如为了颗粒过滤器再生被按量配给，而在相应气缸（Z1－Z4）的燃烧室内无需被氧化（点火）。这通常在相当宽的角度范围中是可能的。与此相应地，针对晚喷射P5的期望曲轴角范围SB通常是相对宽的角度范围并且因而在如下预先给定的范围中可以相对应地被校准：该预先给定的范围尤其是在考虑到气体交换阀（即进气阀12和出气阀13）的打开和闭合的情况下被确定。

在输出级组中的4个气缸（Z1－Z4）的典型布局的情况下，针对晚喷射P5的期望曲轴角范围SB的起始角SOI_LIM例如在相应的气缸的关联的往复活塞11的点火时的上止点TDC之后至少120°。

在步骤S3确定，期望曲轴角范围SB的哪个范围在考虑按照点火顺序为当前的气缸CYL_i的工作喷射P0至P4的情况下保持空闲，更确切地说作为气缸CYL_i的各个工作喷射P0至P4之间的空闲范围。空闲范围FB可以根据各个工作喷射P0至P4的位置而是连续的，如这在图3中所示的那样，或者空闲范围FB也可被分解成不同的部分，如这参照图4所示出的那样。

在确定空闲范围FB时也必须考虑仅仅部分在期望曲轴角范围SB中的工作喷射P0至P4。

此外，要考虑的是，在通过相同输出级控制的两个喷射之间的预先给定的最小距离不仅在相同的气缸上而且在不同的气缸上都必须遵守。

在步骤S4，晚喷射P5有针对性地被布置在空闲范围FB之内。在此，相关的晚喷射P5可以居中地、左对齐地或者右对齐地被布置在相应的空闲范围FB中或在空闲范围FB的相对应部分中。

在不连续的空闲范围FB的情况下，如这例如在图4中所示的那样，晚喷射P5优选地被设置在空闲范围FB的中间部分中。

在晚喷射P5由于持续时间而不能完整地被嵌入在空闲范围FB的各个部分范围中的特别情况下，晚喷射P5例如也可以被划分成多个部分喷射并且分布到空闲范围FB的多个部分范围上。

在步骤S5，输出级25a被激励，以给相应的喷射阀18加载调节信号来产生当前气缸CYL_i的工作喷射P0至P4和相同输出级组的在前的气缸CYL_i-1的晚喷射P5。在步骤S5中实施的输出级激励显然也可以在时间上与针对其他气缸的其他步骤S1至S4和S6的执行并行地进行。

在步骤S6，紧接着该程序结束。优选地，该程序例如与事件有关地或者循环地重新开始，并且例如可以在所有情况下与气缸段同步地重新开始。在此，气缸段通过工作循环的根据曲轴角的持续时间除以属于相同的输出级组的气缸的数目来限定。

Claims (9)

1.一种用于操作具有多个气缸（Z1－Z4）的内燃机的方法，所述多个气缸（Z1－Z4）在所有情况下都关联有一个用于按量配给燃料的喷射阀（18），其中设置有控制设备（25），所述控制设备（25）在所有情况下都具有一个用于激励由此组合成输出级组的多个气缸的喷射阀（18）的输出级（25a），以及其中所述气缸（Z1－Z4）按照点火顺序相继地在时间上偏移地分别经历工作循环，并且对于相应的气缸（Z1－Z4）的每个工作循环经历喷射循环，所述喷射循环包含工作喷射（P0－P4），并且只要在工作模式下需要，所述喷射循环就包含至少一个晚喷射（P5），该方法具有如下步骤：

- 针对输出级组的按照点火顺序为当前的气缸（CYL_i），确定具有相对于曲轴旋转角的持续时间和定位的工作喷射（P0－P4），

- 确定期望曲轴角范围（SB），在所述期望曲轴角范围（SB）内要布置按照点火顺序为在前的气缸（CYL_i-1）的晚喷射（P5），

- 在考虑按照点火顺序为当前的气缸（CYL_i）的所确定的工作喷射（P0－P4）的情况下，确定在所述期望曲轴角范围（SB）内的空闲范围（FB），在该空闲范围（FB）期间不进行喷射并且提供输出级（25a）用于产生晚喷射（P5），

- 规定与按照点火顺序为在前的气缸（CYL_i-1）关联的并且被布置在当前气缸（Z1－Z4）的所确定的空闲范围（FB）之内的晚喷射（P5），

- 激励输出级（25a），用于给相应的喷射阀（18）加载调节信号，以产生工作喷射（P0－P4）和晚喷射（P5）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，预先给定的期望曲轴角范围（SB）根据内燃机的至少一个负载量来确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述负载量表示曲轴（8）的转速（N）和/或转矩（TQI）。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，期望曲轴角范围（SB）的起始角（SOI_LIM）处于相应气缸的往复活塞（11）的点火时的上止点TDC之后至少120°。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在由多个不连续的部分范围构成的空闲范围（FB）的情况下，晚喷射（P5）优选地被布置在所述空闲范围（FB）的如下部分范围中：所述部分范围由于时间上的扩展而适于在整个持续时间上容纳晚喷射。

6.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，在由多个不连续的部分范围构成的空闲范围（FB）的情况下，晚喷射（P5）被划分成多个部分喷射并且分布到空闲范围（FB）的不同部分范围上地被布置。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，晚喷射在相对于曲轴角居中的时刻被布置在空闲范围之内或被布置在空闲范围的事先确定的部分之内。

8.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中，根据其他工作参数，在相对于曲轴角提前的或者居中的或者稍后的时刻，晚喷射被布置在空闲范围之内或被布置在空闲范围的事先确定的部分之内。

9.一种用于操作具有多个气缸（Z1－Z4）的内燃机的设备，所述多个气缸（Z1－Z4）在所有情况下都关联有一个用于按量配给燃料的喷射阀（18），其中该设备具有控制设备（25），所述控制设备（25）具有用于激励由此组合成输出级组的多个气缸（Z1－Z4）的喷射阀（18）的输出级（25a），以及其中所述气缸（Z1－Z4）按照点火顺序相继地在时间上偏移地分别经历工作循环，并且对于相应气缸（Z1－Z4）的每个工作循环经历喷射循环，所述喷射循环包含工作喷射（P0－P4），并且只要在工作模式下需要，所述喷射循环就包含至少一个晚喷射（P5），

其中该控制设备（25）被构造并且被设立来：

- 针对输出级组的按照点火顺序为当前的气缸（CYL_i），确定具有相对于曲轴旋转角的持续时间和定位的工作喷射（P0－P4），

- 确定期望曲轴角范围（SB），在所述期望曲轴角范围（SB）之内要布置按照点火顺序为在前的气缸（CYL_i-1）的晚喷射（P5），

- 在考虑按照点火顺序为当前的气缸（CYL_i）的所确定的工作喷射（P0至P4）的情况下确定在期望曲轴角范围（SB）之内的空闲范围（FB），在该空闲范围（FB）期间不进行喷射并且提供输出级用于产生晚喷射（P5），

- 规定与按照点火顺序为在前的气缸（CYL_i-1）关联的并且被布置在当前气缸（Z1－Z4）的所确定的空闲范围（FB）之内的晚喷射（P5），

- 激励输出级（25a），用于给相应的喷射阀（18）加载调节信号，以产生工作喷射（P0－P4）和晚喷射（P5）。

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