CN103764979A - 用于控制内燃机中爆震的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的装置包括控制单元（1），该控制单元被设置为形成针对汽缸特定调节单元的爆震控制命令并且可连接至汽缸特定第一传感器（3）。该控制单元还可连接至具有至少两种类型的第二传感器（2）。该装置还包括用于映射第一传感器和第二传感器的值的映射图。第一传感器的值具体指示汽缸的爆震状况，并且第二传感器的值指示发动机的至少两个变量。映射图（4）还指示与所述变量和爆震状况有关的发动机的爆震区域（22）和运行点（23）。

Description

用于控制内燃机中爆震的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于控制往复式发动机的有害事件的方法和装置。特别地，本发明涉及一种用于控制爆震的方法和装置。例如，发动机可以是柴油发动机、天然气发动机或能够利用多种不同燃料的发动机。此外，发动机可以是低速发动机或中速发动机。
背景技术
现今，往复式发动机是电控制的。通过这种方式，能够得到良好的发动机驱动性能，并且发动机可以运行在最佳的水平上，在该最佳水平上效率良好并且排放低。尽管运行在最佳的水平上，但也会发生有害事件。为了避免危险的缸压和会损害汽缸、活塞和曲柄机构的压力震荡，检测内燃机的爆震是非常重要的。检测爆震的方案有很多种。最一般的方法是测量在燃烧室附近的振动程度。例如，EP2189643、US2010106392、WO2010013663、US2009223280、WO2009031378和US2008264150描述了振动测量的运用。
目的是避免爆震条件，为此使用阈值来表示爆震条件。已知的方案跟踪表示爆震条件的参数，当超过该阈值时，爆震控制做出反应以消除爆震。虽然已知的方案工作起来是令人满意的，但是期望能够有一种提供更好质量的控制装置。
发明内容
本发明的目的是创造一种能够提供比现有方案更好的控制响应的控制装置。该目的可通过在独立权利要求中描述的方案来实现。从属权利要求描述了本发明不同的实施方式。虽然本文主要将爆震作为发动机的有害事件，但是该有害事件可以是任何类型的不希望的状况，例如不点火。在其他类型的情况下，控制装置适合于这种特定类型的有害事件。
本发明的主旨是除了对爆震做出反应，还定义了与爆震条件有关的发动机运行条件，以便提前避免爆震并且比之前的方案更灵活地控制发动机。
本发明的装置包括控制单元，其被设置为形成对于汽缸特定调节单元的爆震控制命令并且可连接至汽缸特定第一传感器。该控制单元还可连接至至少两种不同类型的第二传感器。本发明的装置还进一步包括用于映射第一传感器和第二传感器的值的映射图（map）。第一传感器的值特别表示汽缸的爆震条件，并且第二传感器的值表示发动机的至少两个变量。该映射图还表示与这些变量和爆震条件有关的发动机的爆震区域和运行点。
本发明的装置还包括计算器单元和调节单元6。计算器单元被设置为计算运行点与爆震区域之间的最短距离，并且还被设置为计算该距离的梯度。调节单元被设置为作为增加该距离的梯度的响应，对所述变量的调节器单元形成所述爆震控制命令。
附图说明
以下结合附图更详细地描述本发明。其中：
图1例示了本发明装置的示例；
图2例示了本发明的映射图的示例；
图3例示了本发明方法的流程图的示例。
具体实施方式
图1例示了根据本发明的装置的示例。用于往复式发动机的控制装置包括控制单元1，该控制单元1被设置为针对汽缸特定调节器单元形成爆震控制命令8并且可连接至汽缸特定第一传感器3。控制单元还可连接至至少两种类型的第二传感器2。第二传感器2测量发动机的不同参数。这些参数不是常量，它们是能够用来控制发动机的变量。例如，变量可以是歧管空气压力、歧管空气温度、主燃料喷射定时、主燃料喷射时长、废气再循环、火花定时。控制变量的集合依赖于发动机类型和燃料系统类型。例如，在共轨柴油发动机中，对被测量和控制的变量通常选择歧管空气压力、歧管空气温度、主燃料喷射定时和主燃料喷射时长。第一传感器3测量指示爆震条件的汽缸特定参数。
该装置还包括用于映射第一传感器3和第二传感器2的值的映射图或模型4。第二传感器的值表示了发动机的至少两个变量。图2示出了三维的映射图21的示例。映射图21指示了与变量（变量1和变量2）和爆震条件（爆震指数）有关的发动机的爆震区域22和运行点23。例如，映射图可以是自组织映射图。模型可以是能够描述至少两个信号之间的关系的任何类型，例如神经网络或微分函数。爆震条件轴（或向量），即爆震指数轴可以具有基于测量值标度或归一化测量值标度（相对值比例）的标度。例如，爆震指数可表示汽缸周围的振动程度或汽缸中的压力。
该装置还包括计算器单元5，该计算器单元5被设置为计算运行点23与爆震区域22之间的最短距离24，更精确地讲，计算运行点23与最近的爆震点25之间的距离24。计算器单元还被设置为计算距离24的梯度。梯度包括与变量有关的偏导数。此外，该装置包括调整单元6以作为增大该距离的梯度的响应来形成对所述变量的调节器单元的控制命令8。调整单元可被设置选择用于形成爆震控制命令的最大偏导数。采用这种方式，有可能快速增加运行点23与最近的爆震点25之间的距离。由于其他变量不发生改变并且具有最大偏导数的变量的小的改变会足够地增加距离，因此采用这种方式还可能尽可能小的移动运行点。调整单元6还可以被设置为接收发动机的辅助数据10，并且还被设置为利用该辅助数据来形成爆震控制命令。
应注意的是，计算器单元5和调整单元6可以被设置为形成一个单元11，这种选择在附图1中用点划线表示。调整单元还可向维护人员提供诊断信息9。映射图或模型可以被设置为考虑第一传感器和第二传感器的值而被更新。采用这种方式，针对发动机运行环境和工况，映射图总是最新的。最初的映射图或模型可以基于在发动机实验室或制造测试中运行的测试。
本发明还关注用于控制往复式发动机的爆震的方法，其中，该方法包括形成针对汽缸特定调节单元的爆震控制命令34的步骤。该方法还包括以下步骤：映射第一传感器3和第二传感器2的值（步骤31），第一传感器的值特别指示了汽缸的爆震条件并且第二传感器的值表示了发动机的至少两个变量；指示发动机的与这些变量和爆震条件有关的爆震区域22和运行点23（步骤32）；计算运行点23与爆震区域22之间的最短距离24并且计算该距离的梯度（步骤33）。形成爆震控制命令（8）的所述步骤34已经被设置为作为增加距离24的梯度的响应，形成针对所述变量的调节单元的命令。
本发明的装置还可能被设置为，当发生爆震或者即将发生爆震时，首先确定发动机的全部汽缸是否过于接近爆震区域或者是否位于爆震区域中。在这些情况下，利用诸如歧管空气压力、歧管空气温度或废气循环的发动机总控制变量来消除或减小爆震。其次，本发明的装置被设置为利用汽缸方面的（cylinder wise）控制变量（例如，主燃料喷射定时、主燃料喷射时长、点火定时、引燃燃料喷射定时和引燃燃料喷射时长）在汽缸方面来控制爆震汽缸。
本发明使得能够调整被插入到映射图4的一个、一些或全部变量。因此，有很大的灵活性来形成控制命令。运行点与爆震区域之间的距离越大，灵活性就越大。据此，相比于现有技术的装置，有更多种方式来运行发动机，并且更详细地考虑了负载条件。如上所述，当仅改变梯度的最大偏导数时，控制响应是非常快的。
有很多种方式来实现本发明的装置。因此，应当清楚，本发明不局限于本文中的示例，而在权利要求限制内能够以任何形式形成本发明。

Claims (8)

1.一种用于往复式发动机的爆震控制装置，该爆震控制装置包括控制单元（1），该控制单元（1）被设置为形成针对汽缸特定调节单元的爆震控制命令（8）并且能连接至汽缸特定第一传感器（3），其特征在于：
所述控制单元（1）能连接到至少两个不同类型的第二传感器（2），并且所述装置还包括用于映射所述第一传感器（3）和所述第二传感器（2）的值的映射图或模型（4，21），所述第一传感器的值具体指示汽缸的爆震状况并且所述第二传感器的值指示所述发动机的至少两个变量，所述映射图或模型指示与所述变量和所述爆震状况有关的所述发动机的爆震区域（22）和运行点（23），
所述装置还包括计算器单元（5），该计算器单元（5）被设置为计算所述运行点（22）与所述爆震区域（22）之间的最短距离（24），并且还被设置为计算所述距离的梯度，
所述装置还包括调整单元（6）以作为所述梯度的响应来形成针对所述变量的调节单元的所述爆震控制命令（8）从而增大所述距离（24）。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述调整单元（6）被设置为选择所述梯度的最大偏导数来形成所述爆震控制命令。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述调整单元（6）被设置为接收所述发动机的辅助数据（10），并且还被设置为利用所述辅助数据来形成所述爆震控制命令（8）。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述计算器单元（5）和所述调整单元（6）被设置为形成一个单元（11）。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述映射图或所述模型（4，21）被设置为考虑所述第一传感器（3）和所述第二传感器（2）的值而被更新。
6.根据权利要求1-5所述的装置，其特征在于，所述第二传感器（2）的值指示了以下变量中的至少两个：歧管空气压力、歧管空气温度、主燃料喷射定时、主燃料喷射时长、废气循环、火花定时。
7.根据权利要求1-5所述的装置，其特征在于，在爆震的情况下，所述装置首先被设置为确定是否所述发动机的全部汽缸都过于接近所述爆震区域或者位于所述爆震区域中，如果是则利用以下变量中的至少两个：歧管空气压力、歧管空气温度和废气循环，
所述装置然后被设置为利用以下变量中的至少一个在汽缸方面来控制爆震汽缸：主燃料喷射定时、主燃料喷射时长、火花定时、引燃燃料喷射定时和引燃燃料喷射时长。
8.一种用于控制往复式发动机的爆震的方法，所述方法包括形成针对汽缸特定调节单元的爆震控制命令的步骤，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
映射（31）第一传感器（3）和第二传感器（2）的值，所述第一传感器的值具体指示汽缸的爆震状况，并且所述第二传感器的值指示所述发动机的至少两个变量，
指示（32）所述发动机的与所述变量和所述爆震状况有关的爆震区域（22）和运行点（23），以及
计算（33）所述运行点（23）与所述爆震区域（22）之间的最短距离（24），以及所述距离的梯度，
形成（34）所述爆震控制命令（8）的步骤被设置为作为所述梯度的响应来形成针对所述变量的调节单元的所述命令以增大所述距离（24）。
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