CN103775223A - 用于识别一稳定燃烧的方法 - Google Patents

Abstract

在一种用于识别在起动过程期间和一倒拖的内燃机运行期间的稳定燃烧的方法中，监控一曲轴转速发送器的信号，并且通过所述信号的表示所述内燃机的转动不均匀性的特性的特征来推断出一稳定燃烧的存在。

Description

用于识别一稳定燃烧的方法

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的种类的用于识别一内燃机的稳定燃烧的方法。

本发明的主题还是一计算机程序和一计算机程序产品，它们适合于实施所述方法。

背景技术

在如今的车辆中通过电动马达来起动内燃机。起动结束的识别如今通常参照一转速阈值来进行，该转速阈值位于所述内燃机的自运行极限（Selbstlaufgrenze）和最大起动转速之上。所述内燃机仅在存在一稳定燃烧的情况下才能够达到在一起动过程期间的转速。并且仅在该情况下才确保了所述内燃机的自运行。对于超过所述转速阈值的情况的识别包含了一组合的信息，即如下信息，所述转速超过了所述阈值并且存在一稳定燃烧。

混合动力车辆提供了如下可能性，在释放燃料喷射之前将所述内燃机带入到比所述自运行极限明显更高的转速上，因为所述混合动力车辆的电动马达实际上总是具有比常见的车辆的起动器马达高得多的功率。通过如下可能性，将所述内燃机驱动到比所述自运行极限明显更高的转速上，使得关于一稳定燃烧的信息不再只能够经由所述马达转速的阈值才可行。当同时至少也出于成本原因并且为了减小其它的干扰因素，应尽可能避免额外的传感器，以便在混合动力车辆的情况下也以可靠的方式识别到所述内燃机的稳定燃烧以及特别是所述起动结束。此外，应使用在一系列马达上存在的测量技术，用以获得关于在一马达起动时的稳定燃烧的信息。

该问题适用于根据UNO-定义的混合动力（http://de.wikipedia.org/wiki/Hybridantrieb），适用于多系统车辆例如柴油电力机车，双模有轨车辆如双力驱动车，具有混合驱动装置的飞机，具有柴油电力机车的船舶，等等。对于所有相关的系统而言常见的是，存在至少两个能量转换器，它们中之一是一升降活塞马达的意义上的内燃机。至少一个其它的能量转换器可以将比如下的能量更多的能量引入到系统中，所述能量是为将所述内燃机带入到比在现有技术中定义的转速极限更高的转速上所需的。下面将所参与的能量转换器区分为初级能量转换器和次级能量转换器，所述初级能量转换器与所述内燃机相同，所述次级能量转换器例如是一电机或一混合动力马达。

发明内容

在所述用于识别一倒拖的（geschleppten）内燃机的稳定燃烧的方法中，连续地监控一曲轴转速发送器的信号的时间变化，并且评价所述信号，用以推断出一稳定燃烧过程的存在，通过该方法，能够以特别可靠的方式借助于在所述系列内燃机中存在的“测量技术”获得关于一稳定燃烧的存在的说明。在此，连续地监控一曲轴转速发送器的信号的时间变化表示的是，不仅检测一达到阈值的确认，而且也连续地探测所述曲轴转速发送器的信号的时间变化并且由此得出结论，如下面还将详细描述的那样。

本发明的基本思想在于，尽可能精确地评价一曲轴旋转发送器的信号并且由于所述信号，基于一转动不均匀性（Drehunf?rmigkeit）的形状来识别所述内燃机的稳定燃烧的存在。由于升降活塞马达不像例如涡轮机那样连续地运转，而是经历一划分成不同的冲程（Takte）的程序，在所述曲轴上会出现转速脉动和力矩脉动，其以一稳定的平均值波动。所述转动不均匀性的形状在此通过缸的数量、在所述缸中的压力曲线、所述马达构件的几何形状和质量、所述工作过程（二冲程过程或四冲程过程）以及所述马达的运行点来确定。在此，本发明利用如下知识，当起动向所述内燃机的燃烧室中的燃料供给时，所述转动不均匀性的形状由于所述燃烧而经受一显著的变化。下面将在没有燃料供给的情况下所述内燃机的运行称作“倒拖”，在燃料供给开始后所述内燃机的运行称作“点火”。为了在强迫点火的内燃机中的燃烧所需的点火能量的供给被假设为与所述燃料供给是同步的，由此在开始燃料供给之后即使在强迫点火的马达中也以点火运行为出发点。

以这种方式可以取消额外的传感器、测量装置等等并且可以取消额外的特别耗费的方法，例如监控次级能量转换器的转矩等等。

通过在从属权利要求中列举的措施实现了在独立权利要求1中说明的方法的有利的改进方案和改善方案。

特别有利的是，所述方法可以用于识别所述内燃机的起动过程的起动结束。当存在一稳定燃烧时，得出了所述起动结束。但所述方法同样可以用于在运行期间探测所述内燃机的稳定运转。即，例如当运行期间在所述初级能量转换器中的燃烧有目的性地或者通过系统中的故障而进入停止状态，而所述马达转速通过次级能量转换器的作用或动力总成系统的作用不经历显著的变化。利用根据本发明的方法可以例如在该情况下可靠地识别到所述燃烧的中断和恢复，以便以有利的方式影响一运行策略。

优选地，所述初级能量转换器、也就是说所述内燃机，通过一其它的能量转换器、例如一电动马达进行倒拖。但“倒拖”也可以表示，车辆位于惯性运行中并且所述“倒拖”由于所述车辆的惯性而通过所述动力总成系统来进行。

根据本发明的方法的一种设计方案规定，从所述信号中确定一表示所述转速的特性的参量和/或一表示所述转速的时间曲线的特性的参量和/或一表示相对于缸的所谓的点火OT（ZOT）的角度位置的特性的参量。

根据本发明的一种特别有利的设计方案，所述方法使用一表示所述转速的特性的参量，即时间上的转速变化，规定，确定在所述内燃机的倒拖运行中的转速变化以及在开始燃料供给之后在所述内燃机的点火状态中的转速变化，确定所述转速变化之差的值，将所述值与一可预设的阈值进行比较，并且当所述值超过了所述可预设的阈值时，推断出所述内燃机的一稳定燃烧。所述燃料供给的开始在电子的马达控制装置中是已知的并且可以从所述控制设备中提取相应的数据。替选地或附加地，所述信息也可以经由对所述喷射阀的阀针运动、即一个或多个喷射阀的打开做出评价来提供。

根据本发明的另一种设计方案，所述方法还使用一表示相对于上止点的角度位置的特性的参量，规定，确定在所述上止点之前在四冲程内燃机的压缩冲程中的转速时间变化以及在所述上止点之后在工作冲程中的转速时间变化。所描述的在所述压缩冲程和所述工作冲程之间的上止点（OT）相应于所述四冲程内燃机的所谓的点火OT（ZOT）并且位于转速最小值中。该过程步骤的背景在于，一倒拖的内燃机具有与自动地由于一稳定燃烧过程而运转的内燃机所不同的转速时间曲线。因此不仅可通过

a）形成一在所述ZOT（工作行程）之后在倒拖运行中和在点火运行中的在可预设的角度范围中的表示所述马达转速的时间曲线的特性的参量的值之间的差，并且将所述差与一可预设的阈值进行比较，

也可通过

b）形成一在所述ZOT之前（压缩冲程）和之后（工作冲程）的在可预设的角度范围中的表示所述马达转速的时间曲线的特性的参量的值之间的差，并且将所述差与一可预设的阈值进行比较，

推断出在初级能量转换器中的一稳定燃烧。表示所述马达转速的时间曲线的特性的参量可以有利地通过所述马达转速相对于时间的一阶导数或取而代之也可以通过所述马达转速的更高阶的导数来形成。

在此可以有利地规定，不仅确定在所述压缩冲程和/或工作冲程中的马达转速的时间曲线所处的范围，而且所述差阈值可根据所述内燃机的转速并且附加地或取而代之地根据其它的马达参数、例如马达温度、油温、增压压力、节流阀开启角度、喷射量等等来预设。

但根据本发明的方法不仅可以在四冲程内燃机中使用，而且也可以在二冲程内燃机中使用。在此情况下，在所述方法的一种设计方案中，该方法使用一表示相对于上止点的角度位置的特性的参量，在OT之前的第一冲程中的在一角度范围中的所述内燃机转速的时间曲线以及在第二冲程中的、也就是说在所述二冲程内燃机的OT之前和之后的在一角度范围中的转速时间曲线。但在二冲程马达中每个上止点也等于点火OT。在本申请中，结合二冲程内燃机来阐述所述上止点（OT）。类似于上述的用于按照四冲程方法来工作的内燃机的方法，可以通过形成一在

a）倒拖运行和点火运行中的第二冲程和

b）所述第一冲程和所述第二冲程

之间的表述所述马达转速的时间曲线的特性的参量的差，以及将所述差与一可预设的阈值进行比较来推断出一稳定燃烧的存在。

在该情况下不仅所述比较阈值，而且确定在所述第一冲程和/或所述第二冲程期间的转速时间曲线所处的范围，都可以根据所述内燃机的转速和/或其它的影响所述转动不均匀性的马达参数、例如油温来预设。

前述的方法的步骤以及其变型方案可以作为计算机程序来执行，所述计算机程序在一计算设备，特别是一内燃机的控制设备上运行。所述计算机程序可以存储在具有程序代码的计算机程序产品上。以这种方式可以在现有的控制设备软件上录入所述方法。这也特别是因为，所述方法特别有利地不需要额外的硬件，而是可在现有的硬件环境中立即使用。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细阐释。

其中:

图1 示意性示出了用于阐述根据本发明的方法的第一种变型方案的转速时间曲线；

图2 示意性示出了用于阐述根据本发明的方法的第二种变型方案的转速时间曲线以及

图3 示意性示出了用于阐述根据本发明的方法的第三种变型方案的转速时间曲线。

具体实施方式

在如今的车辆中借助于电动马达来起动内燃机。根据从现有技术中已知的方法，在使用常见的起动器马达的情况下，当所述内燃机的转速位于一转速阈值以上时，其中，所述转速阈值位于所述内燃机的自运行极限和所述起动器最大转速之上，则检测所述内燃机的转速并且识别到一起动结束。在此，超过了所述转速阈值在一定程度上包含了一组合的信息，即一方面所述转速阈值的超过以及另一方面关于一稳定燃烧的存在的信息。除了已知的具有一电起动装置的内燃机的设计方案之外，如今还存在变化多样的系统，它们具有至少两个能量转换器，用以确保一驱动。这包括例如具有柴油电驱动的船舶和机车以及所谓的混合动力车辆，它们具有至少一个电动马达和一内燃机。在此情况下，所述电动马达不仅能够驱动所述车辆，而且也能够起动所述内燃机。此外，特别是在市政范围中还存在如下车辆，其中，所述混合动力方案由一内燃机和一个或多个液压马达构成。所述液压马达在此由处于压力下的液压流体进行供给，其中，所述压力事先借助于所述内燃机或者说通过制动能量回收来产生。

下面描述的方法用于识别所述内燃机的稳定运转并且特别是识别所述内燃机的起动结束。

在每个具有至少两个能量转换器的系统中，其中，所述能量转换器之一是内燃机，并且至少一个其它的能量转换器能够将所述内燃机在释放所述燃料喷射之前带入到一比在现有技术中描述的高于一最大起动器转速的转速更高的转速上，关于一稳定燃烧的信息不再仅经由所述马达转速的阈值才可行。借助于下面描述的方法，在这些情况下也能够确定一稳定燃烧的存在。在此，也可以进行反馈，是否在混合动力方案的情况下所述内燃机具有一稳定燃烧，其中，所述燃烧的释放相比于常见的起动器投下转速（Starterabwurfdrehzahl）而言，只有在更高的转速下才进行。这特别是在如下情况下是需要的，当所述内燃机的释放通过一叠加的车辆控制设备或混合动力控制设备来进行，其使得一其它的“策略”取决于所述内燃机的起动成功与否。除了在所述内燃机起动期间识别一稳定燃烧之外，针对这种系统，特别是当所述内燃机仅用于提供一其它的能量转换器并且无法产生一推进时，可以有利地识别所述内燃机中的燃烧的暂停或恢复，这同样会对一“叠加的”控制设备的策略产生影响。

根据本发明的解决方案规定，评价所述内燃机的转速信号，所述转速信号可以精确地借助于一曲轴转速发送器来检测。在此，本发明运用如下知识，即在相同的转速下一点火的马达具有比一倒拖的马达明显更高的转动不均匀性。因此，尤其可以在工作冲程中观察到通过内燃机引起的角速度的更高的梯度。通过所述曲轴转速发送器的信号的足够精确的评价，不仅可以确定一转速信息，而且可以确定一表示相对于所述上止点的角度位置的特性的信号。针对本发明的方法的所有描述都适用的是，当说到上止点（OT）时，总是指的是缸的点火OT（ZOT）。所述ZOT位于转速最小值中（参见图2）。通过评价所述转速信号以及必要时所述角度位置，能够生成一关于如下的信息，即是否在所述内燃机中发生了一形成力矩的燃烧。这原则上可以以不同的方式来发生。下面结合图1阐述根据本发明的方法的第一种变型方案。图1a示出了在一倒拖的内燃机的情况下的转速n的时间曲线，并且图1b示出了在一点火的马达的情况下、更准确地说在一具有稳定燃烧的马达的情况下的一内燃机的转数时间曲线。在所述倒拖的内燃机的时间上的转速曲线具有一振幅Δn_mot1，相反，所述点火的内燃机的转速曲线具有一振幅Δn_mot2。现在在根据本发明的方法的第一种变型方案中，当所述转速振幅Δn_mot2和Δn_mot1的差大于一可预设的阈值S1时，推断出一稳定燃烧：

。

所述内燃机的点火的状态通过喷射的存在而被识别到。换句话说，求出在所述燃料供给开始之前（在倒拖状态中）以及在所述燃料供给开始之后（在点火状态中）的转速变化，确定所述转速变化之差的值，并且当所述值超过了可预设的阈值S1时，推断出所述内燃机的一稳定燃烧。

在此，从所述阈值S1开始可以推断出一稳定燃烧，所述阈值可以是所述内燃机的油温T_?l和所述转速n_mot的函数：

。

根据本发明的方法的另一种设计方案在图2中展示。图2a示出了在一倒拖的内燃机的时间上的转速曲线，并且图2b示出了在一点火的内燃机的时间上的转速曲线。取代确定所述转速的振幅，也可以规定，通过求出所述转速信号的时间导数，确定在ZOT之后的一角度间隔[

1,

2]中的转速时间变化。所述转速信号的时间导数尤其是一个参量，该参量表示了所述转速信号的时间变化的特性，所述转速信号的时间导数在所述内燃机的倒拖状态中明显小于在点火状态中。在该情况下，也可以预设一阈值S2，所述时间导数信号的差超过了该阈值，可以推断出所述内燃机的一点火状态。

在此，从所述阈值S2开始可以推断出一稳定燃烧，所考虑的角度间隔[

1,

2]和该阈值又可以是所述内燃机的油温和转速的函数：

。

下面结合图3阐述根据本发明的方法的另一种变型方案。所述方法的该变型方案采用在压缩冲程和工作冲程之间的转速变化的比较。所述差应该在点火运行中大于在倒拖运行中。在此，在图3a中又示出了所述内燃机的倒拖运行并且在图3b中又示出了所述内燃机的点火运行。在四冲程燃烧过程的两个ZOT之间的范围中，确定在所述工作冲程中的转速时间梯度

以及在所述压缩冲程中的转速时间梯度

。形成一在所述第一时间梯度的值和所述后一时间梯度的值之间的差。将所述差与一其它的阈值S3进行比较，并且当所述差大于所述阈值S3时，推断出一稳定燃烧的存在：

。

在此，确定在所述工作冲程中的时间梯度所处的范围[

1,

2]、在所述压缩冲程中的角度范围[

3,

4]以及所述比较阈值S3可以根据所述内燃机的转速和油温来选择：

。

前述的方法的变型方案参照四冲程内燃机来描述。但所述方法不限于四冲程内燃机，而是纯原则上地也可以在二冲程内燃机中使用。在此，二冲程马达的第一冲程相应于在四冲程马达中的上止点之前的压缩冲程，并且所述二冲程马达的第二冲程相应于在四冲程马达中的第一上止点之后的工作冲程。在二冲程马达的情况下，也可以根据所述内燃机的转速和/或其它马达参数来预设所述角度范围，在该角度范围中确定在所述第一冲程和所述第二冲程期间的转速时间变化。

所述阈值也如所述角度范围一样，不仅可以取决于所述马达转速和所述油温，而且也可以或取而代之地取决于其它的马达参数，例如马达温度，在一增压马达的情况下的增压压力，节流阀开启角度，喷射量等等。此外，在这一点上要强调的是，为了确定所述转动不均匀性的形状，不必在开始所述燃料供给之后开始所述第一压缩冲程或工作冲程。可行的并且也有利的是，在开始所述燃料供给之后的一可预设的时间之后，开始一可预设数量的周期，从所述周期中求出平均值。所述周期的数量和所述时间间隔又可以取决于马达参数，例如转速、载荷、温度等等。同样也适用于马达的倒拖运行，这里为了确定所述转动不均匀性的形状，有利的也可以是，观察多个周期并且形成一平均值。

前面描述的程序可以以特别有利的方式作为计算机程序在所述内燃机的控制设备中执行并且在此运行。所述程序代码可以存储在一机器可读的载体上，所述控制设备可读取该载体。以这种方式也可以利用所述程序来改装现有的控制设备，并且如此地将所述方法在现有的车辆中在一定程度上进行“改装”。这也是因为，根据本发明的方法无需额外的硬件。

Claims (16)

1.用于识别一倒拖的内燃机的稳定燃烧的方法，其特征在于，连续地监控一曲轴转速发送器的信号的时间变化，并且参照所述时间变化推断出一稳定燃烧的存在。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述内燃机的运行期间，在所述内燃机的起动过程期间或在所述起动过程结束之后，进行所述内燃机的倒拖。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，一其它的能量转换器或特别是一车辆的动力总成系统将所述内燃机进行倒拖。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述信号中确定一表示所述转速的特性的参量和/或一表示所述转速的时间曲线的特性的参量和/或一表示相对于缸的点火上止点（ZOT）的角度位置的特性的参量。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，确定在向所述内燃机的燃料供给开始之前的转速变化以及在向所述内燃机的燃料供给开始之后的转速变化，确定所述转数变化之差的值，将所述值与至少一个能预设的阈值（S1、S2）进行比较，并且当所述值超过了所述能预设的阈值（S1、S2）时，推断出所述内燃机的一稳定燃烧。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，使用转速振幅或转速信号的一阶时间导数作为所述转速变化。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述内燃机的转速和/或其它的影响转动不均匀性的形状的运行参数，不仅能预设所述至少一个阈值（S1、S2），而且也能预设一相对于所述缸的点火上止点（ZOT）的曲轴角度范围（[                                               1,2]），其中，在所述曲轴角度范围中，确定所述转速的时间变化。

8.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，在两个止点（ZOT）之间，确定在四冲程内燃机的工作冲程中的转数时间变化以及在压缩冲程中的转速时间变化，形成在所述工作冲程中的转速时间变化的值和在所述压缩冲程中的转速时间变化的值之差，将所述差与一其它的能预设的阈值（S3）进行比较，并且当所述差大于所述其它的能预设的阈值（S3）时，推断出一稳定燃烧的存在。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述内燃机的转速和/或其它的、影响所述转动不均匀性的形状的运行参数，不仅能预设所述其它的能预设的阈值（S3），而且能预设在所述压缩冲程和在所述工作冲程中的曲轴角度范围[

1,2]和[3,

4]，其中，在所述曲轴角度范围中确定所述转速时间变化。

10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，使用所述转速信号的一阶时间导数和/或更高阶的时间导数，作为所述转速时间变化。

11.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，确定在二冲程内燃机的第一冲程中在压缩期间或工作期间在一相对于上止点（OT）的一角度范围中的转速时间变化，以及在二冲程内燃机的第二冲程期间在所述上止点（OT）之后的一角度范围中的转速时间变化，并且形成在所述第一冲程期间所确定的转速时间变化的值和在所述第二冲程期间所确定的转速时间变化的值之差，将所述差与一能预设的阈值进行比较，并且当所述差超过了所述能预设的阈值时，推断出一稳定燃烧的存在。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，根据所述二冲程内燃机的转速和/或其它的影响所述转动不均匀性的形状的运行参数，能够预设所述角度范围，在所述角度范围中，确定在所述第一冲程期间以及在所述第二冲程期间的转速时间变化。

13.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，使用所述转速信号的一阶时间导数和/或更高阶的时间导数，作为所述转速时间变化。

14.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述能预设的阈值（S1、S2、S3）和所述角度范围（[

1,

2];[3,

4]）取决于所述内燃机的参数，如马达转速和油温，附加地或取而代之地取决于其它的影响所述转动不均匀性的形状的参数，特别是马达温度、增压压力、节流阀开启角度和喷射量。

15.计算机程序，当所述计算机程序在一计算设备、特别是一内燃机的控制设备中运行时，所述计算机程序实施根据权利要求1至14中任一项所述的方法的所有步骤。

16.具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存在一机器能读取的载体上，用于当所述程序在一计算机或一车辆的控制设备中实施时，实施根据权利要求1至14中任一项所述的方法。

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