CN103874841A - 用于运行内燃机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在至少两个运行状态中运行一具有至少两个缸的内燃机的方法，其中，在第一运行状态中所有的缸被点火并且在第二运行状态中仅所述缸中的一部分被点火，其中，借助于一拉姆达调节器通过将输送给被点火的缸的燃料量和/或空气量适配到一希望的拉姆达总额定值上来调节出所述内燃机的一拉姆达总实际值，其中，至少在所述第二运行状态中针对每个被点火的缸确定并且保存一用于修正输送给各缸的燃料量和/或空气量的个别的修正系数，用于将各缸的拉姆达单个实际值调节到一希望的拉姆达单个额定值上，其中，在从所述第一运行状态切换到所述第二运行状态的情况下以所存储的个别的修正系数来加载所述被点火的缸。

Description

用于运行内燃机的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行内燃机的方法以及一种用于实施该方法的计算单元。
背景技术
空气/燃料比在汽油机中为了所谓的均质运行而通过一拉姆达调节装置以如下方式进行调节，使得所有缸的拉姆达值的平均值为λ=1.0。由此能够实现具有通常三元催化器的低废气运行，所述三元催化器在化学计量燃烧的情况下已知具有其最大的效果。
由于配量公差和缸个别的空气/填充差，例如由于系统公差，尽管相同的操控，在一内燃机的单个缸中的拉姆达值也会相互不同。下面也被称作拉姆达总实际值的、在废气中测量的由各单个缸的值组合而成的拉姆达值因此可以具有额定值1.0，尽管所述拉姆达单个实际值围绕该平均值波动。
例如针对四缸马达的缸Zyl.1至缸Zyl.4具有拉姆达单个实际值λZyl.1=1.1，λZyl.2=0.9，λZyl.3=1.2以及λZyl.4=0.8，得出一拉姆达总实际值λZyl.1…4=1.0。单个缸与平均值（即关于单个缸的，一种削减（Vertrimmung））的相应的偏差在本申请的框架中被称作缸不平衡性。
缸不平衡性具有一系列缺点。缸个别的拉姆达值的削减首先直接导致燃料消耗的提高。如果所述削减超过了一确定的阈值，则在某些情况下也恶化了排放。在此情况下，例如由于不同的缸加载所引起的所谓的废气的成绺性，即在废气质量流中的流体线的形成也发挥作用。值得期望的并且有时候由立法者所要求的是，能够识别出此类的废气恶化和/或通过适当的调节策略来校正（ausregeln）。
从现有技术中已知了不同的用于识别或校正均质运行中的缸不平衡性的方法。
一方面可以分析拉姆达传感器的信号，其中，将所述信号分解成单个的、与缸相关的值并且进行评价。这例如在WO 96/35048 A1中描述。但该方法的可用性强烈地取决于废气线路的几何结构并且对马达设计和废气线路设计提出了高的要求，这些要求常常是无法满足的。
另一方面基于转速的方法规定所述马达在稀燃运行（λ > 1）中的量错误（Mengenfehlern）的识别。在此情况下，将所有的缸同时转入到稀燃运行中并且评价关于运转不平稳性的缸个别的特征。与均质运行不同，在稀燃运行中，马达力矩线性地与喷射量相关联。为了确保一废气中性的运行并且获得一总拉姆达λ=1.0，在此中断一后续的、对于力矩无效的再喷入。因此该方法不适合于进气管马达。对此的相应的方法和其它观点例如在DE 195 27 218 A1、DE 43 19 677 A1、DE 10 2004 010 412 A1、DE 197 33 958 A1、EP 0 929 794 B1和DE 10 2006 026 390 A1中公开并且阐述。
所有前述的方法都需要一种所谓的全马达运行，其中，所有的缸都被点火。但现代的马达方案规定，为了在低的部分载荷范围中的燃料节省，将单个缸完全切断，从而在这些缸中不再发生燃烧。这种运行也被称作半马达运行或者说部分马达运行。
因此，也期望在所述半马达运行或者说部分马达运行中的最佳的拉姆达调节。
发明内容
在该背景下，本发明建议具有独立权利要求的特征的一种用于运行内燃机的方法以及一种用于实施该方法的计算单元。有利的设计方案是各从属权利要求以及下面的说明书的主题。
根据本发明所建议的措施用在一用于运行具有至少两个缸的内燃机的方法的框架中，所述内燃机在至少两个运行状态中运行。在此，在第一运行状态中，所述内燃机的所有的缸为了产生一相应的马达力矩而被点火，即在常见的马达运行、例如一四冲程运行中，利用一燃料/空气混合物加载并且被激活地点燃或者经受一自点燃方法。在至少一个其它的运行状态中，仅所述缸中的一部分、在某些情况下仅唯一一个缸被点火。
在所有运行状态中，借助于一拉姆达调节器通过将向被点火的缸总共输送的燃料量和/或空气量适配到一拉姆达总额定值上来调节出所述内燃机的一拉姆达总实际值。这被称作整体的拉姆达调节并且在现有技术中充分公开。如之前已经部分地阐述，所述拉姆达实际值说明了在所述内燃机中分别存在的化学计量比。通过分别输送的燃料量关于所存在的空气的提高，可以使一相应的燃料/空气混合物“变浓”，即所述拉姆达值移动到<1的值，并且反过来通过减少所输送的燃料量使一燃料/空气混合物“变稀”，即所述拉姆达值相应地移动到>1的范围中。
如之前所述，每个拉姆达单个实际值不必一定要与所述拉姆达总实际值相应，例如当存在配量公差和/或缸个别的空气/填充差时。因此，所述拉姆达单个实际值可以与所述拉姆达总实际值有偏差，其中，所述拉姆达单个实际值总体地形成所述拉姆达总实际值。因此，除了所述整体的拉姆达调节之外，还设置一种缸个别的拉姆达调节。在所述缸个别的拉姆达调节的情况下，针对每个被点火的缸确定一用于修正向各缸输送的燃料量和/或空气量的修正系数，以便也将各缸的拉姆达单个实际值调节到一期望的拉姆达单个额定值上，通常基本上λ=1。在此，如果如前所述，一个别的缸具有>1的拉姆达值，则通过所述修正值相应地提高相应的燃料量（和/或减少所述空气量）。反过来，当所述缸个别的拉姆达值<1时，则减小所述燃料量（和/或提高所述空气量）。如前所述，存在不同的用于确定缸个别的拉姆达偏差的方法，它们例如能够经由特征参量获知，哪些又可借助于一运转不平稳性方法来确定。
当所述拉姆达总实际值通过所述内燃机的拉姆达调节器调节到所述拉姆达总额定值上并且向所述缸分别输送相同的燃料量时，有利地进行所述缸个别的拉姆达调节。在该条件下，所述缸个别的偏差最好是可确定的。在此，所述燃料额定量不必一定要与所输送的燃料实际量相应，例如当在所述喷射阀的喷射行为中存在偏差、喷嘴针被占用等等时。在此，一额定值-实际值差异可能是缸个别的拉姆达偏差的一个缘由，但不必表现为唯一一个缘由。
现在，如果要实现部分马达运行，即一其它的运行方式，其中，仅所述缸中的一部分被点火，则可以在从所述第一运行状态切换到所述第二运行状态的情况下通过取消单个的缸而出现所述拉姆达总实际值的改变。这是因为，在常见的缸个别的拉姆达调节的情况下，所述修正系数如此确定，即它们平均100%得出（因此所产生的整个系统的修正通过所述缸个别的适配值来拉姆达中性地进行；刚好不希望所述拉姆达总实际值的移动）。因此，通常出现，在所述切换时剩余的缸的修正系数不必100%得出并且不必相应地跟踪。在该时间段期间，不存在优化的废气条件，这应该被避免。也会导致所述整体的拉姆达调节的不希望的介入。
因此根据本发明规定，在从所述第一运行状态（全马达运行）切换到一其它的运行状态（部分马达运行）时直接地利用合适的缸个别的修正系数来操控待点火的缸，从而无需跟踪。合适的缸个别的修正系数可以例如在之前的切换（例如在一试运行模式的框架中）来确定，其方式为，等待所述跟踪的结束并且将这样所得出的修正系数存储下来。因此，针对从部分马达运行到全马达运行的切换适用必要的修正（mutatis mutandis）。
本发明引起了在切换情形之后的有利的缸个别的控制，其方式为，针对不同的运行状态分别事先确定合适的缸个别的修正系数、存储下来并且在切换时或者说紧接在切换后使用。
如果切换到一运行状态中，针对该运行状态还没有存储修正值，则可以首先例如不应用修正值或应用一其它运行状态的修正值，并且等待第一次跟踪。
根据本发明的计算单元，例如机动车或马达系统的控制器，尤其是程序技术上地设置用于实施根据本发明的方法。
所述方法以软件的形式的执行也是有利的，因为其引起了特别小的费用，特别是当实施的控制器还用于其它任务且因此无论如何都存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。经由计算机网络（互联网、内部网）下载程序也是可行的。
本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中给出。
要理解的是，前面提到的和后面的还待阐释的特征不仅能够在对应说明的组合中，而且能够在不离开本发明的框架的情况下在其它的组合中或者以单独的形式应用。
附图说明
本发明借助附图中的实施例示意示出并且随后在参考附图的情况下详细描述。
图1 示出了一内燃机的俯视图，其中，能够实现根据本发明的观点。
图2 示出了一内燃机的侧视图，其中，能够实现根据本发明的观点。
图3 借助于一示意流程图示出了一根据本发明的一种优选的实施方式的方法。
具体实施方式
在图1中示意性地在俯视图中示出了一机动车的一个截断，该机动车具有一内燃机10，该内燃机具有燃料系统20、送风系统30和废气系统40以及一计算单元50，该计算单元作为用于操控所述机动车的控制器。所述内燃机10优选构造成具有燃料直接喷射的汽油机。所述内燃机10在所示的实施例中包括四个缸11、12、13、14，但也可以是任何其它数量的缸。通过所述燃料系统20提供燃料并且经由相应的喷射阀21分别喷射到所述缸11、12、13、14中。
经由所述送风系统30向所述缸11、12、13、14输送空气，其中，针对所述缸11、12、13、14中的每一个设置一进气门31。燃烧废气经由排气门41从所述缸11、12、13、14中排出并且经由所述废气系统40输出。在所述废气系统40中设置一催化器42，其主要转化一氧化碳和氮氧化物并且有利地构造成三元催化器。
所述控制器50与所述内燃机10、所述燃料系统20、所述送风系统30和/或所述废气系统40的执行机构处于作用连接中，用以以合适的方式进行操控。具体地说，所述控制器50例如操控所述喷射阀21、所述进气门31、所述排气门41和其它的执行机构。尤其是所述控制器50构造用于借助于所述喷射阀21来预设一定义的燃料量。所述控制器50可以具有一构造成所述控制器50的部件的拉姆达调节器52。所述控制器50程序技术地设置用于实施根据本发明的方法。
此外，设置合适的传感器，如尤其是拉姆达传感器51，其在所述废气系统40中布置在所述催化器42的上游；以及设置未示出的温度传感器和/或压力传感器，用以检测相应的马达状态，从而能够根据这些传感器借助于所述控制器50实现所述内燃机10的运行。所述拉姆达传感器51设置用于检测所述废气系统40中的含氧量并且将其或一相应的由此导出的值例如传递到一在所述控制器50中实施的拉姆达调节器52上。
所述控制器50借助于操控命令O或通过相应的参数的传递来操控所述内燃机，用以提供一驱动力矩。为此，所述控制器50获得输入值I，其例如包括外部的要求，例如驾驶员需求力矩，行驶踏板位置等等，利用它们能够从外部预设一驱动力矩需求。此外，所述控制器50从所述的传感器中获得相应的关于马达状态的信息作为输入值I，例如转速、送风系统20和/或废气系统40中的压力和温度。
在全马达运行中，所述内燃机10的所有的缸11、12、13、14都被激活并且例如根据一充分公开的且这里未详细阐述的四冲程运行以一预设的顺序进行点火。
根据所希望的运行状态的不同，例如驾驶员需求力矩的预设值或所述内燃机10的运行状态的不同，例如一空转运行，所述控制器50可以决定，所述驱动力矩应该分别由所述缸11、12、13、14中的仅一个或仅一部分来提供。在该情况下，切断所述缸11、12、13、14中的至少一个并且总的驱动力矩仅还由一个被点火的缸11、12、13、14或一组相应的被点火的缸11、12、13、14来提供。相应的部分切断被称作部分马达运行。在此，如果切断所述缸11、12、13、14中的一半，则叫做半马达运行。所述半马达运行代表了所述部分马达运行的标准，因为所述内燃机10的机械结构被最小地负载。在此情况下，也可以规定，从一组缸11、12、13、14切换到另一组缸11、12、13、14，从而在第一运行状态中例如所述缸11和13被点火，并且在第二运行状态中所述缸12和14被点火。
图2在侧视图中示出了图1的截断的一种可替换的示图，其中，与图1相应的元件为了概览起见不重新阐述。在此，在该示图中舍弃了一系列部件，尤其是所述机动车系统20、所述送风系统30以及所述废气系统40的部件。
在所述缸11、12、13、14中分别布置活塞11'、12'、13'、14'。在相应的缸11、12、13、14点火的情况下作用到所述活塞11'、12'、13'、14'上的气体力经由配属于所述活塞的活塞连杆11''、12''、13''、14''传递到一曲轴15上。在之前阐述的缸不平衡性的情况下，例如在不同的燃料量的情况下的缸不平衡性的情况下，作用到所述活塞11'、12'、13'、14'上的气体力改变且因此所述曲轴15的转动运动的均匀性也改变。一相应的不均匀性也被称作运转不平稳性。
为了确定所述运转不平稳性，一传感轮16抗相对转动地与所述曲轴15联接。所述传感轮16的转动运动例如在一转动角传感器53的信号53'中反映出来。所述控制器50或者说一相应地设置的评价模块54评价所述信号53'并且从中确定缸个别的值。
在图2中在侧视图中可见的所述传感轮16具有在其圆周上分布的标记16'。这些标记16'可以例如是铁磁性的凸起，它们的边沿在经过一用作转速传感器53的电感传感器时产生所述信号53'中的陡峭的边沿。所述传感轮16可以划分成弧段。每个弧段可以具有一预先确定的数量的标记16'。通过对信号边沿的计数，所述控制器50分别确认一相应的弧段的开始和结束，并且确定如下的弧段时间，在该弧段时间中所述弧段经过所述转速传感器53。
在图3中示意性示出了根据一种特别优选的实施方式的方法并且总体上以100表示。所示的方法被划分成一适配阶段（左边）以及一运行阶段（右边），在所述适配阶段中第一次获知并且存储所述修正值，在所述运行阶段中利用所存储的修正值进行工作。
在第一方法步骤101中一内燃机、例如图1和2的内燃机10在一全马达运行中运转。在此情况下，为了实现一均质运行，一拉姆达调节器连续地将所述内燃机10的一拉姆达总实际值调节到一拉姆达总额定值上，例如调节到值1.0上。通过一适当的方法，例如借助于一运转不平稳性方法，获知缸个别的拉姆达偏差并且分别通过根据所述拉姆达调节所叠加的修正值进行补偿，也就是说也将单个缸的拉姆达单个实际值调节到一拉姆达单个额定值上，例如调节到值1.0上。用于所述全马达运行的修正值优选存储在一控制装置内，例如图1和2的马达系统1的控制器50，如通过箭头101'示出。
在一任意的时间点，由所述控制器50（或一相应的其它的控制装置）获得一相应的操控信号50'，该操控信号要求一其它的运行状态，例如部分马达运行或半马达运行。所述内燃机接下来被切换到所述新的运行状态中并且在步骤102中在该新的运行状态中运行。重新获知所述缸个别的拉姆达偏差并且分别通过根据所述拉姆达调节所叠加的修正值来补偿。针对所述运行状态的修正值被存储在所述控制器50内，如通过箭头102'示出。
所述步骤102可以针对所有希望的运行状态进行重复。随后在所述控制器50中保存针对所有希望的运行状态的缸个别的修正值。
在方法步骤201中所述内燃机重新在所述全马达运行中运转。这时，从所述控制器50中读取针对所述运行状态的修正值，如通过箭头201'示出。
在一任意的时间点，由所述控制器50获得一相应的操控信号50'，该操控信号要求一其它的运行状态，例如部分马达运行或半马达运行。所述内燃机接下来被切换到所述新的运行状态中并且在步骤202中在该新的运行状态中运行。重新从所述控制器50中读取针对该运行状态的缸个别的修正值，如通过箭头202'示出。
在所希望的运行状态之间的切换根据在所述步骤201和202之间的过渡来进行。
例如，可以在四缸马达的情况下在全马达运行中针对单个的缸Zyl_1至Zyl_4，得出在100%的额定喷射量的情况下的下列实际喷射量（EM）：EM_Zyl_1 = 100%，EM_Zyl_2 = 100%，EM_Zyl_3 = 100%，EM_Zyl_4 = 140%。
所述拉姆达单个实际值以足够的准确度间接地与所述喷射量成正比，λ_Zyl_1 = 1，λ_Zyl_2 = 1，λ_Zyl_3 = 1，λ_Zyl_4 ≈ 0.71，由此得出了大约0.93的拉姆达总实际值。
整体的拉姆达调节可以将在所有缸上的喷射量减少至：EM_Zyl_1 ≈ 93%，EM_Zyl_2 ≈ 93%，EM_Zyl_3 ≈ 93%，EM_Zyl_4 = 130%，用以实现等于1的拉姆达总实际值。
现在，所述拉姆达单个实际值以足够的准确度为大约：λ_Zyl_1 ≈ 1.08，λ_Zyl_2 ≈ 1.08，λ_Zyl_3 ≈ 1.08，λ_Zyl_4 ≈ 0.77。
所述缸个别的的拉姆达调节装置可以利用平均值=1来确定下列修正系数（FAK）：FAK_Zyl_1 ≈ 1.08，FAK_Zyl_2 ≈ 1.08，FAK_Zyl_3 ≈ 1.08， FAK_Zyl_4 ≈ 0.77。
由此在全马达运行中得出：EM_Zyl_1 = 100%，EM_Zyl_2 = 100%， EM_Zyl_3 = 100%，EM_Zyl_4 = 100%。
在一利用缸Zyl_3和Zyl_4的半马达运行中，得出了在100%的额定喷射量的情况下的下列实际喷射量（EM）：EM_Zyl_3 = 100%， EM_Zyl_4 = 140%。
所述拉姆达单个实际值以足够的准确度间接地与所述喷射量成正比，λ_Zyl_3 = 1，λ_Zyl_4 ≈ 0.71，由此得出了大约0.86的拉姆达总实际值。
所述整体的拉姆达调节可将其减少至：EM_Zyl_3 ≈ 86%， EM_Zyl_4 = 120%，用以实现等于1的拉姆达总实际值。
现在，所述拉姆达单个实际值以足够的准确度为大约：λ_Zyl_3 ≈ 1.16，λ_Zyl_4 ≈ 0.83。
所述缸个别的拉姆达调节装置可以利用平均值=1来确定下列修正系数（FAK）：FAK_Zyl_3 ≈ 1.16，FAK_Zyl_4 ≈ 0.83。
显而易见，需要一匹配这种从全马达运行到一半马达运行的切换的修正系数。在本发明的框架中不需要在切换之后能够新地确定所述修正系数。取而代之，事先获知、存储并且在需要时使用所述修正系数。

Claims (10)

1. 用于在至少两个运行状态中运行一具有至少两个缸（11-14）的内燃机（10）的方法（100），其中，在第一运行状态中所有的缸（11-14）被点火，并且在第二运行状态中仅所述缸（11-14）中的一部分被点火，其中，借助于一拉姆达调节器（52）通过将输送给被点火的缸（11-14）的燃料量和/或空气量适配到一希望的拉姆达总额定值上，调节出所述内燃机（10）的一拉姆达总实际值，
其中，至少在所述第二运行状态中针对每个被点火的缸（11-14）确定并且保存一用于修正输送给各缸（11-14）的燃料量和/或空气量的个别的修正系数，用于将各缸（11-14）的拉姆达单个实际值调节到一希望的拉姆达单个额定值上，其中，在从所述第一运行状态切换到所述第二运行状态的情况下以所存储的个别的修正系数来加载所述被点火的缸。
2. 按照权利要求1所述的方法，其中，在所述第一运行状态中针对每个被点火的缸（11-14）确定并且保存一用于修正输送给各缸（11-14）的燃料量和/或空气量的个别的修正系数，用于将各缸（11-14）的拉姆达单个实际值调节到一希望的拉姆达单个额定值上，其中，在切换到所述第一运行状态中的情况下以所存储的个别的修正系数来加载所述被点火的缸。
3. 按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述个别的修正系数在一缸个别的拉姆达调节的框架中确定。
4. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述个别的修正系数通过如下方式确定，即：将所述内燃机（10）从所述第一运行状态切换到所述第二运行状态，并且确定由此引起的所述拉姆达单个实际值的移动。
5. 按照前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，所述个别的修正系数通过确定所述内燃机（10）的运转不平稳性来确定。
6. 按照权利要求5所述的方法（100），其中，所述运转不平稳性借助于一传感器装置（16、53）来确定，所述传感器装置生成一转速信号（53'），所述转速信号说明所述内燃机（10）的转速。
7. 按照权利要求6所述的方法（100），其中，所述传感器装置（16、53）包括一安装在所述内燃机（10）的曲轴上的并且被一传感器（53）进行扫描的传感轮（16）。
8. 按照前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，所述内燃机（10）与载荷相关地在所述第一运行状态或在所述第二运行状态中运行。
9. 按照权利要求8所述的方法（100），其中，所述第二运行状态包括半马达运行，在所述半马达运行的情况下，刚好所述内燃机（10）的缸（11-14）中的一半不被点火。
10. 计算单元，其设置用于实施按照前述权利要求中任一项所述的方法。
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