CN104100432B - 用于确定发动机控制设备中的点火角的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定运行非自点火的内燃机（2）的点火时间点（ZWfinal）的方法，其中借助于至少一个基于数据的模型根据多个输入参量（rl、n、V1、V2、V3）求得点火时间点（ZWfinal）。

Description

用于确定发动机控制设备中的点火角的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于非自点火的内燃机的控制，尤其用于确定发动机控制设备中点火角的方法。

背景技术

在用于内燃机尤其非自点火的内燃机如汽油发动机的发动机控制设备中，为内燃机的大量可变的运行参数以及与燃烧的燃料的关系确定关于最小的燃料消耗以及废气排放以及其它标准的尽可能好的点火时间点。属于所述可变的输入参量的基本上有发动机转速以及发动机负载、可通过可调整的凸轮轴影响的阀门控制时间、用于影响内燃机燃烧室中气流运动（Ladungsbewegung）的执行机构的调整位置以及类似参量。

关于内燃机气缸中活塞的上死点确定点火时间点。其也称作点火角，因为时间点通常以相对于上死点的曲轴角度度数进行说明。

原则上提早的点火时间点会引起热动态更高的效率。根据经验，会在活塞上死点之后引起6°KW和8°KW之间燃烧重心位置的点火时间点的效率是最高的。然而此外更早的点火时间点通常又引起效率的变差以及排放的增加。

根据相应的运行区域以及内燃机的输入参量的当前值，尽可能好的点火时间点可能在会出现内燃机爆震的区域内。这示出了朝提早的方向点火时间点的边界。

由文件DE 10 2010 028 266 A1公开了一种控制设备，其中在汽车运行时基于至少一个在运行时求得的输入参量借助于特性曲线组计算用于控制汽车功能的至少一个输出参量。此外，该控制设备用于在使用贝叶斯回归的情况下由在运行前为输出参量和输入参量求得的训练值实施输出参量的计算。

发明内容

按本发明提出按权利要求1所述的用于提供内燃机点火时间点的方法以及按并列权利要求所述的装置、发动机系统和计算机程序产品。

本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。

根据第一方面提出了用于确定运行非自点火的内燃机的尽可能好的点火时间点的方法，其中借助于至少一个基于数据的模型根据多个输入参量求得点火时间点。

所述至少一个基于数据的模型尤其可以包括基于数据的点火角模型和/或一个或多个其它基于数据的修正模型，该修正模型用于修正通过点火角模型求得的点火时间点。

至今为止所使用的发动机控制设备为了确定点火时间点一方面设置了基于特性曲线组的结构，该结构借助于转速和相对填充在特性曲线组中来定义点火时间点（点火角），其中每个其它可变的输入参量或者发动机参数例如凸轮轴的位置倍增地提高了特性曲线组的数量。如此，例如用于每个其它输入参量（发动机参数）的特征曲线组的数量翻倍或者变多倍，其用调整参数的或者其它中间取样点的极限位置进行参数化。可连续调整的运行参数要求从所述特征曲线组输出中进行内插，从而获得中间值。

另一方面使用基于剩余气体的结构，其中尽可能好的点火时间点同样在特性曲线组中以转速和相对填充进行映射并且通过说明剩余气体含量的模型参量实现其它调整参数的映射。

基于特性曲线组的结构的缺点是，在调整参数的极限位置之间仅仅实现线性内插。由此尤其通过以下原因限制了可获得的精度，即根据工作范围以及输入参量，用于求得点火时间点（最佳目标）的不同标准例如热动态的最佳值、避免内燃机爆震以及类似情况都是有效的。

在基于剩余气体的结构中根据经验很好地映射了用于工作范围的中间范围，其可在热动态方面最佳地运行，然而热动态的最佳值处在出现爆震的工作范围内的工作范围仅仅能通过有限精确的辅助结构进行映射。

因此，上述方法提出，提供基于数据的点火角模型和/或一个或多个基于数据的修正模型用于求得点火时间点，所述模型通过为每个工作点、输入参量和用于表征燃料的参数计算模型函数来求得尽可能好的点火时间点。使用基于数据的点火角模型或者所述一个或多个基于数据的修正模型具有以下优点，即由于工作点和输入参量之间线性的内插不会出现不精确性并且由此可以更精确地设定点火时间点。由此可以相对于上面所描述的方案尽可能好地为每个输入参量（工作点）以及参数组合和不同的燃料（例如乙醇含量）示出点火时间点，这引起燃料消耗的降低和/或发动机功率的提高和/或改善的废气排放。

基于数据的点火角模型或者一个或多个基于数据的修正模型可以使用至少两个下面的输入参量：内燃机的转速、发动机负载（例如内燃机气缸的相对的空气填充）、内燃机进气凸轮轴的相位位置、内燃机排气凸轮轴的相位位置、进气阀或排气阀的阀门冲程、用于影响气流运动的致动器的位置、用于影响进气管几何形状的致动器的位置、用于说明气缸中空气燃料比的λ值以及用于表征燃料的参量（例如乙醇含量）。

根据另一实施方式可以规定，除了点火角模型之外提供一个/多个其它基于数据的修正模型，所述修正模型用于通过从当前的点火时间点引起的燃烧来给出说明。这种信号在继续处理中实现了发动机运行期间点火时间点的优化。用于该模型的输入信号可以和在上面所描述的基于数据的点火角模型中一样，并且可以额外地包含点火时间点作为变化参量。

根据一种实施方式，提供基于数据的关于产生的燃烧重心位置的模型。

可以规定所述一个或多个其它基于数据的修正模型作为输入信号额外地使用点火时间点作为变化参量。

根据一种实施方式，可以提供其它基于数据的关于其它特征参量的修正模型，所述其它特征参量例如是燃烧峰值压力、用于表征内燃机运行平稳性的特征参量和/或产生的未处理排放。

根据一种实施方式使用这种信号从而在运行期间决定是否可以将点火时间点最优化（释放条件）并且关于燃料消耗和废气排放优化该点火时间点。例如可以规定，当从当前点火时间点中产生的燃烧重心晚于预先给出的假定用于尽可能好的运行的燃烧重心时，就产生信号用于释放朝提早的方向调整点火时间点并且将点火时间点引向爆震边界。

尤其可以借助于一个或多个模型参量从所述一个或多个其它基于数据的修正模型中优化点火时间点，并且/或者朝提早的方向限定点火时间点的调整，其中所述一个或多个模型参量表征根据当前或者将来进行的点火时间点的燃烧。

根据一种实施方式可以替代地提供基于数据的模型，该模型用于定义由爆震限定的区域。这可以是逻辑信号（是/非）。该信号可以用作释放，使得点火时间点在运行期间朝提早的方向引向爆震边界。

点火时间点在发动机运行期间的优化具有以下优点，即可以考虑发动机特有的爆震趋势，例如取决于制造公差，和/或依赖于情况的爆震趋势，这使得进一步降低燃料消耗和/或提高发动机功率。

可以规定，所述基于数据的点火角模型给出点火时间点作为输出参量，该点火时间点是消耗以及排放优化的。

根据另一方面设置了一种装置尤其控制设备用来确定点火时间点从而运行非自点火的内燃机，其中构造所述装置用于借助于至少一个基于数据的函数模型根据多个输入参量求得点火时间点。

根据另一方面提出具有内燃机和上述装置的发动机系统。

根据另一方面提出一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含程序代码，该程序代码在其于数据处理装置上运行时实施上述方法。

附图说明

下面根据附图详细解释本发明的优选实施方式。附图示出：

图1是带有发动机控制设备的发动机系统的示意图；以及

图2是用于说明确定有待设定的点火角的方法的功能图。

具体实施方式

图1示意性地示出了带有内燃机2和用于运行内燃机2的发动机控制设备3的发动机系统1。内燃机2构造成非自点火的内燃机、尤其构造成汽油发动机，并且具有多个气缸21，在该实施例中是四个气缸。

每个所述气缸21设有至少一个进气阀22和至少一个排气阀23，从而吸入为所涉及的气缸21的燃烧室中的燃烧所需要的空气并且将燃烧废气从燃烧室中排出。

此外，为每个气缸21设置点火装置，从而触发所涉及的气缸21的燃烧室中燃料/空气混合物的点火并且由此将部分驱动力矩施加到曲轴25上。在曲轴25上或者与之耦合地布置了转速传感器26，该转速传感器检测内燃机2的转速。

进气凸轮轴和排气凸轮轴（没有示出）与曲轴25耦合，该进气凸轮轴和排气凸轮轴分别设有相位定位器用来确定进气阀的打开以及关闭时间点和排气阀的打开以及关闭时间点。

所述发动机控制设备3用于根据外部的预值参量V运行内燃机2，从而经由曲轴25提供所希望的驱动力矩。除了其它不同的调整参数，该发动机控制设备3也具有预先给出点火装置24的点火时间点的任务。

相对于所涉及的气缸21中活塞运动的上死点的时间点来确定点火时间点，并且通常以曲轴25关于所涉及的气缸21的上死点的角度来说明该点火时间点。

为了确定为相应点火装置24的点火预先给出的点火时间点（点火角），在发动机控制设备3中在软件或硬件方面预先给出函数结构，该函数结构基于基于数据的点火角模型。

不同于基于特性曲线组的模型,基于数据的函数模型设置了输入参量与输出参量在函数上的关系。非参数化的基于数据的函数模型的使用基于贝叶斯回归方法。贝叶斯回归的基础例如在C.E.Rasmusen等人的“Gaussian Processes for Machine Learning”，MIT出版社 2006年得到描述。贝叶斯回归是基于数据的方法，该方法基于模型。

为了求得函数上的关系，在训练过程中设定模式内燃机的确定的工作点。为了建立模型，需要训练数据的测量点以及输出参量的配属的输出数据。建立模型的方法是，使用完全或者部分相应于训练数据或者从该训练数据中产生的取样点数据。此外，确定抽象的超参数，该超参数使模型函数的空间参数化并且有效地给训练数据的单个测量点对后期的模型预测的影响加权重。

通过合适的数学上的近似或者优化方法来确定抽象的超参数。函数关系通常是非线性的。根据优化目的可以求得最佳的输出参量。例如可以通过点火角范围的移动（Abfahren）来求得消耗以及排放最佳的点火时间点。用于这种优化方法的方案在于边际似然p（Y︱H,X）的优化。边际似然p（Y︱H,X）描述了训练数据的所测量的y值的可信性，作为矢量Y示出，给出模型参量H以及训练数据的x值。在模型训练中使p（Y︱H,X）最大化，方法是寻找合适的超参数，用该超参数可以特别好地说明数据。为了简化计算，使得p（Y︱H,X）的对数最大化，因为对数不改变可信性函数的连续性。

在此，优化方法自动地负责在模型复杂度与模型的映射精度之间的折衷。虽然可以用增加的模型复杂度实现训练数据的任意高的映射精度，但是这同时也会引起模型过度配合训练数据并且由此引起更差的归纳特性。

基于数据的点火角模型11，如其在图2的功能图中所示，是函数模型块10的一部分并且可以作为输入参量具有转速n、用于说明发动机负载的参量（例如说明气缸21的空气填充的相对气缸填充rl）以及调整元件V1-Vn的参数例如进气凸轮轴的相位位置V1、排气凸轮轴的相位位置V2、λ值V3或者其它输入参量例如发动机系统1中不同执行机构的调整位置或者用于表征燃料的参量。

燃料/空气比Lambda（λ）同样可以是基于数据的点火角模型的输入参量，然而也可以替代地通过常规的特征曲线/特征曲线组结构来映射影响。同样的情况适用于温度以及周围环境影响例如发动机温度影响和进气温度影响。基于数据的模型根据输入参量给出相应于点火角模型的点火角zw作为输出参量。

此外，基于数据的点火角模型与函数模型块10的其它基于数据的修正模型12进行组合，该修正模型作为输出信号FS给出关于当前的或者将来的（例如在调节干预中设定的燃烧）说明的信息。属于所述输出信号的例如可以是关于内燃机2的燃烧（MFB 50%）的重心位置的指标、是否会潜在地出现爆震燃烧的指标、内燃机2的燃烧的喷射压力指标、内燃机2的未处理排放值以及其它。关于是否潜在地出现内燃机2爆震燃烧的指标表现为相互界定爆震燃烧范围与非爆震燃烧范围的指标。

在调节单元13中用爆震调节14的调整信号KS对输出信号FS进行处理，从而获得修正信号KO。所述调节单元13可以包括调节结构以及适配器。从基于数据的点火角模型11中给出的点火角ZW通过在求和元件16中加法地加载修正信号KO的修正值进行修正，使得实际上的点火角ZWfinal最终接近各自的爆震边界，是效率最佳的并且关于未处理排放值是最佳的并且不超过发动机的边界值（例如内燃机2的燃烧峰值压力）。代替相加的加载，也可以考虑乘法的加载。

爆震调节14基于声学的爆震传感器15的传感器值。

在此，调节单元13可以包含特殊的边界值例如内燃机2的燃烧峰值压力以及用于效率最佳的运行的目标值（例如燃烧的最佳的重心位置），并且使用爆震调节的信号作为信息，即点火角ZW的提早调整可以到什么程度，也就是说何时达到内燃机2的根据情况的当前爆震边界。用于调节单元13的调节结构的输入参量也可以是关于将来燃烧的预测值（例如在调整点火时间点时重心位置改变程度）。为此，不仅可以在当前点火角时询问基于数据的模型，而且也在将来有待设定的点火角时询问。

来自调节单元13的调节值可以用作长期适配点火角模型的基础。

由此，相对于已知的方案不仅可以在取决于转速和负载的区域上、而且也可以在所有参数组合上精确地释放适配。

用于调节单元13的输入参量也可以是对内燃机2的爆震趋势产生影响的周围环境影响，例如进气温度、发动机温度或油温以及气缸中空气燃料比Lambda（λ）。

通过区分潜在爆震的运行区域的方案，也可以只为表征爆震燃烧的区域考虑相应的影响。

Claims (11)

1.用于确定运行非自点火的内燃机（2）的点火时间点（ZWfinal）的方法，其中该点火时间点（ZWfinal）借助于至少一个基于数据的模型根据多个输入参量（rl、n、V1、V2、V3）求得，其中，基于数据的点火角模型（11）给出点火时间点作为输出参量（ZW），该点火时间点是消耗以及排放优化的，其中为了求得函数上的关系，在训练过程中设定模式内燃机的确定的工作点，其中为了建立模型，需要训练数据的测量点以及输出参量的配属的输出数据，其中建立模型的方法是，使用完全或者部分相应于训练数据或者从该训练数据中产生的取样点数据，其中所述至少一个基于数据的模型包括基于数据的点火角模型（11）和/或一个或多个其它基于数据的修正模型，所述修正模型用于修正通过点火角模型求得的点火时间点（ZW）。

2.按权利要求1所述的方法，其中基于数据的点火角模型（11）和/或所述一个或多个其它基于数据的修正模型得到至少两个下面的输入参量（rl、n、V1、V2、V3）：

-内燃机（2）的转速（n），

-发动机负载，

-内燃机（2）的进气凸轮轴的相位位置，

-内燃机（2）的排气凸轮轴的相位位置，

-进气阀（22）或排气阀（23）的阀门冲程，

-用于影响气流运动的致动器的位置，

-用于影响进气管几何形状的致动器的位置，

-用于说明气缸中空气燃料比的λ值；以及

-用于定义所使用的燃料的参量。

3.按权利要求2所述的方法，其中，所述发动机负载呈关于内燃机（2）的气缸的相对空气填充的指标的形式。

4.按权利要求1或2所述的方法，其中，所述一个或多个其它基于数据的修正模型作为输入信号（rl、n、V1、V2、V3）额外地使用点火时间点作为变化参量。

5.按权利要求1或2所述的方法，其中借助于一个或多个模型参量从所述一个或多个其它基于数据的修正模型（11）中优化点火时间点（ZW）并且/或者朝提早的方向限定点火时间点（ZW）的调整，其中所述一个或多个模型参量表征根据当前的或将来进行的点火时间点（ZWfinal）的燃烧。

6.按权利要求1或2所述的方法，其中，当确定从当前的点火时间点（ZWfinal）中产生的燃烧重心（MFB50%）晚于预先给出的燃烧重心时，朝提早的方向释放点火时间点（ZW）的调整。

7.按权利要求1或2所述的方法，其中，根据爆震调节（14）来调节点火时间点（ZW），尤其朝提早进行调节。

8.按权利要求7所述的方法，其中，所述点火时间点（ZW）朝提早进行调节。

9.用于确定运行非自点火的内燃机（2）的点火时间点（ZWfinal）的装置，

其中构造该装置用于借助于至少一个基于数据的函数模型根据多个输入参量（rl、n、V1、V2、V3）求得点火时间点（ZW），其中，基于数据的点火角模型（11）给出点火时间点作为输出参量（ZW），该点火时间点是消耗以及排放优化的，其中为了求得函数上的关系，在训练过程中设定模式内燃机的确定的工作点，其中为了建立模型，需要训练数据的测量点以及输出参量的配属的输出数据，其中建立模型的方法是，使用完全或者部分相应于训练数据或者从该训练数据中产生的取样点数据，其中所述至少一个基于数据的模型包括基于数据的点火角模型（11）和/或一个或多个其它基于数据的修正模型，所述修正模型用于修正通过点火角模型求得的点火时间点（ZW）。

10.按权利要求9所述的装置，其中，所述装置是控制设备。

11.具有内燃机（2）和按权利要求9所述装置的发动机系统（1）。