CN104169549A - 用于控制爆震的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的构思是，爆震控制(6)和被称作安全控制(8)的另一个控制实体一起工作。为了使这些单元之间的配合有效地运行，它们以创造性的方式构造。在爆震控制(6)的响应不影响一个/多个汽缸的状态的情况下，安全单元(8)以期望的方式快速地提供安全控制命令。换句话说，本发明提供一种具有快速响应特性的处理爆震的新装置。

Description

用于控制爆震的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制内燃发动机的爆震的方法和装置。具体地，本发明涉及使用汽油作为燃料的内燃发动机，或者能够使用汽油和另一种(多种)燃料类型作为燃料的发动机。例如，其它燃料类型是轻燃油或重燃油。
背景技术
当今，内燃发动机是电控制的。以此方式，发动机的良好驱动性能是可能的，并且发动机能够在效率好排放低的最优水平上运行。在最优水平中运行可以导致燃烧的自动点火，这可能产生爆震(knocking)。爆震对汽缸形成额外的应力。
爆震现象可被分成轻爆震和重爆震。这些名字指示该划分是基于爆震的量级。重爆震是如下情况：正常的爆震控制不能处理，并且发动机通常停机。存在多个技术方案来处理一个汽缸或多个汽缸的爆震。当发生爆震时，改变汽缸的状态以便消除或减少爆震。这些技术方案是特定的控制系统。虽然当前控制系统至少满意地工作，但是该系统的响应特性期望更快速且更精确。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理爆震的更精确且更快速的控制装置。以在独立权利要求中描述的方式来实现该目的。从属权利要求描述了本发明的不同实施方式。
本发明的构思是，爆震控制和被称作安全控制的另一个控制实体一起工作。为了使这些单元之间的配合有效地运行，它们以创造性的方式构造。在爆震控制的响应不影响一个/多个汽缸的状态的情况下，安全单元以期望的方式快速地提供安全控制命令。换句话说，本发明提供一种具有快速响应特性的用于处理爆震的新装置。
根据本发明的用于内燃发动机的爆震控制装置包括控制单元，所述控制单元布置为成向调节单元形成爆震控制命令，并且所述控制单元可连接到汽缸特定传感器。所述装置还包括：分类单元，所述分类单元用于将来自传感器的测量数据分类成三个定标值(scaling value)，所述三个定标值指示正常、轻爆震和重爆震时机；以及滑动窗口存储器，所述滑动窗口存储器保持所述定标值一段时间。所述滑动窗口存储器被划分成处理区域和历史区域。所述爆震检测单元布置成根据所述处理区域中和所述历史区域中的所述定标值，通过对所述滑动窗口存储器的所述定标值进行求和，来检测轻爆震和重爆震。当总和达到轻爆震阈值时检测到所述汽缸的轻爆震。当总和达到重爆震阈值时检测到所述汽缸的重爆震。通过单个重爆震时机可达到所述轻爆震阈值。所述控制单元布置成在所述处理区域中使用轻爆震检测，以便形成所述爆震控制命令。
所述控制单元还包括：监测单元，所述监测单元用于监测所述处理区域中和所述历史区域中的轻爆震检测和重爆震检测；以及安全控制单元，所述安全控制单元响应于所述处理区域中的所述重爆震检测形成初级安全控制命令，并且响应于所述处理区域中和所述历史区域中的所述重爆震检测形成次级安全控制命令。所述次级安全控制命令还取决于所述内燃发动机的类型和运行模式。
附图说明
接下来，参考附图中的图来更详细地描述本发明，在附图中：
图1例示本发明的装置的示例，
图2例示本发明的分类功能的示例表，
图3例示滑动窗口以及在该窗口中的值的计算的示例，
图4例示本发明的方法的示图的示例，以及
图4例示本发明的方法的子阶段的示例。
具体实施方式
图1例示本发明的实施方式。爆震控制装置包括控制单元1，控制单元1布置为向调节单元形成爆震控制命令2，并且控制单元1可连接到汽缸特定传感器3。该装置进一步包括：分类单元4，分类单元4用于将来自传感器3的测量数据分类成定标值；以及滑动窗口存储器5，滑动窗口存储器5用于将该定标值保持一段时间。滑动窗口存储器被划分成处理区域31以及历史区域32(图3中示出)。该装置进一步包括爆震检测单元6，爆震检测单元6布置为根据处理区域31中以及也在历史区域32中的定标值来检测轻爆震和重爆震。控制单元1布置成在处理区域中使用轻爆震检测，以便形成爆震控制命令。在该示例中，爆震检测单元同样布置成做这样的任务(爆震检测单元内的小盒子)，但是其同样能够以另一种方式布置。该装置进一步包括：监测单元7，监测单元7监测处理区域中和历史区域中的爆震检测；和安全控制单元8，安全控制单元8响应于处理区域中的重爆震检测而形成初级安全控制命令9，并且响应于处理区域中和历史区域中的重爆震检测而形成次级安全控制命令10。次级安全控制命令还取决于内燃发动机的类型和运行模式。监测单元7和安全单元还可集成为一个实体，该实体在图1中以虚线例示。
来自传感器3的测量值被方便地经由通常被称为汽缸控制单元13的一个/多个单独的单元从汽缸发送到控制单元1。汽缸控制单元13可以处理针对多个汽缸的控制任务，并且位于待控制的汽缸的相对附近处。利用汽缸控制13的替代实施方式是，来自爆震检测单元6的控制信号2仅指示轻爆震检测，并且不包括针对调节单元的任何其它信息。在该替代实施方式中，响应于信号2形成针对调节单元的实际指令，信号2被发送到汽缸控制单元13。
来自传感器3的测量值的分类被布置为三个定标值，所述三个定标值指示正常、轻爆震和重爆震时机(occasion)。爆震检测单元6布置成对滑动窗口存储器5的定标值进行求和，以便检测轻爆震和重爆震。于是，从历史区域和处理区域计算出总和。当定标值的总和达到轻爆震阈值时检测到汽缸的轻爆震，并且当总和达到重爆震阈值时检测到汽缸的重爆震。
图2示出了例示可以如何进行分类的示例的表。第一列21示出三个不同的测量值范围：0–700、700以上到4000以及4000以上。例如，该测量值指示汽缸压力，但是可以使用能够指示爆震的任何其它参数。第二列22示出分类值。当测量值在0–700之间时，分类值变成零。当测量值在700以上但最多为4000时，分类值变成10。并且当测量值在4000以上时，分类值变成100。应当注意的是，该示例中的测量值仅用于例示本发明。在实际技术方案中它们可以是其它值。此外，取决于实施，该范围和分类值可以是其它值。值0指示正常状态、10指示轻爆震并且100指示重爆震时机。
图3示出滑动窗口存储器的示例。测量值33被分类，并且分类值被输入到存储器34。存储器中，最早的输入在左边，并且最新的在右边。输入越早变得越靠左，输入在滑动窗口存储器内移动。虚线的存储器位置指示存储器的滑动，用于例示存储器的功能。在右侧，有三个要来到的时机，所述时机的值还没有被测量和分类。在图3的示例中，处理区域31的大小是10个时机，并且历史区域32的大小是10个时机，一个时机以发动机循环方式(cycle wise)出现。于是，滑动窗口存储器被划分成处理区域31和历史区域32。处理区域中的值用于爆震控制，即正常爆震控制。当检测到爆震时，爆震控制例如驱动正在爆震的一个/多个汽缸的引燃燃料定时和/或空气/燃料比。
如上所述，当定标(分类)值的总和达到轻爆震阈值时检测到轻爆震，并且当总和达到重爆震阈值时检测到重爆震。最近的总和总是在处理区域31中的右边。该总和可以保持或增加，但是仅到达时机意指用于控制的爆震检测。在图3的示例中，爆震检测单元6布置为对定标值进行求和35。总和值100是轻爆震阈值，并且总和值500是重爆震阈值。可以注意到，一个重爆震时机达到爆震阈值，于是轻爆震控制立即开始。该装置对重爆震峰(时机)作出反应，于是重爆震峰被注意到并且重爆震峰在长时段内在汽缸中不提供不明显的应变(strain)。在该示例中，当总和是110，即总和达到阈值100时，检测到轻爆震LK。当总和是580，达到重爆震阈值500时，检测到重爆震HK。
响应于处理区域31中的重爆震检测，安全控制单元8形成初级安全控制命令9。初级安全控制命令9包括用于发动机的减载的控制信号。响应于处理区域31中和历史区域32中的重爆震检测，安全控制单元还形成次级安全控制命令10。可以注意到，历史区域可用于如下情况，其中，爆震控制(轻爆震控制或重爆震控制)的动作没有引起期望的结果。初级控制命令和次级控制命令的实际内容取决于整个控制架构的结构。如上所述，根据用于调节单元的实际命令来设置汽缸控制。
次级安全控制命令也取决于内燃发动机的类型和运行模式。所述次级安全控制命令10包括如下控制信号，该控制信号在内燃发动机的类型是汽油发动机时用于使发动机停机，或者在发动机类型是双燃料或多燃料发动机的情况下用于燃料切换。燃料切换是指，以汽油运行的发动机被切换到以如轻燃油的另一种燃料运行。
发动机可以在极端运行状态(模式)下运行，极端运行状态(模式)是指如下情况，即爆震控制和初级安全控制已经不能校正爆震，次级安全控制不得不使发动机停机。在发动机的某些极端运行模式中，所述初级安全控制命令9还可以包括用于停机的控制信号。此外，当发动机类型是双燃料或多燃料发动机时，所述初级安全控制命令9还可以包括在发动机的某些运行模式中用于燃料切换的控制信号。
控制单元还可以包括设置单元12，设置单元12用于对所述定标值进行配置或重新配置。于是，发动机容易地升级以顾及由发动机正常老化引起的改变的状态。设置单元可以布置为在控制单元中的不同单元中设置参数。控制单元还可以包括速度/负载控制单元11，速度/负载控制单元11向控制单元的不同单元提供运行模式信息。替代的速度/负载控制单元能够与控制单元分离，但是可连接到控制单元以便发送运行模式信息。安全控制单元8还可以布置成，在轻爆震检测的情况下和/或在所有其它控制情况以及爆震检测中形成告警。
本发明还涉及一种用于内燃发动机的爆震控制方法，该方法被布置成响应于来自汽缸特定传感器的数据向调节单元形成爆震控制命令。图4例示该方法的步骤。第一步骤是将来自传感器的测量数据分类成三个定标值，所述三个定标值指示正常、轻爆震和重爆震时机(41)。之后的步骤是，将该定标值存储在滑动窗口存储器中一段时间，该滑动窗口存储器被划分成处理区域和历史区域(42)，并且根据处理区域中和历史区域中的定标值来检测轻爆震和重爆震(43)，并且基于处理区域中的轻爆震检测形成爆震控制命令(44)。
图5例示更详细地示出其子步骤的检测步骤43。通过对滑动窗口存储器的定标值进行求和来检测轻爆震和重爆震(51)，当总和达到轻爆震阈值时检测到汽缸的轻爆震(52)，并且当总和达到重爆震阈值时检测到汽缸的重爆震(53)。注意到，能够通过单个重爆震时机达到轻爆震阈值。
根据图4的另外步骤是，监测处理区域中和历史区域中的轻爆震和重爆震的次数(45)，响应于处理区域中的重爆震检测形成初级安全控制命令(46)，以及响应于处理区域中和历史区域中的重爆震检测形成次级安全控制命令，该次级安全控制命令还取决于内燃发动机的类型和运行模式(47)。
爆震控制命令包括：特别地用于调整汽缸的空气/燃料比和/或引燃燃料定时的命令；所述初级安全控制命令，其包括用于发动机的减载的控制信号；以及所述次级安全控制命令，其包括控制信号，该控制信号在内燃发动机的类型是汽油发动机时用于使发动机停机，或者在发动机类型是双燃料或多燃料发动机的情况下用于燃料切换。
当发动机类型是双燃料或多燃料发动机时，所述初级安全控制命令还可以包括在发动机的某些运行模式中用于燃料切换的控制信号。在发动机的某些极端运行模式中，所述初级安全控制命令还可以包括用于停机的控制信号。
此外，在该方法中，0是指示正常状态的所述定标值，10指示轻爆震并且100指示重爆震。如上所述，100可以是轻爆震阈值，并且500可以是重爆震阈值。处理区域的大小是10个时机，并且历史区域的大小可以是10个时机，一个时机以循环方式出现。该方法还可以布置成形成用于告警的命令。
还清楚的是，本发明不限于本文本的示例，而是本发明可以在权利要求的限制内以任何形式形成。

Claims (14)

1.一种用于内燃发动机的爆震控制装置，所述爆震控制装置包括控制单元(1)，所述控制单元(1)布置成向调节单元形成爆震控制命令(2)，并且能连接到汽缸特定传感器(3)，其特征在于，所述装置还包括：分类单元(4)，所述分类单元(4)用于将来自传感器(3)的测量数据分类成三个定标值，所述三个定标值指示正常、轻爆震和重爆震时机；滑动窗口存储器(5)，所述滑动窗口存储器(5)用于存储所述定标值，所述滑动窗口存储器(5)被划分成处理区域(31)和历史区域(32)；爆震检测单元(6)，所述爆震检测单元(6)布置成，根据所述处理区域(31)中和所述历史区域(32)中的所述定标值，通过对所述滑动窗口存储器(5)的所述定标值进行求和，来检测轻爆震和重爆震，当总和达到轻爆震阈值时检测到所述汽缸的轻爆震，并且当所述总和达到重爆震阈值时检测到所述汽缸的重爆震，能够通过单个重爆震时机达到所述轻爆震阈值，所述控制单元(1)布置成使用所述处理区域(31)中的轻爆震检测，以便形成所述爆震控制命令；
监测单元(7)，所述监测单元(7)用于监测所述处理区域(31)中和所述历史区域(32)中的轻爆震检测和重爆震检测；以及安全控制单元(8)，所述安全控制单元(8)响应于所述处理区域(31)中的重爆震检测形成初级安全控制命令(9)，并且响应于所述处理区域(31)中和所述历史区域(32)中的重爆震检测形成次级安全控制命令(10)，所述次级安全控制命令还取决于所述内燃发动机的类型和运行模式。
2.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制单元(1)的所述爆震控制命令(2)包括用于特别地调整汽缸的引燃燃料定时和/或空气/燃料比的命令，
所述初级安全控制命令(9)包括用于所述发动机的减载的控制信号，并且
所述次级安全控制命令(10)包括如下控制信号，该控制信号在所述内燃发动机的类型是汽油发动机时用于使所述发动机停机，或者在所述发动机的类型是双燃料或多燃料发动机的情况下用于燃料切换。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述发动机的类型是所述双燃料或多燃料发动机时，所述初级安全控制命令(9)还包括在所述发动机的某些运行模式中用于所述燃料切换的控制信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述发动机的所述某些极端运行模式中，所述初级安全控制命令(9)还包括用于停机的控制信号。
5.根据权利要求1-4所述的装置，其特征在于，0是指示正常的所述定标值，10是指示轻爆震的所述定标值，100是指示重爆震的所述定标值，并且100是所述轻爆震阈值，500是所述重爆震阈值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理区域(31)的大小是10个时机，并且所述历史区域(32)的大小是10个时机，一个时机以循环方式出现。
7.根据权利要求1-6所述的装置，其特征在于，所述装置包括设置单元(12)，所述设置单元(12)用于对所述定标值进行配置和重新配置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述安全控制单元(1)还布置成在所述轻爆震检测的情况形成告警。
9.一种用于内燃发动机的爆震控制方法，所述方法被布置成响应于来自汽缸特定传感器的数据向调节单元形成爆震控制命令，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
将来自所述传感器的测量数据分类成三个定标值，所述三个定标值指示正常、轻爆震和重爆震时机(41)，
将所述定标值存储在滑动窗口存储器中一段时间，所述滑动窗口存储器被划分成处理区域和历史区域(42)，
根据所述处理区域中和所述历史区域中的所述定标值，通过对所述滑动窗口存储器的所述定标值进行求和，来检测轻爆震和重爆震，当总和达到轻爆震阈值时检测到所述汽缸的所述轻爆震，并且当总和达到重爆震阈值时检测到所述汽缸的所述重爆震，通过单个重爆震时机能达到所述轻爆震阈值(43)，
基于所述处理区域中的所述轻爆震检测形成所述爆震控制命令(44)，
监测所述处理区域中和所述历史区域中的所述轻爆震检测和所述重爆震检测的次数(45)，
响应于所述处理区域中的所述重爆震检测形成初级安全控制命令(46)，以及
响应于所述处理区域中和所述历史区域中的所述重爆震检测形成次级安全控制命令，所述次级安全控制命令还取决于所述内燃发动机的类型和运行模式(47)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述爆震控制命令包括用于特别地调整汽缸的引燃燃料定时和/或空气/燃料比的命令，
所述初级安全控制命令包括用于所述发动机的减载的控制信号，以及
所述次级安全控制命令包括如下控制信号，该控制信号在所述内燃发动机的类型是汽油发动机时用于使所述发动机停机，或者在所述发动机的类型是双燃料或多燃料发动机的情况下用于燃料切换。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述发动机的类型是所述双燃料或多燃料发动机时，所述初级安全控制命令还包括在所述发动机的某些运行模式中用于燃料切换的控制信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述发动机的某些极端运行模式中，所述初级安全控制命令还包括用于停机的控制信号。
13.根据权利要求9-12所述的方法，其特征在于，0是指示正常的所述定标值，10是指示轻爆震的所述定标值，100是指示重爆震的所述定标值，并且100是所述轻爆震阈值，500是所述重爆震阈值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述处理区域的大小是10个时机，并且所述历史区域的大小是10个时机，一个时机以循环方式出现。
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