CN104847505B - 用来确定压缩比和用来适配用于可变地调整内燃机中的压缩比的调节器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定内燃机（2）的汽缸（3）中的压缩比（ε）的方法，其具有以下步骤：‑调整或者确定所述内燃机（2）的汽缸（3）中一个汽缸中的充填量；‑基于所述汽缸（3）的压缩冲程获取关于所述内燃机（2）的转速下降的指标；并且‑根据所述关于转速下降的指标以及根据所述汽缸（3）的、所调整的或者所确定的充填量获取压缩比（ε）。

Description

用来确定压缩比和用来适配用于可变地调整内燃机中的压缩 比的调节器的方法和装置

技术领域

本发明总的来说涉及具有能够可变地调整的压缩比的内燃机。此外，本发明涉及用于获取所调整的压缩比以及用于适配用于调整所述内燃机中的压缩比的VCR-调节器（VCR：Variable Compression Ratio，可变压缩比）的措施。

背景技术

传统的内燃机具有至今固定地预先给定的压缩比。在此，所述压缩比为工作容积和压缩容积之和与压缩容积的比，也称之为整体容积除以剩余容积。然而，在不同运行范围上的压缩比的可变性对于提高相应的效能是有利的。

对于不具有能够可变地调整的压缩比的内燃机来说，以优化部分负荷时的效能与全负荷时的爆震趋势而产生的妥协的形式选择压缩比。然而在特定的运行状态中，所述压缩比的相应的预先给定值产生并非最优的效能，并且由此造成增大了的燃料消耗。

相反，在提供能够可变地调整的压缩比时规定，有利地调整用于每种运行状态的压缩比，而不会出现损坏发动机的爆震性的燃烧，也就是说燃料/空气混合物在燃烧室中不可控的自燃。

为了调整压缩比，通常设置可变压缩比调节器。为此已公开了将曲轴偏心地支承在汽缸曲轴箱中。通过两部分的偏心盘来实现所述支承，其中通过旋转齿部使曲轴在汽缸曲轴箱中的位置能够是可变的。为此，偏心盘能够具有齿部，通过调节器可旋转的蜗轮轴啮合到所述齿部中。由此能够通过旋转所述偏心盘使曲轴在其关于汽缸的位置中进行变化并且因而能够调节内燃机的压缩比。

借助所谓的可变压缩比调节器使偏心地支承的曲轴进行运动，所述可变压缩比调节器通过发动机控制器进行控制。通过这种方式使得能够通过车辆调节器的位置来调整特定的压缩比。在发动机系统投入运行前便按照发动机特性地校准这样的可变压缩比调节器。然而由于磨损和其他老化效应，在内燃机的使用寿命内会出现可变压缩比调节器特性的变化，所述变化导致通过可变压缩比调节器不能对由发动机控制器预先给定的压缩比进行精确地调整。

发明内容

根据本发明设置了根据独立权利要求1所述的、用于确定具有可调整压缩比的内燃机的压缩比的方法以及根据并列的独立权利要求所述的、用于确定内燃机的汽缸中的压缩比的装置、用于适配可变压缩比调节器的方法以及相应的发动机系统。

在从属权利要求中给出了其他的设计方案。

根据第一方面设置一种用于确定内燃机的汽缸中的压缩比的方法，其包括以下步骤：

-调整或者确定所述内燃机的其中一个汽缸中的充填量；

-基于所述汽缸的压缩冲程获取关于所述内燃机的转速下降的指标；并且

-根据所述关于转速下降的指标以及根据所述汽缸的所调整的或者说所确定的充填量获取压缩比。

上述用于确定内燃机的可调整压缩比的方法的构思在于，对于不同的压缩比分析内燃机不同的压缩特性，并且由此推断出当前的压缩比。内燃机的压缩特性尤其反映在内燃机的转速曲线中，这是因为尤其在内燃机的汽缸的压缩阶段中由于为此所需要的压缩功转速会减小并且在由所涉及的汽缸中的活塞越过上死点之后由于此前被压缩的气体膨胀或者说由于在此开始进行的燃烧使得转速再次提高。由此根据汽缸的各个做功冲程形成转速波动。由于在汽缸的压缩冲程期间，转速在较高压缩比时要比在较低压缩比时减小的幅度大，因此能够通过汽缸内的压缩阶段期间内燃机的转速振幅或者说减速特性借助压缩特性推断出压缩比。

这种方法使得能够不依赖于用于可变压缩比调节器的调节参量获取压缩比并且将其用于适配所述可变压缩比调节器。由此使得能够充分利用关于爆震特性的边界潜能，由此最终实现更低的燃料消耗。由于能够识别并且适配内燃机不断老化时例如增大的渗漏、也就是说由于汽缸壁和活塞之间的气体排出造成的压力损失的影响，总体上能够提高可变压缩比调节器在内燃机使用寿命内的精确度。此外获得实际的热力学压缩比，所述热力学压缩比能够与几何学压缩比区别开，从而使得能够识别和补偿几何公差。

此外，在所述内燃机静态运行期间，所述关于转速下降的指标相应于转速曲线的振幅。

能够规定，在获取所述关于转速下降的指标之前，调整或者说提高所述汽缸的充填量超过预先给定的充填量、尤其调整或者说提高到所述预先给定的充填量。

所述充填量的增大尤其能够与转矩无关地尤其通过推迟点火角来实现。

此外能够借助压缩比函数、尤其借助压缩比特性曲线族，基于所述关于转速下降的指标以及基于在所述汽缸中所调整的充填量获取所述压缩比。

能够规定，当转速低于所述预先给定的阈值转速时获取所述压缩比。

根据一种实施方式，能够在所述内燃机惰性滑行运行或者惯性滑行运行时获取所述压缩比。

根据另一方面设置一种用于确定内燃机的汽缸中的压缩比的装置、尤其控制器，其中所述装置构造用于：

-调整或者确定所述内燃机的其中一个汽缸中的充填量；

-基于所述汽缸的压缩冲程获取关于所述内燃机的转速下降的指标；并且

-根据所述关于转速下降的指标以及根据所述汽缸的充填量获取压缩比。

此外能够规定一种用于适配用于可变地调整内燃机中的压缩比的可变压缩比调节器的方法，其中通过将调节参量预先给定到所述可变压缩比调节器上来调整所述压缩比。该方法包括以下步骤：

-实施上述方法，以便确定实际的压缩比；

-确定校正参量，以便校正所调整的压缩比和实际的压缩比之间的差别；并且

-通过为所述调节参量加载所确定的校正参量来对所述可变压缩比调节器进行适配。

根据另一方面设置一种用于适配用于可变地调整内燃机中的压缩比的可变压缩比调节器的装置、尤其控制器，其中通过将调节参量预先给定到所述可变压缩比调节器上来调整所述压缩比，其中所述装置构造用于：

-实施上述方法，以便确定实际的压缩比；

-确定校正参量，以便校正所调整的压缩比和实际的压缩比之间的差别；并且

-通过为所述调节参量加载所确定的校正参量来对所述可变压缩比调节器进行适配。

根据另一方面设置一种发动机系统，其包括：

-内燃机；

-可变压缩比调节器，以便能够可变地调整所述汽缸中的压缩比；和

-上述控制器。

附图说明

在下文中，根据附图对实施方式进行详细说明。其中：

图1是内燃机的截取部分的示意图，所述内燃机具有偏心支承的曲轴，所述曲轴能够通过可变压缩比调节器调整；

图2是具有偏心盘的可变压缩比调节器的示意图，所述曲轴支承在所述偏心盘中；

图3是用于示出转速曲线和双缸内燃机的汽缸压力曲线的曲线图；

图4是描述充填量变化与内燃机的压缩比变化的依赖关系的示图；并且

图5是用于说明用于确定压缩比和用于适配可变压缩比调节器的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了具有内燃机2的发动机系统1，所述内燃机具有四个汽缸3。汽缸3包含活动的活塞4，所述活塞通过连杆5与曲轴6连接，以便使汽缸3的横向运动转换成曲轴6的旋转运动。

在所示出的实施例中，曲轴6通过偏心轴承7、尤其偏心盘进行支承，从而使得偏心盘的旋转通过可变压缩比调节器8造成曲轴6朝向汽缸3的方向或者远离汽缸3的方向移动。曲轴6朝向汽缸3的方向或者远离汽缸3的方向的移动造成死点容积（死点容积是指当活塞4位于上死点处时汽缸3中的剩余容积）的减小或者增大，并且由此造成汽缸3中的压缩比ε的增大或者减小。

一般来说，所述压缩比ε由活塞4位于下死点处时所涉及的汽缸3的燃烧室的（最大）容积与相应的活塞4位于上死点处时汽缸3的燃烧室中的（最小）容积之间的比确定。换句话说，所述压缩比相应于最大燃烧室容积与最小燃烧室容积的比或者说工作容积（Hubraum）和压缩容积（燃烧室的最小容积）之和与压缩容积的比。

内燃机2在四冲程工况中运行，也就是说汽缸3依次进行四个做功冲程，即压缩冲程、燃烧冲程、排气冲程和进气冲程。

设置空气供给系统10，在所述空气供给系统中布置节流阀11。节流阀11的位置是能够进行可变调整并且确定了在进气行程中涌入到汽缸3中的空气质量流，所述空气质量流经由（未示出的）进气阀流入到汽缸3中。空气质量流的大小决定了吸入到汽缸3中的空气充填量。所述空气充填量相应于汽缸3在压缩即将开始之前压缩冲程中具有的空气量。

设置控制器15，通过所述控制器操控内燃机2以提供曲轴6上预先给定的额定转矩。为此，控制器15能够控制节流阀11的位置、（未示出的）用于点燃汽缸3中的燃料/空气混合物的点火装置的点火时刻以及其他致动器、例如（未示出的）进气阀和排气阀的开启时刻和闭合时刻。

此外，控制单元15操控可变压缩比调节器8，以便根据内燃机2的运行状态调整压缩比ε，所述运行状态例如能够通过当前输出的负荷和当前的转速来确定。所述控制器15此外基于通过传感器或者系统模块获得的系统状态参量例如转速、吸气管压力、发动机温度或者类似参量来操控内燃机2。

在图2中更加详细地示出了通过偏心轴承7对曲轴6的位置进行调整的示例。能够看出，借助蜗轮9使偏心轴承7进行旋转，所述蜗轮通过通常构造成电动机械调节器的可变压缩比调节器8来实施。通过调整所述变压缩比调节器8的位置来旋转偏心轴承7，并且由此对所述偏心支承的曲轴6关于其位置或者说其与汽缸3的间距进行调整。由此改变了汽缸3中活塞运动的上死点和下死点的位置，由此得出了变化的压缩比ε。

为了将压缩比ε调整到确定的压缩比ε，在发动机系统投入运行前便校准所述可变压缩比调节器8，也就是说，将所述可变压缩比调节器8的（例如通过位置传感器或者其他的位置检测装置获取的）确定的位置分配给确定的压缩比ε。由于磨损和其他老化效应，在内燃机2和可变压缩比调节器的使用寿命内会产生（假定的）所调整的压缩比ε和实际的压缩比ε之间的偏差。由此在对可变压缩比调节器系统进行误差校准时，不能对确定的、由控制器15所希望的压缩比ε进行精确地调整。为了避免由于这种误差纠正而超出爆震边界（到达内燃机具有爆震性的运行方式的运行范围内），在对可变压缩比调节器8进行调整时预先设置公差。这导致，由于将压缩比ε提高到接近爆震边界而不能完全充分利用达到更高效能的潜能。

因此规定对可变压缩比调节器8进行适配，所述适配基于不依赖于可变压缩比调节器8来获取压缩比ε。不依赖于所述可变压缩比调节器8的位置确定压缩比ε的可行方案在于，分析由于将空气充填量压缩到内燃机2的汽缸3中而产生的转速波动（转速下降）。在图3a中例如示出了关于曲轴角KW的转速曲线，并且能够看出内燃机2的转速在一个周期内的剧烈波动。内燃机2利用每次实施燃烧冲程进行加速并且在每个压缩冲程中减速。

在图3a中示出了在每分钟2000转时双缸发动机的转速曲线。在完成压缩冲程期间转速的减小量基本上取决于内燃机2的摩擦以及压缩功，所述压缩功必须执行，以便压缩汽缸3中的气体或者说空气充填量。为此，在图3b中描绘了汽缸压力关于曲轴角KW的曲线。在较高转速时忽略了由于所谓的渗漏、也就是说由汽缸壁和活塞4之间的排气损失产生的损失，而在较低转速时应当考虑这些损失。所示出的转速波动能够通过合适的转速传感器进行检测，并且在控制器15中进行分析。

在内燃机2运行温度高时（其中能够忽略由于摩擦而形成的横向影响）并且在空气充填量已知时，压缩功从而转速扰动仅仅还取决于内燃机2的压缩比ε。

因此，通过建立发动机特有的特征曲线族能够将在静态运行期间的转速的振动的转速振幅、也就是说转速波动、具体来说是在发动机静态运行时的最大转速和最小转速的差分配给压缩比ε。

如图4所示，转速扰动、也就是转速的减小在压缩冲程期间随着压缩比ε的增大而由于更大的压缩功变大，反之则随着压缩比ε减小，转速的减小会变小。

借助图5的流程图示出了用于适配可变压缩比调节器8的示例性方法。在步骤S1中检验，内燃机2运行温度是否较高，也就是说，内燃机2的温度是否超过了所确定的预先给定的阈值温度。为此，例如能够将油温或者冷却水温度设定为用于内燃机2的温度的指标。如果确定内燃机2运行温度较高（选择：是），则利用步骤2继续实施该方法。否则（选择：否）则终止该方法，或者跳回到步骤S1，并且等候达到所述运行温度。

在步骤S2中检验，内燃机2的运行状态是否通过有利的适配处于内燃机2的运行范围中。所述预先给定的运行范围是这样一个运行范围，其中能够获得周期性的转速曲线的突出的最小转速，也就是说其中在压缩冲程期间必须压缩相对较高的压缩功。此外，在预先给定的运行范围中，燃烧对压缩冲程的影响能够是尽可能小的。

适合于适配的运行范围例如存在于非常小的或者说相对较小的转速如每分钟两千转以下的转速时，并且存在于内燃机2部分负荷运行时。较小的转速带来更高的旋转均匀性并且由此带来曲轴6转速波动更好的可分析性。

如果在步骤S2中确定，内燃机2的运行状态处于所述预先给定的运行区域中（选择：是），则在步骤S3中在维持所提供的发动机转矩的情况下提高汽缸3中的空气充填量。通过更高的空气充填量，压缩比ε的变化更加强烈地影响转速的旋转均匀性，并且由此能够更加容易地探测压缩比ε的变化。为了能够与转矩无关地提供空气充填量，则相应地向后调整燃烧时刻。

能够通过开启节流阀11和/或通过由合适的增压装置提高增压压力来提高空气充填量。由此，在所涉及的汽缸3的进气阀闭合的时刻产生更高的吸气管压力，并且这能够提高压缩功。总体上，在提高压缩功时会增大汽缸3中的压缩冲程期间的转速扰动，并且由此能够更加好地分析在压缩冲程中得到的转速波动。

在步骤4中，通过测量和/或借助合适的充填模块来求取充填量，并且在步骤S5中，确定静态运行的内燃机2的所确定的运行状态中的转速振幅、也就是说在一个或者少数几个（如例如2至4个）曲轴旋转期间最大转速和最小转速之间的差。

压缩比特性曲线族通过汽缸3的充填量和对于所确定的运行状态来说有待出现的转速振幅给出实际的压缩比ε，借助预先给定的所述压缩比特性曲线族在步骤6中为在所述运行状态（所述运行状态决定转速）中的所调整的空气充填量并且为所测量的转速振幅分配实际的压缩比ε。

在接下来的步骤S7中，将如此获取的实际压缩比ε用于适配可变压缩比调节器8。根据所述实际压缩比ε是否大于或者小于所述通过可变压缩比调节器8的当前位置所调整的压缩比ε，尤其增大或者减小例如有待倍增地和/或加和地加载的校正参量。

用于适配压缩比ε的另一种方案在于，在内燃机2的惯性滑行阶段期间或者在发动机惰性滑行期间测量所述转速振幅。这种测量优选在运行温度较高的内燃机2中在预先给定了参考充填量的情况下实现。因为随着转速减小旋转均匀性增大，因此优选在转速较小时或者说在多个发动机惰性滑行期间实施适配。

Claims (18)

1.用于确定内燃机（2）的汽缸（3）中的压缩比（ε）的方法，其具有以下步骤：

-调整或者确定所述内燃机（2）的汽缸（3）中一个汽缸中的充填量；

-基于所述汽缸（3）的压缩冲程获取关于所述内燃机（2）的转速下降的指标；并且

-根据所述关于转速下降的指标以及根据所述汽缸（3）的、所调整的或者所确定的充填量获取压缩比（ε）。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述关于转速下降的指标相应于转速曲线在所述内燃机（2）静态运行期间的振幅。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中在获取所述关于转速下降的指标之前，将所述汽缸（3）的充填量调整或者提高超过预先给定的充填量。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其中借助压缩比函数基于所述关于转速下降的指标以及基于所述汽缸（3）中所调整的充填量获取所述压缩比（ε）。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其中在转速低于预先给定的阈值转速时获取所述压缩比（ε）。

6.按照权利要求1或2所述的方法，其中在所述内燃机（2）惰性滑行运行或者惯性滑行运行时获取所述压缩比（ε）。

7.按照权利要求3所述的方法，其中所述充填量的提高与转矩无关地来实现。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其中在获取所述关于转速下降的指标之前，将所述汽缸（3）的充填量调整或者提高到预先给定的充填量。

9.按照权利要求4所述的方法，其中借助压缩比特性曲线族基于所述关于转速下降的指标以及基于所述汽缸（3）中所调整的充填量获取所述压缩比（ε）。

10.按照权利要求7所述的方法，其中所述充填量的提高与转矩无关地通过推迟点火角来实现。

11.用于确定内燃机（2）的汽缸（3）中的压缩比（ε）的装置，其中所述装置构造用于：

-确定所述内燃机（2）的汽缸（3）中一个汽缸中的充填量；

-基于所述汽缸（3）的压缩冲程获取关于所述内燃机（2）的转速下降的指标；并且

-根据所述关于转速下降的指标以及根据所述汽缸（3）的充填量获取压缩比（ε）。

12.按权利要求11所述的装置，其中所述用于确定内燃机（2）的汽缸（3）中的压缩比（ε）的装置是控制器。

13.用于适配可变压缩比调节器（8）的方法，所述可变压缩比调节器用于可变地调整内燃机（2）中的压缩比（ε），其中通过将调节参量预先给定到所述可变压缩比调节器（8）上来调整所述压缩比，所述方法具有以下步骤：

-实施按照权利要求1至10中任一项所述的方法，以便确定实际的压缩比（ε）；

-确定校正参量，以便校正所调整的压缩比（ε）和实际的压缩比（ε）之间的差别；并且

-通过为所述调节参量加载所确定的校正参量来对所述可变压缩比调节器（8）进行适配。

14.用于适配可变压缩比调节器（8）的装置，所述可变压缩比调节器用于可变地调整内燃机（2）中的压缩比（ε），其中通过将调节参量预先给定到所述可变压缩比调节器（8）上来调整所述压缩比（ε），其中所述装置构造用于：

-实施按照权利要求1至7中任一项所述的方法，以便确定实际的压缩比（ε）；

-确定校正参量，以便校正所调整的压缩比（ε）和实际的压缩比（ε）之间的差别；并且

-通过为所述调节参量加载所确定的校正参量来对所述可变压缩比调节器（8）进行适配。

15.按权利要求14所述的装置，其中所述适配可变压缩比调节器（8）的装置是控制器。

16.发动机系统（1），其包括：

-内燃机（2）；

-可变压缩比调节器（8），以便能够可变地调整汽缸中的压缩比（ε）；和

-按照权利要求12或者15所述的控制器。

17.电子存储介质，计算机程序存储在所述电子存储介质上，所述计算机程序设计用于实施按照权利要求1至10和13中任一项所述的方法的所有步骤。

18.电子计算单元，所述电子计算单元具有按照权利要求17所述的电子存储介质。