CN105026739A - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

介绍一种用于运行内燃机的方法和装置。其中，在该方法中喷射开始从标准喷射开始出发通过过滤器计算，其中，过滤器参数中的至少一个过滤器参数依据内燃机的运行状态选择。

Description

用于运行内燃机的方法
本发明涉及一种用于运行内燃机的方法和一种用于实施该方法的装置。
在内燃机中使用不同的喷射系统。因此采用共轨喷射（系统）表示蓄压式喷射（系统），其中高压泵将燃料加压到高的压力水平上。燃料进入到管道系统，即轨，中，燃料在该轨中处于压力下。共轨系统实现压力的产生与实际的喷射过程的分离。
内燃机原则上可以处于稳态运行中或瞬态运行中。在稳态运行中或者说在稳态状态下，转速以及油轨压力是稳定的。在瞬态运行中不是这种情况。
在运行内燃机时，必须在调整发动机时也确定喷射开始。至今，喷射开始或者完全没有被过滤或者借助于PTl-过滤器过滤。这种PTl-过滤器的时间常数在此情况下是恒定的。为了实现好的稳态特性，该时间常数必须被调整得非常大。这具有缺点，喷射开始在瞬时的过程中被过度强烈地延迟。
在这种背景下提出一种具有权利要求1的特征的方法和一种具有权利要求10的特征的装置。
该方法用于运行内燃机，其中，喷射开始从标准喷射开始开始通过过滤器计算，它的过滤器参数依据内燃机的运行状态进行选择。
在实施例中过滤器参数依据瞬时的空气质量比计算。
作为过滤器参数可以使用过滤器时间常数或过滤器角度。
过滤器参数典型地被如此调整，对于瞬态运行产生微小的延迟特性和对于稳态运行产生强烈的延迟特性。
由此在用于运行内燃机的方法中，其中，喷射开始基于标准喷射开始计算，规定，这种计算通过过滤器进行，它的过滤器参数依据内燃机的运行状态进行选择。
相应地提出一种这样的用于实施该方法的装置。该装置用于运行内燃机，其中，装置被设计用于，从标准喷射开始开始通过过滤器计算喷射开始，它的过滤器参数依据内燃机的运行状态选择。
由此识别，在稳态运行中，为了减小喷射开始的波动，需要具有大的延迟时间的喷射开始过滤器。相反在瞬态运行中需要具有小的延迟时间的喷射开始过滤器。现在借助于建议的方法满足了这两种运行的要求。
提出的方法由此实现在稳态运行中的好的过滤特性，或者具有大的时间常数或者大的过滤器角度，和同时在瞬时运行中的微小的过滤，或者小的时间常数或者小的过滤器角度。以这种方式实现在喷射开始-特征曲线簇中的陡的梯度。此外在瞬态运行中减少排放和改善加速特性。
本发明的另外的优点由说明书和附图得出。
显然上述的和下面还要解释的特征不仅可以分别在给出的组合中使用而且也可以在其它的组合中或者单独地使用，而不脱离本发明的范围。
本发明借助于实施方式在附图中示意示出并且在下面参见附图进行详细描述。
图1示出用于计算喷射开始的方法。
图2示出标准喷射开始的计算。
图3示出利用过滤器计算标准喷射开始。
图4示出喷射开始过滤器。
图5示出平均值过滤器。
图6示出另外的平均值过滤器。
图7示出按照提出的方法的喷射开始过滤器。
图8示出描述的方法的一个实施例。
图9示出描述的方法的另一个实施例。
图10示出描述的方法的又一个实施例。
图11示出描述的方法的另一个实施例。
图12示出描述的方法的又另一个实施例。
图13示出动态时间常数的计算。
图14示出动态过滤器角度的计算。
图15示出在流程图中喷射开始的计算。
图16示出时间图。
图1示出喷射开始计算的概要图。主喷射10的喷射开始基于标准喷射开始12计算。标准喷射开始12依据空气质量比14、环境空气压力16和另外的参量进行修正。修正参量在该实施例中被相加到标准喷射开始上。接下来将喷射开始限制在最大值20上。最大值通过具有输入参量扭矩24和发动机转速26的特征曲线簇22定义。限制的喷射开始表示主喷射10的喷射开始。由主喷射的喷射开始导出预喷射28以及后喷射30的喷射开始。
空气质量比的计算在图16中示出。
图2示出标准喷射开始40的计算。由具有输入参量发动机转速44和目标力矩46的第一特征曲线簇42确定用于热态发动机48的喷射开始。具有相同的输入参量的第二特征曲线簇50计算用于冷态发动机52的喷射开始。借助于加权因子k54，在两个喷射开始48和52之间加权。该加权因子k54是特征曲线56的输出参数，其具有一个虚拟温度58作为输入参量。虚拟温度58由两个温度产生，例如冷却水温度和增压空气温度。对于产生的喷射开始，具有:
喷射开始=k*(BOIHotEngine[°KW])+(1-k)*(BOIcoldengine[°KW])
其中，BOIHotEngine[°KW]等于用于热态发动机的喷射开始和BOIColdengine[°KW]等于用于冷态发动机的喷射开始，以上死点前的曲轴转角的单位度给出。
喷射开始的以这种形式的计算在文献US7，293，556B2中描述。
图3示出，喷射开始相应于现有技术通过具有恒定的过滤器时间常数的过滤器60过滤。示出的是一个具有恒定的、静态过滤器时间常数T1stat的PTl-过滤器，过滤器60的输出参数是标准喷射开始40。
试验工程师的任务是设计两个喷射开始特征曲线簇42和50。在此情况下希望特征曲线簇42和50具有尽可能灵活的调整性。这意味着即使是非常陡的梯度也应该是可能的，而不会导致内燃机或者说发动机陷入不稳定中。
在喷射开始特征曲线簇42或50中的陡的梯度导致在稳态运行中在喷射开始过滤器60之前的强烈波动的喷射开始。为了衰减这种波动必须选择非常大的时间常数。这又导致喷射开始在不稳态的过程中强烈地延迟，这对发动机的负荷响应特性以及排放特性可能具有负面影响。
结合提出的方法，现在开发了一种喷射开始过滤器，它在稳态运行中具有非常强烈的延迟特性和在瞬态运行中只具有微小的或没有延迟特性。由此试验工程师能够几乎任意地设计这两个喷射开始特征曲线簇42及50，而不必容忍在瞬态运行中的缺陷。附加地，通过这种过滤器可以减少排放，因为喷射开始在瞬态运行中具有较好的过渡特性，即较短的反应时间。
图4示出另一个喷射开始过滤器。附图标记相应于图3进行分配。其中，在图4的过滤器70中时间常数72取决于喷射开始的梯度74。如果喷射开始的梯度是正的，即喷射开始增大，那么时间常数与时间常数T1BOIup是相同的。如果喷射开始的梯度是负的，即喷射开始减小，那么时间常数与时间常数T1BOIdown是相同的。
因此时间常数在这种过滤器中对于增大的和减小的喷射开始可以不同地调整。
但是，为了在稳态运行中具有好的过滤效果，在这种过滤器中对于该时间常数也必须选择大的值，由此喷射开始在不稳态的过程中也被强烈地延迟。
图5示出喷射开始过滤器90，它在恒定的曲轴转角ΦBOI上对喷射开始求平均，即平均值过滤器。在此处也可以设想一种过滤器，它对喷射开始在一个恒定的时间上求平均。
图6示出平均值过滤器100，其中，过滤器角度ΦBOI依据喷射开始梯度102计算。在增大的喷射开始情况下过滤器角度取值104和下降的喷射开始情况下取另外的值106。因此过滤器角度可以在这种过滤器中对于增大的和下降的喷射开始不同地进行调整。为了在稳态运行中实现好的过滤效果，在图5和6的平均值过滤器90和100中必须选择大的过滤器角度ΦBOI。这在这种过滤器90和100中也导致喷射开始在不稳态的过程中强烈地延迟，这又对发动机的负载响应特性以及排放特性可以具有负面影响。
图7示出按照提出的方法的喷射开始过滤器120，具有瞬时的空气质量比122作为输入参量。该过滤器120在图8中除了瞬时的空气质量比的计算以外被更详细地示出。作为过滤器的输入信号可以使用在本发明的意义上在此情况下的任何信号，该信号可以区别稳态和瞬态运行。
由增压空气（进气空气）压力130，增压空气（进气空气）温度132和气缸容积134计算当前的空气质量136。由发动机目标力矩138和发动机转速140，依据增压器切换状态142，由3D特征曲线簇144计算标准空气质量146。当前的空气质量比136现在除以标准空气质量146，这产生无量纲的当前的空气质量比150。它借助于PT1-过滤器152过滤。这个过滤器152的输出参数是被过滤的空气质量比154。
瞬时的空气质量比160作为当前的无量纲的空气质量比150和过滤的空气质量比154的差产生。
喷射开始过滤器166的时间常数Tdyn165不再恒定地给定，而是按照本发明在一个两维的曲线162上依据瞬时的空气质量比160计算。
图9作为本发明的实施例示出平均值过滤器168，它的过滤器角度Φdyn也在两维的曲线170上依据瞬时的空气质量比160计算。
也可以设想一种平均值过滤器，它对喷射开始在一个确定的过滤器时间Δtdyn上求平均，其中，这个过滤器时间也在一个两维的曲线上依据瞬时的空气质量比160计算。
图10，11和12示出本发明的另外的实施例。在图8和9中示出的具有动态过滤器时间常数或动态过滤器角度的过滤器在此处与具有与喷射开始梯度相关的时间常数的过滤器(参见图4)组合。这种过滤器的优点是，喷射开始在瞬态运行中依据试验工程师的愿望例如仅仅在一个方向上，即在下降的或增大的喷射开始情况下可以被延迟并且在另一个方向上保持不延迟，或者可以使喷射开始在两个方向上不同地延迟。
图13示例性地示出两维的曲线210，在该曲线上计算喷射开始过滤器的动态时间常数Tdyn。曲线在此处被分成三个区域，一个稳态区域212和两个动态区域214和216。曲线210的稳态区域212是发动机的稳态运行区域。瞬时的空气质量比218在此情况下例如具有-0.05和0.05之间的值。在发动机的稳态运行区域中过滤器的时间常数应该具有大的值，例如2秒，这产生对喷射开始的良好的过滤。
在瞬时过程的情况下，例如负载切换，瞬时的空气质量比218在数值上采用较大的值，在负载接入的情况下，该值是负的和在负载断开的情况下该值是正的。对于在数值上变得较大空气质量比，确定一个变得较小的动态时间常数Tdyn，由此产生两个下降的曲线分支。如果瞬时的空气质量比在数值上例如超过值0.6，那么Tdyn在非常小的值0.02秒上被保持恒定。
在图14中更详细地示出用于计算动态过滤器角度Φdyn的相应的曲线230。稳态运行区域也通过空气质量比的两个值–0.05和0.05限制。过滤器角度在这个区域中为720°曲柄转角。动态(非稳态的)区域通过瞬时的空气质量比的值定义，该值在数值上大于0.05。随着在数值上变得较大的空气质量比，在此情况下过滤器角度减小，由此过滤器的作用变得越来越小。如果空气质量比最后在数值上达到值0.6，那么过滤器角度等于0°曲轴转角，由此过滤器被去激活。
借助于两个在图13和14中示出的曲线，喷射开始按照本发明在稳态运行中被非常强烈地过滤，这允许在设计喷射开始特征曲线簇时高的灵活性。
相反，在瞬态运行中，喷射开始仅仅非常弱地过滤或完全不被过滤。由此发动机的负载响应特性不受影响并且排放值不变差。
图14示出用于计算相应于图8的喷射开始的流程图。在开始240之后，在步骤Sl中计算发动机转速。在步骤S2中计算目标力矩。在步骤S3中计算标准空气质量。标准空气质量是具有输入参量发动机转速和目标力矩的三维的特征曲线簇的输出参数。在步骤S4中依据增压空气压力、增压空气温度和气缸容积计算当前的空气质量。由当前的空气质量和标准空气质量在步骤S5中计算空气质量比。在步骤S6中通过PTl-过滤器过滤空气质量比。
由过滤的空气质量比和当前的空气质量比在步骤S7中计算瞬时的空气质量比。由瞬时的空气质量比在步骤S8中由两维的特征曲线计算动态过滤器时间常数Tdyn。由发动机转速、目标力矩和虚拟温度在步骤S9中计算未过滤的喷射开始。在步骤S10中借助于喷射开始过滤器计算过滤的喷射开始。喷射开始过滤器在此使用动态过滤器时间常数Tdyn。由此结束程序运行流程242。
图16示出发电机-发动机的负载接入过程的时间图。第一简图250示出发动机转速。在时间点t1接入负载，其导致发动机转速的扰动。在时间点t5发动机转速在此稳定在设计转速(1500 1/min)上。
第二简图252示出发动机的目标力矩。随着发动机转速的扰动，转速调节器提高目标力矩，由此目标力矩自时间点t1升高。在时间点t5目标力矩也稳定下来。
第三简图254示出瞬时的空气质量比。在稳态运行中，即在时间点t1之前，瞬时的空气质量比具有零值。随着在时间点t1接入负载，当前的空气质量比下降，而过滤的空气质量比开始时仅仅很少地改变。这导致，瞬时的空气质量比变成负的。在时间点t2和t6，瞬时的空气质量比具有值-0.05，在时间点t3和t4具有值-0.6。在时间点t7瞬时的空气质量比又稳定在稳态值零上。
第四简图256示出由瞬时的空气质量比、相应于图13计算的高压过滤器的时间常数Tdyn。在稳态运行中，即直到在时间点t1，时间常数为值2.0秒。自时间点t2起，时间常数变得较小，因为瞬时的空气质量比在该时间点下降到低于值-0.05。从时间点t3至时间点t4瞬时的空气质量比小于或等于值-0.6。由此喷射开始过滤器的时间常数在这个时间区域中相应于图13取值0.02秒。在时间点t6，瞬时的空气质量比又超过值-0.05和接着摆动到值零。这导致，喷射开始过滤器的时间常数相应于图13从时间点t4直到时间点t6从值0.02秒一直升高到值2.0秒和由此与该值是相同的。
第五简图258示出在喷射开始过滤器前和后的喷射开始，其针对的是动态时间常数相应于图13被用于喷射开始过滤器的情况。为了比较，用虚线示出喷射开始的变化，其针对的是使用2.0秒的恒定的时间常数的情况。在时间点t1之前的稳态运行中，喷射开始总是具有值4.0°曲轴转角。随着接入负载和同时的发动机转速的扰动，喷射开始分别开始升高。在喷射开始过滤器之前的喷射开始在时间点t5达到它的12°曲轴转角的稳态终值，因为在该时间点发动机转速和目标力矩稳定在其稳态终值上。在过滤器之后的喷射开始在时间点t7达到稳态终值，如果使用动态时间常数Tdyn的话(点划线)。
如果使用恒定的时间常数2.0秒，那么喷射开始在时间点t9才达到其稳态终值。可以看出，动态过滤器时间常数比静态恒定的过滤器时间常数能够实现喷射开始的更好的过渡特性，同时不必容忍稳态过滤特性的变差。
借助于提出的方法，至少在其中几个实施例中可以实现一系列的优点。因此可以在瞬态运行中实现喷射开始的较好的过渡特性。以这种方式可以降低在瞬时的发动机运行期间的排放。此外可以实现发动机的更好的加速以及负载响应特性，尤其是在增大的喷射开始的情况下，因为喷射开始在这种情况下更快速地升高并且较早的喷射开始对于动态特性是合乎目的的。
此外应该注意到，试验工程师在设计喷射开始特征曲线簇时具有大幅增多的自由度，因为在特征曲线簇中陡的梯度不导致不稳定性。此外在稳态运行中可以使用具有非常好的过滤效果的过滤器，即缓慢的过滤器，而不影响瞬态运行。

Claims (12)

1. 用于运行内燃机的方法，其中，喷射开始从标准喷射开始出发通过过滤器计算，其中，过滤器参数中的至少一个过滤器参数依据内燃机的运行状态进行选择。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，过滤器参数依据瞬时的空气质量比计算。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，作为过滤器参数使用过滤器时间常数。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，作为过滤器参数使用过滤器角度。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，过滤器参数被如此调整，即对于瞬态运行产生一个微小的延迟特性。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，过滤器参数被如此调整，即对于稳态运行产生一个强烈的延迟特性。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，至少一个另外的过滤器参数取决于一个喷射开始的梯度。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，作为过滤器参数使用过滤器时间常数。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，作为过滤器参数使用过滤器角度。
10. 用于运行内燃机的装置，其中，该装置被设计用于，从一个标准喷射开始出发通过过滤器计算喷射开始，其中，过滤器参数中的至少一个过滤器参数依据内燃机的运行状态进行选择。
11. 根据权利要求10所述的装置，作为过滤器使用PT1-过滤器。
12. 根据权利要求10所述的装置，作为过滤器使用平均值过滤器。
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