CN105089893B - 确定直喷内燃机汽缸燃烧循环压缩行程中喷射模式的方法 - Google Patents

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Abstract

用于确定直喷式内燃发动机(1)的气缸(2)的燃烧循环压缩行程(COMP)中的喷射模式的方法包括以下步骤：确定最大次数(Nmax_comp)的部分喷射中的每次部分喷射所喷射的初始燃料量(QFinit_comp)和燃料目标量(QFobj_comp)；作为相应的初始燃料量(QFinit_comp)和相应的燃料目标量(QFobj_comp)的函数来确定每次部分喷射所喷射的有效燃料量(QFeff_comp)；以及作为喷射结束角度(EOI)值和在压缩行程(COMP)中所执行的所述最大次数(Nmax_comp)的部分喷射中的每次部分喷射所喷射的有效燃料量(QFeff_comp)的函数来确定在压缩行程(COMP)中所执行的部分喷射的目标模式。

Description

确定直喷内燃机汽缸燃烧循环压缩行程中喷射模式的方法
技术领域
本发明涉及用于确定直喷式内燃发动机汽缸的燃烧循环压缩行程中的喷射模式的方法。
背景技术
火花点火的直喷式内燃发动机包括多个汽缸，每个汽缸设有相应的活塞，所述活塞循环地在汽缸内滑动，并通过连杆以机械方式连接到曲轴，以便将由汽缸内的燃烧所产生的力传递到驱动轴本身，所述汽缸具有部分地布置于汽缸内部的相应喷射器并且具有相应的火花塞，所述火花塞由电子控制单元周期性地进行控制，以在其电极之间产生火花，并由此确定在汽缸本身内的压缩气体的点火。所述内燃发动机还包括进气歧管和排气歧管，所述进气歧管通过一个或多个进气门连接到每个汽缸，所述排气歧管通过一个或多个排气门连接到每个汽缸并且其通到排气管以便将由燃烧所产生的气体排放到大气中。
每个汽缸的四行程燃烧循环包括按顺序的四个行程：进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。在每个燃烧循环末，将由驱动轴完成两周完整的回转，从而经过等于720°的旋转。活塞最初处于上止点处，并且在进气行程期间，通过在汽缸内产生真空而下降到下止点，当相应的进气门打开时所述真空将从进气管抽吸空气，使得驱动轴经过半周回转并经历从0°到180°的角度。在进气行程期间和/或在随后的压缩行程期间，燃料被喷射到燃烧室内。在随后的压缩行程期间，活塞从下止点上升到上止点，从而压缩汽缸内的空气和燃料混合物，导致压力和温度升高，使得驱动轴经过半周回转并经历从180°到360°的角度。
在膨胀行程期间，火花塞的电极产生火花，所述火花点燃汽缸内的空气和燃料混合物并且所述混合物本身开始燃烧，这除了是燃烧循环中产生有用功的唯一步骤之外还使得温度和压力上升。通过使得驱动轴经过半周回转并经历从360°到540°的角度而将活塞从上止点推动到下止点。最后，在排气行程中，活塞再次处于下止点并向上移动到上止点以便排出燃烧过的气体，该燃烧过的气体通过相应的排气门被引入到排气管内，使得驱动轴经过半周回转并经历从540°到720°的角度。
在每个四行程燃烧循环中所喷射的燃料总量可作为所提供到驱动轮的扭矩的函数来确定，其确定发动机必须吸入的空气量。在每个汽缸的每个四行程燃烧循环中所喷射的燃料总量备选地在进气行程期间，或在压缩行程期间，或甚至在进气行程和压缩行程两者期间进行喷射。
为了能够确保空气和燃料的正确混合并防止燃料在活塞顶部或汽缸壁上结垢并防止导致颗粒物形成，限定喷射模式(即确定在其间完全或部分地喷射燃料量的燃烧循环的一个或多个行程)是极其关键的。
发明内容
本发明的目的在于提供用于确定直喷式内燃发动机汽缸的燃烧循环压缩行程中的喷射模式的方法，该方法克服上述缺陷，并且特别是该方法可容易地且可以具有成本效益的方式来实施。
本发明的另一个目的在于提供一种控制单元，其适于确定直喷式内燃发动机汽缸的燃烧循环压缩行程中的喷射模式，且其克服现有技术的缺陷。
根据本发明，提供用于确定直喷式内燃发动机汽缸的燃烧循环压缩行程中的喷射模式的控制单元和方法，其中该方法包括下述步骤：
确定用于满足对所提供扭矩的要求而在每个汽缸的每个燃烧循环中所喷射的燃料总量的步骤；
确定在压缩行程中所执行的部分喷射的最大次数和喷射结束角度值；
确定在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的初始燃料量；其中作为当内燃发动机起动时冷却流体的温度的函数并作为内燃发动机的关断时间的函数来确定在压缩行程期间所执行的每次部分喷射所喷射的初始燃料量；
确定在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的目标燃料量；其中作为内燃发动机机的转速以及内燃发动机的负载以及温暖的内燃发动机的冷却流体的温度以及由内燃发动机执行的火花提前的衰减的函数来确定在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的目标燃料量；
作为相应的初始燃料量和相应的目标燃料量的函数来确定在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的有效燃料量；
作为喷射结束角度值和在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的有效燃料量的函数来确定在压缩行程中所执行的部分喷射的目标模式；以及
其中在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的有效燃料量通过下式来计算：
QFeff_comp＝α*QFobj_comp+(1-α)*QFinit_comp
QFeff_comp为在压缩行程中所执行的所述最大次数的部分喷射中的每次部分喷射所喷射的有效燃料量；
QFobj_comp为在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的目标燃料量；
QFinit_comp为在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的初始燃料量；以及
α为权重，范围在从0到1之间，以便被分配给在压缩行程中所执行的每次部分喷射所喷射的目标燃料量并且作为温度的函数来变化。
附图说明
现在将参照示出非限制性实施例的附图对本发明进行描述，其中：
-图1是设有控制单元的直喷式内燃发动机的示意图，所述控制单元实施用于实现本发明目的的确定进气/压缩行程中的喷射模式的方法；
-图2是图1中所示内燃发动机的汽缸的示意图；以及
-图3示意性地按顺序示出图2中所示汽缸的燃烧循环的各个行程；
-图4是用于实现本发明目的的确定进气行程中的喷射模式的方法的框图；
-图5是用于实现本发明目的的确定压缩行程中的喷射模式的方法的框图；
-图6是在图5中所示的用于确定压缩行程中的喷射模式的方法中使用的图表；以及
-图7a)至图7d)示出根据图5中所示方法所获得的在压缩行程中执行的某些部分喷射模式之间的比较。
具体实施方式
在图1中，附图标记1指示作为一个整体的火花点火式内燃发动机，其包括以成直线布置的四个汽缸2。每个汽缸2包括相应的活塞3，所述活塞3通过连杆以机械方式连接到曲轴4，以便将由汽缸2中的燃烧所产生的力传递到驱动轴4本身。
如图2中所示，内燃发动机1包括进气歧管5，所述进气歧管5通过两个进气门6(图2中只示出其中之一)连接到每个汽缸2并且通过蝶形阀7接收新鲜空气(即来自外部环境的空气)，所述蝶形阀7可在闭合位置和最大打开位置之间移动。此外，内燃发动机1包括排气歧管8，所述排气歧管8通过两个排气门9(图2中只示出其中之一)连接到每个汽缸2，所述排气门9通到排气管(未示出)，以便将由燃烧所产生的气体排放到大气中。
每个排气门9的位置直接由凸轮轴10来进行控制，所述凸轮轴10接收来自驱动轴4的运动；相反，进气门6的位置可由通用的气门开度控制装置11来进行控制，所述气门开度控制装置11控制进气门6以管理开度和升角，以便控制由进气门6所提供的扭矩。气门开度控制装置11使用传统的凸轮轴12，所述凸轮轴12接收来自驱动轴4的运动，以及对于每个进气门6而言可包括电力控制的液压致动器13(即由电磁阀进行控制)，所述液压致动器13间置于进气门6的气门杆和凸轮轴12之间。通过适当地控制每个液压致动器13，能够调节由凸轮轴12传递到进气门杆6的运动，并且因此可以调节进气门6的实际升程。因此，对于每个汽缸2和发动机循环而言，控制装置11的动作可允许独立于其它的进气门6来改变每个进气门6的实际升程。
针对每个汽缸2设置相应的喷射器14；根据图2中所示的实施例，喷射是直接喷射类型的，因此每个喷射器14部分地布置于汽缸2内部。根据替代性的实施例(未示出)，并且只限于关于本发明进气门INT的部分应用，喷射是间接喷射类型的，因此每个喷射器14在进气管中布置于汽缸2的上游，所述进气管将进气歧管5连接到汽缸2。
此外，每个汽缸2包括火花塞15，所述火花塞5通过汽缸2的顶部布置在进气门5和排气门9之间的中心位置内，并且循环地被激活以便确定在每个压缩行程末汽缸2中压缩气体的点火。
发动机1包括控制单元16，其控制内燃发动机1的操作，并且除其它之外，控制火花塞15来确定每个汽缸2中压缩气体的点火。控制单元16包括存储器17，在存储器17中存储一系列映射图(map)，所述映射图提供作为当前发动机点的函数的火花塞15的控制值；特别是，存储在存储器17中的映射图为每个火花塞15(即为每个汽缸2)提供标准的点火提前。
图3示出每个汽缸2的四行程燃烧循环。完整的燃烧循环由四个行程按顺序执行：进气行程INT、压缩行程COMP、膨胀行程ESP和排气行程EXH。在每个燃烧循环末，将由驱动轴4完成两周完整的回转，从而经过等于720轴的旋转。
在进气行程INT期间，活塞3最初处于上止点PMS处并且下降到下止点PMI而在汽缸2内产生真空，当相应的进气门6打开时，该真空将从进气歧管5抽吸空气，使得驱动轴4经过半周回转并经历从0°到180°的角度。
在所述的进气行程ASP和/或随后的压缩行程COMP期间，燃料被喷射到燃烧室内。
在压缩行程COMP期间，活塞3从下止点PMI上升到上止点PMS，从而压缩处于汽缸2内的空气和燃料混合物，并导致压力和温度升高，使得驱动轴4经过半周回转(以便完成驱动轴4的第一周完整的回转)并经历从180°到360°的角度。
在膨胀行程ESP期间，火花塞15的电极产生火花，所述火花点燃汽缸2内的空气和燃料混合物并且所述混合物本身开始燃烧，这除了是燃烧循环中产生有用功的唯一步骤之外还使得温度和压力上升。通过使得所述驱动轴4经过半周回转并经历从360°到540°的角度而将活塞3从上止点PMS推动到下止点PMI。
在排气行程EXH中，活塞3再次处于下止点PMI并向上移动到上止点PMS以便排出燃烧过的气体，该燃烧过的气体通过相应的排气门9被引入到排气管内，使得驱动轴4经过半周回转(以便完成驱动轴4的第二周完整的回转)并经历从540°到720°的角度。
下面描述由控制单元16执行的策略，该策略用于确定在进气行程INT期间的部分喷射的次数、每次部分喷射所喷射的燃料量，和两次相继部分喷射之间的时间段。
控制单元16配置成作为对所提供到驱动轮的扭矩C的要求的函数来确定在每个汽缸2的每个燃烧循环中所喷射的燃料总量Qfuel，其确定内燃发动机1必须吸入的空气量。在已经确定在每个汽缸2的每个燃烧循环中所喷射的燃料总量Qfuel之后，控制单元16配置成分别确定在每个汽缸2的每个燃烧循环中在进气行程INT期间所喷射的燃料量Qfuel_int，在每个汽缸2的每个燃烧循环中在压缩行程COMP期间所喷射的燃料量Qfuel_comp，以及可能的话还有在每个汽缸2的每个燃烧循环中在膨胀行程ESP期间所喷射的燃料量Qfuel_esp。换言之，根据替代性实施例，在每个汽缸2的每个燃烧循环中所喷射的燃料总量Qfuel被分为在进气行程INT中的喷射贡献和/或在压缩行程COMP中的喷射贡献和/或在膨胀行程ESP中的喷射贡献。
在预备步骤中，确定喷射开始角度SOI(start of injection)值并将其存储在控制单元16中。根据优选的变型，在设置步骤中确定喷射开始角度SOI值并且将其保持为常量；当活塞3最初处于上止点PMS处并在进气行程INT中下降到下止点PMI时，喷射开始角度SOI值的几度的误差(即，如果喷射过早开始)会是非常危险的，因为活塞3仍然会过于靠近喷射器14，因此所喷射的燃料可能会在活塞3的顶部本身或汽缸2的壁上结垢。
如图4中所示，控制单元16因此配置成确定在寒冷温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold，以及在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm。更详细地，内燃发动机1的转速值Vengine和内燃发动机1的负载Lengine在输入中传递到计算框100和框110。
框100确定在寒冷温度条件下即在约20℃作为内燃发动机1的转速Vengine和内燃发动机1的负载Lengine的函数的在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold。实际上，映射图存储在控制单元16中，该映射图因此提供作为内燃发动机1的转速Vengine和内燃发动机1的负载Lengine的函数的在寒冷温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold。
框110确定在温暖温度条件下即在约90℃作为内燃发动机1的转速Vengine和内燃发动机1的负载Lengine的函数的在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm。实际上，映射图存储在控制单元16中，该映射图因此提供作为内燃发动机1的转速Vengine和内燃发动机1的负载Lengine的函数的在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm。
值得注意的是，寒冷温度(约20℃)和温暖温度(约90℃)两者是处于寒冷温度条件下和处于温暖温度条件下的内燃发动机1的温度；内燃发动机1的温度可近似于内燃发动机1的冷却流体的温度Tcoolant。
在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm和在寒冷温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold在输入中传递到计算框120，所述计算框120确定在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量QFmax_int。在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量QFmax_int通过在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm和在寒冷温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold的加权平均来计算。权重由内燃发动机1冷却流体的当前温度Tcoolant与基准温度即与寒冷温度(约20℃)和与温暖温度(约90℃)相距的距离来表示。根据优选的实施例，在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm和在寒冷温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold两者的权重通过与内燃发动机1冷却流体的当前温度Tcoolant与基准温度即与寒冷温度(约20℃)和与温暖温度(约90℃)的温差成线性相关来建立。换言之，对于包括在20℃-55℃的范围内的内燃发动机1冷却流体的当前温度Tcoolant，在寒冷温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold的贡献较大；以及对于包括在55℃-90℃的范围内的内燃发动机1冷却流体的当前温度Tcoolant，在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm的贡献较大；以及对于等于55℃的所述内燃发动机1冷却流体的当前温度Tcoolant，两个贡献权重相同。
根据进一步的实施例，在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm和在寒冷温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold两者的权重通过与内燃发动机1冷却流体的当前温度Tcoolant与基准温度即与寒冷温度(约20℃)和与温暖温度(约90℃)的温差成非线性相关来建立。在这种情况下，控制单元16从而配置成分别确定在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm和在寒冷温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Tcold两者的权重，以便增加在温暖温度条件下在进气行程INT期间每次部分喷射的最大燃料量Twarm的贡献。
从而，控制单元16配置成通过以下比值来确定在进气行程INT中的部分喷射的次数：
Qfuel_int/i<＝QFmax_int [1]
Qfuel_int为每个汽缸2的每个四行程燃烧循环中在进气行程INT中所喷射的燃料量；
QFmax_int为在进气行程INT中每次部分喷射的最大燃料量；以及
i为在进气行程INT中所执行的部分喷射的次数。
控制单元16配置成通过进行试错来确定在进气行程INT中部分喷射的次数i，直到满足条件[1]；在进气行程INT中的部分喷射次数i包括在1和最大值Nmax_int之间，该最大值在设置和调节的预备步骤中确定。
根据优选的变型，一旦在进气行程INT中所执行的部分喷射的次数i被确定，则在进气行程INT中每次部分喷射的燃料喷射量QFobj_int对于每次部分喷射是恒定的和相等的：
QFobj_int＝Qfuel_int/i [2]
Qfuel_int为每个汽缸2的每个四行程燃烧循环中在进气行程INT中所喷射的燃料量；
QFobj_int是在进气行程INT中每次部分喷射的目标燃料量；以及
i为在进气行程INT中所执行的部分喷射的次数。
根据优选的变型，在进气行程INT期间每次部分喷射的目标燃料量QFobj_int以规则的时间间隔喷射。以这种方式，通过在进气行程INT中保持部分喷射的时间段和每次部分喷射的目标燃料量QFobj_int两者恒定，对于汽缸2中的每次部分喷射而言，在部分喷射本身之前的条件基本上得到恢复(例如对燃料通过的空气阻力、汽缸2内部的湍流方面等等)。
从而控制单元16配置成作为进气行程INT的总持续时间、在进气行程INT中所执行的部分喷射的次数，以及在进气行程INT中每次部分喷射所喷射的目标燃料量QFobj_int的函数来确定在进气行程INT中的两次部分喷射之间的时间段。从而在进气行程INT中的两次部分喷射之间的时间段作为内燃发动机1的转速Vengine、内燃发动机1的负载Lengine，以及内燃发动机1冷却流体的温度Tcoolant以及喷射开始角度SOI的函数来变化。
根据进一步的变型，在进气行程INT中每次部分喷射的有效燃料量QFint不是恒定的，并且甚至不以规则的时间间隔来喷射。特别是，控制单元16配置成确定部分喷射模式，根据所述部分喷射模式逐渐增加或减小在进气行程INT中每次部分喷射的有效燃料量QFint，并且逐渐增加在两次相继的部分喷射之间经过的时间段。以这种方式，通过在进气行程INT期间增加两次相继的部分喷射之间经过的时间段，并减少每次部分喷射的有效燃料量QFint，对于每次部分喷射而言，在汽缸2中部分喷射本身之前的条件基本上得到恢复。
在进气行程INT中每次部分喷射所喷射的有效燃料量QFint的增加或减少的选择取决于以下两个(互斥的)要求，因此在内燃发动机1的各种操作条件中必须找到的最优化的折衷：
-由于在进气行程INT中，活塞3从上止点PMS下降到下止点PMI，从而活塞3与喷射器14相距的距离减小，甚至通过增加每次部分喷射的有效燃料量QFint，也能够防止燃料碰撞到所述活塞的顶部3本身上；
-由于汽缸2中的混合物变得富集燃料，对混合物射流的穿透阻力减小，因此每一单次喷射的燃料量必须减少。
下面描述由控制单元16执行的策略，该策略用于确定在压缩行程COMP期间的部分喷射的次数、每次部分喷射所喷射的燃料量，和两次相继部分喷射之间的时间段。
在预备步骤中，确定喷射结束角度EOI(end of injection)值并将其存储在控制单元16中。根据优选的变型，在设置步骤中确定喷射结束角度EOI值并且将其保持为常量；因为，在压缩行程COMP中，活塞3最初处于下止点PMI处并上升到上止点PMS，喷射结束角度EOI值的几度的误差(即，如果喷射过早结束)会是非常危险的，因为活塞3会已经过于靠近喷射器14，因此所喷射的燃料可能会在活塞3的顶部本身或汽缸2的壁上结垢。
如图5中所示，一系列的映射图130存储在控制单元16中。存储在控制单元16中的映射图130的数目等于在压缩行程COMP中部分喷射的最大次数Nmax_comp，该最大次数在设置和调节的预备步骤中确定。如图5中所示，代表在压缩行程COMP中四次部分喷射的最大值的四个映射图130存储在控制单元16中。
每个映射图130提供在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的初始燃料量QFinit_comp或相对于在压缩行程COMP中所喷射的燃料总量的百分比，从其开始可以确定在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的上述初始燃料量QFinit_comp。
作为两个参数的函数来确定在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的初始燃料量QFinit_comp。这样的参数可以是当内燃发动机1起动时冷却流体的温度Tcoolant_start和内燃发动机1的关断时间Toff(即内燃发动机1保持关断的时间间隔)。
从而每一映射图130作为当内燃发动机1起动时冷却流体的温度Tcoolant_start的函数和作为内燃发动机1的关断时间Toff(即内燃发动机1在其间保持关断的时间间隔)的函数来提供在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的初始燃料量QFinit_comp。
同样如图5中所示，一系列的映射图140也存储在控制单元16中。存储在控制单元16中的映射图140的数目等于在压缩行程COMP中部分喷射的最大次数Nmax_comp，其在设置和调节的预备步骤中确定。如图5中所示，代表在压缩行程COMP中四次部分喷射的最大值的四个映射图140存储在控制单元16中。
每个映射图140提供在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的标称燃料量QFnom_comp或相对于在压缩行程COMP中所喷射的燃料总量的百分比，从其开始可以确定在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的上述标称燃料量QFnom_comp。
作为两个参数的函数来确定在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的标称燃料量QFnom_comp。这样的参数可以是内燃发动机1的转速Vengine和内燃发动机1的负载Lengine。
从而每一映射图140作为内燃发动机1的转速Vengine和内燃发动机1的负载Lengine的函数来提供在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的标称燃料量QFnom_comp。
根据优选的变型，由此确定的在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的标称燃料量QFnom_comp由在压缩行程COMP中相应部分喷射的校正贡献％corr来校正。特别是，映射图150存储在控制单元16中，该映射图提供在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的燃料的校正贡献％corr。作为两个参数的函数来确定在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的燃料的校正贡献％corr。这样的参数可以是温暖的内燃发动机1的冷却流体的温度Tcoolant和由内燃发动机1执行的相对于最优火花提前(即允许产生最大扭矩的火花提前)的火花提前SA的衰减(decay of spark advance)。
因此映射图150作为内燃发动机1的冷却流体的温度Tcoolant和由内燃发动机1执行的火花提前SA的衰减的函数来提供在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的燃料的校正贡献％corr。
通过将在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的标称燃料量QFnom_comp和在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的燃料的校正贡献％corr相加来确定在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的目标燃料量QFobj_comp。
在压缩行程COMP中部分喷射所喷射的目标燃料量QFobj_comp和在压缩行程COMP中部分喷射所喷射的初始燃料量QFinit_comp在输入中传递到计算框160，所述计算框160确定在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的有效燃料量QFeff_comp。
特别是，图6示出用于计算在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的有效燃料量QFeff_comp的图表。
一系列的曲线A、B、C存储在控制单元16中，一系列的曲线A、B、C对于在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的有效燃料量QFeff_comp随着时间推移的演变具有显著的意义。曲线A、B、C作为当内燃发动机1起动时冷却流体温度Tcoolant_init的函数来选择；换言之，每一曲线A、B、C指示当内燃发动机1起动时在冷却流体的给定温度Tcoolant_init下在压缩行程COMP中的操作。
控制单元16适于由以下公式确定在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的有效燃料量QFeff_comp：
QFeff_comp_TDC＝α*QFobj_comp_TDC+(1-α)*QFinit_comp_TDC [3]
QFeff_comp_TDC为在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的有效燃料量；
QFobj_comp_TDC为在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的目标燃料量；
QFinit_comp_TDC为在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的初始燃料量；以及
α为权重，包括在0到1之间，其被分配给在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的目标燃料量。
考虑在内的在压缩行程COMP中部分喷射的次数包括在零到在压缩行程COMP中部分喷射的最大次数TDCmax之间。对于在压缩行程COMP中的每部分喷射(包括在零到在压缩行程COMP中部分喷射的最大次数TDCmax之间)对公式[3]进行验证。
最初，在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的有效燃料量QFeff_comp将与在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的初始燃料量QFinit_comp基本上一致，并且将演变，使得在压缩行程COMP中部分喷射的最大次数TDCmax下，压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的有效燃料量QFeff_comp与在压缩行程COMP中部分喷射所喷射的目标燃料量QFobj_comp基本上一致。
换言之，控制单元配置成对在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的目标燃料量QFobj_comp_TDC和在压缩行程COMP中所喷射的初始燃料量QFinit_comp_TDC进行加权平均以便建立在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的有效燃料量QFeff_comp_TDC；其中通过图6的图表中所示的相应曲线A、B、C来确定在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的目标燃料量QFobj_comp_TDC的权重αA、αB、αC，并且将在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的初始量QFinit_comp_TDC的权重计算为其与在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的目燃料标量QFobj_comp_TDC的相应权重αA、αB、αC的总和为1。
根据进一步的变型，图7中所示的图表构造成提供权重β(包括在0到1之间)，以赋予在压缩行程COMP中特定部分喷射所喷射的初始燃料量QFinit_comp_TDC。
此外，值得注意的是，映射图130和映射图140可提供高于或等于零的值，根据映射图130确定在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的初始燃料量QFinit_comp，并根据映射图140确定在压缩行程COMP中相应部分喷射所喷射的标称燃料量QFnom_comp。这意味着，对于在压缩行程COMP中的特定部分喷射而言，所喷射的有效燃料量QFeff_comp_TDC可为零。在这种情况下，在压缩行程COMP中部分喷射的次数低于在设置和调节的预备步骤中所确定的在压缩行程COMP中部分喷射的最大次数Nmax_comp。换言之，如图7中所示，在压缩行程COMP中部分喷射的次数可以是从0到4的任何数目，其等于在压缩行程COMP中部分喷射的最大次数Nmax_comp。
如至此所述，可作为对所提供扭矩C的要求的函数来确定在每个汽缸2的每个四行程燃烧循环中在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的目标模式。
在已经确定了在每个汽缸2的每个燃烧循环中在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的目标模式之后，控制单元16则配置成确定在压缩行程COMP中的两次部分喷射之间的时间段。特别是，控制单元16设置成在压缩行程COMP中的两次相继的部分喷射j、j+1之间经过一定的时间间隔，该时间间隔作为在部分喷射j中所喷射的有效燃料量QFeff_comp的函数来变化，这允许基本上恢复在汽缸2中部分喷射j本身之前的条件(例如对燃料通过的空气阻力、汽缸2内部的湍流方面等等)。在压缩行程COMP中两次部分喷射之间的时间段作为内燃发动机1的转速Vengine、内燃发动机1的负载Lengine以及内燃发动机1冷却流体的温度Tcoolant以及可能的喷射结束角度EOI的函数来变化。
控制单元16进一步配置成确定在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp；在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的这种最小燃料量QFmin_comp作为喷射器14上游侧的供给压力的函数来变化，并且表示喷射器14能够确保以可重复和受控的方式进行喷射的量。
可作为在每个汽缸2的每个燃烧循环中在压缩行程COMP期间所执行的部分喷射的目标模式和在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小量QFmin_comp的函数来确定在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的有效模式。
特别是，会发生在图7中部分地示出的以下情况。
如果在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的目标模式中每次部分喷射所喷射的有效燃料量QFeff_comp_TDC高于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp，则在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的目标模式将与在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的实际模式一致。
如图7a)中所示，在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的目标模式包括三次部分喷射；其中在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1高于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp，而在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2以及在第三次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q3小于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp，并且在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2与在第三次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q3的总和高于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp。
在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的有效模式包括两次部分喷射；其中在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q'1等于在第一次部分喷射中所喷射的第一有效量Q1，以及在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q'2等于在目标模式的第二次部分喷射所喷射的有效燃料量Q2和在目标模式的第三次部分喷射所喷射的有效燃料量Q3的总和。
在当前情况下，相对于部分喷射的目标模式，可以在部分喷射的有效模式中保持下述不变，即保持喷射结束角度EOI、在压缩行程COMP中总体喷射的燃料量Qfuel_comp、在第一次部分喷射Q1、Q'1和第二次部分喷射Q2、Q'2之间经过的时间间隔不变。
如图7b)中所示，在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的目标模式包括三次部分喷射；其中在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1和在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2低于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp，以及在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1和在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2的总和高于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp。
在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的有效模式只包括一次喷射；其中在第一次喷射中所喷射的有效燃料量Q'1等于在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1和在目标模式的第二次部分喷射所喷射的有效燃料量Q2。
相对于部分喷射的目标模式，在当前情况部分喷射的有效模式中，可以保持喷射结束角度EOI和在压缩行程COMP中总体喷射的燃料量Qfuel_comp。
如图7c)中所示，在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的目标模式包括两次部分喷射；其中在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1和在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2均低于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp，并且在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1和在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2的总和低于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp。
在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的实际模式不包括任何喷射；在进气行程INT中喷射在目标模式的第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1和在目标模式的第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2的总和。
相对于部分喷射的目标模式，在部分喷射的经检验的有效模式中，在燃烧循环中总体喷射的燃料量Qfuel可以保持不变。
如图7d)中所示，在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的目标模式包括三次部分喷射；其中在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1和在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2均低于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp，而在第三次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q3高于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp，并且在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q1和在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q2的总和高于在压缩行程COMP中每次部分喷射所喷射的最小燃料量QFmin_comp。
在压缩行程COMP中所执行的部分喷射的有效模式包括两次部分喷射；其中在第一次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q'1等于在第一次部分喷射中所喷射的第一有效量Q1与在目标模式的第二次部分喷射所喷射的有效燃料量Q2的总和，以及在第二次部分喷射中所喷射的有效燃料量Q'2等于在目标模式的第三次部分喷射所喷射的有效燃料量Q3。
在当前情况下，相对于部分喷射的目标模式，可以在部分喷射的有效模式中保持下述不变，即保持喷射结束角度EOI，在压缩行程COMP中总体喷射的燃料量Qfuel_comp不变(但第一次部分喷射Q1、Q'1和第二次部分喷射Q2、Q'2之间经过的时间间隔不保持不变)。
根据优选的变型，控制单元16配置成可作为对所提供扭矩C的要求的函数来确定在每个汽缸2的每个四行程燃烧循环中所喷射的燃料总量Qfuel，其确定必须由发动机所吸入的空气量。在已经确定在每个汽缸2的每个四行程燃烧循环中所喷射的燃料总量Qfuel之后，控制单元16配置成确定根据先前所述的在压缩行程COMP期间所执行的部分喷射的有效模式。然后通过在每个汽缸2的每个四行程燃烧循环中所喷射的燃料总量Qfuel与在压缩行程COMP中在每个汽缸2的每个每四行程燃烧循环中所喷射的燃料量Qfuel_comp之间的差异来确定在每个汽缸2的每个四行程燃烧循环中在进气行程INT中所喷射的燃料量Qfuel_int。
根据进一步的变型，燃料量Qfuel_esp可作为由内燃发动机1所执行的火花提前SA的衰减的函数来在膨胀行程ESP中喷射；特别是，在其中火花塞被控制以产生火花的瞬间可以基本上喷射燃料量Qfuel_esp。
值得注意的是，为了确定在压缩行程COMP期间的部分喷射的次数、每次部分喷射所喷射的燃料量，和两次相继部分喷射之间的时间段而由控制单元16实施的策略和为了确定在进气行程INT期间的部分喷射的次数、每次部分喷射所喷射的燃料量，和两次相继部分喷射之间的时间段而由控制单元16实施的策略是完全独立且相互独立的。
至此描述的由控制单元16实施的策略具有许多优点。首先，上述策略以独立的方式应用于每个汽缸2；以这种方式，可以将不可避免的差异考虑在内，上述差异由制造公差的影响并通过汽缸2的壁的温度差异的影响而存在于各个汽缸2之间，上述温度差异是由于汽缸2在内燃发动机1的不同位置造成的。其次，上述策略可在内燃发动机1的控制单元16内以简单和具备成本效益的方式来实施，因为它们不需要任何物理变化，采用控制单元6的中等计算能力，并且同时允许最优化燃烧的热力学，具有在消耗量和污染排放控制方面的明显益处。

Claims (6)

1.用于确定直喷式内燃发动机(1)的气缸(2)的燃烧循环压缩行程(COMP)中的喷射模式的方法，所述方法包括以下步骤：
确定在压缩行程(COMP)中所执行的部分喷射的最大次数(Nmax_comp)和喷射结束角度(EOI)值；
确定在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的初始燃料量(QFinit_comp)；其中作为当内燃发动机(1)起动时冷却流体的温度(Tcoolant_init)的函数并作为内燃发动机(1)的关断时间(Toff)的函数来确定在压缩行程(COMP)期间所执行的每次部分喷射所喷射的初始燃料量(QFinit_comp)；
确定在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的目标燃料量(QFobj_comp)；其中作为内燃发动机机(1)的转速(Vengine)以及内燃发动机(1)的负载(Lengine)以及温暖的内燃发动机的冷却流体的温度(Tcoolant)以及由内燃发动机(1)执行的火花提前(SA)的衰减的函数来确定在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的目标燃料量(QFobj_comp)；
作为相应的初始燃料量(QFinit_comp)和相应的目标燃料量(QFobj_comp)的函数来确定在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的有效燃料量(QFeff_comp)；
作为喷射结束角度(EOI)值和在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的有效燃料量(QFeff_comp)的函数来确定在压缩行程(COMP)中所执行的部分喷射的目标模式；以及
其中在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的有效燃料量(QFeff_comp)通过下式来计算：
QFeff_comp＝α*QFobj_comp+(1-α)*QFinit_comp
QFeff_comp为在压缩行程(COMP)中所执行的所述最大次数(Nmax_comp)的部分喷射中的每次部分喷射所喷射的有效燃料量；
QFobj_comp为在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的目标燃料量；
QFinit_comp为在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的初始燃料量；以及
α为权重，范围在从0到1之间，以便被分配给在压缩行程(COMP)中所执行的每次部分喷射所喷射的目标燃料量，并且作为温度的函数来变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
作为喷射器(14)上游侧燃料的供给压力的函数来确定压缩行程(COMP)中每次部分喷射所喷射的最小燃料量(QFmin_comp)；以及
作为在压缩行程(COMP)中每次部分喷射所喷射的最小燃料量(QFmin_comp)和在压缩行程(COMP)中所执行的部分喷射的目标模式之间的比较的函数来确定在压缩行程(COMP)中所执行的部分喷射的有效模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下进一步的步骤：作为喷射结束角度(EOI)值和在压缩行程(COMP)中所执行的所述最大次数(Nmax_comp)的部分喷射中的每次部分喷射所喷射的有效燃料量(QFeff_comp)的函数来确定在压缩行程(COMP)中所执行的目标模式的两次相继部分喷射之间经过的时间量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下进一步的步骤：
确定用于满足对所提供扭矩(C)的要求而在每个气缸(2)的每个燃烧循环中所喷射的燃料总量(Qfuel)，其确定内燃发动机(1)必须吸入的空气量；
作为每个气缸(2)的每个燃烧循环中所喷射的燃料总量(Qfuel)和每个气缸(2)的每个燃烧循环在压缩行程(COMP)中所执行的部分喷射的目标模式之间的差异的函数来确定在每个气缸(2)的每个燃烧循环中在进气行程(INT)期间所喷射的燃料量(Qfuel_int)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括以下进一步的步骤：
作为内燃发动机(1)的转速(Vengine)、内燃发动机(1)的负载(Lengine)、以及喷射开始角度(SOI)值的函数来确定在进气行程(INT)期间每次部分喷射所喷射的最大燃料量(QFmax_int)；以及
作为每个气缸(2)的每个燃烧循环中在进气行程(INT)期间所喷射的燃料量(Qfuel_int)以及在进气行程(INT)中每次部分喷射所喷射的最大燃料量(QFmax_int)的函数来确定进气行程(INT)中的部分喷射的次数(i)和进气行程(INT)中每次部分喷射所喷射的目标燃料量(QFobj_int)。
6.一种电子控制单元(16)，其适用于实施根据权利要求1所述的用于确定直喷式内燃发动机(1)的气缸(2)的燃烧循环压缩行程(COMP)中的喷射模式的方法。
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