CN105275647B - 用于识别空气偏差和燃料偏差的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在内燃机的混合物制备中识别空气偏差和燃料偏差的方法，混合物制备经由预控制装置和拉姆达调节装置进行，至少在内燃机的确定的运行区域中存在燃料计量和喷入持续时间之间的线性关系。在此设置：燃料偏差在燃料计量和喷入持续时间之间的关系中被描述为斜率偏差或被描述为斜率偏差和偏移偏差，内燃机在具有可比性的空气偏差的至少两个运行点中运行并在其中分别确定拉姆达调节介入，从确定的拉姆达调节介入中确定用于描述燃料偏差的斜率偏差或者斜率偏差和偏移偏差，并且从获知的燃料偏差中确定空气偏差。本发明还涉及一种用于执行根据本发明的方法的控制单元。该方法能够实现内燃机的空气输入和燃料输入中的偏差的更好的平衡。

Description

用于识别空气偏差和燃料偏差的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在内燃机的混合物制备中识别空气偏差（Luftfehler）和燃料偏差（Kraftstofffehler）的方法，其中，所述混合物制备经由一预控制装置和一拉姆达调节装置来进行，并且其中，至少在内燃机的一些确定的运行区域中存在燃料计量和喷入持续时间之间的线性关系。

本发明还涉及一种控制单元，用于通过预控制装置和拉姆达调节器来调节内燃机的燃料-空气混合物并用于在内燃机的混合物制备中确定燃料偏差和空气偏差。

背景技术

在多个如今使用的内燃机中将用于修正混合物偏差的调适值完全作为预控制被算入燃料路径中，即使这些调适值至少在一定份额上基于空气偏差。这是不利的，因为例如马达控制器中的很多额定值特性曲线场与空气质量相关。由此，各种调节器的与空气质量相关的预控制没有被适配且还是有偏差。

文献DE 103 30 092 A1描述了一种方法，该方法能够在混合物调适的范畴内实现空气偏差与燃料偏差之间的区分。一个等式描述了在与一额定值的拉姆达偏离、当前拉姆达、输入的空气质量流、空气质量流的偏差和燃料质量流的偏差之间的关系。内燃机在至少两个或更多个拉姆达值的情况下在一负载点中运行并确定拉姆达偏离。通过代入到所述等式中，获得了具有未知量，即空气质量偏差和燃料质量偏差的一等式系统，这些未知量能够从中计算出。在此情况下不利的是，必须在内燃机的不同的运行点上，在不同的拉姆达值的情况下进行调适。为了调适必须存在稳定的运行条件。直到达到这些条件，内燃机必须在就废气净化而言不利的拉姆达条件下运行。由此在调适期间存在内燃机的提高的有害物质排放。

文献DE 10 2008 012 607 B4描述了一种方法，该方法能够实现弃用负载传感器（空气质量流量计或压力传感器）。在此设置：拉姆达调节介入与燃料路径或空气路径中的偏差原因相协调，为此内燃机被运行在不同的工作点中。该评价基于拉姆达调节介入FAC_LAM_COR，该拉姆达调节介入经由各种等式与在空气路径、燃料路径和整个混合物路径中的相对偏差和偏移偏差（Offset-Fehlern）结合。所述方法仅仅能够实现燃料偏差的与运行点相关的描述，燃料偏差的确定和空气偏差的确定必须相应地在所有运行点中执行。

文献DE 10 2010 051 034 A1描述了一种方法，该方法在空气-燃料混合物偏差的情况下能够实现针对内燃机的各个缸的、在燃料路径偏差和空气路径偏差之间的区分。在此进行了在拉姆达参量和拉姆达参考参量之间的比较以及在瞬时参量和瞬时参考参量之间的比较。所述参考参量意味着在缸的一个新的或无故障的状态中的对应比较参量并例如可以由关于多个缸的平均值形成来得到。与多个对应的测得参量比参考参量大还是小的不同组合相关地可以推断出在混合物制备中的不同的偏差原因。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种方法，该方法能够实现简单和安全分开地识别在内燃机的空气输入和燃料输入中的偏差。

本发明的任务还在于，提出一种相应的用于实施该方法的控制单元。

本发明的涉及该方法的任务通过如下方式来解决：所述燃料偏差在燃料计量和喷入持续时间之间的关系中被描述为斜率偏差（Steigungsfehler）或被描述为斜率偏差和偏移偏差（Offsetfehler），所述内燃机在具有可比较的空气偏差的至少两个运行点中运行并在其中分别确定一拉姆达调节介入，由这些确定的拉姆达调节介入来确定用于描述燃料偏差的斜率偏差或斜率偏差和偏移偏差，并且从获知的燃料偏差中确定空气偏差。由此，该方法能够实现分开地确定在内燃机的混合物制备中的空气偏差和燃料偏差。由此实现了，可以获知用于空气偏差和燃料偏差的分开的调适值并可以分开地修正它们。这相对于仅在燃料路径中设置的修正来说有利地影响到内燃机的不同的调节器的预控制，这些调节器与在空气质量上撑开的额定值特性场相关。此外可以减小针对瞬时模型的建模偏差，就像这些瞬时模型经常设置在现代的内燃机的马达控制装置中并描述为空气质量的函数那样。为了分开空气偏差和燃料偏差，所述方法使用了燃料计量与喷入持续时间之间的线性关系，该线性关系就像与所使用的喷射器相关地在宽的运行区域上给出的那样。此外，为了所述内燃机在具有可比性的或者说可比较的（vergleichbarem）空气偏差的两个运行点上所需的运行，进行到通过一额定值预先给定的、适合于废气净化的拉姆达值上的拉姆达调节。所述方法相应地不要求与具有与之结合的、提高的废气排放的拉姆达额定值的偏离。如果燃料偏差已知，那么由此确定了空气偏差。

根据本发明的一有利的设计变型方案可以设置：在预期的斜率偏差的情况下在内燃机的具有可比性的空气偏差的两个运行点中确定所述拉姆达调节介入，并在预期的斜率偏差和偏移偏差的情况下在内燃机的具有可比性的空气偏差的三个运行点中确定所述拉姆达调节介入，并且由此来确定所述燃料偏差和所述空气偏差。由燃料计量与喷入持续时间之间的线性关系可以从两个运行点导出具有两个未知量（斜率偏差和燃料偏差）的两个等式，并在三个运行点的情况下导出具有三个未知量（斜率偏差、燃料偏差和偏移偏差）的三个等式，并从中确定燃料路径中的偏差。在此偏移偏差可以例如基于喷入喷嘴的阀特性曲线。

具有可比性的空气偏差的那些所需运行点的简单设定可以通过如下方式来进行，即，具有可比性的空气偏差的运行点通过如下方式来设定，即，给所述燃料系统调制出（aufgeprägt）一偏差，该偏差通过一拉姆达调节器来平衡并且这样获得的拉姆达调节介入被用于确定所述燃料偏差。

为了能够在内燃机的尽可能大的运行区域上描述燃料偏差和空气偏差，可以设置，所述燃料偏差和所述空气偏差连续或近似连续地针对内燃机的至少一个运行区域利用所述燃料计量和所述喷入持续时间之间的线性关系来确定。近似连续在该上下文关系中意味着：燃料偏差和空气偏差通过相应的等式连续描述并例如被存储用于通过预先给定的时间差来分开的喷入持续时间。

对于所述方法的可执行性而言的前提是燃料计量与喷入持续时间之间的线性关系。如果在内燃机中例如设置有喷入喷嘴，在这些喷入喷嘴中没有给出线性关系，那么可以设置：在确定燃料偏差和空气偏差之前进行燃料计量和喷入持续时间之间的关系的线性化。这可以以已知的算法计算地执行。

为了能够确定在配属给内燃机的多个喷入喷嘴中的燃料偏差，可以设置：在确定燃料偏差和空气偏差之前将输入给内燃机的各个缸的燃料质量进行调平。内燃机的各个缸因此经由所配属的喷入喷嘴被输入相同量的燃料。相应地可以将燃料偏差和由此的空气偏差一起地确定用于整个内燃机。

根据本发明的一可能实施方案可以设置，燃料计量经由压电喷射器或磁喷射器进行。压电喷射器在此具有这样的优点，在它们中存在燃料计量与喷入持续时间时间的线性关系。在磁喷射器中必须首先将燃料计量与喷入持续时间之间的关系进行线性化。

根据本发明的一特别优选的设计变型方案可以设置：通过调适所述预控制装置来修正内燃机燃料路径中的燃料偏差和内燃机空气路径中的空气偏差。

所述方法可以优选地用于识别在外源点火的内燃机的混合物制备中的空气偏差和燃料偏差。

本发明的涉及控制单元的任务通过如下方式来解决，即，内燃机具有用于执行所述方法的程序流程或电子电路。

附图说明

下面借助附图中展示的实施例详细阐释本发明。其中：

图1 在示意图中在一种实施变型中示出了可使用本发明的技术领域，

图2在第一流程图中示出了在燃料计量和喷入持续时间之间的关系中的预期的斜率偏差的情况下的方法步骤顺序以及

图3在第二流程图中示出了在燃料计量和喷入持续时间之间的关系中的预期的斜率偏差和偏移偏差的情况下的方法步骤顺序。

具体实施方式

图1在示意图中在一种实施变型中示出了可使用本发明的技术领域。实施为外源点火的汽油发动机的内燃机10通过空气输入装置11输入地得到燃烧用空气。燃烧用空气的空气量借助于空气输入装置11中的空气质量流量计12确定。内燃机10的废气通过废气通道17导出，催化器16布置在该废气通道中。在所述催化器16之前布置一拉姆达传感器15。空气质量流量计12的信号和拉姆达传感器15的信号被输入给一控制单元14。所述控制单元14与四个喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4连接，利用这些喷入阀给内燃机10配量燃料。在此，作为喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4设置压电喷射器，它们具有喷入持续时间与被配量的燃料量之间的线性关系。在控制单元中集成有用于设定输入给内燃机10的空气-燃料混合物的拉姆达调节器14.2和预控制装置14.1。

在常规运行中利用拉姆达传感器15测量废气的拉姆达。拉姆达调节器14.2将测得的拉姆达与一额定值进行比较并与输入的空气量相关地以如下方式调节输入给内燃机10的燃料量，即，测得的拉姆达相应于额定值。为了能够使用拉姆达调节器14.2的全调节范围，给拉姆达调节装置叠加一预控制装置14.1。该预控制装置与内燃机10的负载相关地进行燃料配量的经控制的基础设定。预控制装置被规则地调适，从而使得可以平衡空气和燃料系统中的改变。这根据已知的方法，即使在空气路径中有偏差的情况下，通过喷入的燃料量的相应适配进行。用于修正混合物偏差的调适值因此被完全在燃料路径中算入。与之不同地，本发明设置空气路径和燃料路径中的偏差和偏离的分开的识别和调适。

在外源点火的内燃机中燃料通过喷射器（喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4）的计量可以在宽的运行区域中被描述为喷入持续时间ti的线性函数。如果计量行为不是线性的，那么可以根据已知的方法执行所述计量的线性化。根据本发明的方法和根据本发明的控制单元使用了该计量的线性关系，以便分开在建模时在控制单元中产生的空气偏差和燃料偏差。通过该线性关系可以在宽的运行区域中通过斜率偏差a*ti描述燃料偏差△rk。此外还可以出现喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4的阀特性曲线的偏移偏差b。同时，空气偏差△rl和燃料偏差△rk经由拉姆达调节介入fr在功能上彼此结合。

为了分开空气偏差△rl和燃料偏差△rk，在两个或三个运行点上运行内燃机10，在这些运行点中所述空气偏差△rl是可比性的。具有可比性的空气偏差△rl的这样的运行点可以通过如下方式产生，即，给所述燃料系统有目的地调制出一个偏差，该偏差由拉姆达调节器14.2通过相应的拉姆达调节介入fr1、fr2、fr3又被调整。在使用这些拉姆达调节介入fr1、fr2、fr3的情况下可以计算出斜率偏差a*ti和偏移偏差b进而完全地描述了在计量的线性区域之内的燃料偏差△rk。从因此与喷入持续时间ti相关地确定的燃料偏差△rk中可以与运行点无关地借助于拉姆达调节介入在内燃机的典型化学计量运行中计算出所述空气偏差△rl。

图2在第一流程图中示出了在内燃机10的燃料计量和喷入持续时间之间的关系中的预期的斜率偏差的情况下的方法步骤顺序。为此该流程被划分成方块1a20、方块2a21、方块3a22、方块4a23和方块5a24。

该方法使用了已知的关系：

其中，ti是喷入持续时间；fr是拉姆达调节介入；rl_real是实际空气量；rk_real是实际燃料量；以及rk2ti是喷入持续时间ti与实际燃料量rk_real之间被运用的换算系数。

在方块1a20中在第一方法步骤中进行内燃机10的各个缸的喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4就喷入燃料质量方面的调平。为了设定所述喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4例如可以使用一种量偏差补偿。在该基于转速的方法中，喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4的量偏差在稀燃运行中被识别。为此，将所有的缸同时进行稀燃并评价针对运转不平稳性的缸个别的特征。与均质运行不同，在稀燃运行中，马达力矩线性地与喷入量相关联。为了获得拉姆达=1进而保持废气中性，该方法步骤要求后续的、非瞬时起作用的补充喷入。

替换于此地也可以调平这些缸的指示平均压力。为此必须在各个缸中设置相应的燃烧室压力传感器。

随着第一方法步骤的结束确保了：可以检测到针对整个内燃机10的留下的燃料偏差并进行修正，这是因为所有喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4通过缸个别的调平喷入相同的燃料量。

在方块2a21中，在第二方法步骤中通过评价具有可比性的空气偏差△rl的两个运行点来进行燃料偏差a*ti的确定。具有可比性的空气偏差△rl的这样的运行点可以就像已经描述过的那样通过如下方式产生，即，给燃料系统有目的地调制出一偏差，该偏差又从拉姆达调节器14.2中学习到。在所述两个运动点中于是存在：

其中，a是斜率偏差并且1或2是用于描述在对应的运行点中的参量的指数。具有指数mod的所有参量是已建模的参量，这些已建模的参量可以相对于实际参量（指数real）是有偏差的。由此，对于斜率偏差a存在：

该描述的方法是用于描述斜率偏差a*ti的一种可能的方法。

在方块3a22中执行第三方法步骤。在这里进行燃料偏差△rk的连续确定：

这样描述的燃料偏差△rk被算入到预控制装置14.1的燃料路径中。

在方块4a23中，在第四方法步骤中进行空气偏差△rl的连续确定：

由此，△rl相应于系统中的真实空气偏差，该真实空气偏差可以连续地并经由所有运行点利用等式计算出。

为了获得可信的空气偏差△rl，必须存在具有平稳的（eingeschwungenem）拉姆达调节器14.2的内燃机10的稳定运行。

如果空气偏差△rl是可信的，那么因此在方块5a24中在第五方法步骤中填充一与内燃机10的转速和负载相关的调适特性曲线场，用于内燃机10的空气装填。

燃料偏差△rk的作为纯斜率偏差的描述是一种简化。因此，图3在第二流程图中示出了相应于如下等式的在内燃机10的燃料计量和喷入持续时间ti之间的关系中的预期斜率偏差a*ti和偏移偏差b的情况下的方法步骤顺序：

为此，该流程被划分为方块1b30、方块2b31、方块3b32、方块4b33和方块5b34。

起始点在这里也是如下的已知的关系：

在方块1b30中在第一方法步骤中就像已经在图2的方块1a20中描述的那样进行喷入阀13.1、13.2、13.3、13.4的调平。

在方块2b31中在第二方法步骤中获知两个未知量（斜率偏差a和偏移偏差b）。为此，内燃机10在三个具有可比性的空气偏差△rl的运行点上运行并确定拉姆达调节介入fr₁、fr₂、fr₃。于是，用于计算这两个参数的出发点是下列的等式：

由此对于斜率偏差a和偏移偏差b得出：

和

在方块3b32中，在第三方法步骤中进行燃料偏差△rk的连续确定。

这样描述的燃料偏差△rk被算入到预控制装置14.1的燃料路径中。

在方块4b33和5b34中，在第四方法步骤中进行空气偏差△rl的连续确定并在第五步骤中进行对于内燃机10的空气装填而言的调适特性曲线场的填充，就像这已经相对于图2和在其中对于方块4a23和5a24描述的那样。

在这些实施例中描述的方法由此能够实现空气偏差△rl和燃料偏差△rk的分开确定并实现内燃机10的预控制装置的分开的相应调适。所述方法为此使用这样的数据和测量值，它们已经存在于现代的内燃机10的控制单元14中。所述方法因此可以成本低廉地通过简单的软件扩展来应用。

Claims (10)

1.用于在内燃机（10）的混合物制备中识别空气偏差和燃料偏差的方法，其中，所述混合物制备经由预控制装置和拉姆达调节装置来进行，该预控制装置与内燃机（10）的负载相关地进行燃料计量的经控制的基础设定，并且其中，至少在内燃机（10）的确定的运行区域中存在燃料计量与喷入持续时间之间的线性关系，其特征在于，所述燃料偏差在燃料计量与喷入持续时间之间的关系中被描述为斜率偏差或被描述为斜率偏差和偏移偏差，内燃机（10）在具有可比性的空气偏差的至少两个运行点中运行并在其中分别确定一拉姆达调节介入，从确定的拉姆达调节介入中确定出用于描述所述燃料偏差的斜率偏差或者斜率偏差和偏移偏差，并且从获知的燃料偏差中确定空气偏差。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在预期的斜率偏差的情况下在所述内燃机（10）的具有可比性的空气偏差的两个运行点中确定所述拉姆达调节介入，并在预期的斜率偏差和偏移偏差的情况下在所述内燃机的具有可比性的空气偏差的三个运行点中确定所述拉姆达调节介入，并从中确定所述燃料偏差和所述空气偏差。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具有可比性的空气偏差的运行点通过如下方式来设定，即，给燃料系统调制出一偏差，该偏差通过一拉姆达调节器（14.2）来平衡并且这样获得的拉姆达调节介入被用于确定所述燃料偏差。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述燃料偏差和所述空气偏差连续或近似连续地针对所述内燃机（10）的至少一个运行区域利用所述燃料计量和所述喷入持续时间之间的线性关系来确定。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在确定所述燃料偏差和所述空气偏差之前进行所述燃料计量和所述喷入持续时间之间的关系的线性化。

6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在确定所述燃料偏差和所述空气偏差之前，将输入给所述内燃机（10）的各个缸的燃料质量调平。

7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述燃料计量通过压电喷射器或磁喷射器进行。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过所述预控制装置（14.1）的调适来修正所述内燃机（10）的空气路径中的空气偏差和燃料路径中的燃料偏差。

9.用于在外源点火的内燃机（10）的混合物制备中识别空气偏差和燃料偏差的按照权利要求1至8中任一项所述的方法的应用。

10.控制单元，用于通过预控制装置（14.1）和拉姆达调节器（14.2）来设定内燃机（10）的燃料-空气混合物并用于在所述内燃机（10）的混合物制备中确定燃料偏差和空气偏差，其特征在于，所述内燃机（10）具有一程序流程或一电子电路用于执行按照权利要求1至8之一所述的方法。