CN107448315B - 用于控制和调节内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于控制和调节内燃机（1）的方法，其中，在正常运行中调节蓄压管压力（pCR）并且其中在识别到故障的蓄压管压力传感器（9）时从正常运行切换到应急运行，在应急运行中控制蓄压管压力（pCR）。本发明的特征在于，在应急运行中连续地提高蓄压管压力（pCR），直到无源的限压阀（11）做出响应，所述无源的限压阀在被打开的状态下把燃料从蓄压管（6）泄入到燃料箱（2）中。

Description

用于控制和调节内燃机的方法
本申请是申请号为CN201080047926.6、申请日为2010年10月19日、发明名称为“用于控制和调节内燃机的方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于控制和调节内燃机的方法，其中在正常运行中调节蓄压管压力（Raildruck），在识别到故障的蓄压管压力传感器时从正常运行切换到应急运行，在应急运行中控制蓄压管压力。
背景技术
在具有共轨系统（Railsystem）的内燃机中，燃烧的品质决定性地通过蓄压管（Rail）中的压力水平来确定。因此，为遵守法定的排放边界值，要调节蓄压管压力。通常，蓄压管压力调节回路包括用于确定调节偏差的参比接点、用于计算调节信号的压力调节器、调节对象和在反馈支路中用于计算实际蓄压管压力的软件滤波器。由额定蓄压管压力和实际蓄压管压力计算调节偏差。调节对象包括压力调节件、蓄压管和用于向内燃机的燃烧室内喷射燃料的喷射器。
由DE 10 2006 040 441 B3已知一种进行压力调节的共轨系统，其中压力调节器通过调节信号作用于吸入节流阀。通过吸入节流阀又确定高压泵的输入横截面，从而确定所输送的燃料体积。吸入节流阀以负逻辑方式被触动，也就是说，它在零安培的电流值的情况下完全打开。作为防止过高的蓄压管压力例如在给吸入节流阀供给电流时电缆折断后的保护措施，设置有无源的限压阀。如果蓄压管压力超过一个临界的值，例如2400巴，则限压阀打开。通过打开的限压阀，燃料于是从蓄压管导入到燃料箱中。在限压阀打开的情况下，在蓄压管中产生一压力水平，该压力水平取决于喷射量和发动机转速。在空载运行的情况下，该压力水平约为900巴，而在满载时约为700巴。
由DE 101 57 641 A1已知一种共轨系统，其中在识别到蓄压管压力传感器故障时从进行压力调节的正常运行切换到应急运行。在应急运行中控制蓄压管压力。为了避免在从正常运行向应急运行的过渡中有不确定的运行状态，设置有过渡函数。该过渡函数事先在正常运行中由蓄压管压力的调节偏差的时间曲线求得。然后在正常运行结束时通过过渡函数给压力调节器预先规定一个负的调节偏差。另外可选的方案是，给调节对象预先规定一个修正体积流。该种解决方案已经在实践中经受过考验，但是也已经确定的是，在蓄压管压力传感器故障后蓄压管压力并不总是达到同样的压力水平，因而在应急运行中引起不同的发动机功率。
发明内容
基于对蓄压管压力进行调节且带有无源限压阀的共轨系统，本发明的目的在于，在蓄压管压力传感器故障后保证发动机以一致的发动机功率运行。
该目的通过一种具有权利要求1的特征的用于控制和调节内燃机的方法得以实现。各种改进在从属权利要求中给出。
本发明的中心思想是，在蓄压管压力传感器故障后，有意识地打开无源的限压阀，由此在应急运行中建立稳定的运行状态。在打开限压阀的情况下，蓄压管压力重新位于空载运行时的压力值例如900巴和满载时的压力值例如700巴之间。使蓄压管压力在应急运行中始终在该压力范围内，由此在应急运行中实现一致的发动机功率。因此具有应急运行稳定的优点。
就具有低压侧吸入节流阀作为压力调节件的共轨系统而论，在应急运行中，在打开方向上对吸入节流阀加载，由此能够连续地提高蓄压管中的压力，于是高压泵能够输送更多的燃料。
为此在第一实施方式中把额定电流作为吸入节流阀的触动信号或者把PWM信号作为吸入节流阀的触动信号设定为相应的应急运行值。在第二实施方式中进行从正常运行中的泵特性曲线向应急运行中的边界曲线的切换。一种补充的设计规定，在向应急运行切换时根据泄漏体积流来计算额定电流。该泄漏体积流通过泄漏特性曲线族根据额定喷射量和发动机转速来计算。
为了也能够在应急运行中使得内燃机以大功率运行，附加地使通电持续时间适应于喷射器。在正常运行中，通电持续时间通过特性曲线族根据额定喷射量和实际蓄压管压力来计算。在蓄压管压力传感器故障的情况下，代替实际蓄压管压力而把一个平均的存储管压力用作为特性曲线族的输入量。该平均的蓄压管压力作为恒定值预先规定。如果在无源的限压阀被打开的情况下蓄压管中的压力水平在空载运行时例如为900巴而在满载时为700巴，则把平均的蓄压管压力确定为800巴。
不言而喻，本发明的做法也可以在具有可电触动的高压泵的共轨系统中应用。于是在蓄压管压力传感器故障的情况下在应急运行中把高压泵设定为最大量输送。
附图说明
附图中借助具有吸入节流阀的共轨系统示出优选的实施例。附图中：
图1表示系统图；
图2表示第一种设计中的蓄压管压力调节回路；
图3表示第一框图；
图4表示第二框图；
图5表示第二种设计中的蓄压管压力调节回路；
图6表示第一框图；
图7表示第二框图；
图8表示具有边界曲线的泵特性曲线；
图9表示用于计算通电持续时间的框图；
图10表示时间图；
图11表示第一种设计的程序流程图；和
图12表示第二种设计的程序流程图。
具体实施方式
图1表示具有共轨系统的电子控制的内燃机1的系统图。该共轨系统包括下述机械部件：用于从燃料箱2输送燃料的低压泵3；用于影响穿流的燃料体积流的可改变的吸入节流阀4；用于在提高压力情况下输送燃料的高压泵5；用于蓄存燃料的蓄压管6和用于向内燃机1的燃烧室中喷射燃料的喷射器7。还可任选地将单蓄存器配设给共轨系统，于是例如在喷射器7内内置有单蓄存器8作为附加的缓冲器形体。作为防止蓄压管6内出现不允许的高压力水平的保护，设置有无源的限压阀11，该限压阀例如在2400巴的蓄压管压力下打开，并且在打开的状态下把燃料从蓄压管6中泄入（absteueren）燃料箱2中。
内燃机1的运行方式由电子控制器（ECU）10确定。该电子控制器10包括微计算机系统的通常的组成部分，例如微处理器、I/O模块、缓存器和存储器模块（EEPROM、RAM）。在存储器模块中在特性曲线族/特性曲线上存储对于运行内燃机1至关重要的运行数据。通过这些数据，电子控制器10由输入量计算出输出量。图1中示范性地示出下列输入量：蓄压管压力pCR，其通过蓄压管压力传感器9测得；发动机转速nMOT；用于由运营商设定功率的信号FP；输入量EIN。输入量EIN包括其它传感器信号，例如废气涡轮增压器的增压空气压力。在图1中，作为电子控制器10的输出量示出了用于触动吸入节流阀4的信号PWM、用于触动喷射器7（喷射开始/喷射结束）的信号ve、输出量AUS。输出量AUS代表用于控制和调节内燃机1的其它调节信号，例如在分级增压的情况下代表用于激活第二废气涡轮增压器的调节信号。
图2表示第一种设计中的用于调节蓄压管压力pCR的蓄压管压力调节回路12。蓄压管压力调节回路12的输入量是：额定蓄压管压力pCR(SL)、额定消耗量VVb、发动机转速nMOT、信号SD、变量E1。信号SD在识别到蓄压管压力传感器的功能故障时置位。变量E1例如包括PWM基本频率、电池电压和吸入节流阀线圈连同引线的欧姆电阻，它们在PWM信号的计算中一同予以考虑。蓄压管压力调节回路12的输出量是蓄压管压力pCR的原值。由该蓄压管压力pCR的原值借助滤波器13计算出实际蓄压管压力pCR(IST)。该实际蓄压管压力然后在求和点A与额定蓄压管压力pCR(SL)比较，由此产生调节偏差ep。压力调节器14由调节偏差ep计算出它的调节量，该调节量相应于以升/分为物理单位的调节体积流VR。给该调节体积流VR在求和点B加上所算出的额定消耗量VVb。额定消耗量VVb根据额定喷射量和发动机转速来计算。求和点B处的相加结果相应于未受限的体积流Vu，该体积流通过限制器15根据发动机转速nMOT被限制。限制器15的输出量相应于额定体积流V(SL)，其为泵特性曲线16的输入量。通过泵特性曲线16给额定体积流V(SL)分配额定电流i(SL)。泵特性曲线16在图8中表示，并且将结合该图详细说明。额定电流i(SL)是功能块17的一个输入量。在功能块17中包含有PWM信号的计算、吸入节流阀的触动信号从正常运行向应急运行的切换。对功能块17的详细介绍和说明将结合图3和4进行。功能块17的输出量相应于由高压泵输送到蓄压管6中的实际体积流V(IST)。蓄压管内的压力水平pCR由蓄压管压力传感器检测。由此，调节回路12闭合。
图3用第一框图表示图2的功能块17。通过该功能块17来确定用于触动吸入节流阀的PWM信号，并确定吸入节流阀的触动信号从正常运行向应急运行的切换。这里，功能块17的输入量是额定电流i (SL)、额定应急运行电流i N(SL)、信号SD和输入量E1。所述输入量包括PWM基本频率、电池电压和吸入节流阀线圈连同引线的欧姆电阻。功能块17的输出量是实际输入到蓄压管中的实际体积流V(IST)。功能块17的元件是开关S1、PWM信号的计算器18和作为单元19的高压泵和吸入节流阀。在正常运行中，开关S1位于位置1，也就是说，通过计算器18根据额定电流i (SL)来计算出PWM信号PWM。然后把PWM信号PWM施加给吸入节流阀的磁铁线圈。由此使得磁铁铁心的行程改变，由此随意地影响高压泵的输送电流。出于安全原因，吸入节流阀在无电流时打开，并且朝向关闭的方向被施加增大的PWM值。可以给PWM信号的计算器18配设具有滤波器21的电流调节回路20，其例如由DE 10 2004 061 474 A1已知。
如果现在识别到蓄压管压力传感器故障，则信号 SD被置位，由此开关S1被切换到位置2。现在根据额定应急运行电流iN(SL)计算PWM信号PWM。额定应急运行电流iN(SL)经过选择，使得可靠地打开无源的限压阀（图1：11）。如果―如前所述―吸入节流阀以负逻辑方式被触动，则当把应急运行电流设定为值iN(SL)=0A时限压阀可靠地打开。但是也可以当额定应急运行电流iN(SL)被设定为稍大的值例如iN(SL)=0.4A时引起无源限压阀打开。其优点在于，通过较明显的燃料节流使得燃料在泄入燃料箱时不会变得太热。
图4在作为替代于于图3一种实施方式在第二框图中表示图2的功能块17。这里，功能块17的输入量是额定电流i(SL)、PWM应急运行值PWMNL、信号SD和输入量E1。功能块17的输出量在这里也是实际上输入蓄压管中的实际体积流V(IST)。功能块17的元件是PWM信号的计算器18、开关S1和作为单元19的高压泵和吸入节流阀。在正常运行中，开关S1位于位置1，也就是说，PWM信号PWM通过计算器18根据额定电流i(SL)来计算。然后将PWM信号PWM施加给吸入节流阀（单元19）的磁铁线圈。如果现在识别到蓄压管压力传感器故障，则信号SD置位，由此开关S1被切换到位置2。现在对吸入节流阀施加以PWM应急运行值PWMNL。PWM应急运行值PWMNL经过选择，使得可靠地打开无源的限压阀（图1：11）。如果―如前所述―吸入节流阀以负逻辑方式被触动，则当把PWM应急运行值设定为0%时限压阀可靠地打开。但是也可以当选择稍大的值例如PWMNL=5%时引起无源限压阀打开。在此也产生如下优点：通过较明显的燃料节流使得燃料在泄入燃料箱时不会变得太热。
图5表示第二种设计中的蓄压管压力调节回路12。蓄压管压力调节回路12的输入量是：额定蓄压管压力pCR(SL)、输入量E1和输入量E2。变量E1例如包括PWM基本频率、电池电压、吸入节流阀线圈连同引线的欧姆电阻，它们在PWM信号的计算中一同予以考虑。输入量E2此外包括额定消耗量VVb、发动机转速nMOT和额定喷射量。蓄压管压力调节回路12的输出量是蓄压管压力pCR的原值。由蓄压管压力pCR的原值借助滤波器13计算出实际蓄压管压力pCR(IST)。该实际蓄压管压力然后在求和点A与额定蓄压管压力pCR(SL)比较，由此产生调节偏差ep。压力调节器14由调节偏差ep计算出它的调节量，亦即物理单位为升/分的调节器体积流VR。调节器体积流VR是功能单元17的输入量。此外在功能单元17中内置有泵特性曲线，并整合有从正常运行向应急运行的切换。功能单元17将结合图6和7详细说明。功能单元17的输出量相应于额定电流i(SL)，该额定电流为PWM信号的计算器18的输入量。可以给PWM信号的计算器18配设带有滤波器21的电流调节回路20。然后把PWM信号PWM施加给吸入节流阀，该吸入节流阀与高压泵被包含在单元19内。单元19的输出量相应于由高压泵输入到蓄压管6中的实际体积流V(IST)。蓄压管中的压力水平pCR由蓄压管压力传感器检测。由此，蓄压管压力调节回路12闭合。
图6在第一框图中表示图5的功能块17。在这里，在蓄压管压力传感器故障的情况下，从泵特性曲线向边界曲线切换。功能块17的输入量是相应于压力调节器的调节量的调节器体积流VR、额定消耗量VVb、发动机转速nMOT和信号 SD。输出量相应于额定电流i(SL)。在求和点B，开关S2的输出和额定消耗量VVb相加。结果相应于未被限制的额定体积流Vu，该额定体积流接着通过限制器15根据发动机转速nMOT被限制。输出量相应于额定体积流V(SL)，该额定体积流既是泵特性曲线16的输入量，也是边界曲线22的输入量。在应急运行中，开关S1位于位置1，这又意味着，额定电流i(SL)通过泵特性曲线16来确定。如果现在识别到蓄压管压力传感器故障，则信号SD被置位，由此开关S1切换到位置2。现在额定电流i(SL)通过边界曲线22来确定。泵特性曲线16和边界曲线22在图8中表示，并且将结合该图详细说明。通过图6的实施方式把燃料的发热程度减到最小。如果信号SD置位，则开关S2从位置1切换到位置2。由此调节器体积流VR由值零代替。
图7在第二框图中表示图5的功能块17。相比于图6，该功能块补充有具有额定喷射量Q(SL)作为其它输入量的泄漏特性曲线族23。在正常运行中，开关S1和S2位于位置1。由此额定电流i(SL)通过泵特性曲线16根据额定体积流V(SL)来计算。额定体积流V(SL)又由未被限制的额定体积流Vu来确定，后者相应于调节器体积流VR和额定消耗量VVb的和。如果现在识别到蓄压管压力传感器故障，则信号SD被置位，由此开关S1和S2切换到位置2。在开关S2的位置2，压力调节器的调节量，这里是：调节器体积流VR，不再用于确定未被限制的额定体积流Vu。该额定体积流现在由额定消耗量VVb和泄漏体积流VLKG的和来计算。泄漏体积流VLKG又通过泄漏特性曲线族23根据额定喷射量Q(SL)和发动机转速nMOT来计算。泄漏特性曲线族及其确定方式在DE 101 57 641 A1中有所记载，这里参照该文献。在开关S1的位置2，额定电流i(SL)通过边界曲线22来计算。
为了更好地进行说明，在图8中共同地用曲线图示出泵特性曲线16和边界曲线22。横轴是以升/分为单位的额定体积流V(SL)。纵轴是以安培为单位的额定电流i(SL)。泵特性曲线16作为实线表示。通过泵特性曲线16给额定体积流V(SL)分配一个相应的额定电流i(SL)，例如通过工作点A给额定体积流V(SL)=V1分配额定电流i(SL)=i1。因为实际上高压泵与高压泵的差别非常大，所以泵特性曲线16系指平均泵特性曲线。两个用虚线示出的特性曲线24和25表示高压泵一定位于其内的分散带。对于额定体积流V(SL)=V1，例如产生额定电流i(SL)的分散量di(ST)。边界曲线22被绘制为点划线。边界曲线如下产生：在考虑备用量的情况下把泵特性曲线24向较小的额定电流值亦即在横轴的方向上移动。由此对于额定体积流V1，在通电时产生备用量di(Re)。边界曲线22总体上表示额定体积流针对额定电流i(SL)的能够可靠地打开限压阀的最大值的分配情况。
图9表示用于计算通电持续时间BD的框图。这里，通电持续时间BD作为3维喷射器特性曲线族26的输出量产生。该喷射器特性曲线族的输入量是额定喷射量Q(SL)和压力pINJ。在正常运行中，开关S1位于位置1，使得压力pINJ与实际蓄压管压力pCR(IST)相等。在蓄压管压力传感器故障的情况下，开关S1通过信号SD被切换到位置2。现在，压力pINJ被设定在平均的蓄压管压力pCR(M)。该平均的蓄压管压力pCR(M)相应于当限压阀被打开时所产生的平均蓄压管压力。如果例如在空载运行时蓄压管压力被调节为900巴，且在满载时蓄压管压力被调节为700巴，则该平均的蓄压管压力pCR(M)=800巴。因此平均的蓄压管压力pCR(M)是实际蓄压管压力的非常好的近似。由此，即使在蓄压管压力传感器故障的情况下也能够以足够高的准确度计算通电持续时间BD。优点是，由此内燃机在应急运行中也能够以非常高的功率运行。
图10表示时间图。图10由分图10A到10D组成。它们各表示经过一段时间：图10A中表示信号SD，图10B中表示额定电流i(SL)，图10C中表示实际蓄压管压力pCR(IST)，图10D中表示作为喷射器特性曲线族的输入量的压力pINJ。在时间点t1，蓄压管压力传感器发生故障，也就是说信号SD被设定为值1。通过识别到故障，额定电流i(SL)从原来的值i(SL)=1.5A设定为值i(SL)=0A。在不通电的状态下，吸入节流阀完全打开，使得高压泵输送最大可能的燃料量。这引起实际蓄压管压力pCR(IST)从在时刻t1的压力水平（pCR(IST)=2000巴)连续地升高，直到限压阀的打开压力。这里打开压力为2400巴（图10C）。在限压阀已被打开后，实际蓄压管压力pCR(IST)下降，并且达到700巴和900巴之间的一个压力水平。同样，在时刻t1，喷射器特性曲线族的输入量pINJ从在时刻t1的实际蓄压管压力pCR(IST)，这里是pCR(IST)=2000巴，切换到平均的蓄压管压力pCR(M)，这里是800巴。参见图10D。
图11表示一个子程序的程序流程图，其与根据图2到4的实施方式对应。在S1检查蓄压管压力传感器是否故障。如果不是这种情况，即S1的询问结果是否定的，则执行步骤S2到S6的程序部分。否则激活应急运行。如果在S1确定蓄压管压力传感器没有故障，则在S2由蓄压管压力的调节偏差通过压力调节器计算出调节器体积流VR作为调节量。在S3由额定喷射量和发动机转速确定出额定消耗量VVb，接着在S4通过求和计算出未被限制的额定体积流Vu。其后，该额定体积流在S5根据发动机转速被限制，并且设定为额定体积流V(SL)。在S6，通过泵特性曲线给额定体积流V(SL)分配一个额定电流i(SL)，然后在S7由该额定电流计算出用于触动吸入节流阀的PWM信号。然后该子程序结束。如果在S1确定蓄压管压力传感器故障，则在S8把额定电流i(SL)设定为额定应急运行电流iN(SL)例如iN(SL)=0A，由此切换到应急运行。然后在S7由额定应急运行电流iN(SL)计算出PWM信号，并且结束子程序。在图11中作为步骤S8A用虚线表示出一种备选方案，其中把PWM信号设定为PWM应急运行值PWMNL。图4对应于该备选方案。
图12表示一个子程序的程序流程图，该子程序相应于按照图5和7的实施方式。在S1检查蓄压管压力传感器是否故障。如果不是这种情况，即S1的询问结果：否，则执行步骤S2到S6的程序部分。否则激活应急运行。步骤S2到S6相应于图11的步骤S2到S6，亦即相应于正常运行，因此在那里所述的内容在这里也适用。如果在S1确定蓄压管压力传感器故障，即S1的询问结果是：是，则在S8根据额定喷射量Q(SL)和发动机转速nMOT通过泄漏特性曲线族计算出泄漏体积流VLKG。接着在S9确定额定消耗量VVb，并且在S10由泄漏体积流VLKG和额定消耗量VVb之和计算出未被限制的额定体积流Vu。在S11，该未被限制的额定体积流根据发动机转速被限制，并且设定为额定体积流V(SL)。接着在步骤S12通过边界曲线计算出额定电流i(SL)，并且在S7由此确定用于触动吸入节流阀的PWM信号。然后该子程序结束。
附图标记列表
1 内燃机
2 燃料箱
3 低压泵
4 吸入节流阀
5 高压泵
6 蓄压管
7 喷射器
8 单蓄存器（可选）
9 蓄压管压力传感器
10 电子控制器（ECU）
11 限压阀，无源
12 蓄压管压力调节回路
13 滤波器
14 压力调节器
15 限制器
16 泵特性曲线
17 功能块
18 PWM信号计算器
19 单元（吸入节流阀与高压泵）
20 电流调节回路
21 滤波器
22 边界曲线
23 泄漏特性曲线族
24 特性曲线
25 特性曲线
26 喷射器特性曲线族。

Claims (3)

1.用于控制和调节内燃机（1）的方法，其中，在正常运行中调节蓄压管压力（pCR）并且其中在识别到故障的蓄压管压力传感器（9）时从正常运行切换到应急运行，其中，在应急运行中提高所述蓄压管压力（pCR），直到无源的限压阀（11）做出响应，所述无源的限压阀在被打开的状态下把燃料从蓄压管（6）泄入到燃料箱（2）中，其特征在于，
在应急运行中，通过把吸入节流阀的触动信号从正常运行切换到应急运行来控制所述蓄压管压力（pCR），由此在打开方向上对作为压力调节件的低压侧的吸入节流阀进行加载，结果是，在应急运行中连续地提高所述蓄压管压力（pCR），直到所述无源的限压阀（11）做出响应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
作为所述吸入节流阀（4）的触动信号，把额定电流（i(SL)）设定为额定应急运行电流（iN(SL)）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
作为所述吸入节流阀（4）的触动信号，把PWM信号（PWM）设定为PWM应急运行值（PWMNL）。
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