CN110778407A - 操作内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于操作内燃机的方法，所述内燃机包括用于将燃料注入燃烧室中的可控喷油器，所述喷油器与储油器连通并且通过所述储油器而被供以燃料，所述方法包括以下步骤：基于第一压力测量确定所述储油器中的压力的第一压力值；基于在所述第一压力测量之后进行的第二压力测量确定所述储油器中的压力的第一压力值；以及根据所述第一压力值和所述第二压力值确定喷油器打开持续时间。

Description

操作内燃机的方法
技术领域
本发明涉及操作内燃机的方法，该内燃机包括用于将燃料喷射到燃烧室中的可控制喷油器，喷油器与储油器连通且通过储油器被供以燃料，其中储油器可以具体为蓄压器。
背景技术
在喷油量取决于储油器中的压力和喷油器打开持续时间的方法的情况中，如果喷油器打开持续时间保持不变，则储油器中的压力变化因而可能导致实际喷油量与目标喷油量存在不期望的偏差。
因此，DE 103 32 213 A1提出在喷油期间连续监测储油器中的压力并且通过基于压力估算的变化的喷油速率而执行积分。然后，一旦经积分的喷油量达到了目标喷油量，则要关闭喷油器。虽然DE 103 32 213 A1中提出的程序理论上实现对喷油量进行特别精确的控制，但是由于系统要满足的实时性要求，它在现实中失败了，因为常规引擎控制单元无法以所需速度执行DE 103 32 213 A1中提出的算法操作。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于控制喷油器的方法，该方法考虑了这种系统要满足的实时性要求。
该目的通过如下简单描述的方法实现。本发明的优选实施例仅为示例性的。
本发明包括用于操作内燃机的方法，内燃机包括用于将燃料喷射到燃烧室中的可控喷油器，该喷油器与储油器连通且通过储油器被供以燃料，该方法包括以下步骤：
-基于第一压力测量来确定储油器中的压力的第一压力值；
-基于在第一压力测量之后执行的第二压力测量来确定储油器中的压力的第二压力值；和
-根据第一压力值和第二压力值来确定喷油器打开持续时间。
由于该作用过程，第一压力测量是相对较早执行的。由此，也可相对较早地获得第一压力值，并且第一压力值可以用于所述方法的耗时的后续步骤和/或能够以高准确度确定。然而，通过随后确定第二压力值，关于在第一压力测量之后发生的储油器中压力的改变，将实现高准确度。
喷油器打开持续时间可以在数个分步骤中确定，该分步骤不一定需要仅在确定第二压力值之后执行。相反，用于确定喷油器打开持续时间的至少一个分步骤在第二压力值可用之前基于第一压力值执行。
根据本发明的可行实施例，该方法还包括以下步骤：
-指定期望的喷油量。
根据第一压力值和第二压力值以及期望的喷油量来确定喷油器打开持续时间。特别地，根据第一压力值和第二压力值来确定喷油器打开持续时间，使得实现期望的喷油量。
根据本发明的可行实施例，该方法还包括以下步骤：
-基于先前确定的喷油器打开持续时间控制喷油器。
特别地，先前确定的喷油器打开持续时间可以用于指定喷油器关闭的时刻。
根据本发明的可行实施例，在喷油器打开之前执行第一压力测量。这为用于确定第一压力值的压力传感器信号的准确评估提供足够的计算时间。
根据本发明的可行实施例，在喷油器已经打开之后执行第二压力测量。这意味着在喷油器打开持续时间期间、因而在喷油过程期间确定的当前压力值将能够以第二压力值形式可获得。由此得出，如果储油器中的压力在第一压力测量和喷油过程起点之间变化或者在喷油过程期间变化，则该压力变化也将予以考虑。
第一压力值和第二压力值通过信号评估基于相应的传感器信号而生成。
根据本发明的可行实施例，第一压力值和第二压力值通过不同评估方法来确定。特别地，这允许考虑对任务运行时间的不同要求。
优选地，用于确定第二压力值的第二评估方法比用于确定第一压力值的第一评估方法运行更快，即，第二评估方法具有较短的任务运行时间，因此将在电动机控制单元上更快运行。
根据本发明的可行实施例，执行以下方法步骤中的至少一个步骤以确定第一压力值，而第二压力值的确定不需要该至少一个步骤：
-相对于供电电压和/或温度的变化而校正压力测量值；
-降采样；
-数字滤波。
替换地或另外地，可以在电动机控制单元上确定第二压力值，其优先权高于对第一压力值的确定。
根据本发明的可行实施例，首先根据第一压力值确定第一喷油器打开持续时间，当第二压力值可用时，根据第二压力值校正第一喷油器打开持续时间。
这意味着确定第二压力值可以甚至稍后进行，这是因为在第二压力值可用时不必确定喷油器打开持续时间，但是将足以校正已经暂时确定的第一喷油器打开持续时间。
因此，优选地，在确定第二压力值之前和/或在执行第二压力测量之前，确定第一喷油器打开持续时间。
根据本发明的可行实施例，对喷油器打开持续时间的校正取决于期望的喷油量和/或储油器中的压力。特别地，除了第二压力值和/或第二压力值与第三压力值之间的压力差，对第一喷油器打开持续时间的校正中可结合期望的喷油量和/或压力。
根据本发明的可行实施例，以多个步骤进行对校正值的确定，至少一个步骤是在第二压力值和/或第二压力值与第三压力值之间的压力差可用之前已经执行的。
根据本发明的可行实施例，通过特征图实现对第一喷油器打开持续时间的校正，该特征图取决于期望的喷油量和/储油器中的压力。该特征图可以例如以表格形式和/或以公式关系形式储存在引擎控制单元中。
优选地，从用于基于第一压力值校正第一喷油器打开持续时间的特征图读取校正值。这在某种程度上是有利地，因为一旦第一压力值可用，校正值就已经能够确定，因而校正值能够在相对较早时刻确定。
特别地，可以在已经确定第二压力值之前基于第一压力值读取校正值。
优选地，在已经读取之后校正值，可基于第二压力值而调整校正值。这种调整特别地通过利用第二压力值和/或第二压力值与第三压力值之间的压力差来缩放该校正值而实现。
如果存在于第二压力值与第三压力值之间并且实际上通过第二压力值确定的压力差偏离固定方式预先确定的压力差，则储存在特征图中的校正值例如可以对应于该固定方式预先确定的压力差并且可以进行调整。
然而，根据本发明的可替换实施例，第二压力值和/或在第二压力值与第三压力值之前的压力差用于校正第一压力值。
在这种情况下，喷油器打开持续时间优选地基于已校正压力值确定。
根据本发明的可行实施例，根据第二压力值和第三压力值之间的压力差确定喷油器打开持续时间。这种压力差允许将在第一压力测量和第二压力测量之间储油器中压力发生的变化考虑在内。
特别地，如上所述对第一喷油器打开持续时间的校正可以取决于在第二压力值和第三压力值之间的压力差。
根据本发明的可行实施例，第一压力值自身可以用作第三压力值。然而，如果使用不同的评估方法以确定第一压力值和第二压力值，则这将是不利的。因此，第三压力值优选地与第一压力值分开确定。
根据本发明的可行实施例，第二压力值和第三压力值通过采用相同的评估方法来确定。由此，在确定压力值时发生的任何系统误差将同样地成为这两个压力值的一部分。在形成压力差时，这将导致补偿或小的过度补偿或小的补偿不足。
优选地，使用以下评估方法确定第三压力值，该评估方法具有比用于确定第一压力值的评估方法更短的任务运行时间。
优选地，压力差与在第一压力测量和第二压力测量之间储油器中压力的变化相关。为此，第三压力值优选地基于第一压力测量或第三压力测量确定，该第三压力测量在时间上紧接着第一压力测量而执行。
根据第一变型，第三压力值可基于第一压力测量确定。如果第一压力测量用于确定第三压力值，则将获得在第一压力值和第三压力值之间的最佳时间对应性。然而，在这种情况下，评估所需的额外计算时间需要必须更早地执行第一压力测量，并且这关于准确度是不利的。
根据第二变型，第三压力值因此可以基于第三压力测量(即，除了第一压力测量和第二压力测量以外执行的压力测量)来确定。
可以在第一压力测量之后执行第三压力测量。然而，在这种情况下，评估所需的额外计算时间需要必须更早地执行第一压力测量，并且这将关于准确度是不利的。
因此，第三压力值优选地基于第三压力测量确定，在这里，第三压力测量在第一压力测量之前执行。
优选地，在确定第三压力值之后立即确定第一压力值。结果，在第一压力测量和第三压力测量之间的时间偏移保持相对较小。
根据本发明的可行的第一变型，第二压力测量和/或对第二压力测量值的确定在相对于喷油器打开时刻而固定地预先确定的时刻执行。
特别地，该时刻可以独立于期望的喷油量而固定地预先确定，并且因此在不同的喷油过程之间该时刻可能不会不同。这具有特别简单可靠地实施的优势。
在这种情况下，该时刻将优选地确定为使得：在尽可能最短的打开持续时间的情况下，喷油器打开持续时间的最终值将恰好可用于在适当时间关闭喷油器。
根据本发明的第二变型，第二压力测量和/或对第二压力值的确定在相对于喷油器打开时刻可变的时刻执行。这意味着在很多情况下第二压力测量甚至可以更晚进行。
特别地，该时刻可以根据用于喷油器的相应打开操作的期望喷油量来确定。
由此得出，如果例如为第二喷油过程提供的喷油量大于为第一喷油过程提供的喷油量(这将导致喷油器的更长喷油持续时间)，则第二压力测量和/或对第二压力值的确定将相对于喷油器打开时刻而在比第一喷油过程的情况更晚的时刻进行。
根据本发明的方法优选地用于内燃机，该内燃机包括用于多个喷油器的共用储油器，该多个喷油器特别是在具有共轨喷油系统的内燃机中被分配给不同的燃烧室。
根据本发明的可行实施例，该方法用于内燃机，该内燃机包括多个喷油器，针对每个喷油器单独地确定喷油器打开持续时间。
根据本发明的可行实施例，内燃机包括用于在储油器中产生可变目标压力的泵，目标压力和期望的喷油量基于引擎操作参数和/或用户输入指定。
在这种情况下，特别地，目标压力的变化和/或泵的操作可能导致储油器中的压力显著变化，然而，该显著变化难以与喷油器的操作配合。然而，根据本发明的方法允许可靠准确地控制喷油量。
优选地，喷油器打开持续时间根据期望的喷油量确定。
特别地，第一喷油器打开持续时间可以根据期望的喷油量和第一压力值确定。通过第二压力值进行的校正于是将增加实际喷射的燃料量的准确度。
除了根据本发明的方法之外，本发明还包括引擎控制软件，该引擎控制软件包括用于执行上文中所述类型的方法的指令。特别地，引擎控制软件被编程为在引擎控制单元上运行时自动执行根据本发明的方法。
本发明还包括内燃机，该内燃机包括：可控制喷油器，其用于将燃料喷射到燃烧室中；和储油器，喷油器与该储油器连通，并且喷油器通过该储油器被供以燃料；并且该内燃机还包括用于测量储油器中的压力的压力传感器。该内燃机包括引擎控制单元，该引擎控制单元被编程为执行以下步骤：
-基于第一压力测量来确定储油器中的压力的第一压力值；
-基于在第一压力测量之后执行的第二压力测量来确定在储油器中的压力的第二压力值；和
-根据第一压力值和第二压力值来确定喷油器打开持续时间。
根据优选实施例，引擎控制单元被编程为执行以下步骤：
-基于第一压力测量来确定储油器中的压力的第一压力值，并且根据第一压力值确定第一喷油器打开持续时间；和
-基于第二压力测量来确定储油器中的压力的第二压力值，并且根据第二压力值校正第一喷油器打开持续时间。
优选地，引擎控制单元与至少一个用于测量储油器中的压力的压力传感器通信并且评估该压力传感器的信号。
另外，引擎控制单元优选地与喷油器通信并控制该喷油器。这样做，引擎控制单元特别地根据如本发明公开那样校正的喷油器打开持续时间来控制喷油器打开和关闭的时刻。
通过本发明的方法优选地在引擎控制单元上自动运行。
优选地，引擎控制单元被编程为使得其执行根据如上所述的本发明的方法。
引擎控制单元优选地包括微处理器和非易失性储存器区域，引擎控制软件存储于非易失性储存器区域中。引擎控制软件通过微处理器执行。引擎控制单元与传感器通信并且评估传感器的信号，并控制引擎的作动器，特别是引擎的喷油器。
根据本发明的内燃机可以是四冲程引擎。该四冲程引擎根据奥托过程和/柴油过程运行。
根据本发明的内燃机可以是非道路用引擎。特别地，根据本发明的内燃机可以用于驱动移动式工作机器。
因此，本发明还包括具有上述类型内燃机的移动式工作机器。
然而，还可以想到在固定应用中使用根据本发明的内燃机，例如用于驱动发电机，如同可以想到在任何其它应用中使用该内燃机一样。
附图说明
现在将参照实施例和附图更加详细地描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的内燃机的示意图；
图2示出了示出关于不同喷油器打开持续时间(TOC)在喷油过程期间与时间相关的喷油器电流的图表；
图3示出了示出在喷油过程期间与时间相关的喷油器电流和喷油速率以及在蓄压器中的示例性压力曲线的图表；
图4示出了图表，该图表还示出在喷油过程期间与时间相关的喷油器电流和喷油速率，以及在蓄压器中的示例性压力曲线，并且在该图表中描绘了根据本发明相关的时刻A至时刻I。
图5示出了根据本发明的方法的第一实施例的框图；
图6示出了根据如图5中所示的本发明的方法的实施例的详细方框图；
图7示出了示出用于根据压力和期望的喷油量确定第一喷油器打开持续时间的特征图的图表；
图8示出了示出用于根据压力和期望的喷油量确定校正值的特征图的图表；
图9示出了根据本发明的方法的第二实施例的方框图；
图10示出了两个图表，这两个图表对于第一测试周期示出在期望的喷油量和实际喷油量之间的偏差，上图表示出根据现有技术方法的操作，而下图表示出根据由本发明公开的方法的操作；以及
图11示出了两个图表，这两个图表对于第二测试周期示出在期望的喷油量和实际喷油量之间的偏差，上图表示出根据现有技术方法的操作，而下图表示出根据由本发明公开的方法的操作。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的内燃机1的实施例。该内燃机包括多个用于将燃料喷射到燃烧室B1至Bn中的喷油器I1至In。喷油器与共用蓄压器3连通，蓄压器给各喷油器供应燃料。本实施例因此是共轨喷油系统。因此，蓄压器也将在下文中称为轨道(燃料轨)。然而，根据本发明的方法也可以用于其它喷油系统，特别是也可以用于其中蓄压器仅给一个喷油器供给燃料的情况。蓄压器用于暂时存储燃料，蓄压器给一个或多个喷油器供给燃料，并且因为表现为储油器。
蓄压器3中的压力通过压力传感器4测量。另外，提供高压泵5，其在蓄压器3中产生目标压力。高压泵通过体积控制阀6供应燃料并将该燃料泵入到蓄压器3中。蓄压器3通过压力控制阀7和回油管路连接到油箱。压力控制阀7作为泄压阀操作并在已经达到目标压力时打开。
压力传感器4的信号由引擎控制单元8评估。引擎控制单元控制喷油器I1至In、高压泵5以及阀6和7。另外，引擎控制系统接收来自其他传感器9的值作为输入信号，特别是曲轴位置和凸轮轴位置以及用户输入，诸如期望的引擎转速。
参考图2和图3，将首先示出喷油器I1至In、喷油速率或喷油量以及蓄压器3中的压力的控制之间的总体关系。
在喷油过程期间，不管是主喷油、预喷油还是后喷油，都不可能直接监测待喷射的目标燃料量是否符合规定。因此，不可能基于单个循环来调节喷油速率，并且控制也是不准确的。观察目标喷油量仅可以在涵盖多个点火过程的整体上实现。
轨道压力通过在引擎控制单元中实施的引擎操作策略确定。然而，由引擎转速和引擎扭矩施加到轨道压力上的直接物理影响是很小的。在轨道中的压力增大是与喷油过程分离的。轨道的容量远超过喷油过程的最大喷油量。因此，轨道压力保持合理恒定(即使在喷油过程期间)，当然，前提是引擎操作策略预期轨道压力在观察期间保持恒定。
在根据图1的被考虑用于解释本发明的共轨系统中，在喷油过程期间提供的燃料量可以通过轨道压力和喷油持续时间指定，喷油持续时间即喷油器打开的时间段。在内燃机的瞬态操作中，即在短时间段发生强的速度和扭矩变化的情况下，轨道压力能够仅以一定的时延适应由引擎操作策略提供的新的操作点，然而，喷油持续时间可以快速适应新的操作情况。
例如，如果发生作用在内燃机上的突然载荷变化时轨道压力仍然显著低于其新目标值，则在所述时刻发生的喷油过程的预期燃料总量可以通过增加喷油持续时间来提供，即通过延长喷油器打开的时间段来提供。
此外，可以指定喷油过程的起点，即喷油器打开的时刻或者曲轴角。根据相应的操作情况以有利的方式指定喷油的起点，对尽可能最佳地操作内燃机具有重要性，并且是引擎软件内的喷油策略的核心方面。
在轨道压力值是准确已知并且轨道压力值在喷油期间既非局部变化也非根据时间而改变的理想化和极大简单化情况下，可以准确地调整喷油持续时间并且这样可以实现准确的目标喷油量。实际上，存在许多影响实际喷油量的影响因素。在对全面性没有任何要求的情况下还具有以下要求：
a)来自开式喷油器的燃料排放导致压力增加。
b)在喷油过程期间，可以发生高压泵将燃料供给到轨道。
c)压力传感器的感测范围和喷油器喷嘴内部的盲孔在空间上间隔开。除了固定壳体(其在操作的内燃机中不存在)，在燃料系统中出现压力传感器和喷油器之间的运行时间(行进时间)，因此产生不同的瞬时压力值。
d)泵脉动。
e)喷油器的快速打开与关闭引起压力波动。
f)喷油的实际起点和喷油的结束对于喷油器的控制具有一定的时间延迟。
g)喷油器的老化
h)燃料密度的温度相关性。
对这些损害的程度的研究已经表明：在喷油和通过高压泵供油之间可能发生的时间重叠导致喷油目标量和实际量之间相对大的偏差。这些重叠是不可复制的。根据负荷变动，轨道压力的时间轮廓(时间图)将不同。根据内燃机的工况，引擎操作策略将关于曲轴角指定不同喷油起点。然而，即使在内燃机的静止工作点，在大多数的情况下也不存在高压泵和喷油之间的同步操作。
尽管喷油器的通电持续时间由引擎操作策略明确定义，但是该预先确定基于在作动器的执行期间不再有效的输入值。随着内燃机所需的动力学的提高，通过本发明能够加以利用的补偿潜力将越来越大。
因此，本发明用于更加准确地遵循用于每一个单独喷油过程的目标喷油量。基于图2至图4，将更详细地解释在这方面加以考虑的时间段(在微秒范围内)。
图3显示了基于轨道压力[bar]、喷油器电流[A]和喷油速率[mg/ms]的时间曲线的简化且理想化的喷油过程。在观察期的起点时(起点出于简化原因而设定为时刻t＝0)，喷油器电流为I＝0A，因此，喷油速率为0。初始存在的1000bar(巴)的轨道压力通过高压泵供应燃料而增加。这种燃料供应在观察开始后稍微不到一毫秒的时刻开始。当轨道压力接近1200巴时，高压泵的性能会降低或关闭，因此轨道压力将暂时保持该值。在略低于3毫秒的时刻，喷油器通电。因此，在一定延迟的情况下，燃料将开始流过喷嘴喷油孔。当喷油器电流不再存在时，喷油器关闭过程开始，于是燃料流动停止。在燃料供应期间，轨道压力从初始的1200巴降低到1000巴。在轨道压力降低到该值并且喷油器刚刚关闭之后，即将根据引擎点火顺序启动下一个喷油器而开始上述步骤序列。
图表中和文本中指定的数值以及所得的数值比仅基于实际系统的值的数量级。例如，所指示的时间直接取决于曲轴速度，并且可以根据操作情况而变化多次。显示的时间曲线是简化和理想化的，以提供最简单可行的解释。
图2显示喷油器电流的三个时间曲线。为清楚起见，这是简化图示。关于喷油器通电的时间维度，所描绘的边缘陡度小于实际发生的边缘陡度。如果超过电流阈值，则喷油器将打开。如果电流低于阈值，则喷油器将关闭。关于该图表，三个电流的接通发生在横坐标上的相同点处。可以看出，喷油器电流在不同的接通持续时间(TOC 2<TOC 1<TOC 3)之后关闭。TOC意指电流时间。这指的是喷油过程中喷油器通电的持续时间。在简化和理想化的情况中，TOC值对应于燃料喷射时间，因此等同于在本文中解释的本发明框架内的喷油器打开持续时间。由于实际系统的响应时间，TOC值与燃料喷射时间密切相关；这也适用于喷射开始时喷油器电流的上升沿和喷射结束时导致值为0的喷油器电流的下降沿。
在三种情况中均存在相等高度的轨道压力的情况下(p1＝p2＝p3)，在喷油器电流接通最长(即三个相关的TOC值达到它们的最大值)的喷油过程中向燃烧室供应最大量的燃料。同样地，在较高的轨道压力p下，可以在相应的较短持续时间之后关闭喷油器电流，从而实现喷射的燃料量的再现性。在较低的轨道压力的情况下，当然可以增加TOC，以便再次允许喷射的燃料量的再现性。
因此，图2中的图表可以说明下面的三个场景。
情况1：对于即将进行的喷油过程，轨道压力p1处于由引擎操作策略指定的目标值。具有量值TOC 1的喷油器电流的接通持续时间的目标值由引擎操作策略产生。
情况2：轨道压力高于其目标值。为了确保在即将进行的喷射期间预定的总燃料量将被供应到燃烧室，喷油器将必须在较短的时间段中通电(TOC 2<TOC 1)。
情况3：轨道压力低于其目标值。为了确保在即将进行的喷射期间预定的总燃料量将被供应到燃烧室，喷油器将在较长的时间段中通电(TOC 3<TOC 1)。
可以看出，目标值和轨道压力的实际值之间的偏差原则上可以通过调整通电持续时间来补偿，从而可以满足旨在用于喷油过程的供应燃料的目标量。不言而喻，在最早的可能的通电结束之前必须知道通电持续时间的值，否则如果已经显著超过轨道压力目标值，喷油器将不会及时关闭，并且，作为结果，将会不可避免地注入过量的燃料。
在使用确定喷油器打开持续时间和TOC的功能之前，如本发明所公开的关于相应的下一个喷油过程，引擎操作策略取决于某些状态变量(例如引擎转速)已经指定相对于曲轴和凸轮轴角位置[0°至720°]的喷射角。为了通过引擎操作策略确定喷射持续时间，需要轨道压力的实际值作为相关的输入变量，即作为数字信号，其在基于传感器的原始信号而被处理。
为了实现实际存在的物理轨道压力和数字测量值之间的可靠的一致性，需要包括各种单独步骤的信号处理。
在满足要求的可靠的轨道压力值可用于引擎操作策略之前，可能已经过去了几毫秒。内燃机的速度-转矩操作点对于轨道压力值必须可用于引擎操作策略的时刻具有显著的影响。优选地，准确提供利用该值的时刻，喷射结束的计算已经精确地在仍可以实现用于观察要考虑的喷射期的最短持续时间所需的喷射结束的时刻完成。
图4示出在喷油器通电并且燃料因此通过喷射孔进料的时期内图3中所示的曲线的细节。由字母标识的时刻应被理解为定性指示，并用于解释下文中的处理步骤的顺序。
由于即将进行的喷射和喷射开始的总燃料量已经由引擎控制软件预先指定，因此轨道压力值必须最迟在限定的时刻A可用于喷射。从下文可以看出，将时刻A设定为最后的可能时刻将是有利的。取决于相应的共轨系统，时刻A将被不同地指定，但是它总是在喷油器通电B的接通时间范围内的时间间隔内。
基于在时刻A可用的该轨道压力值，确定喷油器通电的持续时间TOC并且因此确定喷油器通电的关闭时间。后者是图表中的时刻I。图表中标记的时刻H是要考虑的最早的喷油器通电的关闭时间。为了确保喷油器电流可以及时关闭，当相关条件占优势时(存在特别高的轨道压力并且需要为紧随其后的即将进行的喷射提供特别少量的燃料)，时间A一定不能太晚。(例如，在即将进行的预喷射然后存在高燃料需求的主喷射的情况下存在这样的影响因素)。
在喷油过程中发生的轨道压力的变化在用于说明该过程的图表中从约1200巴下降至1000巴，该变化是明显的缺点，因为喷油器电流将关闭的计算的时刻和现有技术的系统中喷油器电流关闭的计算的时刻在最终分析中基于不正确的规格，这是在给定示例中燃料喷射的实际量小于目标量的原因。同样地，在喷油过程期间，在高压泵在正在进行的燃料喷油过程期间向轨道供应燃料的情况下，喷射的燃料的实际量可能高于目标量。
虽然高压泵由内燃机通过动力输出直接驱动，但传动比的系数(实际上是固定的传动比)是表现出相对大的两倍的公倍数的系数，因为，一方面，高压泵不应以不必要的高速运行，以便限制摩擦损失和由此产生的磨损。另一方面，传动比必须足够高，使得高压泵在任何曲轴速度下都能具有足够高的燃料输送率。(由于其广泛使用，以四冲程内燃机作为基础。)如果传动比是例如1:7，则在4冲程内燃机的情况下，值对(曲轴的角位置和高压泵的角位置)的周期持续时间将是34转。由于所述角位置的值对的长周期持续时间，通过在引擎控制软件中固定实施的参数，即使在固定运行的内燃机的情况下，也不能容易地使喷油量均匀。
在动态应用中，在任何情况下都不可能通过参数使喷油量均匀，因为在这种情况下，轨道压力的目标值与实际值之间的偏差不仅取决于上述角位置的值对，而且还受到不断变化的目标喷油量的影响。另外，喷射开始的角位置受内燃机的相应的速度-扭矩操作点的影响。此外，出于效率的原因，可以可变地调节与速度相关的高压泵的输送速率。简而言之，由于在连续喷油过程中轨道压力的变化，在动态运行的内燃机中没有周期性。
因此可以概括地说明，喷油器通电持续时间的计算基于不正确的规格，这是错过燃料喷射的目标量的原因。如上所述，高压泵的输送速率是可调节的，但这仅允许适用于多个喷油过程的集合，而不能重新调节单个紧随其后即将进行的喷射的轨道压力。
因此，本发明提供一种补偿方法，其可以以附加软件的形式添加到引擎操作策略中，并且利用现有的传感器和作动器，使得针对单个喷射的喷油量的目标值与实际值之间的偏差减小。
当根据本发明的补偿方法用作对应于现有技术的喷射系统控制的补充时，不同于现有技术的系统的情况，经处理的轨道压力值必须已经在稍早的时刻A作为第一压力值，因为在关闭喷油器电流之前，必须执行下文中说明的一些附加软件功能。
根据现有技术，基于在时刻A可用的轨道压力值执行喷油器电流切断时间的最终计算。
然而，根据本发明，根据第一实施例，第一临时喷油器打开持续时间以及由此的用于关闭喷油器电流的临时时刻是基于在时刻A可用的第一轨道压力值计算的。该值必须在时刻C可用(参见图4)。然而，根据第二实施例，在时刻A仅确定第一轨道压力值，而不首先确定喷油器打开持续时间。
在精确定义的时刻D，经处理的、更新的第二轨道压力值必须可用。关于第二轨道压力值的处理，除了在第一时刻A可用的轨道压力值的情况之外，短任务运行时间被给予比绝对值的准确度高得多的优先级。在时刻E，可以获得两个读入轨道压力值之间的差值dp。在时刻F，可以获得根据现有数据计算的校正值。
在时刻G，可以获得明确指定的喷油器电流的关闭时间。
为了清楚起见，应再次指出，根据下文详细描述的第一实施例，在时刻D确定的第二轨道压力值不用作用于完全重新计算喷油器打开持续时间且因此完全重新计算喷油器电流关闭时间的基础，但是用作用于通过考虑先前计算的第一喷油器打开持续时间以及因此先前计算的临时关闭时间来计算校正值的基础，该校正值用于确定第二最终喷油器打开持续时间且因此确定最终关闭时间I。
然而，根据第二实施例，在时刻D可用的第二压力值用于校正第一压力值，然后才是根据经校正的压力值计算喷油器打开持续时间。
对在时刻A可用的第一轨道压力值的处理主要旨在高精确度，即实际存在的物理轨道压力与由此确定的数字值之间的最高可能对应关系，而信号处理的持续时间是次要的。至于在时刻D可用的第二轨道压力值，信号处理的速度更加重要。
事实证明，对用于在时刻A待传递给引擎控制软件的经处理的第一轨道压力值的信号处理的某些处理步骤的省略会导致实际喷油量相对于目标量的显着更高的变化，尽管与此相关的信号采样时期可以在较晚的时间段内发生并且测量值获取时期因此更接近喷射时期。然而，至于在时刻D待传递给引擎控制软件以用于计算校正值K的第二轨道压力值，事实证明，对信号处理的某些处理步骤的针对性省略以及因此可能较晚的信号采样会产生校正值K，其使用减小了实际喷油量和目标喷油量之间的偏差。
下面列出了针对用于在时刻A可用的第一轨道压力值的信号处理而执行的优选处理步骤的顺序序列：
·传感器信号采样(采样和保持)；
·模数转换；
·将数字输入变量读入软件；
·由于传感器电源电压的目标值与实际值之间的偏差而校正压力信号；
·平均化；
·额外的数字滤波；以及
·降采样。
然而，对在时刻D可用的第二轨道压力值的信号处理中，优选地省略以下处理步骤：
·由于传感器电源电压的目标值与实际值之间的偏差而校正压力信号；
·额外的数字滤波；以及
·降采样。
然而，其他处理步骤可以以与第一压力值相同的方式执行。
为了允许利用更快的信号评估的优势，信号采样时间段必须在较晚的时间段内进行；理想情况下，大约在刚好仍然允许数字第二轨道压力值在时刻D可用的时间段内进行。
根据优选实施例，用于计算用于确定校正值K所需的轨道压力值差dp的，并不是先前已经过特别大的努力处理并且在时刻A可用的第一轨道压力值，而是第三轨道压力值，其通过与在时刻D的第二轨道压力值读入所基于的处理类似且优选地相同的处理来确定。
在共同的信号采样过程中，可以确定在喷射开始之前量化轨道压力的两个值，即第一和第三轨道压力。一方面，这将是有利的，因为将获得将根据需要仅在信号处理模式方面不同的两个数字值。另一方面，在这种情况下，必须在附加信号处理所需的任务运行时间之前更早地执行信号采样。
基本上存在的将信号采样(通过其待在喷射之前量化轨道压力值)分离以及通过两次信号采样之后的快速处理来执行第三轨道压力值的可能性是不利的。
将信号采样(通过其待在喷射之前量化轨道压力值)分离以及在用于产生第一轨道压力值(其处理需要很大的努力)的信号采样开始之前已经通过快速处理来确定第三轨道压力值的剩余可能性具有这样的优点：最后提到的信号采样和喷射之间的时间间隔不会进一步增加。
该优选实施例的优点将在于，计算出的压力差dp基于两个压力值，这两个压力值主要受到相同的干扰。结果，在物理上存在的轨道压力的差异与为计算校正值K而计算的数字值之间存在更高的一致性。
一个简单的例子是压力传感器的供电电压的热致漂移。为了确定精确的绝对值，补偿这种干扰或对由此干扰引起的损坏执行校正计算将是有用的。对于压力差，如果两个压力值都受到这种干扰，则与仅对两个压力值中的一个执行校正计算的情况相比，损坏将小得多。
在下文中，将再次给出对各个方法步骤的定性记录时刻的调查：
A：经处理的第一轨道压力值的可用性(对绝对值的准确性的优先级)；
B：喷油器通电开始；
C：喷油器电流关闭的临时指定时刻的可用性；
D：经处理的第二轨道压力值的可用性(对允许延迟信号采样的短任务运行时间的优先级)；
E：压力差dp的可用性；
F：校正值K的可用性；
G：用于喷油器电流关闭的相关时刻的可用性；
H：根据相关规范可以实际关闭喷油器电流的最早可能时刻；以及
I：关闭在时刻G定义的喷油器电流。
图5示出了关于上述优选特定实施例中的本发明的第一示例性实施例的抽象框图。
用于确定TOC值的功能首先在方框11中从引擎控制策略接收用于后续喷射的燃料目标量，并且在方框12中通过复杂信号处理确定轨道压力的第一压力值。在方框13中，使用后续喷射的目标燃料量的相关输入变量和在时间上尽可能接近地在喷射开始之前的轨道压力的精确的第一值来计算第一TOC值。
在根据本发明的方法的情况下，以这种方式确定的第一TOC仅是临时指定的值。实际上用于使喷油器通电的第二TOC值是根据本发明通过在下文中称为校正功能17的另一个功能指定的。该校正功能17产生校正值，特别是具有校正因子形态，通过该校正值对方框18中的第一TOC值进行校正，以便提供最终的第二TOC值。
校正功能17表现出对稍后再次执行的、即更新的轨道压力测量14的第二压力值的依赖性，轨道压力测量14优选地部在喷射之前执行。
在本实施例中，该再次执行的轨道压力测量值14对临时计算的第一TOC值没有影响，但是经由校正功能17对最终指定的第二TOC值施加其影响。因此，不需要用更新的第二轨道压力值执行引擎控制软件的整个喷射确定部分。
第二压力值以压力差dp的形态引入校正功能17中。为此，在方框15中刚好在确定第一压力值的时刻A之前确定第三压力值，第三压力值以与第二压力值相同的方式处理。在方框16中，形成第二压力值和第三压力值之间的压力差并将其传递到校正功能17。
在本实施例中，校正功能17还表现出对第一轨道压力值的依赖性，这对于指定临时第一TOC值具有决定性的重要性。另外，校正功能可以取决于后续喷射的已经指定的目标燃料量。
为了允许更新的第二轨道压力测量尽可能晚地进行，即尽可能接近喷油器电流的尽可能早的关闭时间，所得到的更新的第二轨道压力值的处理必须(如已经详细解释的那样)具有尽可能低的任务运行时间并且必须配置校正功能，使得其处理和校正计算的任务运行时间的总和尽可能短。(这种使用刻意选择的术语“任务运行时间”的表述方式暗示所需的最大计算时间尽可能短)。
图6示出了已经在图5中示出的流程图，其中补充了在任务运行时间方面优化的校正功能17的可能实现。因此，关于其他功能和方框，首先参考图5的以上描述。
在本实施例中，通过将先前计算的临时第一TOC值乘以由校正功能确定的校正值，在块18中确定与通电相关的TOC值。因此，校正值1对应于无变化。
校正功能17具有情况区分20。判定标准取决于在时刻D可用的经更新的第二轨道压力值。因此，情况区分20只能相对较晚地解决。
特征图K1、K2存储在情况区分的所有两个路径中。所有两个特征图的两个输入变量是在时间A可用且已经相对较早地测量的第一轨道压力值、以及用于紧接的燃料喷射的喷油量的目标值，该目标值甚至更早地可用。因此，在第二压力值可用的时刻D之前，分别在方框23和24中读出特征图K1和K2。
为了计算校正因子，在最终分析中仅需要两个特征图21、22之一的初始值。由于预先读出所有两个图，所以第二轨道压力测量值获取(即用于提供更新的第二轨道压力值的相应信号采样)可以被延迟长达与用于读出特征图的任务运行时间相对应的持续时间。
当然，该原则也可以应用于情况区分包括两个以上情况或者不进行情况区分的情形。不言而喻，如果必须处理计算规则等而不是特征图，则也可以应用该原理。
特征在于以下策略：当确定校正系数时，在轨道压力的更新的第二值可用之前已经执行部分计算程序。
在本实施方式中，这是通过基于第一压力值和目标喷油量从特征图K1、K2中读取值来实现的。
然后，通过插值函数23、24确定校正系数，插值函数23、24根据压力差dp调整从各自特征图中读取的值。在本实施方式中，从特征图读取的值对应于压力差dp的给定值pk1或pk2的校正系数，并且现在特别通过插值而调整到通过第二压力值和第三压力值实际确定的压力差。
现在将基于以下示例说明插值，该示例在假设dp≥0下描述。在假设的示例中，即将进行的喷油的目标值为150mg，此时在时间A可用的第一轨道压力值为pb。校正图K1的合成初始值优选在时间D那个时刻之前确定，并且在给定示例中具有值1.6。
假设在时间A和时间D的时刻可用的第三压力值和第二轨道压力值相等，即dp＝0，则不考虑校正矩阵的初始值。然后方框23的初始值、即校正值具有值1。
假设变量dp达到或超过指定的阈值pk1，则得到1.6的校正值。如果超过阈值，则从特征图中读取的值将用作校正值，而不进行外推。
假设变量dp的值介于0和阈值pk1之间，则执行值1和校正图初始值1.6之间的线性插值。例如，如果变量dp等于阈值pk1的10％，则线性插值将产生1.06的值。在本案例研究中，临时规定的TOC值乘以系数1.06。
阈值pk1、pk2存储在引擎控制单元的参数集中。
图7显示了一个示例性喷油器特征图，通常称为指纹，其类型可用于计算框13中的TOC值。图中所示曲线显示了等质量线。后者是指在喷油期间供应给内燃机燃烧室的燃料总量。从引擎控制单元的角度来看，紧接着的喷油的计算目标量确定ISO质量线。一旦轨道压力值可用，即可获得所需的TOC值。对于每个喷油器，引擎控制单元包括一个参数集，该参数集包括指纹特征，从而在已知输入变量时指定TOC值。
可用于描述此类特征图的参数集可例如以值表的形式提供。此值表的相应列已在其中记录了不同燃料量的TOC支撑点和固定保持的轨道压力值。对于固定保持的燃料量和对于不同的轨道压力值，TOC支撑点记录在相应的行中。
用于确定TOC值的特征图也可分别用于计算特征图K1和K2，从中读取值以确定校正系数。为此，将创建另一个参数集，其支撑点基于相同的燃料量值。关于轨道压力值，两个支撑点之间仍然存在与实际特征图中相同的压力差；但是，在第二特征图中，所有支撑点的相应压力条目(pressure entries)均减小了相应的相同压力值差pk2。因此，在第二特征图中，TOC条目的值在相应的相同位置上更高。
这两个特征图可用于从中确定校正图。轨道压力值和燃料量之间的网格对应于TOC值的特性图的网格。网格最好不是等距网格。这样做的原因是特征图是非线性的，因此在熟练选择的基础上，可以在保持一定数量的支撑点的同时实现更高的精确度。
在校正图中，各支撑点参考燃料量和轨道压力值，正如用于确定TOC的特征图中所示，该图已首先进行了说明。在校正图中，支撑点k(mi，pj)处的条目对应于首先提及的特征图、所谓指纹图和第二特征图的条目的相应的商，其中每个支撑点处的TOC值由固定压力差pk2移动。
关于图6，用于示例目的的校正图K2涵盖了dp<0的情况，即从第一轨道压力值和更新的第二轨道压力值开始的轨道压力下降，所述第一轨道压力值用于确定临时TOC值并且其必须在时间A的时刻可用，所述第二轨道压力值必须在时间D的时刻可用。对于用于覆盖另一种情况的校正图K1，在计算支撑点时，被除数与在校正图K2情况中相同，但对于除数，则使用特征图，其中各条目对应于增加了恒定压力值差pk1的压力值的TOC值。
图8显示了校正图K2的示例性表示。由于被除数和除数都是时间变量，所以校正图的初始值是无量纲的。
在图5至8所示的根据本发明的第一实施方式中，首先基于第一压力值确定第一喷油器打开持续时间，然后基于第二压力值校正所述第一喷油器打开持续时间。
然而，本发明并不限于这样的实施方式。
图9以方框图的形式显示了本发明的第二个实施例，其中第二压力值不用于校正先前确定的喷油器打开持续时间，而是用于校正第一压力值。只有这样，喷油器开启持续时间才会基于校正后的压力值来确定。
方框11、12和14到16对应于图5中所示的第一实施例，因此参考上述解释。它们提供第一压力值p(A，1)、喷油量m和压力差dp。
在图9所示的实施方式的情况下，提供了校正函数，其通过第二压力值p(D，0)和第三压力值p(A，0)之间的压力差dp(即pkorr＝p(A，1)+dp＝p(A，1)+(p(D，0)-p(A，0))在方框30中校正第一压力值p(A，1)。由此可知，在本实施方式中，压力差本身形成校正值，并加到第一压力值。
然后，在方框31中，通过校正后的压力值pkorr和目标喷油量m(即TOC[m，pkorr])，直接从TOC特性图读取最终喷油器开启持续时间TOC。
本发明使得实际喷油的燃料量的精确度有了相当大的提高。在下文中，将通过一系列测量来证明这一点，这些测量是用本发明的第一个实施例建立。
在图10中，两个图都分别举例说明了对于喷油器，在静态运行内燃机的情况下，共轨系统的运行行为。为了高精密度地测量各个燃料喷油器的相应实际量，图中所示的一系列测量不是在燃烧的内燃机中进行的，而是在在试验台上运行的共轨系统中进行的，而没有通过喷油孔进行的燃料燃烧。在试验台上模拟了与共轨系统相关的环境条件。在图表的测试程序中，高压泵的转速为每分钟1000转，每个喷油过程的目标燃料量为250毫克。横坐标与所考虑的喷油过程的时间和数量相对应。实际喷油燃料量的值沿纵坐标标绘。
在这两个测试系列中，图表中记录的每个喷油过程都是在相同的曲轴角度以相应的方式触发。上图所示为未采用本发明补偿方法的燃料喷油实际值。下图显示了在其他相同试验条件下使用本发明补偿方法的相应燃料量。
当比较两个测试系列的结果时，特别值得注意的是，根据本发明的补偿方法明显地根本性防止了特别强烈的偏离目标值的偏差。但在集体中，偏差被减少了大约2到3倍。
在图11中，这两个图同样地显示了共轨系统的运行行为。高压泵的转速为每分钟1000转，每次喷油过程将被提供的目标燃料量为200毫克。与前面图10所示的图不同，执行了喷油开始的有意变化。就两次喷油之间的时间间隔而言，喷油开始的有意变化是缓慢的。这样，在上图中可以看到实际值的系统性偏移，这是基于测量值采集，而不应用本发明的补偿，因为其轴的每转一圈，在所用的高压泵上会发生两个活塞冲程。测试设置包括六个喷油器和高压泵的活塞冲程，并且各个喷油器同步进行。该图显示六个喷油器之一的喷油值。因此，在两个测量点之间发生三圈高压泵轴转动。利用这种配置，可以通过改变喷油的开始，可在测试设置上施加清晰可识别的可再现干扰。如下图所示，本发明有效地减弱了这种干扰。
在移动工作机器领域的许多应用中，都存在着特别高的动态要求。该领域使用的柴油引擎被归类为所谓的越野引擎。后者受特殊的废气法规约束。其中规定的排放限值基于标准化测试循环NRTC(非道路瞬态循环(Non Road Transient Cycle))。通过精确控制喷油量，本发明还可以在引擎产生的废气领域进行实质性改进。

Claims (15)

1.一种用于操作内燃机的方法，所述内燃机包括用于将燃料注入燃烧室中的可控喷油器，所述喷油器与储油器连通，所述喷油器通过所述储油器而被供以燃料，所述方法包括以下步骤：
-基于第一压力测量确定所述储油器中的压力的第一压力值；
-基于在所述第一压力测量之后进行的第二压力测量确定所述储油器中的压力的第一压力值；以及
-根据所述第一压力值和所述第二压力值确定喷油器打开持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一压力测量是在所述喷油器打开之前进行，和/或所述第二压力测量是在所述喷油器已经打开之后进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一压力值和所述第二压力值通过不同的评估方法确定，其中，优选地，用于确定所述第二压力值的第二评估方法比用于确定所述第一压力值的第一评估方法运行更快。
4.根据权利要求3所述的方法，其中执行以下方法步骤中的至少一个步骤以用于确定所述第一压力值，而确定所述第二压力值时不需要所述至少一个步骤：
-相对于供电电压和/或温度的变化而校正压力测量值；
-降采样；
-数字滤波。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中首先根据所述第一压力值确定第一喷油器打开持续时间，以及当所述第二压力值可用时，根据所述第二压力值校正所述第一喷油器打开持续时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中对所述第一喷油器打开持续时间的校正取决于期望喷油量和/或所述储油器中的压力，和/或通过特征图实现，所述特征图取决于所述期望喷油量和/或所述储油器中的压力。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，为了校正所述第一喷油器打开持续时间，从特征图中读取校正值，其中在确定所述第二压力值之前基于所述第一压力值读取所述校正值，并且，其中在读取所述校正值之后，基于所述第二压力值调整所述校正值，特别是对所述校正值进行比例缩放。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据所述第二压力值与第三压力值之间的压力差，确定所述喷油器打开持续时间且具体为校正所述第一喷油器打开持续时间，所述第二压力值和所述第三压力值优选是通过采用相同的评估方法确定。
9.根据权利要求8所述的方法，其中基于所述第一压力测量和/或基于第三压力测量确定所述第三压力值，其中所述第三压力测量优选是紧接着所述第一压力测量执行和/或在所述第一压力测量之前执行，对所述第一压力值的确定优选是在确定所述第三压力值之后立即执行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二压力测量和/或所述确定所述第二压力值是在相对于所述喷油器打开时的时刻而预先固定确定的时刻执行的，其中，该时刻是预先固定确定的，特别是独立于期限喷油量确定的，或者，其中所述第二压力测量和/或所述确定所述第二压力值是在相对于所述喷油器打开时的时刻可变的时刻执行的，该时刻特别是根据所述喷油器的相应打开操作的预期喷油量而确定的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述内燃机包括用于多个喷油器的共用储油器，所述多个喷油器被指定给不同的燃烧室，和/或，其中所述内燃机包括多个喷油器，针对每个喷油器单独确定所述喷油器打开持续时间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述内燃机包括用于在所述储油器中产生可变目标压力的泵，其中所述目标压力和期望喷油量是基于引擎操作参数和/或用户输入而指定的，其中根据所述期望喷油量确定所述喷油器打开持续时间。
13.一种引擎控制软件，包括用于执行根据权利要求1-12中任一项所述的方法的命令。
14.一种内燃机，包括用于将燃料注入燃烧室中的可控喷油器，并且还包括储油器，所述喷油器与所述储油器连通并且通过所述储油器而被供以燃料，所述内燃机还进一步包括用于测量所述储油器中的压力的压力传感器，所述内燃机包括引擎控制单元，所述引擎控制单元被编程成执行以下步骤：
-基于第一压力测量确定所述储油器中的压力的第一压力值；
-基于在所述第一压力测量之后进行的第二压力测量确定所述储油器中的压力的第一压力值；以及
-根据所述第一压力值和所述第二压力值确定喷油器打开持续时间。
15.根据权利要求14所述的内燃机，其中所述引擎控制单元被编程为执行根据权利要求1-12中任一项所述的方法。
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