CN114008311A - 控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的装置和方法 - Google Patents
控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的装置和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本主题涉及用于控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的控制单元和方法，其中控制单元控制从预燃室进入主燃烧室的反应射流的射流强度。射流强度可以是反应射流的点火能量，其由在预燃室内发生的燃烧产生。因为点火能量在发动机运行期间可能难以测量，由反应射流的点火能量引起的主燃烧室中的压力振荡可以由常用确定器件诸如压力传感器或爆震传感器来检测。基于检测到的压力振荡，可以计算代表射流强度的特征参数，其适合用作反馈控制中的受控变量。这导致允许确保内燃机在其整个生命周期内的效率和排放限制的控制概念。
Description
技术领域
本主题涉及用于控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的控制单元和方法，其中该控制单元控制从预燃室进入主燃烧室的反应射流的射流强度。
背景技术
为了提高内燃机的燃烧效率，使用具有燃料供给预燃室的点火装置是有利的。该类点火装置的高点火能量由在预燃室中发生的预燃提供。该预燃是通过将少量燃料喷射到预燃室中并点燃其中所得的空气-燃料混合物而开始的。因为预燃室经由小孔口连接主燃烧室，所以预燃室内的燃烧产生反应射流，该反应射流从预燃室进入主燃烧室并点燃其中的空气-燃料混合物。这些反应射流通常在整个主燃烧室中膨胀且因此提供多个点火点，即使非常稀薄空气-燃料混合物也能可靠点火。
然而，存在一些挑战，它们降低内燃机整个生命周期内预燃室点火的可靠性。例如，在预燃室中使用浓混合物和高温可导致喷射器尖端表面或预燃室孔口结焦。燃烧残余物在喷射器尖端上的沉积甚至可导致喷射器燃料流的退化，并因此导致由预燃室燃烧产生的反应射流的强度降低。因此，希望能够检测反应射流的射流强度。这将允许引入对抗喷射器燃料流劣化的对策。此外，喷射强度也可受到发动机环境条件的影响。例如，在寒冷条件期间和低负荷下，预燃室燃烧的稳定性降低，因为冷预燃室主体从预燃室燃烧和射流中提取大量能量。即使在如此困难的环境条件下，控制射流强度也可以改善预燃室燃烧。
到目前为止，监测射流强度需要复杂且昂贵器件/装置，特别地，如果监控包括识别代表射流中包含的热能的正确值。
专利文献1(EP3392487A1)描述了一种控制方法，其用作发电发动机的预燃室式燃气发动机。从预燃室喷射到主室中的气炬/反应射流的强度与预燃室中的压力与主室中的压力的差异或比率相关。这意指为了确定代表气炬强度的值，必须检测主室中的压力以及预燃室中的压力。尽管可以在主燃烧室中永久使用压力传感器，但为预燃室配备压力传感器仍然是一项艰巨的任务，会导致大量工作和成本。此外，由于预燃室中的空间有限，只能安装非常小的压力传感器，与常用的压力传感器相比，该压力传感器的精度和耐用性较差。
引用列表
专利文献
PTL1：EP3392487A1
发明内容
技术问题
鉴于上述情况，本文描述的主题的目的是实现控制单元和方法，用于确保在不增加控制单元的复杂性的情况下在所有环境条件下和在发动机寿命期间预燃室点火的可靠操作。
问题的解决方案
此目的由根据独立权利要求的主题解决。进一步优选的改进由从属权利要求描述。
用于控制内燃机的控制单元可以控制从预燃室进入主燃烧室的反应射流的射流强度。优选地，该控制可以使用反馈控制来执行。在这里，“反应射流”应理解为通过预燃室壁中的孔口从预燃室排出/吹出/推出到主室中的热流体或流体状物质的料流。热流体优选是由预燃室燃烧产生的气体，其可包括燃烧产物，诸如自由基、一氧化碳、碳氢化合物。“反应射流”也可以理解为从预燃室通过孔口逃逸到主燃烧室中的(湍流)火焰射流。
反应射流的射流强度可以是或可以包括反应射流的点火能量。例如，作为热能、动能和/或化学能存储在预燃室燃烧的燃烧产物中。
术语“控制”可以包括射流强度的反馈控制，其中反馈控制尤其需要使用代表射流强度的目标(预定义)参数与射流强度的真实/确定/测量/实际参数之间的比较，以及影响预燃室燃烧的至少一个参数的适应，以便消除代表射流强度的目标(预定义)参数与代表射流强度的真实/实际参数之间的差异。
内燃机(简称：“燃烧机”、“发动机”)可具有至少一个气缸、至少一个主燃烧室(简称：“主室”)、至少一个进气口、至少一个主燃料喷射器，可以检测主燃烧室中高频振荡的至少一个确定器件，以及可以点燃主燃烧室内的空气-燃料混合物的至少一个点火装置。
点火装置可以包括火花塞、预燃室燃料喷射器和经由预燃室壁中的至少一个孔口连接到主燃烧室的预燃室。
通过使用被配置为检测主燃烧室中的高频振荡的至少一个确定器件，控制单元可以确定反应射流的射流强度。至少一个确定器件可以是压力传感器和/或爆震传感器和/或扭矩传感器。高频振荡可以是频率高于500Hz的振荡。
进入主燃烧室的反应射流可引起传播到整个主燃烧室的爆震波。反应射流的点火能量(之前定义为“射流强度”)越高，诱发爆震的幅度就越高。换言之，由反应射流进入主燃烧室产生的爆震波可用于确定代表射流强度的参数。
由反应射流迅速逸出预燃室并在整个主燃烧室中膨胀引起的爆震波可以被检测为气缸压力信号上的压力振荡。因此，通常用于控制内燃机中的燃烧正时的气缸压力传感器可适用于确定由进入主燃烧室的射流引起的高频振荡。由于它们的高固有频率，特别是压电压力传感器可用于测量动态压力和小的压力波动。替代地或另外，爆震传感器(通常安装在每台汽油发动机上，用于检测由于爆震燃烧引起的结构噪声振动也可用于评估反应射流引起的振荡。
根据发明人的发现，与由反应射流引起的爆震波对应的频率被典型爆震传感器的频率范围所覆盖，但与爆震振荡相比显示出不同偏差。
因此，适当评估爆震传感器信号允许区分由反应射流引起的振动与由爆震引起的振动。替代地或另外，可以使用扭矩传感器，由于其频率范围例如高达10kHz，也能够执行动态测量。例如，发动机扭矩可以通过固定在发动机曲轴上的扭矩测量法兰来测量。
比较不同的确定器件，使用压力传感器(特别是当配备有多个气缸时)具有以下优点：每个气缸的喷射强度可以单独且精确地被调节。爆震传感器也能够将检测到的振动分配到不同的气缸，但不如每个气缸使用单独压力传感器时精确。然而，使用爆震传感器有利，因为它已经在发动机上可用且因此它只需要评估工作来正确检测由反应射流引起的振荡。使用扭矩测量法兰可检测到的扭矩振荡是由所有气缸的压力波动引起的且可足以控制平均喷射强度。
此外，基于主燃烧室中的检测的高频振荡，控制单元可以确定表示反应射流的射流强度的特征参数。因为在发动机运行期间难以确定反应射流的点火能量且因此难以获得反馈控制，所以基于主燃烧室中的检测高频振荡的“特征参数”可用作反馈控制的受控变量和目标值。在这里，“受控变量”可以是真实/实际特征参数并且目标值可以是目标(预定义)特征参数。
为了确定/评估/计算特征参数，控制单元可以通过使用具有预定义频率带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的检测高频振荡来产生滤波信号，并且可以通过识别预定义数量的发动机循环中的每个循环的滤波信号的最大绝对幅度来确定特征参数。另外，它可以计算识别的最大绝对幅度的平均值，其中计算的平均值可以是特征参数。
预定义时间范围可以优选地在点火上止点(FTDC)之前的60度处开始并且在FTDC之后的60度处结束；最优选地，它可以在点火正时开始并在最大气缸压力的曲柄转角处结束。带通滤波器可以优选地具有1kHz-20kHz的频率范围，并且最优选地，4kHz-10kHz的频率范围。待滤波的发动机循环数可以优选地在50个循环到500个循环的范围内，并且最优选地在100个循环到300个循环的范围内。
替代地或另外，控制单元可以通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的检测的高频振荡来产生滤波信号，并且可以通过识别预定义数量的发动机循环中的每个循环的滤波信号的峰值频率并计算识别的峰值频率的分布来确定特征参数，其中计算的分布可以是特征参数。
预定义时间范围可以优选地在FTDC之前60度处开始并且在FTDC之后60度处结束，并且最优选地，在点火正时开始并且在最大气缸压力的曲柄角处结束。带通滤波器可以优选地具有1kHz-20kHz的频率范围，并且最优选地，4kHz-10kHz的频率范围。待滤波的发动机循环数可以优选地在50个循环到500个循环的范围内，并且最优选地在100个循环到300个循环的范围内。
为了识别每个发动机循环的滤波信号的峰值频率(其可以是具有最高强度的频率)，可以对预定义数量的发动机循环中的每个循环执行频率分析。频率分析可以优选地是快速傅立叶变换(FFT)循环。峰值频率分布可以通过对识别峰值频率下的发动机循环数进行计数来计算。当爆震传感器用于检测主燃烧室中的高频振荡时，频率偏差可以优选地用作特征参数。
通过调节/控制待喷射到预燃室中的燃料量和/或预燃室燃料喷射器的喷射正时，控制单元可以调节喷射强度。替代地或另外，控制单元可以通过调整主燃料喷射器的喷射正时和/或提供到火花塞的点火能量来调节喷射强度。在此上下文中，基于真实/实际特征参数与预定目标特征参数之间的差异来调节射流强度。在这里，真实/实际特征参数可以是基于包括高频振荡的当前测量发动机循环计算/确定的特征参数。为了以足够的精度计算真实/实际特征参数，必须记录预定义数量的发动机循环以计算识别的最大绝对幅度和/或峰值频率分布的平均值(参见先前定义的范围发动机循环)。预定目标特征参数可以在内燃机的测试阶段期间以先前描述的方式计算并且作为特征曲线或图存储在控制单元中。
如上所述，反应射流的射流强度可以定义为包括在反应射流中的点火能量，由于在预燃室中发生的燃烧，该能量从预燃室逃逸到主燃烧中。换句话说，预燃室燃烧的热量释放产生反应射流的点火能量。通常，燃烧的总放热取决于喷射的燃料质量和燃料的较低热值。因此，有助于预燃室燃烧的燃料质量可为影响射流强度的合适参数。将增加量的燃料喷射到预燃室中可导致其中的热释放增加并因此导致喷射强度增加。除了预燃室燃烧的总放热外，其放热率也影响射流强度。热释放率可取决于预燃室内的压力和温度条件，其可受到例如预燃室燃料喷射器的喷射正时、主燃料喷射器的喷射正时和/或提供到火花塞的点火能量的影响。例如，增加点火线圈提供到火花塞的电点火能量导致放热率增加且从而导致预燃室内的压力和温度升高。因此，增加提供到火花塞的电点火能量导致反应射流的点火能量增加。
此外，所要求保护的主题可以包括一种内燃机，该内燃机包括至少一个气缸、至少一个主燃烧室、至少一个进气口、至少一个主燃料喷射器、可以检测主燃烧室中的高频振荡的至少一个确定器件、可以显示上述技术特征的至少一个控制单元，以及至少一个点火装置，其可包括火花塞、预燃室燃料喷射器和经由预燃室壁中的至少一个孔口连接到主燃烧室的预燃室。
此外，要求保护的主题可以包括用于控制如上所述的内燃机的方法，其中从预燃室进入主燃烧室的反应射流的射流强度由如上所述的控制单元控制。
射流强度可以由基于主燃烧室中的高频振荡的特征参数表示，该高频振荡由确定器件诸如压力传感器、爆震传感器和/或扭矩传感器来确定。
该方法可以通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的检测的高频振荡来产生滤波信号，并且可以通过识别预定义数量的发动机循环中的每个循环的滤波信号的最大绝对幅度并计算所识别最大绝对幅度的平均值来确定特征参数。
替代地或另外地，该方法可以通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的检测的高频振荡来产生滤波信号，并且可以通过识别预定义数量的发动机循环中每个循环的滤波信号的峰值频率并计算识别的峰值频率的分布来确定特征参数。
随后，可以基于实际特征参数和预定目标特征参数之间的差异来调节待喷射到预燃室中的燃料量和/或预燃室燃料喷射器的喷射时间。
替代地或另外，主燃料喷射器的喷射时间和/或提供到火花塞(10a)的点火能量基于实际特征参数和预定目标特征参数之间的差异来调整。
此外，要求保护的主题可以包括：可存储在存储器中的包括指令的计算机程序产品，当由计算机或计算单元执行时，该指令使计算机也执行上述方法或其方面；以及包含指令的计算机可读[存储]介质，当由计算机执行时，该指令使计算机执行所述方法或其方面。
发明的有益效果
总而言之，本文描述的主题涉及用于控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的控制单元和方法，其中控制单元控制从预燃室进入主燃烧室的反应射流的射流强度。射流强度可以是由预燃室燃烧产生的反应射流的点火能量。因为在发动机运行期间可能难以测量点火能量，所以可以检测由反应射流的点火能量引起的主燃烧室中的压力振荡。此类测量可以通过常用确定器件进行，诸如压力传感器或爆震传感器。基于检测的压力振荡，可以计算代表射流强度的特征参数，其适合用作反馈控制中的受控变量。这导致允许以较低复杂性和较高可靠性确保内燃机在其整个生命周期内的效率和排放限制的控制概念。
附图说明
在下文中，将参考所附示例性和示意图基于至少一个优选示例进一步解释要求保护的主题，其中：
[图1]图1描绘包括具有燃料供给预燃室的点火装置的内燃机的气缸的示意图；
[图2]图2描绘点火装置的示意图；
[图3]图3示出在使用具有传统火花塞的点火装置时测量的气缸压力曲线的示例(图3a-3b)和在使用具有燃料供给预燃室的点火装置时测量的气缸压力曲线的示例(图3c-3d)；
[图4]图4(图4a-4f)例示增加预燃室燃料质量对经滤波的气缸压力曲线的影响；
[图5]图5描绘当增加注入预燃室的燃料量时经滤波的气缸压力曲线和最大气缸压力幅度的示例(图5a-5b)以及注入预燃室的燃料量和在预定义循环次数捕获的最大气缸压力幅度的平均值之间的相关性的示例(图5c)；
[图6]图6示出当增加注入预燃室的燃料量时随着曲柄角绘制的滤波压力曲线的示例(图6a)，当增加注入预燃室的燃料量时随着频率绘制的滤波压力曲线的示例(图6b)和当增加注入预燃室的燃料量时峰值频率偏差的示例(图6c)；
[图7]图7示出当增加注入预燃室的燃料量时经滤波的扭矩曲线和最大扭矩幅度的示例(图7a-7b)以及在注入预燃室的燃料量以及在预定义数量的循环中捕获的最大扭矩幅度的平均值之间的相关性的示例(图7c)；和
[图8]图8(图8a到8c)示出描述用于确定与反应射流的射流强度相关的特征参数的示例的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出另外未指定的内燃发动机的示例性气缸100，其可具有多于一个气缸100。发动机可以具有例如两个、三个、四个、六个、八个或更少/更多的气缸100。发动机包括至少一个活塞2，由曲轴(未示出)经由连杆3驱动，用于在气缸中重复往复运动100以在其中限定主燃烧室。
带有进气阀6的(空气)进气口4以及带有排气阀7的排气口5连接到主燃烧室1。环境空气通过进气口4被吸入主燃烧室1。废气经由排气口5从燃烧室1排出。包括火花塞10a、预燃室燃料喷射器10b和预燃室10c的点火装置10附接到内燃机。
点火装置10的火花塞10a可以电连接到点火线圈(未示出)。火花塞10a与点火线圈形成火花点火装置，其优选地提供可变火花持续时间或多火花点火。内燃机可具有一个或多个点火装置10。优选地，其每个气缸100具有至少一个点火装置10。点火装置10或其至少部分连接到主燃烧室1的内部，使得反应射流(以虚线表示)可以被引入其中。此外，直接燃料喷射器8或其至少一部分附接到主燃烧室1的内部，用于将燃料直接喷射到燃烧室中，这引起发动机的效率提高。直接燃料喷射器8可以优选地是电动液压燃料喷射器或压电燃料喷射器。另外，端口燃料喷射器9连接到气缸100的进气口4。直接燃料喷射器8的高压燃料供应源和端口燃料喷射器9的高压或低压燃料供应源未示出。主燃料喷射可以由直接主燃料喷射器8或端口主燃料喷射器9执行或者可以在两个喷射器之间分开。
控制点火装置的控制单元11在图1中进一步示出。控制单元11电连接到点火装置10、直接主燃料喷射器8和/或端口主燃料喷射器9并控制多个单元/喷射器/执行器。在此情况下，控制单元11从多个传感器接收各种信号，例如进气量和温度、冷却水温度、曲柄角、气缸压力和爆震信号。控制单元11例如可以是发动机控制单元(ECU)。
控制单元11也可以是任何其他控制单元，控制单元11和受控单元之间的信号线连接可以与图1的示例不同。例如，可以存在多个控制单元11，其可以控制受控单元的子组，例如一个控制单元11-1可以仅控制点火装置10，另一个控制单元11-2可以仅控制燃料喷射器8、9等。更进一步，如果存在多个控制单元11，则这些控制单元11可以分层地或以其他方式彼此互连。替代地，可以存在一个单独控制单元11，其包括多个致动器的所有控制功能。
此外，内燃机可以装备有用于检测主燃烧室1中的高频振荡的确定器件。例如，至少一个压力传感器、至少一个爆震传感器和/或至少一个扭矩传感器(未示出)例如可以设置在主燃烧室1的壁中/上和/或发动机的曲轴上。测量和分析由预燃室燃烧产生的主燃烧室1内的高压振荡允许对预燃室射流的射流强度进行反馈控制，且从而确保在发动机的整个生命周期内的高效率和有限排放。
此外，预燃室10c可以配备有至少一个压力传感器和/或至少一个温度传感器，用于提供关于预燃室中的条件的附加信息。
在图2中，描绘点火装置10的示意图。点火装置10包括燃料喷射器10a、火花塞10b和预燃室10c。预燃室10c通过预燃室壁10d与主燃烧室1分开，在预燃室壁10d中设置有孔口10e以将预燃室燃烧产生的反应射流引入主燃烧室1。此外，预燃室10c可以配备至少一个压力传感器和/或至少一个温度传感器，用于提供关于预燃室内条件的附加信息。替代地或此外，点火装置的其他部件诸如燃料喷射器10a、火花塞10b或预燃室壁10d可以配备有温度传感器以获取关于点火装置10的部件行为的附加信息。
预燃室10c的形状不限于图2所示的形状，而是可以设计成许多不同的形状，例如半球形、圆锥形或圆柱形或它们的组合。此外，预燃室壁10d中的孔口10e的数量、几何形状和位置不限于图2中所示的示例。预燃室10c可以包括多个孔口10e，其设置在预燃室壁10d中的不同位置处的并具有不同直径。预燃室喷射器10a可以连接至发动机的高压燃料供应源或低压燃料供应源(未描绘)或可连接至独立燃料供应源(未描绘)以喷射如同喷射进入主燃烧室1的不同燃料。火花塞10b可以电连接到点火线圈(未示出)，其可以包括在点火装置10中或位于远离点火装置10的发动机的另一位置。优选地，每个点火装置10可以有一个点火线圈，但也可以是多个点火装置10有单个点火线圈。
图3a-3d分别示出在特定发动机工作点使用常规火花塞(图3a和3b)和包括燃料供给预燃室的点火装置(图3c和3d)在主燃烧室1中测量的示例性气缸压力的比较。比较图3a和3c中测得的气缸压力曲线，很明显，使用具有燃料供给预燃室的点火装置缩小关于燃烧开始和峰值气缸压力的偏差并缩短燃烧持续时间。这引起改进的燃烧稳定性和提高的效率。非常仔细地观察图3c中描绘的圆柱曲线，可以在单个压力曲线上发现振荡，当例如通过高通滤波器对测量压力信号的代表性部分滤波时，该振荡变得可见(见图3d)。在本示例中，在60度b.FDTC和60度a.FTDC之间的曲柄角区域测量的压力信号被截取，并由频率范围为4kHz—10kHz的带通滤波器滤波。虽然图3b中描绘的滤波压力信号(使用传统火花塞时捕获)，但在记录的工作点处没有示出显著的压力振荡，而使用预燃室点火时的相应信号则显示出具有高幅度的强振荡。只有在爆震情况下针对火花点火才会经历此类明显振荡幅度。然而，图3d中所示的压力振荡不是由爆震引起的，而是由通过预燃室10c的孔口10e迅速逸出的反应射流引起并因此在主燃烧室1内产生爆震波。
如图4a—4f可见，所述压力振荡的最大幅度可以受到喷射到预燃室10c中的燃料量的影响。图4a—图4f示出在恒定负载和燃烧时间捕获的带通滤波压力曲线，其中喷射到预燃室的燃料量连续增加。很明显，压力振荡的最大幅度随着燃料量的增加而增加。当燃烧其中的混合物时，喷射到预燃室中的燃料量增加导致放热增加，且从而导致喷射强度增加。因此，如上所述，喷射到预燃室中的燃料质量可是调节反应射流的射流强度的合适措施。
图5a-5c展示如何处理经滤波的气缸压力曲线以产生可以与射流强度相关的特征参数。因为压力振荡幅度在周期之间不稳健，所以单个最大幅度不是代表性指标。因此，必须评估预定义周期数的平均值。此外，必须考虑用于确定特征参数的相关时间跨度，例如从点火正时到峰值压力位置的时间跨度。
鉴于上述情况，不同处理步骤的结果示于图5a—5c中。图5a中描绘的振荡曲线是通过确定图4a、4c和4e中描绘的相关带通滤波压力曲线的绝对值而产生的。为了获得图5b中描绘的最大绝对压力幅度，分析预定义数量的发动机循环，以确定每个选定循环的最大振荡幅度。随后，计算所确定的最大幅度的平均值。从图5c可以清楚地推导出来，由增加预燃室燃料质量引起的增加喷射强度可以被识别为最大压力振荡幅度的增加循环平均值。
对记录的气缸压力曲线进行后处理以便获得代表射流强度的特征参数的另一种方法在6a—6c中描绘。这些图示出对测得的压力曲线进行FFT分析的结果。
虽然图6a示出随着测量曲柄角绘制的带通滤波压力曲线，但图6b示出之后随着压力信号的频率范围绘制。比较随着从mf_PC1到mf_PC3增加预燃室喷射质量的情况下进行的测量，很明显，7000kHz下的强度随着预燃室燃料质量的增加而增加。图6c中描绘的频率偏差也证实此发现。从图6c可以明显看出，在7000kHz处出现峰值的循环的相对数量随着预燃室燃料质量的增加而增加。因此，峰值频率的偏差可以作为表征射流强度的特征参数。
图7a-7c示出与结合图5a-5c描述的相同的过程，其中仅气缸压力信号被扭矩传感器信号代替。在图7a中，描绘带通滤波扭矩曲线的绝对值。为了获得图7b中描绘的最大绝对扭矩幅度，分析预定义数量的发动机循环，以确定每个选定循环的最大振荡幅度。随后，计算确定的最大振荡幅度的平均值。
与图5c类似，从图7c也可以明显看出，由增加预燃室燃料质量引起的增加喷射强度可以被识别为最大扭矩振荡幅度的循环平均值增加。这意指，与气缸压力测量一样，扭矩测量同样适用于检测由预燃室燃烧产生的反应射流的射流强度。然而，用扭矩测量法兰可检测到的扭矩振荡是由所有气缸的压力波动引起的且因此可仅足以控制平均喷射强度。相比之下，评估每个气缸的压力信号允许单独校正喷射强度
在图8a-8c描绘待执行的一系列步骤的示例，以评估来自不同确定器件的测量数据，以便获得量化射流强度的特征参数。
在图8a中，描绘使用气缸压力信号的评估方法的示例。为了执行方法步骤S100至S103，每个发动机工作点必须记录预定义数量的基于循环的气缸压力曲线。在捕获至少一个循环之后，可以执行步骤100，其中将测量的气缸压力信号的时间基准从点火正时到峰值点火压力减小到曲柄角范围。之后，在步骤S101中，用带通滤波器对降低的信号进行滤波，该带通滤波器例如可以具有4kHz-10kHz的频率范围。在步骤S102中，确定并存储滤波信号的最大幅度。重复此过程，直到针对每个工作点的预定义次数循环N确定最大压力振荡幅度。然后，计算最大压力振荡幅度的平均值，该平均值适合代表预燃室燃烧产生的反应射流的射流强度。
此外，图8b示出使用爆震信号的评估方法的示例，该爆震信号已经在控制单元中可用并且适用于相关时间范围。在应用合适带通滤波器(S200)之后，使用FFT分析为每个发动机循环识别峰值频率并将其存储在控制单元11中(S201)。重复此过程，直到已经分析预定义数量的发动机循环N。然后评估峰值频率的分布，这允许通过循环之间的一个主要频率最大值来表征射流强度。
在图8c中，描述与压力传感器信号的后处理类似的过程，不同之处在于使用扭矩传感器代替压力传感器。在针对至少一个发动机循环记录基于循环的扭矩信号之后，可以执行步骤300，其中将测量的扭矩信号的时基减小到有限曲柄角范围，在这里，从点火正时到峰值点火压力。之后，在步骤S301中，用带通滤波器对降低的信号进行滤波，该带通滤波器可以例如具有4kHz-10kHz的频率范围。在步骤S302中，识别并存储滤波信号的最大幅度。重复此过程，直到针对每个工作点的预定义次数循环N确定最大扭矩振荡幅度。然后，计算基于循环的幅度最大值的平均值，这适用于表示对所有气缸取平均的预燃室射流的射流强度。
再次总结，本主题提供控制单元和方法，用于控制从预燃室10c进入主燃烧室1的反应射流的射流强度。射流强度可以与当射流离开预燃室10c时发生在主燃烧室1中的可检测压力振荡相关。根据真实与目标射流强度的检测差异，可以正确调节真实射流强度。这是通过变化影响预燃室燃烧的参数来实现，例如待喷射到预燃室10c中的燃料量、所述燃料量的燃料喷射正时和/或点火正时。使用反馈控制来调整预燃参数确保在内燃机的整个生命周期内保持其效率和排放限制。
附图标记列表
1...主燃烧室
2...活塞
3...连杆
4...进气口
5...排气口
6...进气阀
7...排气阀
8...直接主燃料喷射器
9...端口主燃料喷射器
10...点火装置
10a...火花塞
10b...预燃室燃料喷射器
10c...预燃室
10d...预燃室壁
10e...孔口
11...控制单元
100...气缸
Claims (15)
1.一种用于控制内燃机的控制单元(11)，所述内燃机具有至少一个气缸(100)、至少一个主燃烧室(1)、至少一个进气口(4)、至少一个主燃料喷射器(8、9)、被配置为检测所述主燃烧室(1)中的高频振荡的至少一个确定器件，以及被配置为点燃所述主燃烧室(1)内的空气-燃料混合物的至少一个点火装置(10)，
其中，所述点火装置(10)包括火花塞(10a)、预燃室燃料喷射器(10b)和经由预燃室壁(10d)中的至少一个孔口(10e)连接到所述主燃烧室(1)的预燃室(10c)，以及
其中，所述控制单元(11)被配置为控制从所述预燃室(10c)进入所述主燃烧室(1)的反应射流的射流强度。
2.根据权利要求1所述的控制单元(11)，其中，所述至少一个确定器件是压力传感器、爆震传感器和/或扭矩传感器。
3.根据前述权利要求1至2中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：基于所述主燃烧室中的所述检测的高频振荡来确定代表所述射流强度的特征参数。
4.根据前述权利要求1至3中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：
-通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的所述检测的高频振荡来产生滤波信号，并且
-通过识别所述预定义数量的发动机循环中的每个循环的所述滤波信号的最大绝对幅度并通过计算所述识别的最大绝对幅度的平均值来确定所述特征参数，其中，所计算出的平均值为所述特征参数。
5.根据前述权利要求1至4中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：
-通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的所述检测的高频振荡来产生滤波信号，并且
-通过识别所述预定义数量的发动机循环中的每个循环的所述滤波信号的峰值频率并计算所述识别的峰值频率的分布来确定所述特征参数，其中，所计算的分布是所述特征参数。
6.根据前述权利要求1至5中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：通过调整待喷射到所述预燃室的燃料量和/或所述预燃室燃料喷射器(10b)的喷射时间来调节所述射流强度，其中基于实际特征参数和预定目标特征参数之间的差异来调节所述射流强度。
7.根据前述权利要求1至6中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：通过调整所述主燃料喷射器(8、9)的喷射时间和/或提供到所述火花塞(10a)的点火能量来调节所述喷射强度，其中基于实际特征参数和预定目标特征参数之间的差异来调节所述喷射强度。
8.一种内燃机，其包括至少一个气缸(100)、至少一个主燃烧室(1)、至少一个进气口(4)、至少一个主燃料喷射器(8、9)，被配置为检测所述主燃烧室(1)中的高频振荡的至少一个确定器件、根据前述权利要求1至7中的至少一项所述的至少一个控制单元(11)，以及被配置为点燃所述主燃烧室(1)内的空气-燃料混合物的至少一个点火装置(10)，其中，所述点火装置(10)包括火花塞(10a)、预燃室燃料喷射器(10b)和经由预燃室壁(10d)中的至少一个孔口(10e)连接到所述主燃烧室(1)的预燃室(10c)。
9.根据权利要求8所述的用于控制内燃机的方法，其中，从所述预燃室(10c)进入所述主燃烧室(1)的反应射流的射流强度由所述控制单元(11)根据前述权利要求1至7中的至少一项进行控制。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述射流强度由基于所述主燃烧室中的所述检测的高频振荡的特征参数来表示。
11.根据前述权利要求9至10中至少一项所述的方法，其中，通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的所述检测的高频振荡来产生滤波信号，
并且其中，通过识别所述预定义数量的发动机循环中的每个循环的所述滤波信号的最大绝对幅度并计算所识别的最大绝对幅度的平均值来确定所述特征参数。
12.根据前述权利要求9至11中至少一项所述的方法，其中，通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的所述检测的高频振荡来产生滤波信号，
并且其中，通过识别所述预定义数量的发动机循环中的每个循环的所述滤波信号的峰值频率并计算所识别的峰值频率的分布来确定所述特征参数。
13.根据前述权利要求9至12中的至少一项所述的方法，其中，基于实际特征参数和预定目标特征参数之间的差异来调整喷射到所述预燃室(10c)中的燃料量和/或所述预燃室燃料喷射器(10b)的喷射时间。
14.根据前述权利要求9至13中的至少一项所述的方法，其中，主燃料喷射器(8、9)的喷射正时和/或提供到火花塞(10a)的点火能量是基于实际特征参数和预定目标特征参数之间的差异来调整的。
15.一种可存储在存储器中的计算机程序产品，其包括指令，在由计算机执行时，所述指令使所述计算机执行根据权利要求9至14中至少一项所述的方法。
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