CN1333163C - 用来操作十字头型大活塞发动机的调整元件的方法 - Google Patents

用来操作十字头型大活塞发动机的调整元件的方法 Download PDF

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Abstract

在一种大活塞发动机中，一个阀(16)调整燃料喷射压力。在时刻ti处取样代表压力的一个参数(P)，并且与在时刻ti处的参数的希望值相比较。差值用来产生一个在循环的下个取样时刻ti+1处把燃料计量阀驱动到希望位置的驱动信号(D)。而且，存储差值，并且用来产生对于在随后循环中使用的用来在随后循环中的取样时刻ti+1处把燃料计量阀驱动到希望位置的驱动信号的校正(ΔD)。本发明的方法由此补偿诸如发动机元件老化和磨损之类的缓慢发生变化。

Description

用来操作十字头型 大活塞发动机的调整元件的方法
本发明涉及十字头型大活塞发动机的一个调整元件的操作，更具体地说，涉及一种其中调整元件调整在发动机中的循环重复过程的两冲程发动机。
操作一个调整元件的例子是燃料计量阀，其中循环重复过程是燃料喷射。操作燃料计量阀的目的在于调整燃料喷射，从而在发动机操作的每个循环中和在其汽缸的每一个中燃料喷射压力根据一个预定方案变化。这叫做压力成形。假定燃料喷射压力具有一种对于喷射燃料流动的已知关系。压力成形的目的例如使发动机的操作条件适于诸如负载条件和燃料质量之类的不同要求，并且也优化燃料燃烧和使燃料消耗最小。
在大活塞发动机中，非常重要的是在每个汽缸中和在发动机操作的每个循环中得到由控制系统命令的最大和平均指示喷射压力的发动机热力学性能。在燃料喷射系统中使用的机械/液压元件的变化将影响成形喷射压力的控制环路的性能。因此重要的是，得到控制环路的最可能的坚固性。
EP 612 920公开了一种燃料喷射系统，其中相对于时间的压力轮廓由一个凸轮的前和后斜坡确定，并且一个电磁操作阀按由一个处理器确定的次数打开和关闭。能控制斜坡的有效部分以成形喷射压力。
DE 19 726 589公开了一种自适应调整系统，该系统通过调整参数的逐步适应以最小过摆实现基准值的快速适应。
DE 3 825 138公开了一种带有一个计算单元的系统，该计算单元接收驱动电流信号和一个调整元件的生成位置。计算摩擦力，并且反馈到调整点。也计算速度和磁性驱动力，并且作为用于缓慢变化的一个稳态校正信号反馈到调整点。
US 4 490 791公开了一种用来控制加速的系统，其中存储来自一种观察波动的数据，并且以后用来避免在类似条件下的波动。
GB 2 210 181公开了一种燃料控制阀瞬时自适应控制方法，其中扰动比如控制阀中的摩擦减少。
在上述先有技术文档中的各系统的每一种具有在每个工作循环中将重复调整元件位置与希望位置可能偏离的缺点，因为各系统都没有用来自动补偿偏离的任何装置。在大活塞发动机的情况下，例如十字头型两冲程发动机，对于用来成形燃料喷射压力的这样一种先有技术系统，其结果是发动机的运行状态和特别是燃料燃烧过程可能不像希望和期望的那样。发动机由此可能不像希望和期望的那样操作。这能导致燃料消耗的升高或某些燃烧产物的排放高于可接收级。
本发明概述
本发明通过一种补偿发动机元件参数缓慢变化的自适应方法解决这个问题。
根据本发明，在发动机操作的第一循环中，在与从发动机曲轴转动得到的计时脉冲有关的一个预定时刻，观察调整元件的实际位置，并且与在预定时刻的希望位置相比较。在调整元件的希望位置与实际位置之间的差用来产生对于驱动在与发动机的随后操作循环中的预定时刻相对应的时刻使用的调整元件的驱动信号的校正。因此将自动校正调整元件的位置与希望位置的可能偏差，并且在随后的操作循环中，调整元件将呈现在与预定时刻相对应的时刻的希望位置。
便利的是，调整元件是带有一个阀芯一个燃料计量阀。
最好，该方法包括在每个操作循环期间在多个预定时刻，最好是以预定取样频率采取的这种校正步骤。因此调整元件不仅在发动机操作循环的一个特定时刻而且实际在贯穿循环的所有时刻呈现希望位置。
最好，该方法包括在发动机的多个操作循环中采取的这种校正步骤。因此调整元件位置的可能残余误差进一步减小，并且最终消除。
在本发明的最佳实施例中，循环重复过程是燃料喷射，但在要求准确计时和控制的大活塞发动机中的其它过程也可以由本发明的方法调整。一个例子是燃烧产物的排出，其中调整用来打开和关闭汽缸的排气阀的液压致动器。液压致动器的位置能用作代表要调整的过程的一个参数。排气阀可以由包括带有一个封闭空气体积的波纹管的空气弹簧关闭。在波纹管中的瞬时空气压力与波纹管的体积并且因而与排气阀的位置成反比。因而也有可能观察在波纹管中的空气压力和把观察的压力用作代表要调整的过程的一个参数。要调整的一个过程的另一个例子是活塞和汽缸衬里的润滑，其中精确计时是基本的，而压力成形是次要的。
与燃料喷射同时，可能希望把一种诸如水之类的不可燃的、热力活性剂喷射到发动机汽缸中。这样的试剂用来影响热力过程，并且能分别或与液体或气体燃料一起喷射。便利的是，能计时水的喷射，并且能成形喷射压力轮廓以借助于本发明的方法跟随一个预定轮廓。
本发明的方法也可以应用于除在大活塞发动机中之外的循环重复过程的调整。借助很少和适当的修正，本发明的方法能应用于诸如在自动喷射模压机中的熔化模压材料的喷射之类的循环重复过程。在工业中，多种自动过程循环地重复，并且技术人员能够使本发明的方法适用于多种这样的过程。
附图的简要描述
图1表示按照本发明用于燃料喷射的一种泵控液压系统的示意图，和
图2表示代表在十字头型大型两冲程活塞发动机中的燃料喷射压力的一个参数P的希望和实际值的一个例子。
本发明的详细描述
在图1中示意表示的是一种用在例如十字头型大型两冲程活塞发动机中的液压泵控制燃料喷射系统。液压系统包括带有一个第一活塞11的一个燃料泵10，第一活塞11驱动一个第二活塞12，第二活塞12比第一活塞11小并且连接到其上。一个负载13代表带有一个高压燃料喷射泵的传统系统，其“负载”包括一个安装在活塞发动机的汽缸中用来把燃料喷射到汽缸中的燃料喷嘴。具体地说，负载因而代表跨过燃料喷嘴的压力降和在汽缸中的压力。由于第一活塞11和较小第二活塞12的尺寸差，燃料喷射压力将增大一个等于第一和第二活塞有效面积之比的因数。
燃料喷射系统带有一个把液压流体从一个油箱15抽吸到一个控制阀16的液压泵14。控制阀16带有一个可动阀芯17，可动阀芯17由一个驱动器18驱动，例如由一个电气或液压驱动的驱动器驱动。
一个控制器19经一根导线20从一个曲轴位置传感器(未表示)接收一个曲轴位置信号。曲轴位置信号触发控制器19在与触发信号相关的时刻并因而与曲轴角度位置同步地产生一个驱动信号D，驱动信号D供给到驱动控制阀16的阀芯17的驱动器18。
阀芯17的位置假定具有对于燃料喷射压力的一种已知关系。通过准确地定位在控制阀中的阀芯，在任何时刻，即动态地能以对应精度控制喷射压力。具体地说，在发动机的每个操作循环中，能成形喷射压力以通过按照一种预定方案定位阀芯而跟随任何希望轮廓，由此燃料喷射压力以与曲轴角度密切相关的受控方式变化。控制阀16因此也可以称作一个燃料计量阀，因为它控制到发动机的燃料的计量。
提供一个用来探测阀芯位置的编码器21。编码器21把位置编码成一个电气信号P，并且编码器能是有一个较宽触点连接到阀芯上的数字编码器或电位器。代表阀芯位置的编码数字或模拟信号P反馈到控制器19。
在图2中表示的是代表在十字头型大型两冲程活塞发动机中的燃料喷射压力的一个参数P的希望值和实际值的一个例子。参数P是从编码器21输出并且在发动机操作循环期间在预定取样时刻取样的信号。在每个取样时刻ti，图2表示希望值Pdesired(ti)和实际值Pactual(ti)。实际值表示为具有与希望值的偏差，这在先有技术中是很正常的并且归因于在调整燃料计量阀的先有技术方法中的不足。这样的偏差借助于本发明避免，如下面将要解释的那样。
上述系统按如下操作。在发动机的每个操作循环中，在与从发动机曲轴的转动得到的一个计时脉冲有关的预定时刻ti，以允许其位置的适当时间分辨率的取样频率取样阀芯位置。阀芯的实际位置Pactual(ti)由编码器21测量，并且把编码器的输出信号用作到控制器19的输入。控制器把观察的实际位置Pactual(ti)与在相同时刻ti的希望位置Pdesired(ti)相比较，并且计算误差作为在时刻ti在参数的希望值与实际值之间的差Pdesired(ti)-Pactual(ti)。控制器然后计算用来驱动阀芯17必需的驱动信号D以在发动机操作的相同循环中的下个取样时刻tj+1呈现希望位置。这是阀芯位置的实时快速调整，由此在每个操作循环中得到基本的压力成形。
然而，上述压力成形预先假定要调整的过程的一种完美或接近完美的模型，并且特别是发动机的元件值随着时间的推移保持恒定。上述方法没有考虑诸如发动机元件的磨损和老化之类的缓慢变化，并且在参数的希望值与实际值之间的任何观察差Pdesired(ti)-Pactual(ti)从操作的一个循环到下个循环保持。因此，该方法需要改进。
按照本发明，除上述之外进行一种适应过程，由此补偿归因于不完美调整的阀芯位置与希望位置的可能偏差还有可能发生的缓慢变化。
根据本发明，适应过程将在随后的操作循环中校正这种观察的差(或误差)，并且它按如下进行。根据在第一操作循环C1中的时刻ti处在参数P的希望值与实际值之间的以上计算差Pdesired(ti)-Pactual(ti)，控制器计算对于用来驱动在第一操作循环中的阀芯17的驱动信号D的一种校正ΔDti。校正驱动信号D+ΔDti用在一个随后的操作循环中，并且期望驱动阀芯17以在随后的操作循环C2中和在与第一操作循环C1中的取样时刻ti相对应的取样时刻处呈现希望位置。如果在参数P的希望与实际值之间的差仍然在循环C2中存在，则适应过程在另一个随后的操作循环等中进行要执行的进一步校正。
在发动机的每个操作循环中，借助于经导线20接收的曲轴位置信号使燃料喷射与曲轴的转动同步。燃料喷射在对于发动机汽缸每一个是个别的一个曲轴角位置处开始，并且取决于发动机的实际操作条件。在每个操作循环中，把计时称作曲轴位置信号。
特别是包括驱动器18、阀芯17、液压流体、泵活塞11和12及抽吸燃料的运动部分每个都具有物理质量，它们一起代表一定的惯性。由于惯性，驱动信号D必须在由参数P代表的希望喷射压力实现之前的某一时间，施加到驱动器18上。这个时间取决于诸如运动部分的动态质量或惯性、动态质量要运动的“距离”及施加的力之类的几个因素。技术人员知道如何考虑这样的因素。这里时刻ti用来指示相关事件要发生的时刻。因而校正驱动信号D+ΔDti是这样的驱动信号，该驱动信号在适当时刻施加时，将在循环C2中的时刻ti而不是把它施加到驱动器18上的时刻处把阀芯17驱动到其希望位置。
发动机功率通过改变燃料喷射相位的持续时间来调整。这通过在不同时刻处中断燃料喷射和使喷射压力基本上跟随相同的喷射压力轮廓直到中断喷射而实现。当需要大发动机功率时，在较晚时刻中断燃料喷射，由此延长燃料喷射周期，并且喷射较大量的燃料。类似地，当需要小发动机功率时，在较早时刻中断燃料喷射，由此缩短燃料喷射周期，并且喷射较少量燃料。把中断燃料喷射的时刻称作“指数”。一个高指数值因而与大发动机功率相对应，而一个低指数值与小发动机功率相对应。
当减小发动机功率时，指数从一个发动机循环Ci到下个循环Ci+1减小，并且仅对于在循环Ci+1中重复的在第一发动机循环Ci中燃料计量阀芯的那些希望位置进行用于下个发动机循环的上述适应过程。由于下个喷射相位IPi+1比紧前面的喷射相位IPi短，所以除在阀关闭相位中的那些之外在下个喷射相位IPi+1中的所有希望阀芯位置具有其在以前相位IPi中的直接对等，并且直到中断的新时刻(即较早)如上述那样执行适应过程，其中之后开始关闭相位。
当增大发动机功率时，燃料喷射相位从一个发动机循环Ci到下个循环Ci+1延长。由于下个喷射相位IPi+1现在不长于第一喷射相位IPi，所以在比在第一发动机循环中的燃料喷射中断时间晚的时刻处的希望新阀芯位置没有在其第一喷射相位IPi中的直接对等。对于阀芯的这样的新打开位置，没有对于来自第一发动机循环存储的驱动信号D的校正ΔD。而是，使用来自以前发动机循环存储的校正。这样的以前发动机循环最好是其中在新操作条件下操作发动机的最近循环。通常，这样的发动机循环是“旧”循环，典型地从数分钟到数小时并且可能高达几天或更多。
适应过程是一种自校正过程，由此系统探测与阀芯希望位置的偏差。适应过程最好在发动机操作的每个循环中进行。如果在适应过程的第一次运行中得不到完美校正，则重复该过程，并且仅在少数运行之后收敛。在例如在要调整的过程中涉及发动机元件的磨损和老化的情况下，如果不使用上述的适应过程，则这样的现象会导致与希望值进一步偏离，以发动机性能变坏为结果。借助于本发明的适应过程，能补偿这样的变化。
尽管参照一种泵控燃料喷射系统描述了本发明，但对于技术人员显然，本发明借助于适当修改也可以应用于共轨燃料喷射系统。

Claims (15)

1.一种操作十字头型大活塞发动机的调整元件(16)的方法，其中调整元件(16)由驱动信号(D)驱动，并且调整在发动机中的循环重复过程，并且其中确定代表过程实际值Pactual的观察参数(P)，以及将其与参数的希望值Pdesired相比较，
该方法包括如下步骤：
在发动机的第一操作循环(C1)中：
使用用来驱动调整元件和在时刻ti，C1确定作为结果生成的代表该过程的参数的实际值Pactual(ti，C1)的驱动信号Dti，C1，并且把参数的确定实际值与在时刻ti，C1处参数的希望值Pdesired(ti，C1)相比较，以及根据参数的希望值与实际值之差Pdesired(ti，C1)-Pactual(ti，C1)和在第一操作循环中的随后时刻ti+1处的参数的希望值，产生用来驱动调整元件的驱动信号Dt+1，C1以在第一操作循环中的随后时刻ti+1处实现参数的希望值，
该方法的特征在于如下步骤：
根据在第一操作循环中确定的参数的希望值与实际值之差Pdesired(ti，C1)-Pactual(ti，C1)，产生对于用来驱动调整元件的驱动信号的校正ΔDti，C2以在第一操作循环随后的第二操作循环(C2)中的时刻ti，C2处实现参数的希望值，其中在第二操作循环中的时刻ti，C2与在第一操作循环中的时刻ti，C1相对应，并且在第二操作循环中的时刻ti，C2处使用用来驱动调整元件的校正驱动信号Dti，C2＝Dti，C1+ΔDti，C2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，循环重复过程是燃料喷射。
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，调整元件是燃料计量阀。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，代表实际值的参数是在燃料计量阀中的阀芯的位置。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，代表的实际值是燃料喷射压力。
6.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，在每个操作循环中重复该方法多次。
7.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，在多个操作循环中使用该方法。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，循环重复过程是燃烧产物的排放。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，调整元件是排气阀的致动器。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，循环重复过程是活塞和汽缸衬里的润滑。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，调整元件是润滑计量阀。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，循环重复过程是把不可燃、热力活性剂喷射到发动机的燃烧腔室中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述不可燃、热力活性剂是水。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，循环重复过程的持续时间从发动机的一个操作循环到另一个操作循环变化，并且从相应的以前操作循环取得对于在第二操作循环中的每个时刻ti处的驱动信号的校正ΔDti，C2。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，每个以前操作循环是其中在时刻ti处进行循环重复过程的最后的操作循环。
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