CN1752427A - 控制内燃机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种控制内燃机的方法和装置。由表征至少一个汽缸中的燃烧过程的参数值(AQ50)与该参数值的理论值确定一个偏差值。基于这一偏差值对用于影响控制开始值的第一调节元件的第一调节参数值进行匹配。基于第一调节参数值对影响空气流量的第二调节元件的第二调节参数值进行匹配。

Description

控制内燃机的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分所述的控制内燃机的方法和装置。

背景技术

由DE10305656已知一种控制内燃机的方法和装置，在该方法中，由表征至少一个汽缸中燃烧过程的参数值与这个参数的理论值比较计算用于影响至少一个其它调节参数值的调节元件的调节参数值。为了参数值的形成使用固体声传感器的输出信号。从固体声传感器的信号出发将在那获得一个需被调节到给定理论值的特征值。表征至少一个汽缸中燃烧过程的汽缸特定的参数值，也可以从燃烧室压力传感器出发来获得。

由固体声传感器和/或燃烧室压力传感器可以获得表征至少一个汽缸中燃烧过程的不同的特征值，并被用于调节器。

未来将投入使用所谓的均匀的和/或部分均匀的燃烧方法。通过高废气再循环率，在与相对于常规的燃烧模型化的喷射相组合，用于获得长时间的点火延迟，表征了这种方法的特征。这种燃烧方法通常只在发动机运行通用特性曲线的部分区域，除常规的燃烧方法之外使用。在均匀的燃烧方法中，排放物、尤其是氮氧化物和微粒的排放较低。

然而这种均匀的燃烧方法，尤其是对于在通过空燃比确定的汽缸进气时的偏差，表现出高度的敏感性。因此在控制运行时，这种优点不能充分的、或者完全不能被利用。此外这也是难题，用于汽缸进气控制和/或调节的调节机构通常不能做成各个汽缸单独控制。通常在不同的运行类型之间的过渡，即在常规的和均匀的燃烧之间的过渡也要被控制。

发明内容

本发明的任务是，不仅在均匀的工况内，在稳定的而且在动态运行时，而且在工况转换时，降低均匀燃烧方法对于汽缸进气偏差的敏感性。

通过由至少表征了在一个汽缸中的燃烧过程的参数值与这个参数值的理论值比较确定一个偏差值，基于这个偏差值，对用于影响控制开始值的第一调节元件的第一调节参数值匹配，而且基于第一调节参数值，对用于影响空气流量的第二调节元件的第二调节参数值匹配，从而部分均匀或者均匀燃烧的调节和/或控制可明显被改善。这一表征了燃烧过程的参数值在下面也被称为特征值。

根据本发明在汽缸进气中的偏差对于燃烧的影响，可通过合适的传感器、尤其是燃烧室压力传感器或者固体声传感器来识别，并且通过各个汽缸单独对于喷射的干涉，部分地和/或完全地被补偿，因此被减轻。为此由传感器的输出信号确定了表征燃烧过程的参数值。这些参数值对各个汽缸单独调节到一个理论值。表征喷射开始特征的参数值用于调整电路的调节参数值，它在下面被称为控制开始值AB。

在本发明的方案中，基于对喷射的校正作用，尤其是从校正作用的平均值出发，导出汽缸进气的校正系数。即由各个汽缸单独进行的校正作用，形成对全部汽缸参数值、尤其是空气流量的校正作用。由此部分均匀地燃烧，尽管在汽缸进气中相对于控制运转的实际偏差，可明显精确的进行，它引起排放和舒适性方面明显的改善。

附图说明

本发明在下面将借助于在附图中所示的实施方式进行说明。图1和图2所示的是根据本发明做法的主要元件方框图。图3所示的是，表示燃烧过程的参数值与控制开始值和空气流量的关系，图4所示的是时间信号曲线图。

具体实施方式

图1所示是根据本发明方案的主要元件。用100表示内燃机，它在所示的实施例中包含4个汽缸。这里汽缸的数量仅仅是作为例子，它所包含的汽缸数量也可以更多或者更少。在图示的实施例中给每个汽缸分配了一个发出表征燃烧过程信号的传感器101-104。这一传感器的数量是最大总数。可以想象尤其是在固体声信号中使用较少的传感器。此外在内燃机的曲轴上布置有一个提供表征曲轴位置K_W信号的传感器105。此外设有获取关于实际供给内燃机的新鲜空气流量ML信号的传感器106。

传感器101-104的信号到达特征计算单元110，它将特性值AQ50I传递给逻辑运算单元120。由特征AQ50理论值给定单元125准备好的输出信号AQS位于逻辑运算单元120的输入端。AQ50调节器130用逻辑运算单元120的输出信号加载，它又再次给喷射系统135以及理论值适配器180加载。首要的是每个汽缸要设有一个AQ50调节器。另一种选择方案是可以设有一个调节器，不同的汽缸信号先后地供给它。控制逻辑单元170的输出信号位于空气流量理论值适配器180的第二输入端。

喷射系统135按一定的时刻、或者曲轴确定的位置，分配给内燃机各个汽缸给定的燃料量。时刻或者曲轴的位置基本上取决于通过AQ50调节器130和理论值给定单元140确定的控制开始值AB。AQ50调节器130的输出信号、控制开始值AB的补偿值，通过逻辑运算单元137到达喷射系统135。控制开始值AB的理论值给定单元140的输出信号位于逻辑运算单元137的第二输入端。扭矩理论值M和转速信号N位于理论值给定单元140的输入端。相应地同样至少一个扭矩理论值M和一个转速信号N在理论值给定单元125处等待处理。扭矩理论值M由扭矩理论值给定单元142给定，转速N由转速传感器144给定。

此外这两个信号M和N到达给定空气流量理论值MLS的理论值给定单元145。理论值MLS通过逻辑运算单元150和逻辑运算单元155到达空气流量调节器160，它又用一个相应的信号控制空气系统165。按照控制信号，空气系统把一定的空气流量供给内燃机的各个汽缸。

在图2中对空气流量理论值适配器180进行了详细说明。在图1中已经说明过的其它模块用相应的附图标记来表示。AQ50调节器130的输出信号到达平均值形成单元200。平均值形成单元200的输出信号通过逻辑运算单元210到达控制开始平均值ABMW220的调节器。理论值给定单元230的输出信号位于逻辑运算单元210的第二输入端。逻辑运算单元150用调节器220的输出信号加载。控制逻辑单元170的信号同样到达调节器220。

总而言之，从内燃机的扭矩理论值M和转速N出发，理论值给定单元140计算控制开始的理论值。从这一理论值出发喷射系统135控制相应的调节器，以使喷射在理论值给定单元140给定的理论值处开始。此外从相应的参数值出发，例如转速N和扭矩理论值M，理论值给定单元145给定希望的空气流量理论值MLS。这一理论值用ABMW调节器的输出信号进行修正，紧接着与由传感器106获得的实际空气流量ML在逻辑运算单元155中进行比较。从这一比较出发空气流量调节器160确定一个用于空气系统加载的控制信号。空气系统使用相应的调节器，把相应的空气流量供给内燃机。

在喷射系统135的执行器中主要牵涉到一个控制进入喷射器燃料分配的电磁阀。例如在空气系统165的调节器中牵涉到影响在废气再循环管路中的空气流动的废气再循环阀，并以此控制供给内燃机的新鲜空气流量。另外一种选择也可设有其它的执行器。

这些元件相应于内燃机控制燃料量和空气流量的通常控制。通常情况下控制开始值的直接调节是不可能的，因为没有相应的获取实际的控制开始值的传感器。现在根据本发明借助于传感器101-104或者更少的传感器可获得相应的信号。在这种情况下优选的是表征燃烧室压力或者固体声特征的信号。从这些信号出发特征计算单元110计算表征燃烧特征的特性值。作为优选的特性值这里使用AQ50值。AQ50特性值对应于曲轴的角位置，其中燃烧总能量转换的50％被转化。AQ50特性值表征了燃烧的重点特性。

对于AQ50这一特性值的另一种替代方案是，也可以使用由燃烧室压力或者固体声信号导出的任意的其它特性值。例如这些可以是燃烧开始值、其它按比例计算的转换点、燃烧速度、在固体声信号中的其它重要的点。

这样获得的特性值在逻辑运算单元120中与相应的理论值AQS进行逻辑运算。在希望的和实际的特性值之间的偏差到达AQ50调节器130。从调节偏差出发，调节器130计算用于理论值给定单元140的输出信号校正的校正系数。即理论值给定单元140作为AQ50调节器的预控制器起作用。这意味着表征燃烧过程特征的特性值被调节到一个理论值，与此同时控制开始值用作调节参数值。

相对于带有预控制器的所示结构也可以用另一种方案，仅仅使用一个没有预控制器的调节。这意味着理论值相应的如在模块140中直接通过模块125给定并且调节。

改变作为调节参数值的控制开始值的调节只能不完全补偿位于空气系统区域的偏差。尤其是对所有汽缸产生影响的偏差导致控制开始值不必要的改变。因此根据本发明AQ50调节器130的输出信号到达理论值适配器180。从各个汽缸调节器130的单个校正系数或者输出信号出发，理论值适配器180计算用于理论值给定单元145输出信号加载的校正系数。即从各个汽缸的单个调节器输出参数值出发，形成用于空气系统调节器加载的校正系数。对于理论值干涉的另一种选择方案是，理论值适配器180也可以对调节器160的输出信号进行干涉，并相应校正调节器160的输出信号。

这意味着基于第一调节参数值可以对用于影响空气流量的第二调节参数值匹配。与此同时第二调节参数的调节参数值的匹配通过理论值的校正来实现。用于调整空气流量的调节器的理论值取决于第一调节参数值进行校正，其中这一校正取决于多个汽缸调节参数值的平均值。即第二调节参数值可由至少两个汽缸偏差值的平均值给定。

在图2中所示的理论值适配器的实施方式基本上如下工作。平均值形成单元200计算各个汽缸AQ50调节器130输出信号的平均值。在逻辑运算单元210中，它们与理论值给定单元230的输出信号进行比较。然后调节器220从AQ50调节器的所有理论值输出信号平均值的偏差出发，给定一个用于理论值MLS校正的输出信号。优选的是平均值被调节到一个理论值0。以此为出发点，在空气系统中的误差造成一个0平均值的偏差。例如如果由于误差给内燃机分配了一个太大的空气流量，那么所有汽缸的AQ50值被移向同样的方向(超前)。然后这一共同的偏差通过空气流量的校正进行补偿。

在图3中描绘了AQ50特性值与控制开始值AB的关系。此处用虚线描绘了不同的空气流量ML的AQ50特性值的不同变化与控制开始值AB的关系。用ML表示的第一条曲线相应于精确的空气流量。用ML-表示的第二条曲线相应于太小的空气流量，用ML+表示的第三条曲线相应于太大的空气流量。

此外不同的工作点用1、2a、2b、3a、3b、4a和4b来表示。点1相应于没有偏差的精确的工作点。即在希望的控制开始值ABS进行控制并且调整到希望的特性值AQS，其中精确的空气流量ML被供给内燃机。由于偏差的原因通常情况下这一工作点无法达到。例如如果供给的空气流量太小，就会调整到点2a。即AQ50特性值处于比希望的迟后的时刻。这时借助于调节器130控制开始值的校正沿着方向超前跟踪将到达点3a。在点3a，AQ50特性值具有希望的AQS值。然而由于空气系统的偏差，精确的工作点1仍将无法达到。相应的也适用于，当供给了太大的空气流量时，在这种情况下在控制开始值校正时，工作点从点2b移动到点3b。

现在通过空气流量的附加校正可以达到，内燃机从工作点3a移动到工作点4a，或者从工作点3b移动到工作点4b。为此例如需要借助于空气流量理论值适配器180进行空气流量的校正。即通过从特性值AQ50出发的控制开始值的组合校正，和从特性值AQ50出发的空气流量的校正，希望的工作点几乎可精确地被调整。借此一个精确的内燃机控制、尤其是在均匀运转时、或者部分均匀运转时是可能的。空气流量变化对燃烧的影响可以通过根据本发明的AQ50特性值调节器来补偿。空气流量的变化通过空气流量传感器的误差和偏差、以及通过在汽缸中进气的实际偏差而产生。

借助于调节器，可以通过每个汽缸单独对控制开始值的校正作用，使燃烧情况与AQS特性值理论值的偏差减小到最低限度，并且达到3a或3b的状态。通过这种做法，具有改善总排放优点的均匀燃烧的稳定性已经可以满足。此外当这一调节器与空气流量理论值适配器组合时，则非常有利。即AQ50调节器的各个汽缸单独校正作用的平均值，通过空气流量理论值的匹配校正到0。因此在漂移、尤其是空气系统漂移时也可以防止必须对控制开始值进行较大的干涉。以此空气流量误差的真正原因得到改正。对于这种情况，在空气流量中的平均偏差相应于3a或者3b状态中的一个，通过AQ50调节器的同时干涉和理论值的适配可调整到4a或者4b的状态。那么这尤其适用于，当空气量的误差对于所有汽缸几乎是同样大时。即所有汽缸的平均偏差也可很好地代表每个汽缸的偏差。

当上述的方法与其它调节器，尤其是与用于均衡负载或者λ平衡的调节器组合时，则尤其有利。在这种情况下，除了各个汽缸单独燃烧情况调节器和全空气流量调节器之外，还投入使用了用于各个汽缸单独喷射量匹配的另外的调节器。这个调节器例如在测量转速信号、λ信号或者汽缸压力信号的基础上，通过各个汽缸单独喷射量的校正进行补偿。

当空气流量理论值适配器180，只在确定的运行状态下，通过控制逻辑单元170被激活，则尤其有利。尤其是下列参数值的一个或者多个，AQ50调节器130的运行状态、梯形信号、运行状况、喷射转换状态和/或空气流量调节器160的调节偏差都可作为运行状态。

此外重要的是，直到在转换之后达到空气流量的新理论值，这些适配器要一直被切断。在图4中它相应于时刻T3，在这一时刻ML调节器的调节偏差几乎为0。当空气流量调节器的调节偏差、即逻辑运算单元155的输出信号小于极限值时，这一时刻被确定。在时刻T2，当达到空气流量目标值偏差带时，给出了最早的可能的时刻。在时刻T4，当梯形信号达到终值时，给出最迟的可能的时刻。

为了可信性，喷射转换状态也可以作为必要的判据采用。

此外理论值适配器180的激活取决于AQ50调节器的状态。这意味着只有在AQ50调节器的起振状态，这一用于空气量理论值的校正/适配的调节器的调节参数值才被利用。在非均匀运转时不进行适配。

在方案中控制逻辑单元可附加的、或者相对于用于调节器130的特性值的另一种选择，在所述的实施例中是AQ50特性值，使用其它的从汽缸压力或者固体声出发确定的特性值。例如可以由AQ50特性值，通过其它特性值、例如燃烧速度推断出实际空气流量的偏差。那么例如对于这第二个特性值同样存在如表征AQ50特性值一样的特性曲线，该特性曲线建立了这些特性值与待校正空气流量值间的相互联系。适配只在给定的偏差内，在计算出来的空气流量校正值一致的情况下进行。

在下面将说明对于这种各个汽缸没有单独空气流量调节器情况下适配的第一种实施方式。由现有的AQ50调节器各个汽缸单独对于控制开始值的校正作用形成了平均值。即AQ50调节器输出信号的平均值通过所有汽缸来确定。从这一平均值的符号和数值将推断出在额定空气流量中待校正的偏差。重要的是借助于特性曲线或者特性曲线族，从控制开始值的平均偏差出发确定空气流量的偏差。在使用特性曲线时还可以考虑其它的工作特性参数。这一校正系数将在逻辑运算单元150，与取决于工作点的、来源于理论值给定单元145的理论值相加，并在逻辑运算单元155，与空气流量实际值相减后，供给空气流量调节器160。

对于这种情况，在空气流量中的平均偏差，符合根据图3所示的3a或者3b状态的一种，通过以适配的ML理论值供给的空气流量调节器，与另外激活的QA50调节器的同时作用，调节到4a或者4b的状态。这一状态处于可达到的调节质量和空气流量适配的范围中，接近于希望的额定状态“1”，并以此表示了根据图3所示相应于2a或者2b的状态，通过控制运行能实现的状态的重要改善。这尤其适用于，当空气流量的误差对于所有汽缸几乎同样大时，即所有汽缸的平均偏差也可靠地代表每个汽缸的偏差。

在下面描述对于具有各个汽缸单独空气流量调节器情况下，适配器的第二种实施方式。如果存在各个汽缸单独空气流量调节器，那么代替AQ50调节器130的校正作用的平均值，为了空气流量理论值的适配将使用对各个汽缸的校正干涉。这意味着空气流量理论值将选择汽缸适配。因此相对于在使用平均值下的适配，基本上对各个汽缸单独产生影响的空气流量的误差也被校正。因此相对于2a或者2b状态得到进一步改善。

下面将说明在图2中所示的理论值适配器180的详细的实施方式。适配理论值相应于从AQ50调节器校正系数出发的被调节空气流量的校正值。为此相应于平均值形成单元200输出信号的平均值，在逻辑运算单元210与理论值相比较，并供给另外的调节器220。然后调节器输出值形成了所需要的空气流量校正值，以使空气流量理论值通过这一校正值被改变，直到控制开始值的调节参数校正值达到理论值的平均值。与此同时首要的是平均值的理论值等同于0。

在图4中描绘了不同的信号相对于时间的关系。此外描绘了从常规燃烧到部分均匀燃烧或者均匀燃烧的过渡。在图4a中表示了一个百分比值在0％和100％之间的所谓的梯形信号。直到时刻T1进行的是常规燃烧，并且梯形信号具有百分比值0％。到时刻T4梯形斜面直线上升到百分比值100％。从时刻T4开始进行的是均匀燃烧或者部分均匀燃烧。梯形信号作为系数，在过渡期间给不同运行特性参数值加权，以使其均匀的从原始数值转变到目标值。

在图4b中描绘了废气再循环率的理论值AGRS和实际值AGRI。常规运转废气再循环率的值用AGRK表示，并且用AGRH表示部分均匀或者均匀运转废气再循环率的值。理论值用虚线表示，实际值用细实线表示。从时刻T1开始，理论值跳跃性的从值AGRK上升到均匀运转所需要的值AGRH。它引起实际值AGRI从时刻T1起逐渐上升，到时刻T2时达到用两个水平虚线所表示的偏差带。然后到时刻T3实际值达到理论值。

在图4c中理论值AQS用短划线描绘，压力P用虚线描绘，控制开始值AB用细实线描绘。到时刻T1压力上升到它在均匀运转中所必须的新的理论值。到时刻T2控制开始值AB下降到它的调节值。AQ50理论值从时刻T1直到时刻T4根据斜面函数上升到它的新值。

汽缸压力信号应用的一个特别成本低廉的实施方式是，相应的信号不是从所有的汽缸来获取，而是由至少一个汽缸来获取。由这个汽缸压力信号计算出来的特性值被看作其余汽缸特性值的代表，并且不仅在AQ50调节器，而且在空气流量理论值适配器中使用。对各个汽缸单独干涉的可能性取消了。但是可以考虑多个汽缸联合成一个组，用一个获取的压力信号，同时调节就在这个汽缸组上，例如在V形发动机上整体使用。

固体声传感器的使用，使得这一成本低廉的实施方式，在无任何单个汽缸干涉损耗的情况下成为可能。在这种情况下，相应于曲轴角调整的固体声信号被分到每个现实的处于燃烧冲程的汽缸上。

在非均匀运转和均匀运转之间的转换期间，存在不同的另外可选择的可以任意相互组合的做法。在非均匀和均匀运转之间的转换阶段通过在T1和T4之间的时间间隔来确定，并且基本上通过额定空气流量或者额定废气再循环流量的改变、压力的改变和/或AQ50特性值的理论值的改变来确定。除了这些参数值之外还有其它的参数值也可以改变。除了仅仅作为举例表征的过渡之外，其它的过渡也是可以的。所有参数值都可有选择地，以斜面形式、跳跃形式或者按照其它的函数形式过渡到它的新值。

在第一种实施方式中，AQ50特性值的调节在转换阶段已经进行了。尤其有利的是，当AQ50特性值的调节通过控制开始值在所有运转类型下进行，并且仅仅理论值取决于运转类型改变。在这种情况下特别有利的是，当AQ50理论值是梯形信号函数时。在图4中表征在转换之前或者转换之后，AQ50理论值之间的线性过渡。此外在转换期间没有进行额定空气流量ML的补偿，即适配器180并未激活。通过在转换过程期间所有汽缸燃烧情况的快速同步，在汽缸的扭矩值和噪声值中，所希望的连续性部分已经被实现。

尤其有利的是，当表征燃烧过程特征的参数值的调节，在均匀运转和/或在进入均匀运转和/或由均匀运转出来的过渡期间进行。

有利的是，AQ50调节可通过附加的、各个汽缸单独的由曲轴角度分辨出的汽缸压力获得的指示平均压力的调节获得补充。另一种选择是，该调节也可以使用内部的或者外部的扭矩作为调节参数值。因为指示的平均压力的理论值主要取决于司机的愿望、并不取决于运行类型，所以它在转换期间假定是常数。对喷射系统的校正作用，代替控制开始值，通过对燃料量的干涉、或者对于控制或者喷射持续时间的干涉来进行。相应地校正值也对这些参数值的预控制值起作用。通过燃烧情况和指示平均压力的调节的同时作用，相对于转换的控制，力矩和噪音的平衡可更好地被发现。

有利的是，AQ50调节还可以围绕着燃烧噪音调节进行补充。作为表征燃烧噪音特征的参数值，主要使用在一个工作循环期间汽缸压力梯度的最大值。但是另一种选择也可以使用下列汽缸压力特性值：加热过程的最大值、加热过程导数的最大值或者借助于结构传输系数，由汽缸压力确定的燃烧噪声系数，如在试验台指示技术中所应用的。其它的另外的选择是在固体声信号中重要的点和/或参数值。这些调节参数值在运行类型转变期间保持常数，为了避免司机可感觉到的噪声的变化。作为与噪音关系重大的调节作用参数值合适的是：在转换的第一和第二阶段，到时刻T2和/或AQ50理论值的适配，在转换的第一阶段直到跳跃形、或者斜面形的预先喷射断开，预先喷射量的时间配合和/或量(或者一个其它的描写燃烧情况的特性值)。通过对于AQ50理论值适配的干涉，第二个对于主喷射开始值的直接调节干涉被避免。对于预喷射时间配合/量的调节，使用了在图1中已经对于AQ50调节器所表示的类似结构，AQ50理论值的适配相应于同样在图1中对于空气流量理论值所表征的适配的结构。因此二者没有另外再以图示的形式表示。

Claims (9)

1.控制内燃机的方法，其中由表征至少一个汽缸中的燃烧过程的参数值(AQ50)与该参数值的理论值比较确定一个偏差值，基于这一偏差值对用于影响控制开始值的第一调节元件的第一调节参数值进行匹配，并且基于该第一调节参数值对用于影响空气流量的第二调节元件的第二调节参数值进行匹配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，表征燃烧过程的参数值(AQ50)由固体声传感器或者燃烧室压力传感器的输出信号来确定。

3.根据上面的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为表征燃烧过程的参数值(AQ50)，使用燃烧开始值、按百分比计算的转换点、燃烧速度和/或在固体声信号中其它重要的点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每个汽缸，在使用控制开始值的情况下，表征燃烧过程的参数值(AQ50)作为调节参数值被调节到一个理论值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二调节参数值可由至少两个汽缸的偏差值的平均值被给定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，平均值被调节到一个理论值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，调节只在确定的工况下进行。

8.根据权利要求4所述的方法，表征燃烧过程的参数值的调节，在均匀的或者部分均匀的运转中和/或在进入均匀的或者部分均匀的运转中和/或由其中出来的过渡过程中进行。

9.控制内燃机的装置，具有由表征至少一个汽缸中的燃烧过程的参数值(AQ50)与该参数值的理论值确定一个偏差值的机构，所述机构基于这一偏差值对用于影响控制开始值的第一调节元件的第一调节参数值进行匹配，并且基于第一调节参数值对用于影响空气流量的第二调节元件的第二调节参数值进行匹配。

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