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CN101568712A - 用于控制内燃机的方法和装置 - Google Patents

用于控制内燃机的方法和装置 Download PDF

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Abstract

为了控制带有空气燃料混合物的自行点火的内燃机，在稳定运行状态的假定下依赖于内燃机的运行变量中的至少一个(BG)而获得至少一个涉及燃料配量的喷射参数。在存在非稳定运行状态(BZ_INST)的情况下，依赖于所述运行变量中的至少一个(BG)而获得用于稳定运行状态的理论燃烧室温度(T_BR_SP)。依赖于用于瞬态运行的物理模型、依赖于理论燃烧室温度(T_BR_SP)和内燃机的运行变量中的至少一个而获得实际燃烧室温度(T_BR_AV)。依赖于理论燃烧室温度和实际燃烧室温度(T_BR_SP，T_BR_AV)而获得用于至少一个喷射参数的修正值。依赖于至少一个喷射参数和相关联的修正值而控制燃料阀。

Description

用于控制内燃机的方法和装置
本发明涉及这样的方法和装置，其用于控制带有空气燃料混合物的自行点火(Selbstzuendung)和通过燃料喷射阀的燃料的配量(Zumessung)的内燃机。
越来越严格的关于汽车(内燃机布置于其中)的有害物质排放的法律规定使得必须在内燃机运行时保持尽可能少的有害物质排放。这可以由以下方式实现，即，一方面，减少空气燃料混合物在内燃机的各个气缸中的燃烧期间产生的有害物质。另一方面，可在内燃机中应用废气处理系统，其将空气燃料混合物在各个气缸中的燃烧过程期间产生的有害物质转化为无害的物质。
尤其在存在非稳定运行状态时，要保证较低的有害物质排放是个挑战，因为，在这种非稳定运行状态中可能很轻易地就会产生很高的有害物质排放。
本发明的任务是，设计用于控制内燃机的方法和装置，该方法和装置有助于实现较低的有害物质排放。
该任务通过独立权利要求的特征而完成。本发明的有利的设计方案表示于从属权利要求中。
本发明涉及这样的方法和相应的装置，其用于控制带有空气燃料混合物的自行点火和通过燃料喷射阀的燃料的配量的内燃机。空气燃料混合物的自行点火尤其在柴油内燃机中进行。然而，用于带有空气燃料混合物的自行点火的汽油内燃机的燃烧方法也是已知的。
在稳定运行状态的假定下，依赖于至少一个内燃机运行变量而获得涉及燃料配量的至少一个喷射参数(Einspritzparameter)。在存在非稳定运行状态时，依赖于内燃机的运行变量中的至少一个而获得用于稳定运行状态的理论燃烧室温度(Soll-Brennraumtemperatur)。进一步，在存在非稳定运行状态时，依赖于用于内燃机的瞬态运行的物理模型(依赖于理论燃烧室温度和内燃机运行变量中的至少一个)而获得实际燃烧室温度(Ist-Brennraumtemperatur)。这类物理模型可以例如通过试验而获得，例如可在发动机试验台架处或也可例如借助于相应的仿真而参数化。进一步，在存在非稳定运行状态时，依赖于理论燃烧室温度和实际燃烧室温度而获得用于该至少一个喷射参数的修正值。依赖于至少一个喷射参数和相关联的(zugeordneten)修正值而控制燃料喷射阀。以这种方法，一方面，可简单地而且是在相应的第一喷射参数的参数化时获得该至少一个喷射参数，在存在稳定运行状态时，通过该喷射参数可以简单地保证内燃机的带有较低排放的运行。
然而，除此之外，还可以在非稳定运行状态中非常轻易且有效地确保有利的燃料消耗并将高的有害物质排放(尤其是NOX排放)显著地减少。这里显示，就此而言，燃烧室温度是尤其具有代表性的量值，并且，通过理论燃烧室温度和实际燃烧室温度的简单获得和依赖于此的修正值的获得，可尤其简单地使得在非稳定运行中的有害物质排放和燃料消耗的十分有效的降低成为可能。除此之外，由此还可在非稳定运行状态期间在燃烧时保持有利的声学特性(Akustik)。
理论燃烧室温度以及实际燃烧室温度优选地表征在内燃机工作循环内的预定的(vorgegeben)曲轴角度下的燃烧室中的温度。它们尤其表征在相应的工作循环内的最高温度。
根据本发明的一种有利的设计方案，理论燃烧室温度依赖于空气质量流量(Luftmassenstrom)和/或转速和/或待调节的(einstellen)转矩而被获得。这尤其简单而尽管如此却还是使得代表稳定运行的特征的燃烧室温度的足够精确的获得成为了可能。
根据另一个有利的设计方案，该物理模型包括滤波器。这样，该物理模型可尤其简单地被实现并提供足够精确的实际燃烧室温度。就此而论，如果该滤波器是一阶滤波器，则是尤其有利的。这可使用计算机辅助方法以尤其简单的方式被实现，且已令人惊讶地显示出的是，一阶滤波器，尤其是PT1滤波器，可在非稳定运行状态期间对实际的燃烧室温度的真实曲线进行相当好的建模(modelliert)。
根据另一个有利的设计方案，滤波器时间常数依赖于空气质量流量而被获得。以这种方法，实际燃烧室温度可尤其精确地被获得。
根据本发明的另一个有利的设计方案，该喷射参数是待进行的喷射的与曲轴有关的位置(kurbelwellenbezogene Lage)。以这种方法，可以简单地影响空气燃料混合物的燃烧的重心，且是以减少有害物质排放为目的地对其施加影响。就此而论，如果喷射参数是待进行的提前喷射(Voreinspritzung)的与曲轴有关的位置，则是有利的，因为这样就可以尤其有针对性的方式来影响还与主喷射有关的空气燃料混合物的燃烧的开始。
根据另一个有利的设计方案，该喷射参数是待进行的主喷射的与曲轴有关的位置。以这种方法，可尤其精确地调整燃烧重心和燃烧室温度。
此外，如果该喷射参数是待配量的燃料质量(Kraftstoffmasse)，则也是有利的。以这种方法，可简单地实现有利的转矩曲线。
就此而论，如果该喷射参数是提前喷射质量，则是尤其有利的。就此而言已显示出，通过提前喷射质量可显著地影响有害物质排放。此外，就此而论，如果该喷射参数是主喷射质量，则也是相当有利的。以这种方法，可尤其精确地实现有利的转矩曲线。
接下来，借助于示意性的图进一步说明本发明的实施例。其中：
图1显示了带有控制装置的内燃机，而
图2显示了用于控制该内燃机的程序的流程图。
在所有图中，相同结构或相同功能的元件以相同的参考标号来标识。
内燃机(图1)包括进气部分1，发动机本体(Motorblock)2，气缸盖3和排气部分4。进气部分1主要包括节流阀5，其也可在带有空气燃料混合物的自行点火的内燃机中(举例而言地)有利地连同废气再循环或油箱通风系统而被使用。此外，进气部分1优选地包括收集器6和吸气管7，其朝向气缸Z1通过进气通道而被引导入发动机本体2中。此外，发动机本体2包括曲轴8，其通过连杆10与气缸Z1的活塞11相联接。
气缸盖3包括带有进气门12和排气门13的气门机构。气缸盖3还包括燃料喷射阀18，借助于该燃料喷射阀18，燃料可被配量入气缸Z1的燃烧室中。
在排气部分4中优选地布置有废气催化器21。如有需要，还可在排气部分中布置微粒过滤器。此外，优选地设置有废气再循环，其设计用于将废气从排气部分4引导回到进气部分1中。除此之外，优选地还设置有废气涡轮增压器。
为内燃机设置有控制装置25，其被关联有传感器，所述传感器为其而检测测量变量(Messgroessen)并相应地获得测量变量的值。除了测量变量以外，运行变量还包括从这些测量变量中求出的变量。控制装置25依赖于运行变量BG中的至少一个而获得调整变量，其然后被转换成一个或多个调整信号(Stellsignale)SG，以便借助于相应的执行机构来控制调整元件(Stellglied)。
控制装置25也可以被称为用于控制内燃机的装置。
传感器可为：检测油门踏板27的油门踏板位置的踏板位置传感器26，检测进气部分中节流阀5上游的空气质量流量的空气质量传感器28，检测进气空气温度的第一温度传感器32，检测曲轴角度的曲轴角度传感器36，然后，转速N被与其相关联。此外，设置有第二温度传感器38，其检测冷却介质温度或燃料温度。根据实施例，可存在所提及传感器的任意子集，或也可以存在额外的传感器。
调整元件例如为节流阀5、进气门和排气门12，13，以及燃料喷射阀18。
优选地，除了气缸Z1外，还设置有其它气缸Z2至Z4，其上同样关联有相应的调整元件和(如有需要时)传感器。因此，内燃机可以具有任意数量的气缸Z1至Z4。
用于控制内燃机的程序存储于控制装置25的存储器中，并且优选地在内燃机启动时立即在步骤S1中(图2)开始。如有需要，在步骤S1中初始化变量。
在步骤S2中检验，内燃机是否处于这样的运行状态BZ中，该运行状态BZ为非稳定运行状态BZ_INST。如果一个或多个重要运行变量具有预定的最小的动态值(Dynamik)，则内燃机尤其处于非稳定运行状态BZ_INST中。例如，如果待由内燃机产生的期望转矩具有预定的动态值(例如通过驾驶员对油门踏板27的操纵而引起)，则尤其可为这种非稳定运行状态BZ_INST。如果步骤S2的条件没有被满足，则该处理在步骤S4中继续，在步骤S4中，在该处理在步骤S2中被继续之前，程序在可预定的等待持续时间T_W或相应的曲轴角度上被保持。在此，步骤S4中的停留时间如此地选择，即，使得步骤S2以适当的频率被执行，即，例如，每内燃机气缸环节(Zylindersegment)一次，也就是，在带有四个气缸的四冲程内燃机中，每180°曲轴角度处理一次。
与此相反，如果步骤S2的条件得到满足，则在步骤S6中，喷射参数依赖于至少一个运行变量BG而被获得。在步骤S6中，例如，喷射开始SOI和/或喷射结束EOI依赖于该至少一个运行变量而被获得。与步骤S6相关地，运行变量BG可例如包括，所期望的待通过内燃机而调节的转矩TQI_SP、转速N和/或通过第一温度传感器32和/或第二温度传感器38所检测的温度，或其它运行变量。用于获得喷射开始SOI和喷射结束EOI的分配准则(Zuordnungsvorschrift)是针对内燃机的稳定运行状态而预定的且优选为根据经验的，例如通过在发动机台架处的试验和/或通过仿真而被获得，并且，优选地被储存在控制装置25的存储器中的一个或多个特性曲线族(Kennfeldern)中。
在步骤S8中，理论燃烧室温度T_BR_SP依赖于至少一个运行变量而被获得，其优选地包括待配量的燃料质量MFF和/或优选地包括转速N和/或待调节的转矩TQI_SP。待配量的燃料质量MFF决定性地依赖于表征内燃机中待被调节的负载的运行变量(例如，期望的待调节的转矩TQI_SP)而被获得。根据步骤S6的方法，这优选地依赖于储存在控制装置的存储器中的一个或多个特性曲线族而实现。除此之外，在获得理论燃烧室温度时，也可以考虑诸如废气再循环率或进气空气温度等的其它运行变量——而且是在稳定运行状态的假定下来对其进行考虑。
在步骤S10中，获得滤波器时间常数t_eng，而且是依赖于至少一个运行变量BG(其优选为空气质量流量)来获得滤波器时间常数t_eng。这同样也可依赖于至少一个特性曲线族来实现。
在步骤S12中设置有滤波器(Filter)，其优选为一阶滤波器(例如PT1滤波器)，其滤波器时间常数是t_eng，且理论燃烧室温度T_BR_SP位于输入侧而实际燃烧室温度T_BR_AV在输出侧被给出。通过步骤S8至S12，实现了针对瞬态运行而用于获得实际燃烧室温度T_BR_AV的物理模型。因此，以这种方法在内燃机的瞬态运行期间也可进行实际的燃烧室温度的足够精确的估算。在此，该燃烧室温度可与(例如)在相应的工作循环期间在可预定的曲轴角度下的燃烧室中的温度有关。优选地，该燃烧室温度与相应的工作循环内的最大温度相对应。
在步骤S14中，一个或多个修正值被获得，而且是依赖于理论燃烧室温度T_BR_SP和实际燃烧室温度T_BR_AV而被获得。在实施步骤S14时，优选地依赖于理论燃烧室温度和实际燃烧室温度T_BR_AV而获得用于该喷射开始的修正值KOR_SOI和/或用于该喷射结束的修正值KOR_EOI。对此，优选地使用理论燃烧室温度T_BR_SP和实际燃烧室温度T_BR_AV之间的偏差、尤其是其间的差值。
修正值的获得可例如借助于其它物理模型来实现，其优选地包括一个或多个特性曲线族，且尤其以预控制(Vorsteuerung)的形式来实现。
接着，在步骤S16中，用于控制相应的喷射阀18的调整信号SG被获得，而且是依赖于至少一个喷射参数和/或至少一个修正值而被获得，该调整信号SG被关联至相应的气缸Z1至Z4。这样，该调整信号例如依赖于喷射开始SOI和/或喷射结束EOI和/或用于该喷射开始的修正值KOR_SOI和/或用于该喷射结束的修正值KOR_EOI而被获得。喷射开始SOI和喷射结束EOI相应地指的是曲轴8的曲轴角度。然后，相应的喷射阀18相应于在步骤S16中所获得的调整信号SG而被控制，以用于将燃料配量到相应的气缸Z1至Z4的相应的燃烧室中。在步骤S16的处理之后，该处理在步骤S4中被继续。
作为对步骤S6的备选或补充，还可设置有步骤S18，在其中，主喷射质量MFF_M和/或提前喷射质量MFF_PILOT依赖于至少一个运行变量BG而被获得。该运行变量BG优选地包括表征在内燃机处待被调节的负载的变量，如，期望的待通过内燃机而被调整的转矩，并优选地包括转速。然而，该运行变量BG也可以包括其它运行变量BG。步骤S18的一个或多个分配准则优选地同样包括一个或多个特性曲线族。
作为对步骤S14的备选或补充，还可设置有步骤S20，在其中，用于主喷射的修正值KOR_MFF_M被获得，而且是依赖于理论燃烧室温度T_BR_SP和实际燃烧室温度T_BR_AV而被获得。备选地或附加地，还可在步骤S20中依赖于理论燃烧室温度T_BR_SP和实际燃烧室温度T_BR_AV而获得用于提前喷射的修正值KOR_MFF_PILOT。用于获得修正值KOR_MFF_PILOT、KOR_MFF_M的分配准则优选地基本上与对应于步骤S14中的分配准则。然后，调整信号SG在步骤S16中还依赖于主喷射质量MFF_M和/或提前喷射质量MFF_PILOT和/或用于提前喷射质量的修正值KOR_MFF_PILOT和/或用于主喷射质量的修正值KOR_MFF_M而被获得。
修正值通过分配准则而如此被预定，即，使得即使在瞬态运行下也可保证尽可能低的有害物质排放、尤其是NOX排放，且还可确保有利的声学特性。除此之外，其可以如下程度被优化，即，使得有害物质微粒的生成被最小化或至少被保持在较低的水平上。
尤其以这种方式，可借助于修正值而将与已稳定状态(即，稳定运行状态)相比的、相应的燃烧室中的空气燃料混合物的点火延迟显著地缩短或延长。以这种方式，首先(举例而言)可能的是，在理论温度T_BR_SP提高时(由于待配量的燃料质量MFF的提升或提高)，实际燃烧室温度T_BR_AV和理论燃烧室温度T_BR_SP之间的差值则变为负的，并且喷射开始SOI以被提早的方式而被修正。同时，举例而言，用于提前喷射燃料质量MFF_PILOT的修正值KOR_MFF_PILOT也被提高，其则导致，可实现转矩中性的(drehmomentneutraler)过渡，并且是，通过这样的修正值——其贡献随时间增加而越来越小，直至修正不再必须。在理论燃烧室温度T_BR_SP下降时，相应的流程相应地以相反的方式而实现。

Claims (12)

1.一种用于控制带有空气燃料混合物的自行点火和通过燃料喷射阀(18)的燃料的配量的内燃机的方法，其中，
-在稳定运行状态的假定下依赖于所述内燃机的至少一个运行变量(BG)而获得涉及该燃料配量的至少一个喷射参数，
-在存在非稳定运行状态(BZ_INST)时：
——依赖于所述运行变量(BG)中的至少一个而获得用于所述稳定运行状态的理论燃烧室温度(T_BR_SP)，
——依赖于用于瞬态运行的物理模型、依赖于所述理论燃烧室温度(T_BR_SP)和所述运行变量(BG)中的至少一个而获得实际燃烧室温度(T_BR_AV)，
——依赖于所述理论燃烧室温度和实际燃烧室温度(T_BR_SP，T_BR_AV)而获得用于所述至少一个喷射参数的修正值，并且
——依赖于所述至少一个喷射参数和相关联的修正值而控制所述燃料喷射阀(18)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依赖于空气质量流量和/或转速(N)和/或待调节的转矩(TQI_SP)而获得所述理论燃烧室温度(T_BR_SP)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述物理模型包括滤波器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述滤波器是一阶滤波器。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，依赖于所述空气质量流量而获得滤波器时间常数(t_eng)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述喷射参数是待进行的喷射的与曲轴有关的位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷射参数是待进行的提前喷射的与曲轴有关的位置。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷射参数是待进行的主喷射的与曲轴有关的位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述喷射参数是待配量的燃料质量(MFF)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述喷射参数是提前喷射质量(MFF_PILOT)。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的方法，其特征在于，所述喷射参数是主喷射质量(MFF_PILOT)。
12.一种用于控制带有空气燃料混合物的自行点火和通过燃料喷射阀(18)的燃料的配量的内燃机的装置，其构造用于，
-在稳定运行状态的假定下依赖于所述内燃机的至少一个运行变量(BG)而获得涉及该燃料配量的至少一个喷射参数，
-在存在非稳定运行状态时：
——依赖于所述运行变量(BG)中的至少一个而获得用于所述稳定运行状态的理论燃烧室温度(T_BR_SP)，
——依赖于用于瞬态运行的物理模型、依赖于所述理论燃烧室温度(T_BR_SP)和所述内燃机的运行变量中的至少一个而获得实际燃烧室温度(T_BR_AV)
——依赖于所述理论燃烧室温度和实际燃烧室温度(T_BR_SP，T_BR_AV)而获得用于所述至少一个喷射参数的修正值，并且
——依赖于所述至少一个喷射参数和相关联的修正值而控制所述燃料喷射阀(18)。
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