CN102797580A - 用于操作内燃机的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于操作内燃机的方法被公开。该方法包括的步骤有：测量在发动机循环过程中内燃机燃烧室内多个压力值和对于每个所述测量压力值相应的曲轴角度位置；选择一组所述压力值和相应的角度位置值；利用所述测量角度位置值来为每个所述选择的压力值计算燃烧室的内体积；根据C=pVk的关系，为每个所述选择压力值和相关体积值计算多方常数的值，其中，C为多方常数，p为压力值，V为体积值，k为多方指数；计算所述计算多方常数值的均方根差；而且如果均方根差的计算值超过它的阈值，则识别已经影响压力测量结果的噪声。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于操作内燃机的方法，特别是机动车辆的内燃机，例如柴油发动机或者汽油发动机。
背景技术
已知内燃机包括发动机组，发动机组包括多个汽缸，每个汽缸容纳往复运动的活塞并被汽缸盖封闭，汽缸盖与活塞配合以限定燃烧室。活塞被机械连接到曲轴，从而活塞的往复运动被转化为曲轴的转动，反之亦然。
内燃机通常被配置以至于在曲轴转动两圈中，每个活塞执行一个发动机循环，对应于活塞本身进入相应汽缸的四个冲程：进气冲程，压缩冲程，膨胀冲程和排气冲程。在压缩冲程的最后阶段，燃料喷射器将燃料直接喷射进入燃烧室以为燃烧阶段作准备。
为了使燃烧阶段稳定并为每个发动机循环减少污染排放，已知的控制策略利用燃烧相位控制或者参数的闭环控制监控并调节发动机每个缸内的燃料喷射，该参数代表发动机缸内的燃料燃烧过程。在控制燃烧阶段中一个使用最多的参数是MFB50，它是在被喷射进入汽缸的燃料之中50%质量的燃料已经被燃烧的状态下，指示曲轴角度位置的参数。所述参数的确定要求ECU在发动机循环过程中利用燃烧压力传感器来对缸内压力值取样，从而确定缸内压力曲线。ECU随后利用缸内压力曲线来计算经过相同发动机循环的热释放曲线，并基于所述热释放曲线计算MFB50。其他在发动机循环过程中指示转矩释放的燃烧参数，比如指示平均有效压力（IMEP），可以也被基于缸内压力曲线而确定并被用于反馈控制喷射相位。
假定信号被处理以得到要求的参数的方式，任何在通过燃烧压力传感器得到的压力值测量结果上的噪声或尖峰能强烈地影响转矩和热释放燃烧，因为他们可能被误认为是燃烧结果。因此燃烧相位控制和闭环转矩控制可能错误地调整燃烧参数（喷射量，SOI，EGR速率），对排气、操纵性能和燃烧噪声产生消极影响。
所以为了避免燃烧被根据无规则信息错误地控制，能够识别通过燃烧压力传感器得到的压力测量结果是否被噪声影响是重要的。
传统的噪声检测方法是基于两个或更多测量点之间的梯度分析。这套方法用于缸内压力曲线是非常无效的，该压力曲线在压缩阶段和膨胀阶段中呈现可观的压力梯度。在这些例子中，两个压力值测量结果之间高梯度的检测将没有必要成为信号中噪声出现的指示器。
因此，本发明公开的实施例的目的是提供程序来识别何时燃烧室内的压力值测量结果被噪声影响。
另一个目的是提供用于识别压力测量结果中噪声的方法，该方法以合理的方式，没有利用复杂装置，并具有利用车辆电子控制单元（ECU）计算能力的优势。
这些目的通过方法，通过发动机，通过计算机程序和计算机程序产品，通过电磁信号以及通过具有独立权利要求中陈述的特点的汽车***来达到。
从属权利要求描述了优选和/或特别有利的方面。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于操作内燃机的方法，其中，缸内压力曲线中的噪声被识别。
根据本发明的实施例，用于操作内燃机的方法包括多个步骤：
在发动机循环过程中，测量内燃机的燃烧室内多个压力值和对应于每个所述测量压力值的曲轴角度位置；
选择一组所述压力值和相应的角度位置值；
利用所述测量的角度位置值来为每个所述选择的压力值计算燃烧室的内体积值；
根据C=pVk的关系，用每个选择压力值和相关的确定体积值来计算多方常数值，其中，C为多方常数，p为压力值，V为内体积值，k为多方指数；
计算所述计算多方常数值的均方根差；
如果均方根差的计算值超过它的阈值，则识别噪声已经影响压力测量结果。
由于该解决方法，被噪声影响的压力值测量结果可以被识别而且正确的恢复措施被实施。
根据本发明的另一个实施例，所选择的压力值在内燃机发动机循环的压缩阶段过程中被测量。
这样，可能在燃烧阶段过程中识别压力值测量结果中的噪声，其中，连续压力值之间的梯度相当高而且基于梯度分析的传统噪声检测方法是不够的。
根据本发明的另一个实施例，所选择的压力值在内燃机发动机循环的膨胀阶段过程中被测量。
这样，可能在膨胀阶段过程中识别压力值测量结果中的噪声，其中，连续压力值之间的梯度相当高而且基于梯度分析的传统噪声检测方法是不够的。
根据本发明一个实施例的另一个方面，识别噪声已经影响压力测量结果被用在控制策略中来操作内燃机。
这样，可能调整用于操作内燃机的控制策略，其通过考虑压力测量结果中噪声的出现来利用压力值测量结果。
根据本发明的方法可以在计算机程序的帮助下被实施，计算机程序包括用于实施以上描述方法的全部步骤，并且是包括计算机程序的计算机程序产品的形式。
计算机程序产品可以被具体化为内燃机，其装备有燃烧压力传感器和曲柄位置传感器，与燃烧压力传感器和曲柄位置传感器相通信的ECU，与ECU相关联的存储***，储存在存储***内的计算机程序，从而，当ECU执行计算机程序时，以上描述方法的全部步骤被执行。
该方法也可被具体化为电磁信号，所述电磁信号被调制来载波数据比特序列，数据比特序列代表计算机程序来执行该方法的的全部步骤。
本发明还提供一种用于装备有燃烧压力传感器和曲柄位置传感器的内燃机的控制设备，控制设备包括与燃烧压力传感器和曲柄位置传感器相通信的电子控制单元，与电子控制单元相关联的存储***以及储存在存储***中的计算机程序。
本发明还提供包括装备有燃烧压力传感器和曲柄位置传感器的内燃机的汽车***，该汽车***还包括与燃烧压力传感器和曲柄位置传感器相通信的电子控制单元，与电子控制单元相关联的存储***以及储存在存储***中的计算机程序。
本发明的这个实施例具有上述方法的优势。
附图说明
通过举例的方式，本发明现在可被参考附图来描述，
图1和图2是包括内燃机的汽车***的示意性描绘；
图3显示了压力/曲柄角度图，描绘了在发动机循环过程中内燃机缸之中的缸内压力；
图4是公开方法的实施例一个方面的步骤的示意性描绘。
附图标记
100 汽车***
110 内燃机
120 发动机组
125 汽缸
130 汽缸盖
135 凸轮轴
140 活塞
145 曲轴
150 燃烧室
155 凸轮相位器
160 燃料喷射器
170 燃料轨道
180 燃料泵
190 燃料源
200 进气歧管
205 进气输送管
210 进气端口
215 阀
220 排气端口
225 排气歧管
230 涡轮增压器
240 压缩器
250 涡轮
260 中间冷却器
270 排气***
275 排气管
280 排气后处理装置
290 VGT启动器
300 EGR***
310 EGR冷却器
320 EGR阀
330 节流体
340 质量空气流量和温度传感器
350 歧管压力和温度传感器
360 燃烧压力传感器
380 冷却剂和机油温度和液位传感器
400 燃料轨道压力传感器
410 凸轮位置传感器
420 曲轴位置传感器
430 排气压力和温度传感器
440 EGR温度传感器
445 加速踏板位置传感器
450 电子控制单元
451 存储***
具体实施方式
本发明以下公开内容涉及四缸四冲程柴油发动机。
一些实施例可包括汽车***100，如图1和2所示，其包括内燃机（IEC）110，内燃机具有发动机组120，发动机组限定至少一个汽缸125，汽缸具有活塞140，活塞与曲轴145连接以使其旋转。汽缸盖130与活塞140配合以限定燃烧室150。燃料和空气的混合物（未示出）被布置在燃烧室150内并被点燃，导致高温膨胀排出的气体促使活塞140往复运动。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，而且空气通过至少一个进气端口210提供。燃料在高压下被从燃料轨道170提供到燃料喷射器160，燃料轨道与高压燃料泵180流体连通，高压燃料泵增加被接受自燃料源190的燃料的压力。每个缸125具有至少两个阀215，该阀由凸轮轴135促动，凸轮轴跟随曲轴145旋转。阀215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150，并且交替地允许废气经过端口220排出。在一些例子中，凸轮相位器155可选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
空气可被经由进气歧管200分配到进气端口210。进气输送管205可将空气从周围环境提供给进气歧管200。在其他实施例中，节流体330可被提供来调节进入歧管200的空气流量。还有其他实施例中，诸如涡轮增压器230的强制进气***可被提供，其具有旋转连接到涡轮250的压缩器240。压缩器240的旋转提高输送管205和歧管200之中空气的压力和温度。被布置在输送管205之中的中间冷却器可降低空气的温度。涡轮250通过接收来自排气歧管225的废气而旋转，排气歧管引导废气在经过涡轮250膨胀之前，从排气端口220并经过一系列的叶片。废气离开涡轮250并被引导进入排出***270。这个例子表示带有VGT促动器290的可变几何涡轮（VGT）,促动器被安排来移动叶片以改变通过涡轮的废气的流量。在其他实施例中，涡轮增压器230可为固定几何和／或包括废气闸。
排气***270可包括排气管275，排气管具有一个或更多的排气后处理装置280。该后处理装置可为被配置来改变废气组成的任何装置。一些后处理装置280的例子包括，但不限于催化转换器（2或3通道）、氧化催化、贫氮氧化物阱、烃吸附器、选择性催化还原（SCR）***以及柴油颗粒过滤器。其他实施例可包括废气再循环（EGR）***300，该***在排气歧管225和进气歧管200之间连接。EGR***300可包括EGR冷却器310以降低EGR***300内废气的温度。EGR阀320调节EGR***300内废气的流动。
汽车***100可还包括电子控制单元（ECU）450，其与一个或多个传感器和/或与ICE110关联的装置相通信。ECU450可接收来自各种传感器的输入信号，传感器被配置来产生与各种物理参数成比例的信号，这些物理参数与ICE110关联。传感器包括但不限于质量空气流量和温度传感器340，歧管压力和温度传感器350，燃烧压力传感器360，冷却剂和机油温度和液位传感器380，燃料轨道压力传感器400，凸轮位置传感器410，排气压力和温度传感器430，EGR温度传感器440和加速踏板位置传感器445。
内燃机通常装备有曲轴角度位置传感器420，其示意性地包括与曲轴同轴固定的轮子，以及与曲轴轮配合的固定电气部件，其中，曲轴轮和固定电气部件被设定使得曲轴轮的每个可能的角度位置促使电气部件产生相应的电气信号，该信号被传送到ECU450。
此外，ECU450可产生输出信号给各种控制装置，这些装置被安排来控制ICE110的运转，包括但不限于燃料喷射器160、节流体330、EGR阀320、VGT启动器290和凸轮相位器155。注意，虚线被用来表示ECU450和各种传感器以及装置之间的通信，但是为了表示清楚某些被省略。
现在转到ECU450，该设备可包括与存储***和接口总线相通信的数字中央处理器（CPU）。该CPU被配置来执行作为程序存储在存储***内的指令，并给/从接口总线发送和接收信号。存储***可包括各种储存类型，这些类型包括光学存储、磁性存储、固态存储和其它永久性存储器。接口总线可被配置来给/从各种传感器和控制装置发送、接收以及调制模拟和/或数字信号。程序可包括此处公开的方法，允许CPU执行该方法的步骤并控制ICE110。
根据本发明的一个实施例，参考图4，用于操作内燃机110的方法现在被更详细地进行描述。
已知缸125之内的压力遵循在发动机循环中被限定的趋势。
特别地，在进气行程中，缸125内的压力值在大约一个低值保持实质上不变；阀215关闭后，在压缩行程之中，压力值快速上升；由于燃烧室内的燃料燃烧，当活塞140在离缸顶部最近处（上死点或TDC）时，压力值达到极值；阀215打开后，在膨胀行程中，压力值快速降低，在整个排气行程中，在大约一个低值保持实质上不变。
如图3所示，曲轴每旋转两圈，该缸内压力曲线，即曲轴角度位置上的压力值曲线，循环重现，维持实质上相同的趋势，但是也变化以响应例如发动机转速，发动机载荷，喷射开始，EGR比率等发动机工作参数的变化。
缸内压力曲线通常通过测量燃烧室内多个压力值p和对于每个所述测量压力值的曲轴角度位置αcrank的相应值得到，块1。
压力值通常通过专用的燃烧压力传感器360测得，该传感器位于每个缸125之内，而且自身典型地被集成在电热塞里并通过模拟/数字转换器连接到ECU450。
曲轴角度位置值通常通过曲轴角度位置传感器420测量。
在压缩阶段和膨胀阶段中，可以假设在燃烧中，既没有正向也没有负向的热交换，因为通过燃烧室壁的热交换被认为是可忽略的。因此，给定燃烧室的绝热状态，在这个阶段多方模型是可应用的。
根据该多方模型：
pVk=C （1）
其中，p为燃烧室150内的压力值，V为燃烧室150的内体积值，k为多方指数，C为一多方常数。
根据本发明一个实施例的一个方面，该方法提供来选择多个压力值和相应的曲轴角度位置值，其在压缩阶段中或在膨胀阶段中即当多方模型可应用时已经被测量。块2，为了应用方程（1），对于每个压力值的燃烧室150的内体积值V需要计算。这可以通过利用测量的曲轴角度位置值得到。实际上，燃烧室150的内体积与活塞140的位置相关联，活塞本身与曲轴145的角度位置值αcrank相关联。所以，一旦角度位置值αcrank已知，相应的内体积V可以被容易地推导出。
在该位置，方程（1）可以被用来为每个选择的测量压力值p和相关的内体积值V计算常数值C，块4。如果被选点之中的压力测量结果未被噪声影响，计算的多方常数C对于所有选择的点都保持几乎相同。
如果压力测量结果被噪声影响，为两个点计算的多方常数值可不相同。
根据本发明一个实施例的一个方面，该方法为一种识别噪声影响压力测量结果的方式而提供，通过计算多方常数计算值C的均方根差（RMSD），块5，并将其与RMSD阈值对比，块6。在校准阶段中，RMSD阈值可被设置。如果计算的RMSD低于或等于预定的RMSD阈值，块7，可以推断被选择的压力测量结果未被噪声影响。另一方面，如果计算的RMSD高于预定的RMSD阈值，块8，可以推断被选择的压力测量结果被噪声影响。通过检测噪声的存在，可能改善燃烧控制上的噪声干扰，例如单个尖峰可以被忽略或者平滑地被补偿，以对燃烧控制没有影响。同样，既然被噪声影响的信号可以被识别，而且适当的恢复措施可以被执行，那么燃烧压力传感器的诊断就可以被改善。最后，噪声信号可以被从燃烧压力传感器360的其他故障中区分出来，并且维护可以被提交给合适的维护程序（即连接器和配线检查）。
虽然本发明关于某些优选实施例和具体的应用已经被描述，应当充分理解上文提出的描述是通过举例的方式并且是没有限制的。本领域技术人员应理解对具体实施例的各种修改均落入所附权利要求的范围。因此，这意味着本发明不限于公开的实施例，而是具有以下权利要求语言保护的整个范围。
Claims (10)
1.一种用于操作内燃机（110）的方法，包括步骤：
a）测量在发动机循环过程中内燃机（110）的燃烧室（150）内多个压力值和对于每个所述测量压力值相应的曲轴角度位置；
b）选择一组所述压力值和相应的角度位置值；
c）利用所述选择的角度位置值来为每个所述选择的压力值计算燃烧室（150）的内体积值；
d）根据C=pVk的关系，为每个所述选择压力值和相关体积值计算多方常数的值，其中，C为多方常数，p为压力值，V为内体积值，k为多方指数；
e）计算所述计算多方常数值的均方根差；
f）如果该均方根差的计算值超过它的阈值，则识别噪声已经影响压力测量结果。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述选择的压力值在内燃机（110）发动机循环的压缩阶段过程中被测量。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述选择的压力值在内燃机（110）发动机循环的膨胀阶段过程中被测量。
4.如权利要求1至3之中任一项所述的方法，其中，识别噪声已经影响压力测量结果被用在操作内燃机（110）的控制策略中。
5.一种内燃机（110），其包括燃烧室（150），燃烧室由活塞（140）限定，活塞在汽缸（125）内往复运动并被连接以使曲轴（145）旋转、燃烧室内的燃烧传感器（360）以及曲柄位置传感器（420），发动机（110）还包括电子控制单元（450），该电子控制单元与燃烧压力传感器（360）和曲柄位置传感器（420）通信并被配置为执行前述权利要求中的任一项所述的方法。
6.一种计算机程序，包括适合于执行权利要求1至4中任一项所述方法的计算机代码。
7.一种计算机程序产品，其上储存有如权利要求6所述的计算机程序。
8.一种用于内燃机（110）的控制设备，其包括与燃烧压力传感器（360）和曲柄位置传感器（420）通信的电子控制单元（450），与电子控制单元相关联的存储***（451）以及储存在存储***（451）中的如权利要求6所述的计算机程序。
9.一种电磁信号，其被调制作为用于代表如权利要求6所述计算机程序数据比特序列的载波。
10.一种汽车***（100），其包括内燃机（110），内燃机包括燃烧室（150），燃烧室被活塞（140）限定，活塞在汽缸（125）内往复运动并被连接以使曲轴（145）旋转、燃烧室（150）内的燃烧传感器（360）以及曲柄位置传感器（420），汽车***（100）还包括电子控制单元（450），电子控制单元与燃烧压力传感器（360）和曲柄位置传感器（420）通信并被配置为：
a）在发动机循环过程中，利用燃烧压力传感器（360）测量内燃机（110）的燃烧室（150）内多个压力值，利用曲轴位置传感器（420）测量对应于每个所述测量压力值的曲轴角度位置值。
b）选择一组所述压力值和相应的角度位置值；
c）利用所述测量的角度位置值来为每个所述选择的压力值计算燃烧室（150）的内体积值；
d）根据C=pVk的关系，用每个选择压力值和相应的计算体积值来计算多方常数的值，其中，C为多方常数，p为压力值，V为内体积值，k为多方指数；
e）计算该计算的多方常数值的均方根差；
f）如果均方根差的计算值超过它的阈值，则识别噪声已经影响压力测量结果。
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Application publication date: 20121128 |