CN103590911B - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机(1)、特别是燃气发动机的方法，该内燃机包括至少两个气缸(2)，其中，从每个气缸(2)采集对于气缸独特的第一气缸信号(pmax、E)，根据第一气缸信号(pmax、E)调整相应气缸(2)的至少一个燃烧参数(Q、Z)，其特征在于，为每个气缸(2)调整用于第一气缸信号(pmax、E)的对于气缸独特的气缸额定值(pmax’、E’)，从而所有气缸的要达到的对于气缸独特的NOx排放量或者气缸效率处于能预定的范围之内或者基本上是相同的，其中，根据第一气缸信号(pmax、E)和对于气缸特定的气缸额定值(pmax’、E’)的偏差调整气缸(2)的所述至少一个燃烧参数(Q、Z)，其中，使第一气缸信号(pmax、E)追踪对于气缸特定的气缸额定值(pmax’、E’)。

Description

用于运行内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行内燃机、特别是燃气发动机的方法，该内燃机包括至少两个气缸，其中，从每个气缸采集对于气缸独特的第一气缸信号，其中，根据第一气缸信号调整相应气缸的至少一个燃烧参数。
背景技术
内燃机的气缸通常具有燃烧技术上的区别，也就是说，在全局地调节燃烧参数、如例如燃料量或点火时刻时，各气缸对于内燃机的整个作出的功的独特贡献是不同的。全局地或者发动机全局地调节燃烧参数在本发明的范围内是指，内燃机的所有气缸以对于相应的调整参量的同一个值来运行，亦即例如，在关于燃料量全局调节时每个气缸被以进气门的同一个打开持续时间进气，或者在关于点火时刻全局调节时分别在相应活塞在气缸中的同一个活塞位置(通常以在OT(活塞在气缸中的上止点)之前的曲轴角的度数表达)时激活气缸的点火装置。
气缸的功在往复式活塞发动机中通过与气缸的活塞连杆连接的曲轴被传递到内燃机的工作轴上，其中，电气的发电机常常与工作轴连接，以便将工作轴的机械能转化成电能。在气缸均衡(Zylinder-gleichstellung)的不同可能性的情况下关注，均衡在各个气缸中的峰值压力，以便达到构件的尽可能相等的机械峰值负荷。备选的均衡变型方案重视例如优化发动机效率或者使有害物质排放最小化。
关于气缸均衡调节，在US7,957,889B2中描述，这样匹配对于内燃机的每个气缸的燃料引入，使得每个气缸的最大气缸内部压力或者说气缸峰值压力被调整到带有公差带的共同的目标值上。在此，该目标值由所有的气缸峰值压力的算术平均值产生。
至今已知的***使用对于气缸独特的信号的、例如气缸峰值压力的算术平均值作为用于气缸均衡调节的目标值。然而这些***不考虑对于气缸独特的如下区别，这些区别例如由气缸参数如充气、积炭和磨损、燃烧重心位置或者机械公差产生。由此产生特别是在排放和燃烧特性中的分散宽度，这可能导致效率损失。在此，带有较低氮氧化物或者说NOx排放量的气缸可能在效率上损失得比带有较高NOx排放量的气缸可能获得的更多。因为全局地(即在整个内燃机上观察)常常必须遵循一定的NOx极限值，所以通过在各个气缸的NOx排放量中这样的分开由于气缸参数的对于气缸独特的区别整体产生内燃机的效率损失。
发明内容
因此，本发明的任务在于，避免上述的缺点并且给出一种相对于现有技术改进的、用于运行内燃机的方法。特别是应该考虑气缸参数的对于气缸独特的如下区别，这些区别能导致气缸的不同排放量或者效率。
按照本发明，该任务通过如下所述的特征来解决。
因此，按照本发明规定，在按照本发明的用于运行包括至少两个气缸的内燃机的方法中，从每个气缸采集对于气缸独特的第一气缸信号，根据第一气缸信号调整相应气缸的至少一个燃烧参数，为每个气缸调整用于第一气缸信号的对于气缸独特的气缸额定值，从而所有气缸的要达到的对于气缸独特的NOx排放量或者气缸效率处于能预定的范围之内或者基本上是相同的，其中，根据第一气缸信号和对于气缸特定的气缸额定值的偏差调整气缸的所述至少一个燃烧参数，其中，使第一气缸信号追踪对于气缸特定的气缸额定值。
通过所建议的方法按如下的方式考虑对于气缸独特的区别(例如关于气缸参数：充气、积炭和磨损、燃烧重心位置或者机械误差)，即，对于气缸独特地调整气缸的燃烧参数，从而使对于气缸独特的第一气缸信号追踪相应对于气缸独特的气缸额定值。因此在此，各气缸的第一气缸信号不是有针对性地追踪到一个共同的额定值上，而是为每个气缸调整一个匹配的气缸额定值，通过该气缸额定值能够考虑气缸参数的对于气缸独特的区别。由此例如可以达到，内燃机的气缸具有相似的排放量和/或相似的效率，亦即尽管有气缸参数的对于气缸独特的区别。
优选地可以规定，从每个气缸采集以下对于气缸独特的第一气缸信号中的至少一个：气缸内部压力、气缸废气温度、氮氧化物排放量、燃烧用空气比例。一种特别的实施变型方案规定，采集燃烧循环的最大气缸内部压力作为对于气缸独特的第一气缸信号。
为了得到更好的信号质量和因此更高的调节品质，优选可以规定，作为气缸的对于气缸独特的第一气缸信号，在10至1000个燃烧循环、优选40至100个燃烧循环上按时间滤波所采集的对于气缸独特的第一气缸信号。
普遍地可以规定，如果第一气缸信号与气缸额定值的偏差超过能预定的公差值，则调整气缸的燃烧参数。由此可以达到更平静的调节动力学。
优选地可以规定，所述对于气缸独特的气缸额定值包括所有气缸的第一气缸信号的统计参量、优选算术平均值、特别优选中值，和对于气缸独特的偏移量。在此，统计参量可以是所有气缸的第一气缸信号的统计评价结果。按照一种特别的优选的实施形式，对于气缸独特的气缸额定值包括所有气缸的第一气缸信号的中值和对于气缸独特的偏移量。
优选地可以规定，所述对于气缸独特的偏移量通过差值特性曲线族求得，其中，在差值特性曲线族中考虑内燃机的输出功率的至少一个功率当量和/或内燃机的增压空气压力，优选附加地考虑内燃机的增压空气温度和/或发动机转速。
在此，可以在试验台上或者在内燃机起动时建立关于所希望的优化目标的差值特性曲线族。优化目标的示例是在考虑内燃机或者说发动机的机械负荷极限或者运行极限的情况下气缸的尽可能相似的NOx排放量或者尽可能最大的气缸效率。对于气缸独特的偏移量的求得也可以通过相应的计算方法进行，例如通过以多项式形式计算评价特性曲线族或者通过在内燃机的运行点的已知测量值之间相应地进行内插值。
按照一种特别优选的实施形式可以规定，根据以下对于气缸独特的气缸参数中的至少一个求得所述对于气缸独特的偏移量：在压缩阶段期间在点火之前的气缸压力、空气质量当量、燃烧重心位置、压缩比、点火延迟。
普遍地可以根据至少一个对于气缸独特的气缸参数和根据优化目标在试验台上求得对于气缸独特的偏移量并且将其储存在特性曲线族中。
在此，所列举的气缸参数的求得是本身已知的。在压缩阶段期间在点火之前的气缸压力、空气质量当量和燃烧重心位置可以例如借助于气缸压力传感器由在相应气缸的燃烧循环上的气缸内部压力变化曲线求得。压缩比和点火延迟可以在确定的条件下由气缸压力变化曲线求得。
为了确定适合的对于气缸独特的偏移量现在可以分别考虑至少一个对于气缸独特的气缸参数与所有气缸的该气缸参数的平均值(例如算术平均值或中值)的偏差。
在此，对于气缸独特的偏移量可以表达为加数的总和，其中，各所述加数等于对于气缸独特的气缸参数的相应的(配设有正或负的系数的)偏差。
气缸在压缩阶段期间在点火之前的气缸压力的偏差可以关于所有气缸的相应的气缸压力的算术平均值或中值来表达，例如以百分比。在此，在压缩阶段期间在点火之前的、相对于平均值提高的气缸压力可以产生用于对于气缸独特的偏移量的正加数。
气缸的空气质量当量的偏差可以关于所有气缸的空气质量当量的算术平均值或中值来表达，例如以百分比。在此，相对于平均值提高的空气质量当量可以产生用于对于气缸独特的偏移量的正加数。
气缸的燃烧重心位置的偏差可以表达为对于气缸独特的燃烧重心位置与所有气缸的燃烧重心位置的算术平均值或者中值的差、例如以曲轴角的度数。在此，气缸的燃烧重心位置的负偏差(亦即与所有气缸的燃烧重心位置的平均值相比更早的燃烧重心位置)可以产生用于对于气缸独特的偏移量的正加数。
气缸的压缩比的偏差可以关于所有气缸的压缩比的算术平均值或中值来表达、例如以百分比。在此，相对于平均值提高的压缩比可以产生用于对于气缸独特的偏移量的正加数。
气缸的点火延迟的偏差可以表达为对于气缸独特的点火延迟与所有气缸的点火延迟的算术平均值或中值的差、例如以曲轴角的度数。在此，气缸的点火延迟的正偏差(亦即与所有气缸的点火延迟的平均值相比更长的点火延迟)可以产生用于对于气缸独特的偏移量的负加数。
换言之，对于气缸独特的偏移量Δm可以由各气缸参数的相应偏差按照以下公式求得：
△m＝a·△pverd+b·△air+c·△MFB+d·△ε+e·△delay
在此，Δpverd表示在压缩阶段期间在点火之前的气缸压力的偏差，Δair表示空气质量当量的偏差，ΔMFB表示燃烧重心位置中的偏差，Δε表示压缩比中的偏差(例如由于构件公差)以及Δdelay表示点火延迟中的偏差(例如由于火花塞和/或预燃室的磨损)。借助于配设给各气缸参数偏差的系数a、b、c、d、e可以进行用于求得相应的对于气缸独特的偏移量Δm的加数的加权。通过将这些系数中的一个或多个置零，可以忽略用于求得对于气缸独特的偏移量Δm的相应偏差。此外，通过选择正或负的系数可以确定，正偏差是导致用于对于气缸独特的偏移量Δm的正加数、还是导致用于对于气缸独特的偏移量Δm的负加数。
系数a、b、c、d、e的精调可以例如在试验台上或者在起动内燃机时进行。在此可以规定，分别将所述系数固定地调整到确定的值上。系数也可以通过解析方程、通过模拟或者基于测量结果来求得。也可能的是，在内燃机运行期间在线采集气缸参数和相应的偏差并且同样在运行期间根据优化目标改变系数。因此例如可以规定，通过如下方式对异常的燃烧状态作出反应，即：如果出现火花断跳，则气缸得到更高的偏移量Δm；或者如果出现爆震和/或炽热点火，则气缸得到更低的偏移量Δm。
按照一种特别优选的实施形式可以规定，作为燃烧参数，调整用于相应气缸的燃料量。在此，在预燃室点火的内燃机中可以是用于气缸的相应主燃烧室的燃料量。如果对于气缸独特的第一气缸信号小于对于气缸独特的气缸额定值，则可以提高用于该气缸的燃料量；而如果对于气缸独特的第一气缸信号大于对于气缸独特的气缸额定值，则可以降低用于该气缸的燃料量。在此，优选地可以为每个气缸设有一个燃料定量阀，其中，为了调整用于气缸的燃料量，调整相应燃料定量阀的打开持续时间。这样的燃料定量阀可以优选地是进口喷射阀，该进口喷射阀设置在气缸的进气歧管的区域中。在此，也可以使用下述的进口喷射阀，这些进口喷射阀例如仅能实现完全打开的或者完全关闭的位置。在此，打开持续时间可以定义为如下的时间段，阀在该时间段中处于其完全打开的位置。但普遍地也可以使用行程受控制的阀，在这些阀中为了调整用于气缸的燃料量而调整阀的打开持续时间和/或打开行程。
在此，关于燃烧参数：燃料量的调节可以(根据所使用的对于气缸独特的第一气缸信号)按照如下表1来进行，从而使相应的对于气缸独特的第一气缸信号追踪到相应的对于气缸独特的气缸额定值上。在此，表1的列1列出相应的对于气缸独特的第一气缸信号和用于采集相应的第一气缸信号的适合的可能性。如果相应的第一气缸信号小于相应的对于气缸独特的气缸额定值，则按照表1的列2提高用于气缸的燃料量。如果相应的第一气缸信号大于相应的对于气缸独特的气缸额定值，则按照表1的列3降低用于气缸的燃料量。在此，例如通过提高配设给气缸的燃料定量阀的打开持续时间，可为该气缸提高燃料量。相应地通过减少配设给气缸的燃料定量阀的打开持续时间，可降低用于该气缸的燃料量。
表1：关于燃料量的调节干预
在另一种优选的实施形式中可以规定，作为燃烧参数，调整用于相应气缸的点火时刻。在此，优选地可以为每个气缸设有一个点火装置，其中，以在OT(活塞在气缸中的上止点)之前的曲轴角的度数调整述点火装置的点火时刻。
点火时刻通常以在OT(活塞在气缸中的上止点)之前的曲轴角的度数来表达并因此说明，相应的点火装置何时被触发用于点燃在气缸或者燃烧室中的燃料或燃料空气混合物。在此，点火装置可以是火花塞(例如电极火花塞或者激光火花塞)或者是用于进行例如柴油燃料的预喷入的预喷射器。也可以使用预燃室作为点火装置。通常用于内燃机的每个气缸的点火时刻利用同一个、全局预定的值(全局的预定值)——以在OT之前的曲轴角的度数表达——来确定。该值例如为在OT之前20至30度的曲轴角，其中，该值可以根据内燃机的转速和/或根据所使用的点火装置来确定。该全局的预定值可以由点火时刻特性曲线族导出，在该点火时刻特性曲线族中根据内燃机的功率和/或增压空气压力和/或增压空气温度和/或发动机转速储存有对于点火时刻适合的值。
在本发明的一种优选的实施形式中可以规定：如果相应的对于气缸独特的第一气缸信号小于相应的对于气缸独特的气缸额定值，则(相对于全局的预定值)将用于该气缸的点火时刻调整成更早的；而如果相应的对于气缸独特的第一气缸信号大于相应的对于气缸独特的气缸额定值，则(相对于全局的预定值)将用于该气缸的点火时刻调整成更晚的。
在此，关于燃烧参数：点火时刻的调节可以(根据所使用的对于气缸独特的第一气缸信号)按照如下表2来进行，从而使相应的对于气缸独特的第一气缸信号追踪到相应的对于气缸独特的气缸额定值上。在此，表2的列1列出相应的对于气缸独特的第一气缸信号和用于采集相应的第一气缸信号的适合的可能性。如果气缸的相应的第一气缸信号小于相应的对于气缸独特的气缸额定值，则按照表2的列2为该气缸调整更早的点火时刻。如果气缸的相应的第一气缸信号大于对于气缸独特的气缸额定值，则按照表2的列3为该气缸调整更晚的点火时刻。
表2：关于点火时刻的调节干预
按照一种优选的实施形式可以规定，为了调整所述至少一个燃烧参数求得参数值，其中，优选所述参数值包含能预定的发动机全局的目标值和对于气缸独特的差值。
对于气缸独特的差值可以关于燃烧参数：点火时刻的调整例如位于在OT之前的曲轴角的+/-4度范围内、优选位于在OT之前的曲轴角的+/-2度范围内。
能预定的目标值可以是全局的值，该全局的值对于内燃机的所有气缸有效。
关于调整作为燃烧参数的点火时刻的、能预定的目标值可以是用于在稳定的燃气发动机的气缸中的点火时刻的、全局的预定值。在此，能预定的目标值可以由点火时刻特性曲线族导出。在点火时刻特性曲线族中可以根据内燃机的功率和/或增压空气压力和/或增压空气温度和/或发动机转速储存有对于点火时刻适合的值。在此，在点火时刻特性曲线族中储存的值可以在试验台上求得。
关于调整作为燃烧参数的燃料量的、能预定的目标值可以是用于稳定的燃气发动机的气缸的燃料定量阀或者进气门的打开持续时间的、发动机全局的基值。
基本上可以在空气受引导的和燃料受引导的燃烧方法之间区别在内燃机中使用的燃烧方法。在空气受引导的燃烧方法中根据内燃机的运行点和用于燃料-空气比例的能预定的目标值求得例如要定量的燃料量，以便得到确定的排放量或者确定的增压空气压力。在此使用的发动机调节装置通常包括排放调节器。在燃料受引导的或者燃气受引导的燃烧方法中根据内燃机的运行点和用于内燃机的功率和/或转速的能预定的目标值求得要定量的燃料量。燃料受引导的燃烧方法特别是在内燃机的变速运行时、在内燃机独立运行(Inselbetrieb)时、在发动机启动时或者在内燃机的空转时应用。在此使用的发动机调节装置通常包括功率调节器和/或转速调节器。
例如在空气受引导的燃烧方法中使用排放调节器，对于该空气受引导的燃烧方法优选地可以规定，所述能预定的目标值由能预定的燃料-空气比例求得，其中，优选所述能预定的燃料-空气比例由内燃机的输出功率的功率当量、优选与内燃机连接的发电机的电功率、和/或由内燃机的增压空气压力和/或由发动机转速求得。
在本发明的范围内，功率当量被理解为内燃机的实际机械功率或者相当于机械功率的替代参量。在此，例如可以涉及与内燃机连接的发电机的电功率，该电功率由发电机的功率输出来测量。在此，也可以是内燃机的计算出的机械功率，该机械功率由发动机转速和转矩或者由发电机的电功率和发电机的效率计算。在此，如果消耗器的功率消耗准确地通过转速已知，则也可以仅涉及发动机转速。此外，功率当量也可以是指示的平均压力，该指示的平均压力以已知的方式可以由气缸内部压力变化曲线求得，或者是有效的平均压力，该有效的平均压力以已知的方式可以由输出的转矩或者由电功率或机械功率算出。在此可由在有效的平均压力、气缸的工作容积和在做功冲程中所做的功之间的已知的关系在接下去的顺序中求得内燃机的功率当量。
能预定的燃料-空气比例可以以本身已知的方式由内燃机的功率和增压空气压力求得。这样可以例如按照EP 0 259 382 B1求得用于构成为燃气发动机的内燃机的、能预定的燃料-空气比例。
在此用于进气持续时间的能预定的目标值可以由进气门的通流特性和存在于进气门上的边界条件(如例如燃烧气体的压力和温度、进气管压力或者增压空气压力)求得。由在燃气发动机的进气管中的条件、特别是由增压空气压力和增压空气温度可以求得燃气发动机的空气质量当量(相当于空气质量的值)。利用能预定的燃料-空气比例由此可以确定用于燃烧气体质量的额定值。利用进气门的通流特性和在进气门上的边界条件然后可以求得用于进气门的所需的全局的打开持续时间或者进气持续时间，以便将先前求得的燃烧气体质量引入到燃气发动机中。在本示例中，该全局的进气持续时间与能预定的目标值相当。
在气体受引导的燃烧方法中例如使用功率调节器和/或转速调节器，对于该气体受引导的燃烧方法优选地可以规定，根据内燃机的输出功率的功率当量和能预定的目标功率当量的偏差和/或根据内燃机的发动机转速和内燃机的能预定的目标转速的偏差求得所述能预定的目标值。
在此可以设有功率调节器，该功率调节器根据内燃机的输出功率(实际功率)的当前功率当量(例如与内燃机连接的发电机的所测量的电功率)和内燃机的能预定的目标功率当量(额定功率)的偏差求得用于燃料质量流的、发动机全局的预定值。备选地或者附加地可以设有转速调节器，该转速调节器根据内燃机的当前的发动机转速(实际转速)和内燃机的能预定的目标转速(额定转速)的偏差求得用于燃料质量流的、发动机全局的预定值。由用于燃料质量流的、所求得的目标值可以在接下去的顺序中求得能预定的目标值(例如用于燃料定量阀的、发动机全局的打开持续时间或者用于点火装置的点火时刻的、发动机全局的预定值)。
一种特别的实施变型方案规定，所述对于气缸独特的差值包括对于气缸独特的预控制值，其中，优选对于气缸独特的预控制值由增压空气压力并且优选附加地由内燃机的增压空气温度求得。在此，对于气缸独特的预控制值可以源于在内燃机的起动期间的测量并且对于用于采集对于气缸独特的信号的传感器失灵或者被干扰的情况也可以例如被用作返回值(Rückfallwert)。
对于气缸独特的预控制值可以考虑例如在进气管中和/或在燃气发动机的气体管路中的气体动力学以及相应的构件公差，其中，气体动力学可以通过模拟或者测量来求得。此外，构件公差的气体动力学以及效果受增压空气压力、发动机转速和增压空气温度影响。因此有利的是，适合的对于气缸独特的预控制值由如下的特性曲线族导出，该特性曲线族包括用于不同的增压空气压力和增压空气温度的相应值。因此在燃气发动机起动时可以采集相应的测量数据或者通过试验或者模拟可以求得相应的特性曲线族。也可能的是，通过在燃气发动机运行期间的在线测量产生适应的特性曲线族。
已经证实为特别有利的是，对于气缸独特的差值被加载以平衡值，其中，平衡值等于对于气缸独特的差值的算术平均值。这点是有利的，特别是为了在至今没有气缸均衡或者仅以全局调节器运行的内燃机中安装或者加装所建议的解决方案。通过对于气缸独特的差值的这种修正特别是可以达到，全局定量的燃料量不受所建议的解决方案影响并且不必匹配内燃机的必要时存在的全局的排放调节。因为用于相应点火时刻的值也可以注入到全局的发动机调节装置中，所以可以通过对于气缸独特的差值的修正也关于调整点火时刻避免对全局的发动机调节装置的不希望的作用。
在本发明的一种优选的实施形式中可以规定，为每个气缸监测燃烧状态并且关于能预定的额定状态将该燃烧状态评估为正常或者异常，其中，如果气缸的燃烧状态被评价为正常，则仅调整该气缸的燃烧参数。在此作为燃烧状态监测在燃烧中的爆震和/或炽热点火和/或断火，其中，如果没有识别出在燃烧中的爆震和/或炽热点火和/或断火，则气缸的燃烧状态被评估为正常。也可以规定，对于通过燃烧而具有异常的燃烧状态或者超过热力极限的气缸这样调整对于气缸独特的气缸额定值，使得异常的燃烧状态被抵抗或者有关的气缸被引导到更远离于热力极限的运行点中。因此例如可以规定，在带有异常燃烧(例如爆震、炽热点火、超过峰值压力极限)的气缸中不延长或者在需要时缩短进气持续时间或者配设给该气缸的燃料定量阀的打开持续时间。同样例如可以规定，在带有断火的燃烧的气缸中不缩短或者甚至延长进气持续时间。
普遍地也可以规定，与关于对于气缸独特的第一气缸信号的、通过调整第一燃烧参数的调节并行地附加地进行关于另一个对于气缸独特的气缸信号的、通过调整另一个燃烧参数的调节。因此例如可以规定，关于作为对于气缸独特的第一气缸信号的最大气缸内部压力并且关于作为燃烧参数的燃料量进行所建议的方法，其中，根据对于气缸独特的燃烧重心位置同时进行燃烧参数：点火时刻的对于气缸独特的调节。在此可以规定，相应的点火时刻根据对于气缸独特的燃烧重心位置和能预定的重心位置值的偏差调整。能预定的重心位置值在此可以是全局的(亦即对于内燃机的所有气缸有效的)重心位置值。
附图说明
借助以下的对附图的说明阐述本发明的其他细节和优点。图中：
图1示出内燃机的气缸效率与气缸的NOx排放量的相关性的示例图，
图2示出对于气缸独特的第一气缸信号对对于气缸独特的气缸额定值的追踪的示例图，
图3示出一个内燃机，该内燃机带有多个气缸和一个用于按照所建议方法的一种实施变型方案运行内燃机的调节装置，
图4示出一个内燃机的三个气缸的示意图和一个用于按照所建议方法的一种实施变型方案运行内燃机的调节装置，
图5示出按照图4的、带有一个以燃料受引导的燃烧方法的内燃机示意图，
图6示出一个所建议的调节装置的示意性细节图，
图7示出所建议方法的另一种实施变型方案的按照图4的示意图，以及
图8示出所建议方法的另一种实施变型方案的调节装置的示意性细节图。
具体实施方式
图1示例性地示出一个内燃机1(参见图3)的两个气缸2与内燃机的相应排放量NOx排放量Ecyl相关的气缸效率ηcyl以及示出所希望的并且利用所建议方法要达到的、对于所有气缸2的NOx排放量Ecyl’和气缸效率ηcyl’的目标值。
在此，要达到的气缸效率ηcyl的变化曲线具有与相应气缸2的相应NOx排放量Ecyl的非线性相关性。气缸的所示的不同NOx排放量Ecyl和与此联系的、相应不同的气缸效率ηcyl能够特别是通过气缸参数的对于气缸独特的区别(如例如不同的充气、积炭和磨损、燃烧重心位置或者气缸2的机械公差)引起。
通过所建议的方法以如下方式能够考虑这些对于气缸独特地不同的气缸参数，即，为每个气缸2调整一个用于第一气缸信号pmax的对于气缸独特的气缸额定值pmax’并且根据第一气缸信号pmax和气缸额定值pmax’的偏差调整气缸2的燃烧参数Q(例如输送给一个气缸的燃料量)，其中，使第一气缸信号pmax追踪气缸额定值pmax’(参见图2)。在此特别是能够这样调整气缸2的对于气缸独特的气缸额定值pmax’，从而所有气缸2的要达到的对于气缸独特的NOx排放量Ecyl’或者气缸效率ηcyl’处于能预定的范围之内或者基本上是相同的。因此通过考虑气缸参数的对于气缸独特的区别整体上能比未进行这样的考虑时达到在所有气缸2上提高的总效率。
图2示例性地示出一个内燃机1(参见图3)的三个气缸2的相应对于气缸独特的第一气缸信号pmax在时间t上的变化曲线。在此，对于气缸独特的第一气缸信号pmax是相应气缸2的相应最大的气缸内部压力pmax，该气缸内部压力在相应气缸2的相应一个燃烧循环上被采集。通过在气缸参数、如充气或者燃烧特性中的对于气缸独特的区别产生第一气缸信号pmax的基本上不同的变化曲线。所建议的方法现在规定，对于每个气缸2预定或者调整一个对于气缸独特的气缸额定值pmax’，其中，使相应第一气缸信号pmax追踪相应的气缸额定值pmax’。由此可以例如达到，尽管有不同的气缸特性或者气缸参数，各气缸2的相应的NOx排放量Ecyl或者气缸2的与此有关的气缸效率ηcyl基本上具有相同的或相似的值，并且能够在所有气缸2上比没有考虑各个气缸2的不同气缸参数时整体上达到提高的总效率。如在图中所示，各个第一气缸信号pmax对相应对于气缸独特的气缸额定值pmax’的追踪从按照所建议方法的调节开始的时刻t1起进行。
相应的气缸额定值pmax’在所示的示例中由所有气缸2的最大气缸内部压力Pmax的算术平均值pmean和对于气缸独特的偏移量Δm组成。在此，在相应的偏移量Δm中考虑在气缸参数(例如空气质量当量、燃烧重心位置、压缩比、点火延迟)中的对于气缸独特的区别。
图3示出一个带有三个气缸2的内燃机1。在每个气缸2上设置一个气缸压力传感器4，以便采集对于气缸独特的第一气缸信号。对于气缸独特的第一气缸信号可以是气缸内部压力的在时间上的变化曲线或者在一个燃烧循环上的最大气缸内部压力pmax。对于气缸独特的第一气缸信号也可以是最大气缸内部压力pmax在多个燃烧循环上的随时间滤波的信号，例如在10至1000个燃烧循环、优选40至100个燃烧循环上。一个气缸2的所采集的对于气缸独特的第一气缸信号pmax通过一个信号导线14输送给一个调节装置7，其中，最大气缸内部压力pmax在一个燃烧循环上的求得或者最大气缸内部压力pmax在多个燃烧循环上的随时间的滤波也可以通过调节装置7进行。
如以下所述，通过调节装置7按照所建议方法为各气缸2求得各一个对于气缸独特地要定量的燃料量Q作为燃烧参数并且借助于控制导线15将该燃料量通知给相应的燃料定量阀3。通过燃料定量阀3将相应的对于气缸独特的燃料量Q定量到气缸2中并因此使对于气缸独特的第一气缸信号pmax按照所建议方法追踪通过调节装置7形成的对于气缸独特的气缸额定值pmax’。
图4示出一个带有空气受引导的燃烧方法的内燃机1的三个气缸2的示意性方框图。每个气缸2配设有一个燃料定量阀3，其中，通过相应的燃料定量阀3能够调整输送给相应气缸2的燃料量Q。在此，一个调节装置7通过如下方式操控各燃料定量阀3，即，调节装置7以对于气缸独特的参数值tcyl形式输出燃料定量阀3的相应的对于气缸独特的打开持续时间。
燃料定量阀3在该示例中构造成进口喷射阀，这些进口喷射阀仅识别完全打开的状态和完全关闭的状态。在燃料定量阀3的完全打开的状态中，将以燃气形式的燃料喷入到与燃料定量阀3相配的气缸2的进气歧管中。通过燃料定量阀3的打开持续时间因此能够为相应的气缸2确定燃料量Q。
从每个气缸2采集对于气缸独特的第一气缸信号pmax并且将其输送给调节装置7。在此，对于气缸独特的第一气缸信号pmax相当于相应气缸2在一个燃烧循环期间的最大气缸内部压力。在所示的示例中，对于气缸独特的第一气缸信号pmax输送给调节装置7的一个差值计算装置8。差值计算装置8为每个气缸2或者为每个燃料定量阀3求得一个差值Δtcyl，该差值分别加到一个能预定的目标值tg上，由此对于每个燃料定量阀3作为参数值tcyl产生一个对于气缸独特的打开持续时间。
能预定的发动机全局的目标值tg在所示的示例中由一个能预定的燃料-空气比例λ求得，其中，能预定的燃料-空气比例λ通过一个排放调节器5a由内燃机1的输出功率的功率当量P(例如与内燃机1连接的发电机的测量的电功率)和/或由内燃机1的增压空气压力pA和/或由发动机转速n求得。除了燃料-空气比例λ之外，内燃机1的增压空气的压力pA和温度TA、燃料输送的压力pG和温度TG以及发动机转速n可以附加地注入到目标值计算装置6中。此外，燃料定量阀3的流量特性值(例如按照多变流动方程的有效流动直径或者Kv值)以及燃料或者燃料气体的特征参量(例如气体密度、多变指数或者热值)还可以注入到目标值计算装置6中。目标值计算装置6由此求得能预定的目标值tg，该目标值相当于对于所有燃料定量阀3打开持续时间的发动机全局的打开持续时间基值。
通过差值计算装置8为每个单个的燃料定量阀3求得一个对于气缸独特的打开持续时间偏移量或者说差值Δtcyl。这些对于气缸独特的差值Δtcyl与相应气缸2的气缸峰值压力pmax和相应的对于气缸独特的气缸额定值pmax’的偏差有关。发动机全局的打开持续时间基值tg和对于气缸独特的打开持续时间偏移量Δtcyl的相应总和给出对相应燃料定量阀3的驱动电子装置下命令的目标打开持续时间tcyl。
备选或者附加于使用最大气缸内部压力pmax作为对于气缸独特的第一气缸信号，也以虚线绘出相应对于气缸独特的气缸废气温度TE的使用。
在此，由对于气缸独特的气缸废气温度TE与对于气缸废气温度的相应的对于气缸独特的气缸额定值的偏差也可以算出相应的对于气缸独特的打开持续时间偏移量Δtcyl。对于气缸独特的气缸废气温度TE例如可以当不构建气缸内部压力传感器4时作为备选方案使用，或者当气缸压力信号失灵时也作为返回解决方案使用，以便提高在气缸压力传感器失灵的情况下内燃机1的可用性。
图5示出按照图4的方框图，其中，在这种情况下内燃机1以一种气体受引导的燃烧方法运行。能预定的发动机全局的目标值tg在所示的示例中通过一个调节器5b求得，该调节器可以包括一个功率调节器和/或一个转速调节器。对于功率调节器，在此除了内燃机1的输出功率(实际功率)的功率当量P之外，内燃机1的能预定的目标功率当量PS(额定功率)也可以用作输入参量；而对于转速调节器，除了内燃机1的相应当前的发动机转速(实际转速)之外，内燃机1的能预定的目标转速nS(额定转速)可以用作输入参量。在调节器5b中，为燃料质量流m求得一个发动机全局的预定值，由该预定值在接下去的顺序中在一个目标值计算装置6中求得能预定的发动机全局的目标值tg，例如对于燃料定量阀的发动机全局的打开持续时间或者对于用于点火装置的点火时刻的发动机全局的预定值。
图6示出一个按照图4的方框图，其中，详细地示出调节装置7以及差值计算装置8。该示图详细地示出对于内燃机1的仅一个气缸2的调节过程。在此，内燃机1的其他气缸2以虚线绘出。
在每个气缸2中设置有一个气缸内部压力传感器4。在此，一个气缸内部压力传感器4能够采集气缸内部压力pcyl在一个燃烧循环上的变化曲线。最大值采集装置9可以求得相应气缸2在上一燃烧循环中的最大的气缸内部压力pmax或者说峰值压力。
所有气缸2的峰值压力被作为对于气缸独特的第一气缸信号pmax输送给一个平均值计算装置10。该平均值计算装置10在所示的示例中由各对于气缸独特的第一气缸信号pmax形成算术平均值pmean并且输出该算术平均值。附加地在一个偏移量计算装置18中计算和输出对于气缸独特的偏移量Δm。所有气缸2的对于气缸独特的第一气缸信号pmax的算术平均值pmean和对于气缸独特的偏移量Δm的总和在所示的示例中形成对于气缸独特的气缸额定值pmax’，该气缸额定值被输送给一个额定值调节器11。
在所示的示例中，对于气缸独特的偏移量Δm在一个偏移量计算装置18内由在相应气缸2中在点火之前的气缸内部压力pcyl’(在压缩冲程期间在配设给气缸2的进气门关闭之后)并且由气缸2的燃烧重心位置计算。在此，在点火之前气缸内部压力pcyl’或者直接地由气缸内部压力信号pcyl的随时间的变化曲线通过一个相应的压力计算装置19求得或者也由一个与负荷有关的压力求得特征曲线族20计算。在此，压力求得特征曲线族20可以包括在点火之前的气缸内部压力pcyl’的相应值，这些相应值与内燃机1的负荷和/或与增压空气压力pA和/或与增压空气温度TA和/或与发动机转速有关。对于在点火之前的气缸内部压力pcyl’的值的源的选择通过一个压力源转换开关22进行。相应气缸2的燃烧中心位置的求得在一个重心位置求得装置21中以已知的方式由气缸内部压力信号pcyl的随时间的变化曲线进行。
对于气缸独特的偏移量Δm的求得普遍地可以根据下述对于气缸独特的气缸参数中的至少一个进行：空气质量当量、燃烧重心位置、压缩比、点火延迟。在此，对于气缸独特的偏移量Δm的求得可以以至少一个相应的气缸参数与该气缸参数在所有气缸2上的平均值的偏差为依据。
在额定值调节器11中求得气缸2的第一气缸信号pmax与相应的气缸额定值pmax’的偏差并且在接下去的顺序中求得对于配设给所述气缸2的燃料定量阀3的差值Δtcyl。
在此对于配设给相应气缸2的燃料定量阀3的相应差值Δtcyl被加上一个发动机全局的、能预定的目标值tg，由此产生用于燃料定量阀3的打开持续时间作为参数值tcyl。在此如在图4中所描述的，能预定的目标值tg由内燃机1的排放调节器求得。该目标值基本上也可以由由内燃机1的转速调节器和/或功率调节器(如在图5中所描述)求得。
在所示的示例中，相应的差值Δtcyl包括一个对于气缸独特的预控制值tp，该预控制值通过预控制值计算装置12由内燃机1的增压空气压力pA和/或增压空气温度TA和/或发动机转速n求得。在此，该相应的预控制值tp可以例如通过在内燃机1起动时的测量求得并且储存在特性曲线族内。
额定值调节器11普遍地可以例如构造成P调节器、PI调节器或PID调节器。但也可以使用其他的调节构思和调节类型，如例如LQ调节器、鲁棒调节器或者模糊调节器。
为了避免对全局的发动机调节和特别是对排放调节器5a的不希望的作用，差值Δtcyl分别附加地还被加载一个来自一个平衡值计算装置13的平衡值t0。该对于所有差值Δtcyl相等的平衡值t0等于所有气缸2的差值Δtcyl的算术平均值并且可以是正的或者负的。因此所建议的方法整体上也能够加装在如下的内燃机1中，该内燃机至今没有气缸均衡或者仅以全局调节器运行，而该附加的调节对全局的发动机调节没有作用。
图7示出与图4相似的示意性方框图，其中，但利用本发明的所示的实施形式不是调整用于气缸2的燃料量Q、而是调整设置在气缸2上或者在气缸中的点火装置23的点火时刻Z。在此，对于点火时刻Z的能全局预定的目标值tg(全局预定值)由一个点火时刻特性曲线族16求得，其中，在点火时刻特性曲线族16中根据内燃机1的功率或者功率当量P和/或增压空气压力pA和/或增压空气温度TA和/或发动机转速n储存有用于全局预定值tg的适合的值。相应的通过调节装置7求得的参数值tcyl(作为在OT之前曲轴角的度数来表达)被通知给点火控制装置17。点火控制装置17在相应给出的点火时刻Z激活相应的点火装置23。在此在本示例中，如果气缸2的气缸峰值压力pmax(第一气缸信号)小于气缸额定值pmax’，则相对于全局预定值tg将该气缸2的点火时刻Z调整成更早的，而如果气缸2的气缸峰值压力pmax大于气缸额定值pmax’，则相对于全局预定值tg将该气缸2的点火时刻Z调整成更晚的。
图8示出本发明的另一种实施形式的、与图6相似的示意性方框图，其中，但不是调整用于气缸2的燃料量Q、而是调整设置在气缸2上或者在气缸中的点火装置23的点火时刻Z。在本示例中，由NOx探测器24在燃烧循环上相应地采集气缸2的氮氧化物排放量Ecyl并且将其输送给评价单元25。评价单元25由在一个燃烧循环上的氮氧化物排放量Ecyl的随时间的变化曲线求得滤波的排放值，该排放值作为对于气缸独特的信号E被输送给额定值计算装置10。额定值计算装置10由所有气缸2的气缸特定的信号E形成中值Emedian并且输出该中值。附加地在一个补偿计算装置18中计算对于气缸独特的偏移量Δm并且输出该偏移量。在所示的示例中，中值Emedian和对于气缸独特的偏移量Δm的总和形成对于气缸独特的气缸额定值E’，该气缸额定值被通知给一个额定值调节器11。
在所示的示例中，对于气缸独特的偏移量Δm在一个补偿计算该装置18中通过如下方式被求得，即，读取一个差值特性曲线族26，在该差值特性曲线族中根据内燃机1的功率P和/或增压空气压力pA和/或增压空气温度TA和/或发动机转速n储存有用于相应气缸2的偏移量Δm的适合的值。在此，在差值特性曲线族26中储存的、用于气缸2的对于气缸独特的偏移量Δm的值已在一个试验台上求得。
在额定值调节器11中求得对于气缸独特的信号E与气缸额定值E’的偏差并且据此求得对于配设给相应气缸2的点火装置23的点火时刻Z的差值Δtcyl。在此，相应的差值Δtcyl被加上一个发动机全局的、能预定的目标值tg，由此以在OT之前的曲轴角度数产生点火时刻Z作为参数值tcyl，该参数值被通知给点火控制装置17，其中，点火控制装置17在给出的点火时刻Z激活点火装置23(例如火花塞)。在此如在图7中所描述的，能预定的目标值tg由一个点火时刻特性曲线族16求得。

Claims (28)

1.用于运行内燃机(1)的方法，该内燃机包括至少两个气缸(2)，其中，从每个气缸(2)采集对于气缸独特的第一气缸信号(pmax、E)，其中，根据第一气缸信号(pmax、E)调整相应气缸(2)的至少一个燃烧参数(Q、Z)，其特征在于，为每个气缸(2)调整用于第一气缸信号(pmax、E)的对于气缸独特的气缸额定值(pmax’、E’)，从而所有气缸(2)的要达到的对于气缸独特的NOx排放量(Ecyl’)或者气缸效率(ηcyl’)处于能预定的范围之内或者基本上是相同的，其中，根据第一气缸信号(pmax、E)和对于气缸特定的气缸额定值(pmax’、E’)的偏差调整气缸(2)的所述至少一个燃烧参数(Q、Z)，其中，使第一气缸信号(pmax、E)追踪对于气缸特定的气缸额定值(pmax’、E’)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，从每个气缸(2)采集以下对于气缸独特的第一气缸信号中的至少一个：气缸内部压力(pcyl)、气缸废气温度(TE)、氮氧化物排放量(E)、燃烧用空气比例。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，采集燃烧循环的最大气缸内部压力(pmax)作为对于气缸独特的第一气缸信号。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述对于气缸独特的气缸额定值(pmax’、E’)包括所有气缸(2)的第一气缸信号(pmax、E)的统计参量和对于气缸独特的偏移量(Δm)。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对于气缸独特的偏移量(Δm)通过差值特性曲线族(26)求得，其中，在差值特性曲线族(26)中考虑内燃机(1)的输出功率的至少一个功率当量(P)和/或内燃机(1)的增压空气压力(pA)。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，根据以下对于气缸独特的气缸参数中的至少一个求得所述对于气缸独特的偏移量(Δm)：在压缩阶段期间在点火之前的气缸压力、空气质量当量、燃烧重心位置、压缩比、点火延迟。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，根据气缸参数和所有气缸的气缸参数的平均值的至少一个偏差(Δpverd、Δair、ΔMFB、Δε、Δdelay)求得所述对于气缸独特的偏移量(Δm)。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对于气缸独特的偏移量(Δm)由至少一个偏差(Δpverd、Δair、ΔMFB、Δε、Δdelay)按照以下公式求得：
△m＝a·△pverd+b·△air+c·△MFB+d·△ε+e·△delay，
其中，Δpverd表示在压缩阶段期间在点火之前的气缸压力的偏差，Δair表示空气质量当量的偏差，ΔMFB表示燃烧重心位置中的偏差，Δε表示压缩比中的偏差以及Δdelay表示点火延迟中的偏差，以及a、b、c、d、e是用于给偏差加权的系数。
9.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，作为燃烧参数，调整用于相应气缸(2)的燃料量(Q)。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，如果对于气缸独特的第一气缸信号(pmax、E)小于对于气缸独特的气缸额定值(pmax’、E’)，则提高用于该气缸(2)的燃料量(Q)。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，如果对于气缸独特的第一气缸信号(pmax、E)大于对于气缸独特的气缸额定值(pmax’、E’)，则降低用于该气缸(2)的燃料量(Q)。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，为每个气缸(2)设有一个燃料定量阀(3)，其中，为了调整用于气缸(2)的燃料量(Q)，调整相应燃料定量阀(3)的打开持续时间(tcyl)。
13.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，作为燃烧参数，调整用于相应气缸(2)的点火时刻(Z)。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，如果对于气缸独特的第一气缸信号(pmax、E)小于对于气缸独特的气缸额定值(pmax’、E’)，则将用于气缸(2)的点火时刻(Z)调整成更早的。
15.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，如果对于气缸独特的第一气缸信号(pmax、E)大于对于气缸独特的气缸额定值(pmax’、E’)，则将用于气缸(2)的点火时刻(Z)调整成更晚的。
16.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，为每个气缸(2)设有一个点火装置(18)，其中，以在上止点之前的曲轴角的度数调整所述点火装置(18)的点火时刻(Z)。
17.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，为了调整所述至少一个燃烧参数(Q、Z)，求得参数值。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述参数值包含能预定的、发动机全局的目标值(tg)。
19.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述能预定的目标值(tg)由能预定的燃料-空气比例(λ)求得。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，所述能预定的燃料-空气比例(λ)由内燃机(1)的输出功率的功率当量(P)和/或由内燃机(1)的增压空气压力(pA)和/或由发动机转速(n)求得。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征在于，内燃机(1)的输出功率的功率当量(P)是与内燃机(1)连接的发电机的电功率。
22.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，根据内燃机(1)的输出功率的功率当量(P)和能预定的目标功率当量(PS)的偏差和/或根据内燃机(1)的发动机转速(n)和内燃机(1)的能预定的目标转速(nS)的偏差求得所述能预定的目标值(tg)。
23.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，为每个气缸(2)监测燃烧状态并且关于能预定的额定状态将该燃烧状态评估为正常或者异常，其中，如果气缸(2)的燃烧状态被评价为正常，则仅调整该气缸(2)的燃烧参数(Q、Z)。
24.按照权利要求23所述的方法，其特征在于，作为燃烧状态，监测在燃烧中的爆震和/或炽热点火和/或断火，其中，如果没有识别出在燃烧中的爆震和/或炽热点火和/或断火，则气缸(2)的燃烧状态被评估为正常。
25.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，内燃机(1)是燃气发动机。
26.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，第一气缸信号(pmax、E)的统计参量是算术平均值(pmean)。
27.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，第一气缸信号(pmax、E)的统计参量是中值(Emedian)。
28.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在差值特性曲线族(26)中附加地考虑内燃机(1)的增压空气温度(TA)和/或发动机转速(n)。
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