CN104806415B - 用于控制内燃机的方法以及用于控制内燃机的设备 - Google Patents

用于控制内燃机的方法以及用于控制内燃机的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制内燃机的方法，在该方法中，将最佳点火角与当前输出的点火角进行比较，由最佳点火角与当前输出的点火角之间的差得出用于控制所述内燃机(1)的转矩，其中，通过点火角效率特性曲线来示出所述当前输出的点火角与所述最佳点火角的偏差。在一能够依据所述内燃机的使用时间可靠地确定实际转矩计算的方法中，对所述点火角效率特性曲线进行适应性地适配。本发明还涉及一种用于控制内燃机的设备。

Description

用于控制内燃机的方法以及用于控制内燃机的设备
技术领域
本发明涉及一种用于控制内燃机的方法，在该方法中，将最佳点火角与当前输出的点火角进行比较，由最佳点火角与当前输出的点火角之间的差得出用于控制内燃机的转矩，其中，通过点火角效率特性曲线来示出当前输出的点火角与最佳点火角的偏差，本发明还涉及一种用于实施所述方法的设备。
背景技术
在内燃机例如点燃式发动机(Ottomotoren)中使用如下发动机控制***，在该发动机控制***中，通过点燃式发动机的点火角来调节所输出的转矩。在此，内燃机的实际发生的实际点火角是预设的并且与最佳点火角进行比较。在实际点火角与最佳点火角之间存在偏差时，通过这样一种特性曲线来示出转矩的影响，该特性曲线被称为点火角效率特性曲线并且是最佳点火角与预设的实际点火角之间的差的函数。该特性曲线及其反转有助于计算实际转矩，借助该实际转矩来控制内燃机，并且有助于实现用于内燃机的转矩储备。点火角效率特性曲线是一次性地在内燃机组的应用阶段确定的，在被安装在机动车内的内燃机的使用时间期间维持不变。
缺点在于，该一次性确定的点火角效率特性曲线由于内燃机的老化、新内燃机的系列偏差和其他影响而不符合实际的点火角效率，以致于为了控制内燃机而由该点火角效率所确定的转矩无法符合内燃机的实际运行条件并且由此可能带来故障。
发明内容
因此，本发明的目的在于，能够实现一种用于通过点火角效率特性曲线来调节内燃机控制的方法，其中，针对具体内燃机，改进用于转矩储备的预给定值。
根据本发明，所述目的由此实现：对点火角效率特性曲线进行适应性地适配。因此，由点火角效率特性曲线确定的、用于控制安装在机动车内的内燃机的转矩被改进和优化。因为，点火角效率特性曲线的适配由实际被安装在车内的内燃机的参数得出，也考虑到内燃机的老化或者系列偏差，因此能够实现精确的转矩计算。
有利地，点火角效率特性曲线的适配在内燃机的一接近稳态的运行点上进行。因为在这种稳态的运行点上仅存在很少动态，所以能非常精确地调节转矩计算，因为仅出现轻微的转速改变并且不发生换挡，而这些都对转矩计算有影响。同时必须确保催化器已经达到其转化温度。
在一构型中，为了适配点火角效率特性曲线，在无转矩储备要求的条件下进行基准测量以确定基准点火角效率，接着，逐步提高转矩储备，由此，所给出的点火角向延迟方向推移，而所输出的转矩有利地保持恒定，其中，利用由基准测量得到的转矩与转矩储备的转矩之间的差来适配所述点火角效率特性曲线。借助这一方法，适配可简单地通过软件的方式针对所有气缸同时进行。在此，所谓的转矩储备指的是一通过内燃机的点火角可快速调节的转矩。这种转矩储备被要求，其方式为发动机控制***要求一点火角延迟调整。结果是增加了内燃机气缸的燃烧室的进气，并且，通过点火角延迟调整消除了多余的转矩。如果现在要求快速的转矩介入，那么只需要将点火角向提前方向调整，因为所需的燃烧室过量进气已经存在。因此，使用转矩储备是一种在发动机控制中已知的方法，该方法能简单地用于点火角效率特性曲线的适配。
在一实施方式中，转矩储备要求的提高分步地进行，直到一预设的最大值为止，其中，确定点火角效率的持续时间分别相应于内燃机的气缸的预设数量的工作循环的所调节的转矩储备要求。由此得到一经过均衡的平均值，用于适配所述点火角效率特性曲线。通过一最大值限定所述转矩储备要求使得可以在内燃机的正常运行条件下来确定点火角效率。
在一替代方案中，为了适配点火角效率特性曲线，在无点火角调整的条件下进行基准测量以确定基准点火角效率特性曲线，接着，进行逐级的点火角延迟调整，其中，对于每一点火角延迟调整确定一点火角效率，所述点火角效率与所述基准点火角效率进行比较，其中，利用在经调节的点火角延迟调整的条件下所确定的点火角效率与基准点火角效率之间的偏差来适配所述点火角效率特性曲线。通过该方法，保持机动车的行驶舒适性不受影响。
在一变型中，确定点火角效率的持续时间分别相应于内燃机的各气缸的预设数量的工作循环的所调节的点火角延迟调整，其中，由点火角效率与基准点火角效率的偏差来计算描述关于点火角的点火角效率的特性曲线。因此，该方法可简单地以软件的方式在机动车的控制器中被实施。因而不用附加的结构上的构件。
在另一变型中，逐级的点火角延迟调整对于内燃机的所有气缸连续地进行。由此确保了，对于整个内燃机而言来确定点火角效率。
在一构型中，依据内燃机的对应气缸的燃烧室压力和/或由其导出的参数、例如指示的平均压力来确定点火角效率。这具有优点：通过已被安装在内燃机中的燃烧室压力传感器提供的用于内燃机的发动机控制的信号被用于所述点火角效率特性曲线的适配。
替代地，依据当前的转速信号、尤其是由内燃机的曲轴的传感轮的各轮齿时间得出的转速信号来为内燃机的预设的气缸计算点火角效率，其中，所述转速信号包含关于在气缸内的燃烧期间所转化的物理能量或者功的差的信息。这种措施提供了一种成本非常有利的方法，因为可不用成本高昂的燃烧室压力传感器并且仅通过软件方式就能实施所述点火角效率特性曲线的适配。
本发明的改进方案涉及一种用于控制内燃机的设备，所述设备将最佳点火角与当前输出的点火角进行比较，并且由最佳点火角与当前输出的点火角之间的差得出用于控制内燃机的转矩，其中，通过点火角效率特性曲线来示出当前输出的点火角与最佳点火角的偏差。在一种能够针对具体的内燃机实现精确的实际转矩计算的设备中，存在这样一种装置，所述装置对所述点火角效率特性曲线进行适应性的适配。
有利地，用于适配所述点火角效率特性曲线的装置在无转矩储备要求的条件下进行基准测量以确定基准点火角效率。接着，逐步地提高转矩储备，其中，对于每一转矩储备确定一点火角效率，将所述点火角效率与所述基准点火角效率进行比较，其中，利用在经调节的转矩储备的条件下所确定的点火角效率与基准点火角效率之间的偏差来适配所述点火角效率特性曲线。
在一替代方案中，用于适配所述点火角效率特性曲线的装置在无点火角延迟调整的条件下进行基准测量以确定基准点火角效率，接着，进行逐级的点火角延迟调整，其中，对于每个点火角延迟调整确定一点火角效率，将所述点火角效率与所述基准点火角效率进行比较，其中，利用在经调节的点火角延迟的条件下所确定的点火角效率与所述基准点火角效率之间的偏差来适配所述点火角效率特性曲线。
附图说明
本发明容许多个实施方式。根据附图中所示的图片详细阐述其中的两个实施方式。
附图示出：
图1：用于机动车的内燃机的一实施例；
图2：根据本发明的方法的第一实施例；
图3：根据本发明的方法的第二实施例；
图4：在内燃机的气缸进行逐级的点火角延迟调整的情况下点火效率的关联性的原理图；
图5：可能的特性曲线的图示。
相同的特征以相同的标记标示。
具体实施方式
图1示出了一种用于检测和分析内燃机1中的燃烧的设备。内燃机1在本实例中具有四个气缸2、3、4、5，所述气缸的未进一步示出的、在气缸2、3、4、5中移动的活塞分别通过连杆6、7、8、9与曲轴10连接，并且，通过燃烧期间所引起的压力变化来驱动所述曲轴。气缸2、3、4、5与进气管11相连，所述进气管通过节气门12相对于空气吸入管13被封闭。在每个气缸2、3、4、5中伸进用于喷射燃料的喷嘴，由此形成燃料-空气混合物。此外，每个气缸2、3、4、5具有用于新鲜空气的进气门15以及用于排出在燃烧过程期间所产生的废气的排气门16，所述进气门和排气门仅示例性地针对气缸5示出。在每个气缸2、3、4、5的燃烧室22内布置有压力传感器17，该压力传感器探测在内燃机1的气缸2、3、4、5内通过燃烧所引起的压力变化。压力传感器17的信号被传送给控制器18，所述控制器还与一曲轴转角传感器19相连接，曲轴转角传感器19与曲轴10相对置，其中，控制器18将燃烧与曲轴转角传感器19的曲轴转角信号对应起来，曲轴转角传感器19优选被设计为转速传感器。在此，控制器18包括微处理器20，所述微处理器与存储器21相连接。
基于由曲轴转角传感器19确定的曲轴转角，还能同时由控制器18、尤其是微处理器20确定内燃机1的转速。
在控制器18的存储器21中存储有代表关于预设的点火角与最佳点火角的偏差的点火角效率的点火角效率特性曲线ETADZW，该点火角效率特性曲线表示了内燃机1的最佳点火角与预设的实际点火角之间的函数。在此，最佳点火角由气缸2、3、4、5的燃烧室22的新鲜空气进气和内燃机1的转速来确定。
为了能够针对各个内燃机1调整点火角效率特性曲线并且使其与内燃机1的使用时间相适配，提出了两种方法。根据图2，点火角效率特性曲线的适配通过逐级提高内燃机1的转矩储备在所有气缸2、3、4、5上同时进行。在此，在步骤100中，进行基准测量，在基准测量时不要求任何转矩储备。在该点火角效率的基准测量中，基准点火角效率由最佳点火角与预设的实际点火角来确定并且被保存(步骤110)。在下一步骤120中，要求转矩储备的第一次提高(n＝1)。在此，测量指示的平均压力pmi(步骤130)，所述平均压力通过压力传感器17作为压力信号被输出给控制器18并且在控制器18的微处理器20中作为用于燃烧过程的参数被分析。由该指示的平均压力pmi推得当前的点火角效率，在步骤140中将该当前的点火角效率与基准点火角效率进行比较。如果在该基准点火角效率与所确定的点火角效率之间存在差异，那么在步骤150中在对点火角效率特性曲线进行适配时考虑该差异并且在特性曲线ETADZW中调整一新的点火角效率。接着，在步骤160中，将转矩储备提高相同的量，其中，在步骤170中检查当前所调整的转矩是否相应于转矩储备要求的最大值。如果不是最大值，那么再次将在当前的转矩储备要求下所确定的点火角效率与基准点火角效率进行比较(步骤140)。一直反复执行步骤130至170，直到在步骤170中达到转矩储备要求的最大值。如果达到转矩储备要求的最大值，则在步骤180中结束该适配流程。
然而，在上述适配流程中，不是必须使用所述压力传感器17的信号。在不存在压力传感器17的情况下，可依赖于由DE10 2008 054 690 A1已知的所谓的机械工作特征(MWF)，在该文献中，依据当前的转速信号、尤其是由内燃机的曲轴的传感轮的各个轮齿时间得出的转速信号来为内燃机的预设的气缸计算点火角效率。所述转速信号包含与在燃烧期间所转化的物理能量或者功的差相关的信息，所述能量或功的特性像通过压力传感器17所测得的燃烧室压力pmi那样。为此，在相关气缸内的燃烧之前和燃烧之前由所述转速信号计算出曲轴10在对应选出的时间点上的或者说在预设的曲轴转角处的能量，并且由此确定所述差。所述差表示通过对应的燃烧所转化的物理能量或者功的量。
该流程在根据本发明的用于适配地调整点火角效率特性曲线的适配流程的第二实施例中被使用，该流程借助内燃机1的气缸2、3、4、5的逐级的点火角延迟调节来进行，如图3所示的那样。在步骤200中，进行基准测量。在此，所述基准点火角效率在无点火角调整的条件下作为最佳点火角与实际点火角之间的差被确定。在步骤210中，该基准点火角效率被保存。接着，在步骤220中，对于要检查的气缸2、3、4、5将点火角向延迟的方向上调整一预设的点火角。在此，测量的持续时间可在气缸2、3、4、5的预设数量的工作循环上进行。在此，由所确定的实际点火角与最佳点火角来确定当前的、与经调节的点火角延迟调整相应的点火角效率(步骤230)。在下一步骤240中，将当前所确定的点火角效率与在步骤210中被保存的基准点火角效率进行比较。如果在基准点火角效率与当前的点火角效率之间存在差异，那么在步骤250中将该差异用于适配点火角效率特性曲线。如果基准点火角效率与当前所测得的点火角效率相一致，那么在步骤260中结束该流程。
如果在步骤250中进行了点火角效率的适配，那么在步骤270中将点火角继续向延迟方向调整，调整量为已使用的点火角，并且在步骤230中确定当前的、相应于该点火角的点火角效率。在此，步骤230至270可多次相继进行，从而在步骤250中调节出点火角效率的最大适配。在此，点火角分别总是向延迟方向调整相同的点火角量。
针对内燃机1的每个气缸2、3、4、5连续地进行结合图3所述的流程。然后，被适配的特性曲线ETADZW通过将每次点火角延迟调整时在所有四个气缸2、3、4、5上所确定的点火角效率取平均值而被确定。在各个气缸2、3、4、5存在明显偏差时，这可用于例如火花塞的诊断。
图4示出了在点火角延迟调整时点火角效率的情况，其中，点火角效率通过机械工作特征(MWF)确定，机械工作特征关于所指示的平均压力PMI示出。箭头P在此示出点火角向延迟方向的调整。由此清楚，点火角在延迟的方向上调整得越多，在气缸2、3、4、5内所处理的能量就越小。
图5示出了由上述测量算出的特性曲线。在此，关于在预设的点火角与无延迟调整的点火角之间的偏差，示出了压力pmi或者说机械工作特征MWF。该特性曲线相对于点火角效率的特性曲线是镜像反转的。它可简单地被换算成特性曲线ETADZW。
对于上述两种方法而言，适配频率可依据内燃机1的行驶里程和/或使用时间和/或可能存在于发动机控制***内的指标来进行。

Claims (13)

1.用于优化地控制内燃机的方法，在该方法中，将最佳点火角与当前输出的点火角进行比较，由最佳点火角与所述当前输出的点火角之间的差得出用于控制内燃机(1)的转矩，其中，通过点火角效率特性曲线来示出所述当前输出的点火角与最佳点火角的偏差，其特征在于，对所述点火角效率特性曲线进行适应性的适配。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点火角效率特性曲线的适配在所述内燃机(1)的一接近稳态的运行点上进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了所述点火角效率特性曲线的适配，在无转矩储备要求的条件下进行基准测量以确定基准点火角效率，接着，逐步地提高转矩储备，由此，所输出的点火角向延迟方向发生推移，而所输出的转矩保持恒定，其中，利用由基准测量得出的转矩与所述转矩储备的转矩之间的差来适配所述点火角效率特性曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，逐步地提高所述转矩储备要求，直至达到一预设的最大值，其中，确定所述点火角效率的持续时间分别相应于所述内燃机(1)的气缸(2，3，4，5)的预设数量的工作循环的所调节的转矩储备要求。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了所述点火角效率特性曲线的适配，在无点火角调整的条件下进行基准测量以确定基准点火角效率，接着，逐级地进行点火角延迟调整，其中，对于每个点火角延迟调整确定一点火角效率，将所述点火角效率与所述基准点火角效率进行比较，其中，利用在预设的点火角延迟调整的条件下所确定的点火角效率与所述基准点火角效率之间的偏差来适配所述点火角效率特性曲线。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述点火角效率的持续时间分别相应于所述内燃机(1)的各气缸(2，3，4，5)的预设数量的工作循环的所调节的点火角延迟调整，其中，由点火角效率与所述基准点火角效率之间的偏差来计算描述关于点火角的点火角效率的特性曲线。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述逐级的点火角延迟调整针对所述内燃机(1)的所有气缸(2，3，4，5)连续地进行。
8.根据上述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述点火角效率依据所述内燃机(1)的对应气缸(2，3，4，5)的燃烧室压力(pmi)和/或由此导出的参数来确定。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)的预设的气缸(2，3，4，5)的点火角效率依据当前的转速信号来计算，其中，所述转速信号包含关于燃烧期间所转化的物理能量或者功的差的信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述点火角效率由所述内燃机(1)的曲轴(10)的传感轮的各轮齿时间来计算。
11.用于控制内燃机的设备，所述设备将最佳点火角与当前输出的点火角进行比较并且由最佳点火角与当前输出的点火角之间的差得出用于控制所述内燃机(1)的转矩，其中，通过点火角效率特性曲线来示出当前输出的点火角与最佳点火角的偏差，其特征在于，存在这样的装置(20，21)，所述装置对所述点火角效率特性曲线进行适应性地适配。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，用于适配所述点火角效率特性曲线的装置(20)在无转矩储备要求的条件下执行基准测量以确定基准点火角效率，接着，逐步地提高转矩储备，其中，对于每个转矩储备确定一点火角效率，将该点火角效率与所述基准点火角效率进行比较，其中，利用在预设的转矩储备条件下所确定的点火角效率与基准点火角效率之间的偏差来适配所述点火角效率特性曲线。
13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，用于适配所述点火角效率特性曲线的装置(20)在无点火角调整的条件下执行基准测量以确定基准点火角效率，接着，进行逐级的点火角延迟调整，其中，对于每个点火角延迟调整确定一点火角效率，将该点火角效率与所述基准点火角效率进行比较，其中，利用在预设的点火角延迟调整条件下所确定的点火角效率与基准点火角效率之间的偏差来适配所述点火角效率特性曲线。
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