專利名稱：用來操作十字頭型大活塞發(fā)動機(jī)的調(diào)整元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及十字頭型大活塞發(fā)動機(jī)的一個調(diào)整元件的操作，更具體地說，涉及一種其中調(diào)整元件調(diào)整在發(fā)動機(jī)中的循環(huán)重復(fù)過程的兩沖程發(fā)動機(jī)。
操作一個調(diào)整元件的例子是燃料計量閥，其中循環(huán)重復(fù)過程是燃料噴射。操作燃料計量閥的目的在于調(diào)整燃料噴射，從而在發(fā)動機(jī)操作的每個循環(huán)中和在其汽缸的每一個中燃料噴射壓力根據(jù)一個預(yù)定方案變化。這叫做壓力成形。假定燃料噴射壓力具有一種對于噴射燃料流動的已知關(guān)系。壓力成形的目的例如使發(fā)動機(jī)的操作條件適于諸如負(fù)載條件和燃料質(zhì)量之類的不同要求，并且也優(yōu)化燃料燃燒和使燃料消耗最小。
在大活塞發(fā)動機(jī)中，非常重要的是在每個汽缸中和在發(fā)動機(jī)操作的每個循環(huán)中得到由控制系統(tǒng)命令的最大和平均指示噴射壓力的發(fā)動機(jī)熱力學(xué)性能。在燃料噴射系統(tǒng)中使用的機(jī)械/液壓元件的變化將影響成形噴射壓力的控制環(huán)路的性能。因此重要的是，得到控制環(huán)路的最可能的堅固性。
EP 612 920公開了一種燃料噴射系統(tǒng)，其中相對于時間的壓力輪廓由一個凸輪的前和后斜坡確定，并且一個電磁操作閥按由一個處理器確定的次數(shù)打開和關(guān)閉。能控制斜坡的有效部分以成形噴射壓力。
DE 19 726 589公開了一種自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過調(diào)整參數(shù)的逐步適應(yīng)以最小過擺實現(xiàn)基準(zhǔn)值的快速適應(yīng)。
DE 3 825 138公開了一種帶有一個計算單元的系統(tǒng)，該計算單元接收驅(qū)動電流信號和一個調(diào)整元件的生成位置。計算摩擦力，并且反饋到調(diào)整點。也計算速度和磁性驅(qū)動力，并且作為用于緩慢變化的一個穩(wěn)態(tài)校正信號反饋到調(diào)整點。
US 4 490 791公開了一種用來控制加速的系統(tǒng)，其中存儲來自一種觀察波動的數(shù)據(jù)，并且以后用來避免在類似條件下的波動。
GB 2 210 181公開了一種燃料控制閥瞬時自適應(yīng)控制方法，其中擾動比如控制閥中的摩擦減少。
在上述先有技術(shù)文檔中的各系統(tǒng)的每一種具有在每個工作循環(huán)中將重復(fù)調(diào)整元件位置與希望位置可能偏離的缺點，因為各系統(tǒng)都沒有用來自動補(bǔ)償偏離的任何裝置。在大活塞發(fā)動機(jī)的情況下，例如十字頭型兩沖程發(fā)動機(jī)，對于用來成形燃料噴射壓力的這樣一種先有技術(shù)系統(tǒng)，其結(jié)果是發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和特別是燃料燃燒過程可能不像希望和期望的那樣。發(fā)動機(jī)由此可能不像希望和期望的那樣操作。這能導(dǎo)致燃料消耗的升高或某些燃燒產(chǎn)物的排放高于可接收級。
本發(fā)明概述本發(fā)明通過一種補(bǔ)償發(fā)動機(jī)元件參數(shù)緩慢變化的自適應(yīng)方法解決這個問題。
根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)動機(jī)操作的第一循環(huán)中，在與從發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動得到的計時脈沖有關(guān)的一個預(yù)定時刻，觀察調(diào)整元件的實際位置，并且與在預(yù)定時刻的希望位置相比較。在調(diào)整元件的希望位置與實際位置之間的差用來產(chǎn)生對于驅(qū)動在與發(fā)動機(jī)的隨后操作循環(huán)中的預(yù)定時刻相對應(yīng)的時刻使用的調(diào)整元件的驅(qū)動信號的校正。因此將自動校正調(diào)整元件的位置與希望位置的可能偏差，并且在隨后的操作循環(huán)中，調(diào)整元件將呈現(xiàn)在與預(yù)定時刻相對應(yīng)的時刻的希望位置。
便利的是，調(diào)整元件是帶有一個閥芯一個燃料計量閥。
最好，該方法包括在每個操作循環(huán)期間在多個預(yù)定時刻，最好是以預(yù)定取樣頻率采取的這種校正步驟。因此調(diào)整元件不僅在發(fā)動機(jī)操作循環(huán)的一個特定時刻而且實際在貫穿循環(huán)的所有時刻呈現(xiàn)希望位置。
最好，該方法包括在發(fā)動機(jī)的多個操作循環(huán)中采取的這種校正步驟。因此調(diào)整元件位置的可能殘余誤差進(jìn)一步減小，并且最終消除。
在本發(fā)明的最佳實施例中，循環(huán)重復(fù)過程是燃料噴射，但在要求準(zhǔn)確計時和控制的大活塞發(fā)動機(jī)中的其它過程也可以由本發(fā)明的方法調(diào)整。一個例子是燃燒產(chǎn)物的排出，其中調(diào)整用來打開和關(guān)閉汽缸的排氣閥的液壓致動器。液壓致動器的位置能用作代表要調(diào)整的過程的一個參數(shù)。排氣閥可以由包括帶有一個封閉空氣體積的波紋管的空氣彈簧關(guān)閉。在波紋管中的瞬時空氣壓力與波紋管的體積并且因而與排氣閥的位置成反比。因而也有可能觀察在波紋管中的空氣壓力和把觀察的壓力用作代表要調(diào)整的過程的一個參數(shù)。要調(diào)整的一個過程的另一個例子是活塞和汽缸襯里的潤滑，其中精確計時是基本的，而壓力成形是次要的。
與燃料噴射同時，可能希望把一種諸如水之類的不可燃的、熱力活性劑噴射到發(fā)動機(jī)汽缸中。這樣的試劑用來影響熱力過程，并且能分別或與液體或氣體燃料一起噴射。便利的是，能計時水的噴射，并且能成形噴射壓力輪廓以借助于本發(fā)明的方法跟隨一個預(yù)定輪廓。
本發(fā)明的方法也可以應(yīng)用于除在大活塞發(fā)動機(jī)中之外的循環(huán)重復(fù)過程的調(diào)整。借助很少和適當(dāng)?shù)男拚?，本發(fā)明的方法能應(yīng)用于諸如在自動噴射模壓機(jī)中的熔化模壓材料的噴射之類的循環(huán)重復(fù)過程。在工業(yè)中，多種自動過程循環(huán)地重復(fù)，并且技術(shù)人員能夠使本發(fā)明的方法適用于多種這樣的過程。
附圖的簡要描述

圖1表示按照本發(fā)明用于燃料噴射的一種泵控液壓系統(tǒng)的示意圖，和圖2表示代表在十字頭型大型兩沖程活塞發(fā)動機(jī)中的燃料噴射壓力的一個參數(shù)P的希望和實際值的一個例子。
本發(fā)明的詳細(xì)描述在圖1中示意表示的是一種用在例如十字頭型大型兩沖程活塞發(fā)動機(jī)中的液壓泵控制燃料噴射系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)包括帶有一個第一活塞11的一個燃料泵10，第一活塞11驅(qū)動一個第二活塞12，第二活塞12比第一活塞11小并且連接到其上。一個負(fù)載13代表帶有一個高壓燃料噴射泵的傳統(tǒng)系統(tǒng)，其“負(fù)載”包括一個安裝在活塞發(fā)動機(jī)的汽缸中用來把燃料噴射到汽缸中的燃料噴嘴。具體地說，負(fù)載因而代表跨過燃料噴嘴的壓力降和在汽缸中的壓力。由于第一活塞11和較小第二活塞12的尺寸差，燃料噴射壓力將增大一個等于第一和第二活塞有效面積之比的因數(shù)。
燃料噴射系統(tǒng)帶有一個把液壓流體從一個油箱15抽吸到一個控制閥16的液壓泵14?？刂崎y16帶有一個可動閥芯17，可動閥芯17由一個驅(qū)動器18驅(qū)動，例如由一個電氣或液壓驅(qū)動的驅(qū)動器驅(qū)動。
一個控制器19經(jīng)一根導(dǎo)線20從一個曲軸位置傳感器(未表示)接收一個曲軸位置信號。曲軸位置信號觸發(fā)控制器19在與觸發(fā)信號相關(guān)的時刻并因而與曲軸角度位置同步地產(chǎn)生一個驅(qū)動信號D，驅(qū)動信號D供給到驅(qū)動控制閥16的閥芯17的驅(qū)動器18。
閥芯17的位置假定具有對于燃料噴射壓力的一種已知關(guān)系。通過準(zhǔn)確地定位在控制閥中的閥芯，在任何時刻，即動態(tài)地能以對應(yīng)精度控制噴射壓力。具體地說，在發(fā)動機(jī)的每個操作循環(huán)中，能成形噴射壓力以通過按照一種預(yù)定方案定位閥芯而跟隨任何希望輪廓，由此燃料噴射壓力以與曲軸角度密切相關(guān)的受控方式變化?？刂崎y16因此也可以稱作一個燃料計量閥，因為它控制到發(fā)動機(jī)的燃料的計量。
提供一個用來探測閥芯位置的編碼器21。編碼器21把位置編碼成一個電氣信號P，并且編碼器能是有一個較寬觸點連接到閥芯上的數(shù)字編碼器或電位器。代表閥芯位置的編碼數(shù)字或模擬信號P反饋到控制器19。
在圖2中表示的是代表在十字頭型大型兩沖程活塞發(fā)動機(jī)中的燃料噴射壓力的一個參數(shù)P的希望值和實際值的一個例子。參數(shù)P是從編碼器21輸出并且在發(fā)動機(jī)操作循環(huán)期間在預(yù)定取樣時刻取樣的信號。在每個取樣時刻ti，圖2表示希望值Pdesired(ti)和實際值Pactual(ti)。實際值表示為具有與希望值的偏差，這在先有技術(shù)中是很正常的并且歸因于在調(diào)整燃料計量閥的先有技術(shù)方法中的不足。這樣的偏差借助于本發(fā)明避免，如下面將要解釋的那樣。
上述系統(tǒng)按如下操作。在發(fā)動機(jī)的每個操作循環(huán)中，在與從發(fā)動機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動得到的一個計時脈沖有關(guān)的預(yù)定時刻ti，以允許其位置的適當(dāng)時間分辨率的取樣頻率取樣閥芯位置。閥芯的實際位置Pactual(ti)由編碼器21測量，并且把編碼器的輸出信號用作到控制器19的輸入。控制器把觀察的實際位置Pactual(ti)與在相同時刻ti的希望位置Pdesired(ti)相比較，并且計算誤差作為在時刻ti在參數(shù)的希望值與實際值之間的差Pdesired(ti)-Pactual(ti)?？刂破魅缓笥嬎阌脕眚?qū)動閥芯17必需的驅(qū)動信號D以在發(fā)動機(jī)操作的相同循環(huán)中的下個取樣時刻ti+1呈現(xiàn)希望位置。這是閥芯位置的實時快速調(diào)整，由此在每個操作循環(huán)中得到基本的壓力成形。
然而，上述壓力成形預(yù)先假定要調(diào)整的過程的一種完美或接近完美的模型，并且特別是發(fā)動機(jī)的元件值隨著時間的推移保持恒定。上述方法沒有考慮諸如發(fā)動機(jī)元件的磨損和老化之類的緩慢變化，并且在參數(shù)的希望值與實際值之間的任何觀察差Pdesired(ti)-Pactual(ti)從操作的一個循環(huán)到下個循環(huán)保持。因此，該方法需要改進(jìn)。
按照本發(fā)明，除上述之外進(jìn)行一種適應(yīng)過程，由此補(bǔ)償歸因于不完美調(diào)整的閥芯位置與希望位置的可能偏差還有可能發(fā)生的緩慢變化。
根據(jù)本發(fā)明，適應(yīng)過程將在隨后的操作循環(huán)中校正這種觀察的差(或誤差)，并且它按如下進(jìn)行。根據(jù)在第一操作循環(huán)C1中的時刻ti處在參數(shù)P的希望值與實際值之間的以上計算差Pdesired(ti)-Pactual(ti)，控制器計算對于用來驅(qū)動在第一操作循環(huán)中的閥芯17的驅(qū)動信號D的一種校正ΔDti。校正驅(qū)動信號D+ΔDti用在一個隨后的操作循環(huán)中，并且期望驅(qū)動閥芯17以在隨后的操作循環(huán)C2中和在與第一操作循環(huán)C1中的取樣時刻ti相對應(yīng)的取樣時刻處呈現(xiàn)希望位置。如果在參數(shù)P的希望與實際值之間的差仍然在循環(huán)C2中存在，則適應(yīng)過程在另一個隨后的操作循環(huán)等中進(jìn)行要執(zhí)行的進(jìn)一步校正。
在發(fā)動機(jī)的每個操作循環(huán)中，借助于經(jīng)導(dǎo)線20接收的曲軸位置信號使燃料噴射與曲軸的轉(zhuǎn)動同步。燃料噴射在對于發(fā)動機(jī)汽缸每一個是個別的一個曲軸角位置處開始，并且取決于發(fā)動機(jī)的實際操作條件。在每個操作循環(huán)中，把計時稱作曲軸位置信號。
特別是包括驅(qū)動器18、閥芯17、液壓流體、泵活塞11和12及抽吸燃料的運(yùn)動部分每個都具有物理質(zhì)量，它們一起代表一定的慣性。由于慣性，驅(qū)動信號D必須在由參數(shù)P代表的希望噴射壓力實現(xiàn)之前的某一時間，施加到驅(qū)動器18上。這個時間取決于諸如運(yùn)動部分的動態(tài)質(zhì)量或慣性、動態(tài)質(zhì)量要運(yùn)動的“距離”及施加的力之類的幾個因素。技術(shù)人員知道如何考慮這樣的因素。這里時刻ti用來指示相關(guān)事件要發(fā)生的時刻。因而校正驅(qū)動信號D+ΔDti是這樣的驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號在適當(dāng)時刻施加時，將在循環(huán)C2中的時刻ti而不是把它施加到驅(qū)動器18上的時刻處把閥芯17驅(qū)動到其希望位置。
發(fā)動機(jī)功率通過改變?nèi)剂蠂娚湎辔坏某掷m(xù)時間來調(diào)整。這通過在不同時刻處中斷燃料噴射和使噴射壓力基本上跟隨相同的噴射壓力輪廓直到中斷噴射而實現(xiàn)。當(dāng)需要大發(fā)動機(jī)功率時，在較晚時刻中斷燃料噴射，由此延長燃料噴射周期，并且噴射較大量的燃料。類似地，當(dāng)需要小發(fā)動機(jī)功率時，在較早時刻中斷燃料噴射，由此縮短燃料噴射周期，并且噴射較少量燃料。把中斷燃料噴射的時刻稱作“指數(shù)”。一個高指數(shù)值因而與大發(fā)動機(jī)功率相對應(yīng)，而一個低指數(shù)值與小發(fā)動機(jī)功率相對應(yīng)。
當(dāng)減小發(fā)動機(jī)功率時，指數(shù)從一個發(fā)動機(jī)循環(huán)Ci到下個循環(huán)Ci+1減小，并且僅對于在循環(huán)Ci+1中重復(fù)的在第一發(fā)動機(jī)循環(huán)Ci中燃料計量閥芯的那些希望位置進(jìn)行用于下個發(fā)動機(jī)循環(huán)的上述適應(yīng)過程。由于下個噴射相位IPi+1比緊前面的噴射相位IPi短，所以除在閥關(guān)閉相位中的那些之外在下個噴射相位IPi+1中的所有希望閥芯位置具有其在以前相位IPi中的直接對等，并且直到中斷的新時刻(即較早)如上述那樣執(zhí)行適應(yīng)過程，其中之后開始關(guān)閉相位。
當(dāng)增大發(fā)動機(jī)功率時，燃料噴射相位從一個發(fā)動機(jī)循環(huán)Ci到下個循環(huán)Ci+1延長。由于下個噴射相位IPi+1現(xiàn)在不長于第一噴射相位IPi，所以在比在第一發(fā)動機(jī)循環(huán)中的燃料噴射中斷時間晚的時刻處的希望新閥芯位置沒有在其第一噴射相位IPi中的直接對等。對于閥芯的這樣的新打開位置，沒有對于來自第一發(fā)動機(jī)循環(huán)存儲的驅(qū)動信號D的校正ΔD。而是，使用來自以前發(fā)動機(jī)循環(huán)存儲的校正。這樣的以前發(fā)動機(jī)循環(huán)最好是其中在新操作條件下操作發(fā)動機(jī)的最近循環(huán)。通常，這樣的發(fā)動機(jī)循環(huán)是“舊”循環(huán)，典型地從數(shù)分鐘到數(shù)小時并且可能高達(dá)幾天或更多。
適應(yīng)過程是一種自校正過程，由此系統(tǒng)探測與閥芯希望位置的偏差。適應(yīng)過程最好在發(fā)動機(jī)操作的每個循環(huán)中進(jìn)行。如果在適應(yīng)過程的第一次運(yùn)行中得不到完美校正，則重復(fù)該過程，并且僅在少數(shù)運(yùn)行之后收斂。在例如在要調(diào)整的過程中涉及發(fā)動機(jī)元件的磨損和老化的情況下，如果不使用上述的適應(yīng)過程，則這樣的現(xiàn)象會導(dǎo)致與希望值進(jìn)一步偏離，以發(fā)動機(jī)性能變壞為結(jié)果。借助于本發(fā)明的適應(yīng)過程，能補(bǔ)償這樣的變化。
盡管參照一種泵控燃料噴射系統(tǒng)描述了本發(fā)明，但對于技術(shù)人員顯然，本發(fā)明借助于適當(dāng)修改也可以應(yīng)用于共軌燃料噴射系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種操作十字頭型大活塞發(fā)動機(jī)、特別是兩沖程發(fā)動機(jī)的一個調(diào)整元件(16)的方法，其中調(diào)整元件(16)由一個驅(qū)動信號(D)驅(qū)動，并且調(diào)整在發(fā)動機(jī)中的循環(huán)重復(fù)過程，并且其中確定代表過程實際值(Pactual)的一個觀察參數(shù)(P)，和與參數(shù)的希望值(Pdesired)相比較，該方法包括如下步驟在發(fā)動機(jī)的一個第一操作循環(huán)(C1)中使用一個用來驅(qū)動調(diào)整元件和在時刻ti，C1確定代表該過程的參數(shù)的生成的實際值Pactual(ti，C1)的驅(qū)動信號Dti，C1，并且把參數(shù)的確定實際值與在時刻ti，C1處參數(shù)的一個希望值Pdesired(ti，C1)相比較，及根據(jù)參數(shù)的希望值與實際值之差Pdesired(ti，C1)-Pactual(ti，C1)和在第一操作循環(huán)中的隨后時刻ti+1處的參數(shù)的希望值，產(chǎn)生一個用來驅(qū)動調(diào)整元件的驅(qū)動信號(Dt+1，C1)以在第一操作循環(huán)中的隨后時刻ti+1處實現(xiàn)參數(shù)的希望值，該方法的特征在于如下步驟根據(jù)在第一操作循環(huán)中確定的參數(shù)的希望值與實際值之差Pdesired(ti，C1)-Pactual(ti，C1)，產(chǎn)生一個對于用來驅(qū)動調(diào)整元件的驅(qū)動信號的校正ΔDti，C2以在第一操作循環(huán)隨后的第二操作循環(huán)(C2)中的時刻ti，C2處實現(xiàn)參數(shù)的希望值，其中在第二操作循環(huán)中的時刻ti，C2與在第一操作循環(huán)中的時刻ti，C1相對應(yīng)，并且在第二操作循環(huán)中的時刻ti，C2處使用一個用來驅(qū)動調(diào)整元件的校正驅(qū)動信號Dti，C2＝Dti，C1+ΔDti，C2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于循環(huán)重復(fù)過程是燃料噴射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的方法，其特征在于調(diào)整元件是一個燃料計量閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于代表實際值的參數(shù)是在燃料計量閥中的一個閥芯的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于代表的實際值是燃料噴射壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于在第一和第二操作循環(huán)中重復(fù)該方法多次。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其通過多個操作循環(huán)重復(fù)該方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于循環(huán)重復(fù)過程是燃燒產(chǎn)物的排放。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于調(diào)整元件是一個排氣閥的致動器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于循環(huán)重復(fù)過程是活塞和汽缸襯里的潤滑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于調(diào)整元件是一個潤滑計量閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于循環(huán)重復(fù)過程是把諸如水之類的不可燃、熱力活性劑噴射到發(fā)動機(jī)的燃燒腔室中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于循環(huán)重復(fù)過程的持續(xù)時間從發(fā)動機(jī)的一個操作循環(huán)到另一個操作循環(huán)變化，并且從相應(yīng)以前操作循環(huán)取得對于在第二操作循環(huán)中的每個時刻ti處的驅(qū)動信號的校正ΔDti，C2。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于每個以前操作循環(huán)是其中在時刻ti處進(jìn)行循環(huán)重復(fù)過程的最新操作循環(huán)。
全文摘要
在一種大活塞發(fā)動機(jī)中，一個閥(16)調(diào)整燃料噴射壓力。在時刻t
文檔編號F02D41/04GK1490510SQ0314624
公開日2004年4月21日 申請日期2003年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月5日
發(fā)明者金·詹森, 金 詹森, R. 漢森, 埃里克·R.·漢森 申請人:曼B與W狄賽爾公司