專利名稱：用于控制內(nèi)燃機的方法和裝置的制作方法
用于控制內(nèi)燃機的方法和裝置
本發(fā)明涉及這樣的方法和裝置，其用于控制帶有空氣燃料混合物
的自行點火(Selbstzuendung)和通過燃料噴射閥的燃料的配量 (Zumessung)的內(nèi)燃才幾。
越來越嚴格的關于汽車(內(nèi)燃機布置于其中)的有害物質(zhì)排放的法 律規(guī)定使得必須在內(nèi)燃機運行時保持盡可能少的有害物質(zhì)排放。這 可以由以下方式實現(xiàn)，即， 一方面，減少空氣燃料混合物在內(nèi)燃機的 各個氣缸中的燃燒期間產(chǎn)生的有害物質(zhì)。另一方面，可在內(nèi)燃機中應 用廢氣處理系統(tǒng)，其將空氣燃料混合物在各個氣缸中的燃燒過程期間 產(chǎn)生的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。
尤其在存在非穩(wěn)定運行狀態(tài)時，要保證較低的有害物質(zhì)排放是個 挑戰(zhàn)，因為，在這種非穩(wěn)定運行狀態(tài)中可能很輕易地就會產(chǎn)生很高的 有害物質(zhì)排放。
本發(fā)明的任務是，設計用于控制內(nèi)燃機的方法和裝置，該方法和 裝置有助于實現(xiàn)較低的有害物質(zhì)排放。
該任務通過獨立權利要求的特征而完成。本發(fā)明的有利的設計方 案表示于從屬權利要求中。
本發(fā)明涉及這樣的方法和相應的裝置，其用于控制帶有空氣燃料 混合物的自行點火和通過燃料噴射閥的燃料的配量的內(nèi)燃機?？諝馊?料混合物的自行點火尤其在柴油內(nèi)燃機中進行。然而，用于帶有空氣 燃料混合物的自行點火的汽油內(nèi)燃機的燃燒方法也是已知的。
在穩(wěn)定運行狀態(tài)的假定下，依賴于至少 一個內(nèi)燃機運行變量而獲 得涉及燃料配量的至少一個噴射參數(shù)(Einspritzparameter)。在存在非穩(wěn) 定運行狀態(tài)時，依賴于內(nèi)燃機的運行變量中的至少一個而獲得用于穩(wěn)定運行狀態(tài)的理論燃燒室溫度(Soll-Brennraumtemperatur)。進一步，在 存在非穩(wěn)定運行狀態(tài)時，依賴于用于內(nèi)燃機的瞬態(tài)運行的物理模型(依 賴于理論燃燒室溫度和內(nèi)燃機運行變量中的至少一個)而獲得實際燃 燒室溫度(Ist-Brennraumtemperatur)。這類物理模型可以例如通過試驗 而獲得，例如可在發(fā)動機試驗臺架處或也可例如借助于相應的仿真而 參數(shù)化。進一步，在存在非穩(wěn)定運行狀態(tài)時，依賴于理論燃燒室溫度 和實際燃燒室溫度而獲得用于該至少一個噴射參數(shù)的修正值。依賴于
至少 一個噴射參數(shù)和相關聯(lián)的(zugeordneten)修正值而控制燃料噴射 閥。以這種方法， 一方面，可簡單地而且是在相應的第一噴射參數(shù)的 參數(shù)化時獲得該至少一個噴射參數(shù)，在存在穩(wěn)定運行狀態(tài)時，通過該 噴射參數(shù)可以簡單地保證內(nèi)燃機的帶有較低排放的運行。
然而，除此之外，還可以在非穩(wěn)定運行狀態(tài)中非常輕易且有效地 確保有利的燃料消耗并將高的有害物質(zhì)排放(尤其是NOX排放)顯著 地減少。這里顯示，就此而言，燃燒室溫度是尤其具有代表性的量值， 并且，通過理論燃燒室溫度和實際燃燒室溫度的簡單獲得和依賴于此 的修正值的獲得，可尤其簡單地使得在非穩(wěn)定運行中的有害物質(zhì)排放 和燃料消耗的十分有效的降低成為可能。除此之外，由此還可在非穩(wěn)
定運行狀態(tài)期間在燃燒時保持有利的聲學特性(Akustik)。
理論燃燒室溫度以及實際燃燒室溫度優(yōu)選地表征在內(nèi)燃機工作
循環(huán)內(nèi)的預定的(vorgegeben)曲軸角度下的燃燒室中的溫度。它們尤其
表征在相應的工作循環(huán)內(nèi)的最高溫度。
根據(jù)本發(fā)明的一種有利的設計方案，理論燃燒室溫度依賴于空氣
質(zhì)量流量(Luftmassenstrom)和/或轉(zhuǎn)速和/或待調(diào)節(jié)的(einstellen)轉(zhuǎn)矩而
被獲得。這尤其簡單而盡管如此卻還是使得代表穩(wěn)定運行的特征的燃
燒室溫度的足夠精確的獲得成為了可能。
根據(jù)另一個有利的設計方案，該物理模型包括濾波器。這樣，該
物理模型可尤其簡單地被實現(xiàn)并提供足夠精確的實際燃燒室溫度。就
此而論，如果該濾波器是一階濾波器，則是尤其有利的。這可使用計算機輔助方法以尤其簡單的方式被實現(xiàn)，且已令人驚訝地顯示出的 是， 一階濾波器，尤其是PT1濾波器，可在非穩(wěn)定運行狀態(tài)期間對實
際的燃燒室溫度的真實曲線進行相當好的建模(modelliert)。
根據(jù)另 一個有利的設計方案，濾波器時間常數(shù)依賴于空氣質(zhì)量流 量而被獲得。以這種方法，實際燃燒室溫度可尤其精確地被獲得。
根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的設計方案，該噴射參數(shù)是待進行的噴 射的與曲4由有關的4立置(kurbelwellenbezogene Lage)。以這種方法，可 以簡單地影響空氣燃料混合物的燃燒的重心，且是以減少有害物質(zhì)排 放為目的地對其施加影響。就此而論，如果噴射參數(shù)是待進行的提前 噴射(Voreinspritzung)的與曲軸有關的位置，則是有利的，因為這樣就 可以尤其有針對性的方式來影響還與主噴射有關的空氣燃料混合物 的燃燒的開始。
根據(jù)另 一個有利的設計方案，該噴射參數(shù)是待進行的主噴射的與 曲軸有關的位置。以這種方法，可尤其精確地調(diào)整燃燒重心和燃燒室 溫度。
此外，如果該噴射參數(shù)是待配量的燃料質(zhì)量(Kraftstoffmasse),則 也是有利的。以這種方法，可簡單地實現(xiàn)有利的轉(zhuǎn)矩曲線。
就此而論，如果該噴射參數(shù)是提前噴射質(zhì)量，則是尤其有利的。 就此而言已顯示出，通過^_前噴射質(zhì)量可顯著地影響有害物質(zhì)排放。 此外，就此而論，如果該噴射參數(shù)是主噴射質(zhì)量，則也是相當有利的。 以這種方法，可尤其精確地實現(xiàn)有利的轉(zhuǎn)矩曲線。
接下來，借助于示意性的圖進一步說明本發(fā)明的實施例。其中


圖1顯示了帶有控制裝置的內(nèi)燃機，而
圖2顯示了用于控制該內(nèi)燃機的程序的流程圖。
在所有圖中，相同結構或相同功能的元件以相同的參考標號來標內(nèi)燃機(圖l)包括進氣部分l，發(fā)動機本體(Motorblock)2，氣缸蓋 3和排氣部分4。進氣部分1主要包括節(jié)流閥5，其也可在帶有空氣燃 料混合物的自行點火的內(nèi)燃機中(舉例而言地)有利地連同廢氣再循環(huán) 或油箱通風系統(tǒng)而被使用。此外，進氣部分1優(yōu)選地包括收集器6和
此外，發(fā)動機本體2包括曲軸8，其通過連桿10與氣缸Z1的活塞11 相聯(lián)接。
氣缸蓋3包括帶有進氣門12和排氣門13的氣門機構。氣缸蓋3 還包括燃料噴射閥18，借助于該燃料噴射閥18，燃料可被配量入氣 缸Z1的燃燒室中。
在排氣部分4中優(yōu)選地布置有廢氣催化器21。如有需要，還可在 排氣部分中布置微粒過濾器。此外，優(yōu)選地設置有廢氣再循環(huán)，其設 計用于將廢氣從排氣部分4引導回到進氣部分1中。除此之外，優(yōu)選 地還設置有廢氣渦輪增壓器。
為內(nèi)燃機設置有控制裝置25，其被關聯(lián)有傳感器，所述傳感器為 其而檢測測量變量(Messgroessen)并相應地獲得測量變量的值。除了測 量變量以外，運行變量還包括從這些測量變量中求出的變量?？刂蒲b 置25依賴于運行變量BG中的至少一個而獲得調(diào)整變量，其然后被轉(zhuǎn) 換成一個或多個調(diào)整信號(Stellsignale)SG，以便借助于相應的執(zhí)行機 構來控制調(diào)整元件(Stellglied)。
控制裝置25也可以被稱為用于控制內(nèi)燃機的裝置。
傳感器可為檢測油門踏板27的油門踏板位置的踏板位置傳感 器26,檢測進氣部分中節(jié)流閥5上游的空氣質(zhì)量流量的空氣質(zhì)量傳感 器28，檢測進氣空氣溫度的第一溫度傳感器32,檢測曲軸角度的曲 軸角度傳感器36，然后，轉(zhuǎn)速N被與其相關聯(lián)。此外，設置有第二 溫度傳感器38,其檢測冷卻介質(zhì)溫度或燃料溫度。根據(jù)實施例，可存 在所提及傳感器的任意子集，或也可以存在額外的傳感器。調(diào)整元件例如為節(jié)流閥5、進氣門和排氣門12, 13,以及燃料噴 射閥18。
優(yōu)選地，除了氣缸Z1外，還設置有其它氣缸Z2至Z4，其上同 樣關聯(lián)有相應的調(diào)整元件和(如有需要時)傳感器。因此，內(nèi)燃機可以 具有任意數(shù)量的氣缸Zl至Z4。
用于控制內(nèi)燃機的程序存儲于控制裝置25的存儲器中，并且優(yōu) 選地在內(nèi)燃機啟動時立即在步驟S1中(圖2)開始。如有需要，在步驟 Sl中初始化變量。
在步驟S2中檢驗，內(nèi)燃機是否處于這樣的運行狀態(tài)BZ中，該運 行狀態(tài)BZ為非穩(wěn)定運行狀態(tài)BZ—INST。如果一個或多個重要運行變 量具有預定的最小的動態(tài)值(Dynamik),則內(nèi)燃機尤其處于非穩(wěn)定運行 狀態(tài)BZ一INST中。例如，如果待由內(nèi)燃機產(chǎn)生的期望轉(zhuǎn)矩具有預定 的動態(tài)值(例如通過駕駛員對油門踏板27的操縱而引起)，則尤其可為 這種非穩(wěn)定運行狀態(tài)BZjNST。如果步驟S2的條件沒有被滿足，則 該處理在步驟S4中繼續(xù)，在步驟S4中，在該處理在步驟S2中被繼 續(xù)之前，程序在可預定的等待持續(xù)時間T—W或相應的曲軸角度上被 保持。在此，步驟S4中的停留時間如此地選擇，即，使得步驟S2以 適當?shù)念l率被執(zhí)行，即，例如，每內(nèi)燃機氣缸環(huán)節(jié)(Zylindersegment) 一次，也就是，在帶有四個氣缸的四沖程內(nèi)燃機中，每180。曲軸角度 處理一次。
與此相反，如果步驟S2的條件得到滿足，則在步驟S6中，噴射 參數(shù)依賴于至少一個運行變量BG而被獲得。在步驟S6中，例如，噴 射開始SOI和/或噴射結束EOI依賴于該至少一個運行變量而被獲得。 與步驟S6相關地，運行變量BG可例如包括，所期望的待通過內(nèi)燃機 而調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)矩TQI—SP、轉(zhuǎn)速N和/或通過第一溫度傳感器32和/或第 二溫度傳感器38所檢測的溫度，或其它運行變量。用于獲得噴射開 始SOI和噴射結束EOI的分配準則(Zuordnungsvorschrift)是針對內(nèi)燃 機的穩(wěn)定運行狀態(tài)而預定的且優(yōu)選為根據(jù)經(jīng)驗的，例如通過在發(fā)動機臺架處的試驗和/或通過仿真而被獲得，并且，優(yōu)選地被儲存在控制裝
置25的存儲器中的一個或多個特性曲線族(Kennfeldern)中。
在步驟S8中，理論燃燒室溫度T一BR—SP依賴于至少一個運行變 量而被獲得，其優(yōu)選地包括待配量的燃料質(zhì)量MFF和/或優(yōu)選地包括 轉(zhuǎn)速N和/或待調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)矩TQI—SP。待配量的燃料質(zhì)量MFF決定性 地依賴于表征內(nèi)燃機中待被調(diào)節(jié)的負載的運行變量(例如，期望的待調(diào) 節(jié)的轉(zhuǎn)矩TQI—SP)而被獲得。根據(jù)步驟S6的方法，這優(yōu)選地依賴于儲 存在控制裝置的存儲器中的一個或多個特性曲線族而實現(xiàn)。除此之 外，在獲得理論燃燒室溫度時，也可以考慮諸如廢氣再循環(huán)率或進氣 空氣溫度等的其它運行變量——而且是在穩(wěn)定運行狀態(tài)的假定下來 對其進行考慮。
在步驟S10中，獲得濾波器時間常數(shù)t_eng，而且是依賴于至少 一個運行變量BG(其優(yōu)選為空氣質(zhì)量流量)來獲得濾波器時間常數(shù) t—eng。這同樣也可依賴于至少 一個特性曲線族來實現(xiàn)。
在步驟S12中設置有濾波器(Filter),其優(yōu)選為一階濾波器(例如 PT1濾波器)，其濾波器時間常數(shù)是t一eng，且理論燃燒室溫度T—BR_SP 位于輸入側而實際燃燒室溫度T—BR一AV在輸出側被給出。通過步驟 S8至S12，實現(xiàn)了針對瞬態(tài)運行而用于獲得實際燃燒室溫度T—BR_AV 的物理模型。因此，以這種方法在內(nèi)燃機的瞬態(tài)運行期間也可進行實 際的燃燒室溫度的足夠精確的估算。在此，該燃燒室溫度可與(例如) 在相應的工作循環(huán)期間在可預定的曲軸角度下的燃燒室中的溫度有 關。優(yōu)選地，該燃燒室溫度與相應的工作循環(huán)內(nèi)的最大溫度相對應。
在步驟S14中， 一個或多個修正值被獲得，而且是依賴于理論燃 燒室溫度T—BR—SP和實際燃燒室溫度T一BR一AV而被獲得。在實施步 驟S14時，優(yōu)選地依賴于理論燃燒室溫度和實際燃燒室溫度T—BR—AV 而獲得用于該噴射開始的修正值KOR一SOI和/或用于該噴射結束的修 正值KOR一EOI。對此，優(yōu)選地使用理論燃燒室溫度T—BR—SP和實際 燃燒室溫度T—BR一AV之間的偏差、尤其是其間的差值。修正值的獲得可例如借助于其它物理模型來實現(xiàn)，其優(yōu)選地包括
一個或多個特性曲線族，且尤其以預控制(Vorsteuerung)的形式來實現(xiàn)。
接著，在步驟S16中，用于控制相應的噴射閥18的調(diào)整信號SG 被獲得，而且是依賴于至少 一個噴射參數(shù)和/或至少一個修正值而被獲 得，該調(diào)整信號SG被關聯(lián)至相應的氣缸Z1至Z4。這樣，該調(diào)整信 號例如依賴于噴射開始SOI和/或噴射結束EOI和/或用于該噴射開始 的修正值KOR一SOI和/或用于該噴射結束的修正值KOR—EOI而被獲 得。噴射開始SOI和噴射結束EOI相應地指的是曲軸8的曲軸角度。 然后，相應的噴射閥18相應于在步驟S16中所獲得的調(diào)整信號SG而 被控制，以用于將燃料配量到相應的氣缸Zl至Z4的相應的燃燒室中。 在步驟S16的處理之后，該處理在步驟S4中被繼續(xù)。
作為對步驟S6的備選或補充，還可設置有步驟S18，在其中，主 噴射質(zhì)量MFF—M和/或提前噴射質(zhì)量MFF—PILOT依賴于至少一個運 行變量BG而被獲得。該運行變量BG優(yōu)選地包括表征在內(nèi)燃機處待 被調(diào)節(jié)的負載的變量，如，期望的待通過內(nèi)燃機而被調(diào)整的轉(zhuǎn)矩，并 優(yōu)選地包括轉(zhuǎn)速。然而，該運行變量BG也可以包括其它運行變量BG。 步驟S18的一個或多個分配準則優(yōu)選地同樣包括一個或多個特性曲線 族。
作為對步驟S14的備選或補充，還可設置有步驟S20，在其中， 用于主噴射的修正值KOR—MFF—M被獲得，而且是依賴于理論燃燒 室溫度T—BR—SP和實際燃燒室溫度T_BR—AV而被獲得。備選地或附 加地，還可在步驟S20中依賴于理論燃燒室溫度T—BR—SP和實際燃 燒室溫度T_BR_AV 而獲得用于提前噴射的修正值 KOR—MFF—PILOT 。 用于獲得修正值 KOR_MFF—PILOT 、 KOR—MFF—M的分配準則優(yōu)選地基本上與對應于步驟S14中的分配準 則。然后，調(diào)整信號SG在步驟S16中還依賴于主噴射質(zhì)量MFF_M 和/或提前噴射質(zhì)量MFF PILOT和/或用于提前噴射質(zhì)量的修正值KOR—MFF—PILOT和/或用于主噴射質(zhì)量的修正值KOR—MFF_M而被獲得。
修正值通過分配準則而如此被預定，即,使得即使在瞬態(tài)運行下也 可保證盡可能低的有害物質(zhì)排放、尤其是NOX排放，且還可確保有 利的聲學特性。除此之外，其可以如下程度被優(yōu)化，即，使得有害物 質(zhì)微粒的生成被最小化或至少被保持在較低的水平上。
尤其以這種方式，可借助于修正值而將與已穩(wěn)定狀態(tài)(即,穩(wěn)定運
行狀態(tài))相比的、相應的燃燒室中的空氣燃料混合物的點火延遲顯著地 縮短或延長。以這種方式，首先(舉例而言)可能的是，在理論溫度 T一BR—SP提高時(由于待配量的燃料質(zhì)量MFF的提升或提高)，實際 燃燒室溫度T—BR—AV和理論燃燒室溫度T一BR—SP之間的差值則變?yōu)?負的，并且噴射開始SOI以被提早的方式而被修正。同時，舉例而言， 用于提前噴射燃料質(zhì)量MFF—PILOT的修正值KOR—MFF—PILOT也被 提高，其則導致，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩中性的(drehmomentneutraler)過渡，并且 是，通過這樣的修正值——其貢獻隨時間增加而越來越小，直至修正 不再必須。在理論燃燒室溫度T—BR—SP下降時，相應的流程相應地 以相反的方式而實現(xiàn)。
權利要求
1.一種用于控制帶有空氣燃料混合物的自行點火和通過燃料噴射閥(18)的燃料的配量的內(nèi)燃機的方法，其中，-在穩(wěn)定運行狀態(tài)的假定下依賴于所述內(nèi)燃機的至少一個運行變量(BG)而獲得涉及該燃料配量的至少一個噴射參數(shù)，-在存在非穩(wěn)定運行狀態(tài)(BZ_INST)時——依賴于所述運行變量(BG)中的至少一個而獲得用于所述穩(wěn)定運行狀態(tài)的理論燃燒室溫度(T_BR_SP)，——依賴于用于瞬態(tài)運行的物理模型、依賴于所述理論燃燒室溫度(T_BR_SP)和所述運行變量(BG)中的至少一個而獲得實際燃燒室溫度(T_BR_AV)，——依賴于所述理論燃燒室溫度和實際燃燒室溫度(T_BR_SP，T_BR_AV)而獲得用于所述至少一個噴射參數(shù)的修正值，并且——依賴于所述至少一個噴射參數(shù)和相關聯(lián)的修正值而控制所述燃料噴射閥(18)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，依賴于空氣質(zhì)量流 量和/或轉(zhuǎn)速(N)和/或待調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)矩(TQI—SP)而獲得所述理論燃燒室溫 度(T—BR—SP)。
3. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述物 理模型包括濾波器。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述濾波器是一階 濾波器。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其特征在于，依賴于所述空 氣質(zhì)量流量而獲得濾波器時間常數(shù)(t—eng)。
6. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述噴 射參數(shù)是待進行的噴射的與曲軸有關的位置。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述噴射參數(shù)是待 進行的提前噴射的與曲軸有關的位置。
8. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述噴射參數(shù)是待進行的主噴射的與曲軸有關的位置。
9. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述噴 射參數(shù)是待配量的燃料質(zhì)量(MFF)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述噴射參數(shù)是 提前噴射質(zhì)量(MFF一PILOT)。
11. 根據(jù)權利要求9或10中任一項所述的方法，其特征在于，所 述噴射參數(shù)是主噴射質(zhì)量(MFF一PILOT)。
12. —種用于控制帶有空氣燃料混合物的自行點火和通過燃料噴 射閥(18)的燃料的配量的內(nèi)燃機的裝置，其構造用于，一在穩(wěn)定運行狀態(tài)的假定下依賴于所述內(nèi)燃機的至少一個運行 變量(BG)而獲得涉及該燃料配量的至少一個噴射參數(shù)， —在存在非穩(wěn)定運行狀態(tài)時——依賴于所述運行變量(BG)中的至少 一個而獲得用于所述穩(wěn) 定運行狀態(tài)的理論燃燒室溫度(T一BR—SP),——^賴于用于瞬態(tài)運行的物理模型、依賴于所述理論燃燒室溫 度(T—BR—SP)和所述內(nèi)燃機的運行變量中的至少 一個而獲得實際燃燒 室溫度(T一BR一AV)——依賴于所述理論燃燒室溫度和實際燃燒室溫度CI^BR一SP, T—BR—AV)而獲得用于所述至少一個噴射參數(shù)的修正值，并且——依賴于所述至少一個噴射參數(shù)和相關聯(lián)的修正值而控制所 述燃料噴射閥(18)。
全文摘要
為了控制帶有空氣燃料混合物的自行點火的內(nèi)燃機，在穩(wěn)定運行狀態(tài)的假定下依賴于內(nèi)燃機的運行變量中的至少一個(BG)而獲得至少一個涉及燃料配量的噴射參數(shù)。在存在非穩(wěn)定運行狀態(tài)(BZ_INST)的情況下，依賴于所述運行變量中的至少一個(BG)而獲得用于穩(wěn)定運行狀態(tài)的理論燃燒室溫度(T_BR_SP)。依賴于用于瞬態(tài)運行的物理模型、依賴于理論燃燒室溫度(T_BR_SP)和內(nèi)燃機的運行變量中的至少一個而獲得實際燃燒室溫度(T_BR_AV)。依賴于理論燃燒室溫度和實際燃燒室溫度(T_BR_SP，T_BR_AV)而獲得用于至少一個噴射參數(shù)的修正值。依賴于至少一個噴射參數(shù)和相關聯(lián)的修正值而控制燃料閥。
文檔編號F02D41/14GK101568712SQ200780048299
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權日2006年12月27日
發(fā)明者宏 張 申請人:歐陸汽車有限責任公司