專利名稱：用于操作內燃機的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于操作內燃機的方法，特別是機動車輛的內燃機，例如柴油發(fā)動機或者汽油發(fā)動機。
背景技術：
已知內燃機包括發(fā)動機組，發(fā)動機組包括多個汽缸，每個汽缸容納往復運動的活塞并被汽缸蓋封閉，汽缸蓋與活塞配合以限定燃燒室?；钊粰C械連接到曲軸，從而活塞的往復運動被轉化為曲軸的轉動，反之亦然。內燃機通常被配置以至于在曲軸轉動兩圈中，每個活塞執(zhí)行一個發(fā)動機循環(huán)，對應于活塞本身進入相應汽缸的四個沖程進氣沖程，壓縮沖程，膨脹沖程和排氣沖程。在壓縮沖程的最后階段，燃料噴射器將燃料直接噴射進入燃燒室以為燃燒階段作準備。為了使燃燒階段穩(wěn)定并為每個發(fā)動機循環(huán)減少污染排放，已知的控制策略利用燃燒相位控制或者參數(shù)的閉環(huán)控制監(jiān)控并調節(jié)發(fā)動機每個缸內的燃料噴射，該參數(shù)代表發(fā)動機缸內的燃料燃燒過程。在控制燃燒階段中一個使用最多的參數(shù)是MFB50，它是在被噴射進入汽缸的燃料之中50%質量的燃料已經(jīng)被燃燒的狀態(tài)下，指示曲軸角度位置的參數(shù)。所述參數(shù)的確定要求ECU在發(fā)動機循環(huán)過程中利用燃燒壓力傳感器來對缸內壓力值取樣，從而確定缸內壓力曲線。ECU隨后利用缸內壓力曲線來計算經(jīng)過相同發(fā)動機循環(huán)的熱釋放曲線，并基于所述熱釋放曲線計算MFB50。其他在發(fā)動機循環(huán)過程中指示轉矩釋放的燃燒參數(shù)，t匕如指示平均有效壓力(MEP)，可以也被基于缸內壓力曲線而確定并被用于反饋控制噴射相位。假定信號被處理以得到要求的參數(shù)的方式，任何在通過燃燒壓力傳感器得到的壓 力值測量結果上的噪聲或尖峰能強烈地影響轉矩和熱釋放燃燒，因為他們可能被誤認為是燃燒結果。因此燃燒相位控制和閉環(huán)轉矩控制可能錯誤地調整燃燒參數(shù)(噴射量，SOI, EGR速率)，對排氣、操縱性能和燃燒噪聲產(chǎn)生消極影響。所以為了避免燃燒被根據(jù)無規(guī)則信息錯誤地控制，能夠識別通過燃燒壓力傳感器得到的壓力測量結果是否被噪聲影響是重要的。傳統(tǒng)的噪聲檢測方法是基于兩個或更多測量點之間的梯度分析。這套方法用于缸內壓力曲線是非常無效的，該壓力曲線在壓縮階段和膨脹階段中呈現(xiàn)可觀的壓力梯度。在這些例子中，兩個壓力值測量結果之間高梯度的檢測將沒有必要成為信號中噪聲出現(xiàn)的指示器。因此，本發(fā)明公開的實施例的目的是提供程序來識別何時燃燒室內的壓力值測量結果被噪聲影響。另一個目的是提供用于識別壓力測量結果中噪聲的方法，該方法以合理的方式，沒有利用復雜裝置，并具有利用車輛電子控制單元(ECU)計算能力的優(yōu)勢。這些目的通過方法，通過發(fā)動機，通過計算機程序和計算機程序產(chǎn)品，通過電磁信號以及通過具有獨立權利要求中陳述的特點的汽車系統(tǒng)來達到。
從屬權利要求描述了優(yōu)選和/或特別有利的方面。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于操作內燃機的方法，其中，缸內壓力曲線中的噪聲被識別。根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于操作內燃機的方法包括多個步驟在發(fā)動機循環(huán)過程中，測量內燃機的燃燒室內多個壓力值和對應于每個所述測量壓力值的曲軸角度位置；
選擇一組所述壓力值和相應的角度位置值；利用所述測量的角度位置值來為每個所述選擇的壓力值計算燃燒室的內體積值；根據(jù)C=pVk的關系，用每個選擇壓力值和相關的確定體積值來計算多方常數(shù)值，其中，C為多方常數(shù)，P為壓力值，V為內體積值，k為多方指數(shù)；計算所述計算多方常數(shù)值的均方根差；如果均方根差的計算值超過它的閾值，則識別噪聲已經(jīng)影響壓力測量結果。由于該解決方法，被噪聲影響的壓力值測量結果可以被識別而且正確的恢復措施被實施。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所選擇的壓力值在內燃機發(fā)動機循環(huán)的壓縮階段過程中被測量。這樣，可能在燃燒階段過程中識別壓力值測量結果中的噪聲，其中，連續(xù)壓力值之間的梯度相當高而且基于梯度分析的傳統(tǒng)噪聲檢測方法是不夠的。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所選擇的壓力值在內燃機發(fā)動機循環(huán)的膨脹階段過程中被測量。這樣，可能在膨脹階段過程中識別壓力值測量結果中的噪聲，其中，連續(xù)壓力值之間的梯度相當高而且基于梯度分析的傳統(tǒng)噪聲檢測方法是不夠的。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的另一個方面，識別噪聲已經(jīng)影響壓力測量結果被用在控制策略中來操作內燃機。這樣，可能調整用于操作內燃機的控制策略，其通過考慮壓力測量結果中噪聲的出現(xiàn)來利用壓力值測量結果。根據(jù)本發(fā)明的方法可以在計算機程序的幫助下被實施，計算機程序包括用于實施以上描述方法的全部步驟，并且是包括計算機程序的計算機程序產(chǎn)品的形式。計算機程序產(chǎn)品可以被具體化為內燃機，其裝備有燃燒壓力傳感器和曲柄位置傳感器，與燃燒壓力傳感器和曲柄位置傳感器相通信的ECU，與ECU相關聯(lián)的存儲系統(tǒng)，儲存在存儲系統(tǒng)內的計算機程序，從而，當ECU執(zhí)行計算機程序時，以上描述方法的全部步驟被執(zhí)行。該方法也可被具體化為電磁信號，所述電磁信號被調制來載波數(shù)據(jù)比特序列，數(shù)據(jù)比特序列代表計算機程序來執(zhí)行該方法的的全部步驟。本發(fā)明還提供一種用于裝備有燃燒壓力傳感器和曲柄位置傳感器的內燃機的控制設備，控制設備包括與燃燒壓力傳感器和曲柄位置傳感器相通信的電子控制單元，與電子控制單元相關聯(lián)的存儲系統(tǒng)以及儲存在存儲系統(tǒng)中的計算機程序。本發(fā)明還提供包括裝備有燃燒壓力傳感器和曲柄位置傳感器的內燃機的汽車系統(tǒng)，該汽車系統(tǒng)還包括與燃燒壓力傳感器和曲柄位置傳感器相通信的電子控制單元，與電子控制單元相關聯(lián)的存儲系統(tǒng)以及儲存在存儲系統(tǒng)中的計算機程序。本發(fā)明的這個實施例具有上述方法的優(yōu)勢。


通過舉例的方式，本發(fā)明現(xiàn)在可被參考附圖來描述，圖I和圖2是包括內燃機的汽車系統(tǒng)的示意性描繪；圖3顯示了壓力/曲柄角度圖，描繪了在發(fā)動機循環(huán)過程中內燃機缸之中的缸內 壓力；圖4是公開方法的實施例一個方面的步驟的示意性描繪。附圖標記100汽車系統(tǒng)110內燃機120發(fā)動機組125 汽缸130汽缸蓋135凸輪軸140 活塞145 曲軸150燃燒室155凸輪相位器160燃料噴射器170燃料軌道180燃料泵190燃料源200進氣歧管205進氣輸送管210 進氣端口215 閥220 排氣端口225排氣歧管230渦輪增壓器240壓縮器250 渦輪260 中間冷卻器270排氣系統(tǒng)275排氣管
280排氣后處理裝置290VGT 啟動器300EGR 系統(tǒng)310EGR 冷卻器320EGR 閥330節(jié)流體340質量空氣流量和溫度傳感器350歧管壓力和溫度傳感器
360燃燒壓力傳感器380冷卻劑和機油溫度和液位傳感器400燃料軌道壓力傳感器410凸輪位置傳感器420曲軸位置傳感器430排氣壓力和溫度傳感器440EGR溫度傳感器445加速踏板位置傳感器450電子控制單元451存儲系統(tǒng)
具體實施例方式本發(fā)明以下公開內容涉及四缸四沖程柴油發(fā)動機。一些實施例可包括汽車系統(tǒng)100，如圖I和2所示，其包括內燃機(IEC) 110，內燃機具有發(fā)動機組120，發(fā)動機組限定至少一個汽缸125，汽缸具有活塞140，活塞與曲軸145連接以使其旋轉。汽缸蓋130與活塞140配合以限定燃燒室150。燃料和空氣的混合物(未示出)被布置在燃燒室150內并被點燃，導致高溫膨脹排出的氣體促使活塞140往復運動。燃料由至少一個燃料噴射器160提供，而且空氣通過至少一個進氣端口 210提供。燃料在高壓下被從燃料軌道170提供到燃料噴射器160，燃料軌道與高壓燃料泵180流體連通，高壓燃料泵增加被接受自燃料源190的燃料的壓力。每個缸125具有至少兩個閥215，該閥由凸輪軸135促動，凸輪軸跟隨曲軸145旋轉。閥215選擇性地允許空氣從端口 210進入燃燒室150，并且交替地允許廢氣經(jīng)過端口 220排出。在一些例子中，凸輪相位器155可選擇性地改變凸輪軸135和曲軸145之間的正時。空氣可被經(jīng)由進氣歧管200分配到進氣端口 210。進氣輸送管205可將空氣從周圍環(huán)境提供給進氣歧管200。在其他實施例中，節(jié)流體330可被提供來調節(jié)進入歧管200的空氣流量。還有其他實施例中，諸如渦輪增壓器230的強制進氣系統(tǒng)可被提供，其具有旋轉連接到渦輪250的壓縮器240。壓縮器240的旋轉提高輸送管205和歧管200之中空氣的壓力和溫度。被布置在輸送管205之中的中間冷卻器可降低空氣的溫度。渦輪250通過接收來自排氣歧管225的廢氣而旋轉，排氣歧管引導廢氣在經(jīng)過渦輪250膨脹之前，從排氣端口 220并經(jīng)過一系列的葉片。廢氣離開渦輪250并被引導進入排出系統(tǒng)270。這個例子表示帶有VGT促動器290的可變幾何渦輪(VGT)，促動器被安排來移動葉片以改變通過渦輪的廢氣的流量。在其他實施例中，渦輪增壓器230可為固定幾何和/或包括廢氣閘。排氣系統(tǒng)270可包括排氣管275，排氣管具有一個或更多的排氣后處理裝置280。該后處理裝置可為被配置來改變廢氣組成的任何裝置。一些后處理裝置280的例子包括，但不限于催化轉換器(2或3通道)、氧化催化、貧氮氧化物阱、烴吸附器、選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)以及柴油顆粒過濾器。其他實施例可包括廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)300，該系統(tǒng)在排氣歧管225和進氣歧管200之間連接。EGR系統(tǒng)300可包括EGR冷卻器310以降低EGR系統(tǒng)300內廢氣的溫度。EGR閥320調節(jié)EGR系統(tǒng)300內廢氣的流動。汽車系統(tǒng)100可還包括電子控制單元(E⑶)450，其與一個或多個傳感器和/或與ICEllO關聯(lián)的裝置相通信。ECU450可接收來自各種傳感器的輸入信號，傳感器被配置來產(chǎn)生與各種物理參數(shù)成比例的信號，這些物理參數(shù)與ICEllO關聯(lián)。傳感器包括但不限于質量空氣流量和溫度傳感器340，歧管壓力和溫度傳感器350，燃燒壓力傳感器360，冷卻劑和機油溫度和液位傳感器380，燃料軌道壓力傳感器400，凸輪位置傳感器410，排氣壓力和溫度傳感器430，EGR溫度傳感器440和加速踏板位置傳感器445。 內燃機通常裝備有曲軸角度位置傳感器420，其示意性地包括與曲軸同軸固定的輪子，以及與曲軸輪配合的固定電氣部件，其中，曲軸輪和固定電氣部件被設定使得曲軸輪的每個可能的角度位置促使電氣部件產(chǎn)生相應的電氣信號，該信號被傳送到ECU450。此外，E⑶450可產(chǎn)生輸出信號給各種控制裝置，這些裝置被安排來控制ICEllO的運轉，包括但不限于燃料噴射器160、節(jié)流體330、EGR閥320、VGT啟動器290和凸輪相位器155。注意，虛線被用來表示E⑶450和各種傳感器以及裝置之間的通信，但是為了表示清楚某些被省略。現(xiàn)在轉到E⑶450，該設備可包括與存儲系統(tǒng)和接口總線相通信的數(shù)字中央處理器(CPU)。該CPU被配置來執(zhí)行作為程序存儲在存儲系統(tǒng)內的指令，并給/從接口總線發(fā)送和接收信號。存儲系統(tǒng)可包括各種儲存類型，這些類型包括光學存儲、磁性存儲、固態(tài)存儲和其它永久性存儲器。接口總線可被配置來給/從各種傳感器和控制裝置發(fā)送、接收以及調制模擬和/或數(shù)字信號。程序可包括此處公開的方法，允許CPU執(zhí)行該方法的步驟并控制ICEIIOo根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，參考圖4，用于操作內燃機110的方法現(xiàn)在被更詳細地進行描述。已知缸125之內的壓力遵循在發(fā)動機循環(huán)中被限定的趨勢。特別地，在進氣行程中，缸125內的壓力值在大約一個低值保持實質上不變；閥215關閉后，在壓縮行程之中，壓力值快速上升；由于燃燒室內的燃料燃燒，當活塞140在離缸頂部最近處(上死點或TDC)時，壓力值達到極值；閥215打開后，在膨脹行程中，壓力值快速降低，在整個排氣行程中，在大約一個低值保持實質上不變。如圖3所示，曲軸每旋轉兩圈，該缸內壓力曲線，即曲軸角度位置上的壓力值曲線，循環(huán)重現(xiàn)，維持實質上相同的趨勢，但是也變化以響應例如發(fā)動機轉速，發(fā)動機載荷，噴射開始，EGR比率等發(fā)動機工作參數(shù)的變化。缸內壓力曲線通常通過測量燃燒室內多個壓力值P和對于每個所述測量壓力值的曲軸角度位置araank的相應值得到，塊I。壓力值通常通過專用的燃燒壓力傳感器360測得，該傳感器位于每個缸125之內，而且自身典型地被集成在電熱塞里并通過模擬/數(shù)字轉換器連接到ECU450。曲軸角度位置值通常通過曲軸角度位置傳感器420測量。在壓縮階段和膨脹階段中，可以假設在燃燒中，既沒有正向也沒有負向的熱交換，因為通過燃燒室壁的熱交換被認為是可忽略的。因此，給定燃燒室的絕熱狀態(tài)，在這個階段多方模型是可應用的。根據(jù)該多方模型pVk=C (I)其中，P為燃燒室150內的壓力值，V為燃燒室150的內體積值，k為多方指數(shù)，C
為一多方常數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個方面，該方法提供來選擇多個壓力值和相應的曲軸角度位置值，其在壓縮階段中或在膨脹階段中即當多方模型可應用時已經(jīng)被測量。塊2，為了應用方程(1)，對于每個壓力值的燃燒室150的內體積值V需要計算。這可以通過利用測量的曲軸角度位置值得到。實際上，燃燒室150的內體積與活塞140的位置相關聯(lián)，活塞本身與曲軸145的角度位置值Ciraank相關聯(lián)。所以，一旦角度位置值araank已知，相應的內體積V可以被容易地推導出。在該位置，方程(I)可以被用來為每個選擇的測量壓力值P和相關的內體積值V計算常數(shù)值C，塊4。如果被選點之中的壓力測量結果未被噪聲影響，計算的多方常數(shù)C對于所有選擇的點都保持幾乎相同。如果壓力測量結果被噪聲影響，為兩個點計算的多方常數(shù)值可不相同。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個方面，該方法為一種識別噪聲影響壓力測量結果的方式而提供，通過計算多方常數(shù)計算值C的均方根差(RMSD)，塊5，并將其與RMSD閾值對t匕，塊6。在校準階段中，RMSD閾值可被設置。如果計算的RMSD低于或等于預定的RMSD閾值，塊7，可以推斷被選擇的壓力測量結果未被噪聲影響。另一方面，如果計算的RMSD高于預定的RMSD閾值，塊8，可以推斷被選擇的壓力測量結果被噪聲影響。通過檢測噪聲的存在，可能改善燃燒控制上的噪聲干擾，例如單個尖峰可以被忽略或者平滑地被補償，以對燃燒控制沒有影響。同樣，既然被噪聲影響的信號可以被識別，而且適當?shù)幕謴痛胧┛梢员粓?zhí)行，那么燃燒壓力傳感器的診斷就可以被改善。最后，噪聲信號可以被從燃燒壓力傳感器360的其他故障中區(qū)分出來，并且維護可以被提交給合適的維護程序(即連接器和配線檢查)。雖然本發(fā)明關于某些優(yōu)選實施例和具體的應用已經(jīng)被描述，應當充分理解上文提出的描述是通過舉例的方式并且是沒有限制的。本領域技術人員應理解對具體實施例的各種修改均落入所附權利要求的范圍。因此，這意味著本發(fā)明不限于公開的實施例，而是具有以下權利要求語言保護的整個范圍。
權利要求
1.一種用于操作內燃機(110)的方法，包括步驟 a)測量在發(fā)動機循環(huán)過程中內燃機(110)的燃燒室(150)內多個壓カ值和對于每個所述測量壓カ值相應的曲軸角度位置； b)選擇ー組所述壓カ值和相應的角度位置值； c)利用所述選擇的角度位置值來為每個所述選擇的壓カ值計算燃燒室(150)的內體積值； d)根據(jù)C=pVk的關系，為每個所述選擇壓カ值和相關體積值計算多方常數(shù)的值，其中，C為多方常數(shù)，P為壓カ值，V為內體積值，k為多方指數(shù)； e)計算所述計算多方常數(shù)值的均方根差； f)如果該均方根差的計算值超過它的閾值，則識別噪聲已經(jīng)影響壓カ測量結果。
2.如權利要求I所述的方法，其中，所述選擇的壓カ值在內燃機(110)發(fā)動機循環(huán)的壓縮階段過程中被測量。
3.如權利要求I所述的方法，其中，所述選擇的壓カ值在內燃機(110)發(fā)動機循環(huán)的膨脹階段過程中被測量。
4.如權利要求I至3之中任一項所述的方法，其中，識別噪聲已經(jīng)影響壓カ測量結果被用在操作內燃機(110)的控制策略中。
5.一種內燃機(110)，其包括燃燒室(150)，燃燒室由活塞(140)限定，活塞在汽缸(125)內往復運動并被連接以使曲軸(145)旋轉、燃燒室內的燃燒傳感器(360)以及曲柄位置傳感器(420)，發(fā)動機(110)還包括電子控制単元(450)，該電子控制單元與燃燒壓カ傳感器(360)和曲柄位置傳感器(420)通信并被配置為執(zhí)行前述權利要求中的任一項所述的方法。
6.一種計算機程序，包括適合于執(zhí)行權利要求I至4中任一項所述方法的計算機代碼。
7.一種計算機程序產(chǎn)品，其上儲存有如權利要求6所述的計算機程序。
8.一種用于內燃機(110)的控制設備，其包括與燃燒壓カ傳感器(360)和曲柄位置傳感器(420)通信的電子控制単元(450)，與電子控制単元相關聯(lián)的存儲系統(tǒng)(451)以及儲存在存儲系統(tǒng)(451)中的如權利要求6所述的計算機程序。
9.一種電磁信號，其被調制作為用于代表如權利要求6所述計算機程序數(shù)據(jù)比特序列的載波。
10.ー種汽車系統(tǒng)(100)，其包括內燃機(110)，內燃機包括燃燒室(150)，燃燒室被活塞(140)限定，活塞在汽缸(125)內往復運動并被連接以使曲軸(145)旋轉、燃燒室(150)內的燃燒傳感器(360)以及曲柄位置傳感器(420)，汽車系統(tǒng)(100)還包括電子控制単元(450)，電子控制単元與燃燒壓カ傳感器(360)和曲柄位置傳感器(420)通信并被配置為 a)在發(fā)動機循環(huán)過程中，利用燃燒壓カ傳感器(360)測量內燃機(110)的燃燒室(150)內多個壓カ值，利用曲軸位置傳感器(420)測量對應于每個所述測量壓カ值的曲軸角度位置值。
b)選擇ー組所述壓カ值和相應的角度位置值； c)利用所述測量的角度位置值來為每個所述選擇的壓カ值計算燃燒室(150)的內體積值； d)根據(jù)C=pVk的關系，用每個選擇壓カ值和相應的計算體積值來計算多方常數(shù)的值，其中，C為多方常數(shù)，P為壓カ值，V為內體積值，k為多方指數(shù)； e)計算 該計算的多方常數(shù)值的均方根差； f)如果均方根差的計算值超過它的閾值，則識別噪聲已經(jīng)影響壓カ測量結果。
全文摘要
一種用于操作內燃機的方法被公開。該方法包括的步驟有測量在發(fā)動機循環(huán)過程中內燃機燃燒室內多個壓力值和對于每個所述測量壓力值相應的曲軸角度位置；選擇一組所述壓力值和相應的角度位置值；利用所述測量角度位置值來為每個所述選擇的壓力值計算燃燒室的內體積；根據(jù)C=pVk的關系，為每個所述選擇壓力值和相關體積值計算多方常數(shù)的值，其中，C為多方常數(shù)，p為壓力值，V為體積值，k為多方指數(shù)；計算所述計算多方常數(shù)值的均方根差；而且如果均方根差的計算值超過它的閾值，則識別已經(jīng)影響壓力測量結果的噪聲。
文檔編號F02D45/00GK102797580SQ20121016389
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權日2011年5月24日
發(fā)明者C.泰比, C.蒙費拉托 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司