用於為內燃機噴射系統產生噴射信號的方法及裝置的製作方法

2023-09-23 06:04:10 2

專利名稱：用於為內燃機噴射系統產生噴射信號的方法及裝置的製作方法
用於為內燃機噴射系統產生噴射信號的方法及裝置
本發明涉及一種用於為內燃機的噴射系統產生噴射信號的方法， 以及用於實施此方法的電子控制系統及內燃機。
在現代內燃機中，利用噴射器來將燃料噴射到內燃機的燃燒室 中。其中利用電子噴射信號來觸發噴射。通過噴射信號確定典型的噴 射參數，如噴射開始以及噴射持續時間。根據內燃機的工作點而不同 地控制噴射器，以調整瞬時工作點的噴射參數。其中內燃機的工作點 典型地通過內燃機的負載以及轉速確定。為了能夠進行噴射，內燃機
的現代控制器(在學術界被稱為"發動機控制單元"(ECU))包括特性曲 線族，其中此特性曲線族描繪了噴射參數或噴射信號上的工作點。特
系列的內燃機的ECU中存儲。
然而，對於內燃機的優化運行，噴射參數並不是確定性的因素， 而諸如燃燒開始、燃燒持續時間或者燃燒重心 (Verbrennungsschwerpunkt)的燃燒參量才是確定性因素。從產生噴射信 號到噴射開始，以及從噴射開始到燃燒開始，分別經過一段時間，在
考慮。然而，此操作方法的缺點是，通常在運行期間燃燒參量從其理 論值偏離。對此有不同的原因
一個原因是單個構件的製造公差以及內燃機的控制，尤其是噴射 系統的控制，另外，固定存儲並且已經從開始就對於原型而測量的特 性曲線族僅僅大概對系列產品的內燃機適用。
其使用期限內構件的運行特性的改變也被稱為漂移(Drift)。其它問題是，商業購買的燃料具有不同的成分。所以例如不同生 產商、不同加油站或供貨商的燃料可具有明顯不同的成分。這將導致 甚至在相同的內燃機運行參數情況下，對於不同的油箱負荷，噴射開 始以及燃燒開始之間的時間間隔波動。
本發明的目的在於，為帶有噴射系統的內燃機精確確定燃燒參量 的預定理論值。本發明的目的通過獨立權利要求中給出的特徵來實 現。
其中根據至少 一噴射信號參數產生第 一噴射信號，其中該第 一噴 射信號觸發燃料噴射到內燃機的燃燒室中。利用探測器產生燃燒信 號，其中該燃燒信號代表所噴射的燃料的燃燒。根據燃燒信號求得燃 燒參量。根據燃燒參量與理論值的偏差而將噴射信號參數修正成使得 隨後的第二噴射信號的偏差減小。
燃燒參量的概念包括所有根據其可探測燃燒室中的燃燒的特徵 參量。尤其包括燃燒室中的壓力、溫度以及根據燃燒室中的壓力傳播 及溫度傳播而可求得的特徵參量。燃燒室中的壓力傳播尤其包括諸如 聲波及超聲波的壓力波。例如，如果壓力或者時間上的壓力變化超過 預設閾值，那麼可停止燃燒。
燃燒參量的其它示例為通過內燃機驅動的曲軸的旋轉參數，例如 轉速或扭矩，因為內燃機的燃燒室中的燃燒通常引起曲軸上的扭矩。 在扭矩或轉速的瞬時解析度足夠高的情況下，可探測燃燒室中的燃燒 過程。特別地，旋轉參數的改變也是有用的燃燒參量。
燃燒參量的概念也可包括時間點或時間間隔，其中此時間點或時 間間隔含有對於內燃機的調節有用的信息。且尤其包括燃燒開始、燃 燒持續時間、燃燒結束時間點以及燃燒重心。
給出燃燒的時間特性的燃燒參量對於調節內燃機尤其有利。時間 特性的限定也可尤其與上止點有關，或更多地與工作衝程限定的時間 點有關，有利地與曲軸角度有關。此種燃燒參量的示例是燃燒開始、燃燒重心以及燃燒持續時間。對於這類燃燒參量，所有幹擾性輸入， 尤其是製造公差、漂移以及燃料品質，可通過本發明而修正。
其它優選的燃燒參量(例如十六烷值或辛烷值)給出所噴射的燃料 的燃料品質。才艮據這些燃燒參量可例如在第二噴射信號中考慮由燃料 品質而給出的點火延遲。十六烷值或辛烷值可例如根據從噴射開始到 燃燒開始之間的時間差而求得。如果燃燒參量是燃料品質，那麼其優 點是，此特徵參量不依賴於噴射器並因此對於所有汽缸而言特徵參量 相等。因此，對於這種燃燒參量可僅通過一個探測器來調節內燃機中 的多個或所有噴射器。
噴射信號參數是適合於單獨或與其它噴射信號參數一起產生為 內燃機的運行產生有用的噴射信號的參數。合適的噴射信號參數例如 是噴射參數("噴射信號參數"的概念也是"噴射參數"概念的上位概念)。 所以，例如噴射開始、噴射持續時間、噴射結束時間點或噴射重心
(Einspritzschwerpunkt)是適合於調節噴射系統的噴射參數。例如可根據 所測量的燃燒開始與設定燃燒開始的偏差而對於隨後的噴射來修正 噴射開始，以精確取得設定燃燒開始。同樣，應該觸發噴射信號的時 間點也是合適的噴射信號參數。
然而，在優選的實施方式中諸如燃燒開始或燃燒重心的燃燒參量 也可用作噴射信號參數。在這種情況下，第一噴射信號例如根據在 ECU中作為理論值而存儲的燃燒參量來產生。以此，在內燃機的燃燒 室中引起燃料的首次噴射。由於製造公差、漂移以及燃料品質，在首 次噴射中通常未能精確達到燃燒參量的理論值。
由於這個原因，利用探測器來產生代表所噴射的燃料的燃燒的燃 燒信號。根據燃燒信號求得有效燃燒參量以及實際值。由於所求得的 燃燒參量與理論值有偏差，將噴射信號參數修正成使得偏差減小。為 此，可例如在ECU中存儲用於修正的可變值。第二噴射信號根據理 論值以及修正值而產生。代替上述固定存儲的理^侖值，作為理論值存儲的燃燒參量也可與可變的修正值一 同可變地存儲並且根據與所測量的燃燒參量的比較而進行修正。在這種情況下，不需存儲用於修正的可變值。如果迭代執行此方法，那麼對於此實施方式有利地在下一迭代過程中將修正的燃燒參量作為理論值來使用。
燃料的燃燒引起燃燒室中的壓力波。在其它有利的實施方式中，為獲得燃燒信號而使用的探測器實施成壓力傳感器或震動傳感器。這類探測器的特徵在於，可獲得壓力波(尤其是聲波和/或超聲波)、生產成本較低、反應時間較短並且可靠。此外，除燃燒室之外，還可例如設置有燃燒室殼體，因為壓力波以及聲波通過燃燒室殼體加倍。由此探測器承受較小的負荷。出於製造技術的原因，安裝在汽缸蓋中或汽缸蓋上尤其有利。
主噴射是在工作衝程內對曲軸的扭矩有最大貢獻的噴射。此外，在相同工作衝程內的主噴射通常就是噴射最大燃料量的噴射。由於對於第二噴射而言已經優化了燃燒參量的實際值，所以當第二噴射是主噴射時尤其有利。由此優化最重要的噴射。因此，第一噴射可是相同工作衝程的預噴射或是前面工作沖程中的任意噴射。
當迭代執行此方法時，可為燃燒參數獲得尤其好的連續的實際值。
下文根據附圖詳細說明本發明。其中


圖1顯示了在本發明的實施方式中帶有電子控制系統的內燃機；圖2顯示了帶有同步的時間在時間上分布的信號的曲線圖。
圖1顯示了本發明實施方式中的內燃機1。內燃機1包括電機控制(發動機控制單元，ECU)IO、噴射系統30以及發電機組50。發電機組50包括汽缸51。在汽缸51上設置有汽缸蓋61,在汽缸蓋61上設置有用於測量壓力的探測器40。汽缸51與汽缸蓋61 —同構建殼體，此殼體包圍燃燒室53。
噴射系統30構造成共軛系統。此噴射系統30包括壓力存儲器36以及與壓力存儲器36連接的噴射器31，此噴射器31穿過汽缸蓋61而延伸，使得可在汽缸51中進行噴射。
ECU10包括電路11、噴射器側的接口 12以及探測器側的接口 13。ECU10通過探測器側的接口 13與探測器40連接。ECU10通過噴射器側的接口 12與噴射器31連接。
電路ll包括修正特性曲線族14、理論值特性曲線族15、邏輯電路16以及模擬數字轉換器(A/D轉換器)17，此模擬數字轉換器用作信號產生裝置。
理論值特性曲線族15包括從內燃機1的工作點到燃燒開始的理論值的圖表。屬於工作點的理論值對於燃燒開始而言是最佳的時間點。理論值依據上止點有利地存儲成曲軸角度度數或等價的量。特性曲線族可例如在原型中或在內燃機1的仿真中求得。
修正特性曲線族14包括從內燃機的工作點1到燃燒開始的相加修正值的圖表。對於所有工作點，修正特性曲線族14可利用修正值O(零)來初始化。
邏輯電路16包括信號分析裝置18以及修正裝置19。通過信號分析裝置18可分析計算數位化的燃燒信號，其中可求得燃燒參量。燃燒參量可傳送到修正裝置19。修正裝置19可對修正特性曲線族14進行寫入以及讀出並且可對理論值特性曲線族15至少進行讀出。此夕卜，例如通過加法，修正裝置19還可將理論值特性曲線族15的值與修正特性曲線族14的值聯繫起來。
根據內燃機1的瞬時工作點，邏輯電路16在理論值特性曲線族15中為燃燒開始讀出理論值並且在修正特性曲線族14中讀出相加修正值。在A/D轉換器17的幫助下，邏輯電路1根據理論值與修正值的總和6產生第 一噴射信號，所以在此實施示例中的總合起到噴射信
9號參數的功能。A/D轉換器17將第一噴射信號發送到噴射器31,由
此觸發燃燒室53中燃料的第一噴射。燃料與燃燒室53中的壓縮空氣一起產生燃燒。由於燃燒，探測器40產生燃燒信號，此燃燒信號在A/D轉換器17中被數位化並且進一步傳導到邏輯電路16。邏輯電路16根據數位化的信號求得第一噴射的有效燃燒開始，以及燃燒開始的實際值。有利地是，邏輯電路16同時考慮時間延遲，此時間延遲根據最終壓力傳播速度以及燃燒信號的數位化而獲得。通過將燃燒開始的實際值與其理論值比較，可求得其它修正值，而此修正值加到修正特性曲線族14中的修正值上。該修正值以及其它修正值可以為正或為負。對於隨後的時間點，內燃;〖幾1可仍然在同一工作點中或在同一工作點中更新。根據工作點，邏輯電路16在理論值特性曲線族15中為燃燒開始讀出理論值並且在特性曲線族14中讀出已經修正的修正值。在A/D轉換器17的幫助之下，邏輯電路16根據理論值以及修正的修正值的總和產生第二噴射信號。第二噴射信號傳送到噴射器31，由此觸發第二噴射。由於修正特性曲線族14的調整，可較第一噴射的燃燒開始的理論值而更精確達到對於第二噴射的燃燒開始的理論值。可迭代使用此方法，以保證連續的從噴射到噴射或從工作衝程搭配工作衝程的儘可能精確的燃燒開始。在有些情況下，僅在最大時間間隔中執行此方法即可，以調整修正特性曲線族14。
在其它實施方式中，對於內燃機l的至少一個工作點修正特性曲線族14以類似的方式修正。要補充說明的是，在簡化的實施方式中，代替修正特性曲線族14，僅使用以及修正了修正值，其中對於內燃機1的幾個或所有工作點4吏用此修正值。
同樣要補充說明的是，代替修正特性曲線族14,也可使用修正的特性曲線族，其中存儲以及修正了噴射信號參數以及理論值與修正值的總和。為了產生噴射信號，可將其讀出並直接用於產生噴射信號。在這種情況下，噴射信號參數直接從^^正的特性曲線族中讀出。然而，作為噴射信號參數，燃燒開始不是必須使用的。可作為修正特性曲線
10族而使用的其它參數的示例例如是噴射開始或是應該觸發噴射信號的時間點。
同樣，利用本發明，燃料品質，尤其是所使用的燃料的十六烷值、辛烷值或燃燒值可作為噴射信號參數而使用。可例如求得十六烷值，其中內燃機首先通過參考柴油燃料來校正。根據應該求得其品質的燃料的燃燒開始的延遲，可求得十六烷值。此噴射信號參數在噴射器不具有較高的漂移並且不具有較高的製造公差時尤其有用，因為較高的漂移以及較高的製造公差可幹擾所求得的十六烷值的準確度。然而，
在修改的實施方式中，這種幹擾性輸入可例如通過測量以及對噴射的燃料量的額外考慮而修正。以與十六烷值相類似的方式，也可求得汽油的辛烷值。同樣也可使用當前所使用的燃料的熱值。其與壓力的時間積分成比例，此壓力在燃燒室中通過噴射而產生。
此外，應該說明的是，如在上述實施示例中那樣具有相加修正值
的相加修正特性曲線族14並不是唯一可能的解決方案。噴射信號參
數的修正也可通過其它合適的數學關係以及相應調整的修正特性曲
線族14來進行。所以在修正特性曲線族14中，代替加數，也可存儲因數，此因數與理論值特性曲線族15的值相乘。
還應該說明的是，噴射器側的接口 12以及探測器側的接口 13必須不能物理地分隔開，而是在物理接口中利用不同的邏輯接口或不同的線路聯接。
顯然，本發明並不限於僅具有一個汽缸51的內燃機。本發明不依賴於汽缸的數量並且可對所有汽缸單獨實施。對於不依賴於單個噴
射器31的合適的燃燒參量(諸如燃料品質)，本發明也可利用僅僅一個探測器40以及一個合適的電子控制系統來實施。
圖2顯示了具有在實驗中求得的同步時間分解信號71， 72， 73，74的曲線圖。縱坐標給出了毫秒級的時間變化，而橫坐標描述了任意單位的壓力信號。壓力信號71由設置在內燃機的汽缸蓋上的壓力傳感器產生。在 信號產生期間使內燃機運行。曲線圖的時間段選擇成，使得在此時間
段中噴射下降。對壓力信號71進行濾波而給出包絡線72。根據包絡 線72，可簡單地求得時間延遲的燃燒參量，也即燃燒開始t0以及燃 燒重心。所以包絡線72的非常大的斜度用作燃燒室53中燃燒開始的 標記。此外，包絡線72的導數必須超過一定的閾值。在汽缸中，在 壓縮沖程期間首先壓縮空氣。這導致壓力上升，其中此壓力上升在包 絡線72的第一凸出部72a中利用一定的上升來表示，而此上升並未超 過閾值。在時間點tO處出現非常大的上升，此上升超過閾值並因此被 解釋成燃燒開始t0。利用相應的數學方法可求得燃燒重心。
除信號71、 72之外，為了控制，壓力變化73， 74通過汽缸中的 壓力傳感器直接測量。其中對於壓力變化73，不進行噴射，而對於壓 力變化74,進行與對於壓力信號71的噴射相同的噴射。壓力變化73、 74首先是相同的，反映了壓縮衝程期間在汽缸中的空氣壓縮。然而， 只要由於噴射而使得燃燒開始，壓力變化74明顯比壓力變化73上升 得更快。以這種方式而顯而易見的燃燒開始與通過包絡線72而求得 的燃燒開始t0完全一致。
1權利要求
1. 一種用於為內燃機(1)的噴射系統(30)產生噴射信號的方法，所述方法包括以下步驟a)根據噴射信號參數產生第一噴射信號，其中所述第一噴射信號觸發到所述內燃機(1)的燃燒室(53)中的燃料噴射；b)產生燃燒信號，所述燃燒信號代表所噴射燃料的燃燒；c)根據所述燃燒信號求得燃燒參量；d)根據所求得的燃燒參量與理論值的偏差來修正所述噴射信號參數，使得對於隨後的噴射所述偏差減小；以及e)根據所修正的噴射信號參數產生第二噴射信號。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述燃燒參量給 出所述燃燒的時間特性，特別地，所述燃燒參量給出燃燒開始、燃燒 持續時間、燃燒結束時間點或燃燒重心(U。
3. 根據權利要求l或2所述的方法，其特徵在於，所述燃燒參 量給出燃料品質，特別地，所述燃燒參量給出所迷燃料的十六烷值或 辛烷值。
4. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述 噴射信號參數是所述燃燒參量或其它燃燒參量。
5. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述 噴射信號參數是噴射參數，尤其是噴射開始、噴射持續時間、噴射結 束時間點、噴射重心或觸發所述噴射信號的時間點。
6. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所迷 探測器(40)是壓力傳感器或震動傳感器，並且所述探測器(40)優選地設 置在所述燃燒室(53)的殼體中或其上，尤其設置在汽缸蓋(61)中或其 上。
7. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述 第二噴射是主噴射。
8. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，迭代執行所述方法步驟a)至e)。
9. 一種用於為內燃機(l)的噴射系統(30)產生噴射信號的電子控制 系統(10),其包括信號產生裝置(17)、信號分析裝置(18)、修正裝置(19)、 噴射器側的接口 ( 12)以及探測器側的接口 ( 13),其中-通過所述信號產生裝置(n)根據噴射信號參數能夠產生噴射信號並且能夠傳送到所述噴射器側的接口 (12);-通過所述探測器側的接口(13)能夠接收包括了燃燒參量的燃燒 信號並且能夠傳送到所述信號分析裝置(18);-通過所述修正裝置(i9)根據所求得的燃燒參量與理論值的偏差 能夠修正所述噴射信號參數以減小所述偏差。
10. 根據權利要求9所述的電子控制系統(IO)，其特徵在於，所 述燃燒參量表明所述燃燒的時間特性，所述燃燒參量尤其表明燃燒開 始、燃燒持續時間、燃燒結束時間點或燃燒重心。
11. 根據權利要求9或10所述的電子控制系統(IO)，其特徵在於， 所述燃燒參量給出燃料品質，特別地，所述燃燒參量給出所述燃料的 十六烷值或辛烷值。
12. 根據權利要求9至11中任一項所述的電子控制系統(IO),其 特徵在於，所述噴射信號參數是所述燃燒參量或是其它燃燒參量。
13. 根據權利要求9至12中任一項所述的電子控制系統(IO)，其 特徵在於，所述噴射信號參數是噴射參數，尤其是噴射開始、噴射持 續時間、噴射結束時間點、噴射重心或觸發所述噴射信號的時間點。
14. 根據權利要求9至13中任一項所述的電子控制系統(l.O)，其 特徵在於，所述探測器(40)是壓力傳感器或震動傳感器，其優選地設 置在所述燃燒室(53)的殼體中或其上，尤其設置在汽缸蓋(61)中或其 上。
15. —種內燃機(l)，其包括噴射器(31)、用於求得燃燒參量的探 測器(40)以及根據權利要求9至14中任一項所述的電子控制系統(10)，其中所述探測器(40)與所述探測器側的接口 (13)連接並且所述噴射器側的接口 (12)與噴射器(31 )連接。
全文摘要
本發明涉及一種方法及裝置，該方法及裝置對於帶有噴射系統(30)的內燃機(1)能夠精確達到燃燒參量的預定理論值。為此，根據至少一個噴射信號參數產生第一噴射信號，其中該第一噴射信號觸發將燃料噴射到內燃機(1)的燃燒室(53)中。利用探測器(40)產生燃燒信號，其中該燃燒信號代表所噴射的燃料的燃燒。根據燃燒信號求得燃燒參量。根據燃燒參量與理論值的偏差，將噴射信號參數修正成對於隨後進行的噴射而言減小根據修正的噴射參數而產生的第二噴射信號的偏差。
文檔編號F02D35/02GK101484676SQ200780025205
公開日2009年7月15日 申請日期2007年9月13日 優先權日2006年9月22日
發明者A·韋岡德, U·瓊格 申請人:歐陸汽車有限責任公司