針對具有至少一個缸的內燃機的基於轉速的燃燒情況估算的製作方法

2023-06-05 05:33:21 2

針對具有至少一個缸的內燃機的基於轉速的燃燒情況估算的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於針對在一具有至少一個缸的內燃機中的燃燒來估算燃燒情況的方法，其中，所述燃燒情況從一特徵中導出，該特徵基於所述內燃機的曲軸的轉速的評價，其中，所述特徵針對所述轉速的值從所述內燃機的至少一個缸的壓縮階段和燃燒階段中計算出。此外，提供一種相應的系統。
【專利說明】針對具有至少一個缸的內燃機的基於轉速的燃燒情況估算

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於針對在一具有至少一個缸的內燃機中的燃燒來估算燃燒情況的方法。此外，提供一種相應的用於針對一具有至少一個缸的內燃機的燃燒情況估算的系統。

【背景技術】
[0002]針對Pkw應用，已知了各種各樣的基於轉速的方法，例如噴射量校準，燃燒情況估算，停機識別等等。由於具有多個缸的內燃機的缸的影響的重疊，強烈地限制了評價可能性。
[0003]從DE 10 2010 038 411中公開了一種空氣燃料比估算檢測裝置，其排除了設置用於直接檢測空氣燃料比的氧氣傳感器或類似裝置的應用，其方式為，基於一脈衝發送器旋轉體的信號輸出來估算且檢測燃燒氣體的空氣燃料比。
[0004]在兩輪應用中，也就是說在一具有僅一個缸的內燃機的應用或者說使用時，取消了多個缸的影響的重疊，從而在某些情況下更簡單地評價一基於轉速的方法。
[0005]本發明的任務是，提供一種基於內燃機的轉速針對在一具有至少一個缸的內燃機中的燃燒的燃燒情況的估算。


【發明內容】

[0006]在該背景下，提供一種根據權利要求1所述的方法以及一種具有權利要求8的特徵的系統。本發明的其它設計方案由從屬權利要求和本說明書獲得。
[0007]根據本發明，提供一種用於估算一針對在一具有至少一個缸的內燃機中的燃燒的燃燒情況的方法，其中，所述燃燒情況從一特徵中導出，該特徵基於內燃機的曲軸的轉速的評價。該特徵在此針對所述轉速的值從內燃機的至少一個缸中的壓縮階段和燃燒階段中計算出。
[0008]根據本發明的方法的一種可能的實施方式，用於計算所述特徵的所述轉速的值從整個壓縮階段和燃燒階段中取得。在此還可以採用所述轉速的多個值。
[0009]在根據本發明的方法的另一種實施方式中，在計算所述特徵時利用一相應的壓縮力矩的對稱特性。
[0010]燃燒情況例如通過值MFB50定義，該值表示一曲軸角度，在該曲軸角度的情況下，輸送給所述缸的燃料質量的50%通過燃燒來轉化。如此定義的曲軸角度相應地描述了關於曲軸角度。KW的所述燃燒的重心。在MFB50的曲軸角度的情況下，所噴入的燃料質量的熱值的一半被轉化成熱。該MFB50值的定義例如在J.B.Heywood, Internat1nal Combust1nEngine Fundamentals, McGraw-Hill 1998 中找到。
[0011]如果所述燃燒情況是已知的，則可以例如經由一點火角來調節。在此情況下該點火角說明，在中心的上止點(ZOT)之前的多少。KW的情況下，燃料混合物在缸中通過相應的點火火花來點火。常常將點火角也稱作點火延遲。這樣，在改善的排放的情況下能夠實現更穩定的燃燒。此外可以實現力矩最大化。
[0012]迄今為止，只有藉助於一燃燒室壓力傳感器才能實現燃燒情況的精確的確定。針對Pkw應用，也就是說在具有多個缸的內燃機的情況下也存在基於轉速的方法，但其是特別耗費的且由於從其它缸的燃燒行程中對於曲軸的重疊影響比在I缸馬達時的精確度更小。
[0013]根據本發明，具有至少一個缸的內燃機的燃燒情況的估算通過一轉速信號的基於模型的評價來進行。
[0014]該方法尤其可針對一具有僅一個缸的內燃機來應用。基於如下事實，即在I缸馬達的情況下不發生到一相應的曲軸上的缸影響的重疊，為了評價轉速信號，不僅可以評價燃燒階段並且配設一確定的缸，而且也可以在相應的工作間隙的其它範圍中，尤其在一壓縮階段中，在沒有燃燒影響的情況下評價相應的轉速和其它參量之間的關聯。
[0015]在根據本發明的方法的一種可能的實施方式中，所述轉速經由一相應地設置的轉速發送器的齒時間(Zahnzeiten)來確定。在此有利地在處理轉速或者說相應的轉速信號之前，利用按照現有技術已知的方法來平衡通過轉速發送器所產生的信號幹擾。
[0016]根據本發明的另一種實施方式，所述特徵分別針對至少一個缸中的壓縮階段和燃燒階段中的轉速的值來計算並且由此形成一燃燒能量轉化特徵。
[0017]此外可以考慮，所述特徵分別針對至少一個缸中的壓縮階段和燃燒階段中的轉速的值來計算並且由此形成一轉矩走向特徵。
[0018]根據本發明的方法的另一種實施方式，藉助於所述燃燒能量轉化特徵或所述轉矩走向特徵來計算一,清況特徵。
[0019]然後，該情況特徵可以藉助於一、特徵曲線或特徵場來成像到所述燃燒情況上。
[0020]如已經提到，也可以考慮，根據本發明的方法針對2缸內燃機應用。在具有對稱的點火間隔的2缸內燃機中，根據本發明的方法可以針對從壓縮階段開始至燃燒結束之後的整個角度範圍來應用。針對非對稱的點火間隔，所述角度範圍，也就是說從壓縮階段的開始至燃燒結束的範圍在某些情況下如此限定，用以獲得兩個缸的最小重疊且因此具有所述缸的儘可能小的相互影響。
[0021]所述燃燒情況的確定具有不同的應用領域。這樣，可以更簡單地實施燃燒情況的調節或者說MFB50%調節。此外，為了避免其他的極限爆震而對所謂的熾熱點火或極限爆震的識別和燃料品質識別以及一經由一待設定的點火角的力矩最大化是可行的。
[0022]根據本發明的方法無需額外的硬體，其涉及純軟體解決方案。
[0023]如文章開頭已經提到，所述燃燒情況或者說MFB50% (質量燃燒率50%)展示出曲軸角度，在此情況下，燃料的能量的50%被轉化。這通常從所謂的熱走向(Heizverlauf)中計算出。
[0024]相應的公式如下:
?/φ K I ?ψ κ I --φ 積分的熱走向: aU= J ? -^7 ρ{ψ)^- ?-ψ^ \￥ω

J % κ.....1 ι?φ κ......1 --φ !
MFB:
&(H)=<5 *| max (ft, (φ,, φ))- minfe,U (Γ)
-τ-φe-、ψ■'^
在此，私表不熱能，Φ表不相對於至少一個缸的缸軸線的曲軸角度，其中，在所述缸中燃燒燃料，P相應於在所述缸中產生的壓力，V相應於在所述缸中通過燃料所佔據的體積，以及κ相應於一絕熱指數。
[0025]相應於觀察一熱走向的起始角度，並且δ針對一燃燒情況相應於例如50%，在該情況下，燃料的能量的50%被轉化。
[0026]在根據本發明的方法的一種可能的實施方式中，如前所述，針對所述轉速的所有值的特徵隨著內燃機的至少一個缸中的壓縮的開始直至燃燒的結束來計算並且累加成一燃燒能量轉化特徵。如此獲得的燃燒能量轉化特徵又可以按照根據本發明的方法的另一種實施方式用來計算一情況特徵。然後，該情況特徵藉助於一應用到所述燃燒情況上的特徵曲線或特徵場來成像。
[0027]此外本發明涉及一種用於針對在一具有至少一個缸的內燃機中的燃燒來估算燃燒情況的系統。該系統包括配置用於確定所述內燃機的曲軸的轉速的器件。該系統還包括如下器件，所述器件與第一次提到的器件處於通訊連接中並且配置用於從一特徵中導出所述燃燒情況，該特徵基於轉速的評價，其中，該特徵針對轉速的確定的值從內燃機的至少一個缸的壓縮階段以及從燃燒階段中，有利地隨著壓縮的開始至燃燒的結束來進行計算。在此，為了計算所述特徵可以利用一相應的壓縮力矩的對稱特性。
[0028]可以考慮，該系統也包括一存儲單元，在該存儲單元中存儲特徵曲線和/或特徵場，利用它們的幫助能夠將一從所述特徵中導出的情況特徵成像到所述燃燒情況上。
[0029]根據本發明的系統尤其適合於實施根據本發明的方法。
[0030]本發明的其它優點和構造方案從所描述和附圖和中獲得。
[0031]要理解的是，前面提到的和後面的還待闡釋的特徵能夠不僅在對應說明的組合中，而且在其它的組合中或者以單獨的形式應用，而不離開本發明的範圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1在一圖表中示出了在一工作間隙期間針對一具有缸的內燃機的轉速曲線。
[0033]圖2在一圖表中示出了一原理性的轉矩走向。
[0034]圖3示出了針對兩個不同的負荷點的經由一工作間隙的轉速走向。
[0035]圖4在一圖表中示出了一原理性的轉矩走向連同轉矩的相應的值的繪製。

【具體實施方式】
[0036]本發明藉助於附圖中的實施方式示意示出並且隨後在參考附圖的情況下詳細描述。
[0037]圖1示出了 I缸馬達的轉速關於一工作間隙的原理性的走向25。在此，一工作間隙21相應於總共720° Kff (Kff:曲軸)的角度範圍。在橫坐標20上繪製了曲軸KW的角度值。在縱坐標22上繪製了以[rpm]為單位的曲軸的速度。曲軸的速度相應於曲軸的轉速。虛線23顯示了一平均轉速。
[0038]這裡示出了不同的階段，它們由曲軸在一工作間隙期間經過。這裡階段I表示壓縮，階段2表示燃燒，階段3表示排出，階段4表示抽吸，緊跟著又重複階段1，即壓縮。在橫坐標20上繪製了以。KW為單位的角度設定，其中，在橫坐標20上的單位相應於180° Kff的間隔，開始於-180° KW。
[0039]所述角度基於曲軸的角度位態，當所考慮的活塞在階段2燃燒開始時位於上止點時，角度位態選擇為0° KW。
[0040]在四缸馬達的情況下在一相應於720° KW的工作間隙中可見四個加速度，而在圖1中所示，在I缸馬達的情況下僅可見一個加速度，即在階段2中在0° KW和180° KW之間的範圍中，在該範圍中轉速在一個工作間隙21以內從一最小值24強烈地升高到一最大值26。由於該事實，可以在單缸馬達的情況下為了計算所述特徵或者說為了表達所引入的能量差，除了評價相應於階段2的階段燃燒(Combust1n)之外，也評價相應於階段I的階段壓縮(Compress1n)。
[0041]作為特徵，應用壓縮階段中的曲軸系統的狀態和燃燒階段中的曲軸系統的狀態之間的能量差，其中，應用在曲軸的第一角度位態的情況下的轉速的第一值和在曲軸的第二角度位態的情況下的轉速的第二值，其中，曲軸的第一和第二角度位態關於進行內燃機的點火時的角度位態是彼此對稱的。也就是說，應用一出自壓縮階段I的轉速的值和一出自燃燒階段2的轉速的第二值，其中，獲知相應的轉速時的角度位態在ZOT或者說在曲軸的相應的角度位態時是對稱的。如此定義的特徵的優點是，在計算上完全取消了吸氣管壓力或者說壓縮做功的影響，因為相應的曲軸的壓縮在上止點之前被制動且在上止點之後對稱地加速，從而壓縮對於所述特徵的能量貢獻為零，因為如前所示，所述計算在ZOT時對稱地進行。因此，只有燃燒對所計算的特徵具有影響。在根據本發明的方法的一種可能的實施方式中，如前所述，所述特徵針對轉速的所有值隨著內燃機的至少一個缸中的壓縮的開始直至燃燒的結束來計算並且累加成一燃燒能量轉化特徵。如此獲得的燃燒能量轉化特徵又可以按照根據本發明的方法的另一種實施方式用來計算一情況特徵。然後，該情況特徵藉助於一應用到所述燃燒情況上的特徵曲線或特徵場來成像。
[0042]如前所示，當存在一對稱的點火間隔時，根據本發明的方法可以以相同的方式也針對一具有兩個缸的內燃機進行。相反，針對在具有兩個缸的內燃機的情況下不對稱的點火間隔，為了計算所述特徵所應用的角度範圍針對兩個缸的最小重疊相應地選擇或者說限定。
[0043]圖2示意性示出了轉矩M的走向，該轉矩通過缸的相應的活塞在該缸中的壓縮和燃燒期間施加到曲軸上。在縱坐標32上繪製了轉矩M的值。在橫坐標30上繪製了關於曲軸的關於一在中心的上止點(ZOT)中的曲軸位態的曲軸位態的該曲軸的角度值或者說角度位態。縱坐標32標記了曲軸在ZOT之前180°的位態，豎直軸34標記了曲軸關於ZOT的0°的位態，並且豎直軸36標記了曲軸在ZOT之後180°的位態。壓縮階段中的推送力力矩Ms在此情況下利用一實線38示出，在燃燒的情況下的力矩Mv利用一虛線37示出並且利用點劃線39示出轉矩的份額Mdiff，該份額通過燃燒單獨引起:風,w ?P)
圖3示出了關於一工作間隙的轉速走向φΧφ)。在此在橫坐標40上繪製了從-360至+360以。KW為單位的工作間隙。在縱坐標42上以單位n[l/min]繪製了轉速。
[0044]所示的是針對第一負荷點的關於一工作間隙的轉速走向φ|φ> 44和針對一與第一負荷點不同的第二負荷點的轉速走向46。它們通過偏移(Off-Set) —起移到一最低點上。
[0045]圖4示意性示出了轉矩M的走向，該轉矩通過缸的相應的活塞在該缸中的壓縮和燃燒期間施加在曲軸上。在縱坐標52上又如在圖2中那樣繪製了轉矩的值。在橫坐標50上繪製了關於在ZOT時的曲軸位態的曲軸的角度值以及角度位態。類似於圖2中所示，縱坐標52標記了曲軸在ZOT之前180°的位態，豎直軸54標記了曲軸關於ZOT的0°的位態，並且豎直軸56標記了曲軸在ZOT之後180°的位態。在此，又要注意，所示的水平線50不相應於零線，而是示出了關於ZOT的轉矩走向。壓縮階段的推送力力矩Ms利用一實線58示出，在燃燒的情況下的力矩Mv利用一虛線59示出。線57表示在壓縮階段中轉矩的值的走向並且點60表示推送力力矩的值的最大值。
[0046]根據本發明的方法的基本思路在於，從所述轉速信號中計算出通過內燃機中的燃燒所產生的能量的轉化的時間走向，並且從該走向中確定一情況特徵，該情況特徵與內燃機情況良好地關聯。
[0047]相應地，根據本發明首先從轉速信號中計算出總的能量轉化的走向。這可以例如如下所示:
=0,5*Θ(φ)*|>"(φ)(3)
通過公示3示出了能量轉化，其通過壓縮力矩和燃燒力矩產生。但為了估算燃燒情況，僅純的燃燒力矩Εν(_)是相關的。因此，首先確定壓縮力矩的能量轉化Ek_(<p),用以將其隨後從總能量轉化Eges(CP)中減去。
[0048]為了確定Ek_(f),利用單缸馬達的特殊性，即在單個缸的燃燒之間不存在時間上的重疊。因此可以利用在一相應的壓縮階段中的轉速信號的角度範圍，用以確定壓縮力矩或者說其能量轉化。在ZOT之前的範圍中，可以例如較好地近似地假設Ek_= Eges (φ)。由於壓縮力矩的對稱特性，針對ZOT之後的範圍的Ekomp (φ )可以從Eges(零)中從壓縮階段中例如通過在ZOT的合適的鏡像(Spiegelung)來確定。可替換的是，壓縮力矩也可以從所測量的吸氣管壓力中來塑造出。相應於前面所述的能量燃燒特徵的燃燒力矩的能量轉化Εν(φ)如下計算:
『W(4)
/ΛΕν(φ)中可通過計算一情況特徵從該走向中計算一個參量，該參量與燃燒設備MFB50%良好地關聯。例如幾何上的重心或如下的角度可以作為情況特徵，在該角度的情況下，Ev(<p)達到了其針對相應的燃燒的終端值的一確定的份額，例如50%。在一確定的角度假設針對Ev(Cp)的終端值，該角度有利地是在燃燒結束之後，例如在ZOT之後180°。
[0049]之後，該情況特徵被輸送給可應用的特徵場或者說特徵曲線，其根據不同的參數，例如轉速和負荷等等，將情況特徵成像到燃燒情況MFB50%上。
[0050]可替換的是，代替能量轉化，可以採用前面相應的轉矩的走向，相應於前面已經提到的轉矩走向特徵。該轉矩的波動例如如下計算:
M(.Ιβ(ρ).φ' 卜Θ(-)- — i,φ:
Φ12；2 --φ
在此?(Φ)相應於曲軸的曲軸角度相關的慣性矩。該慣性矩由振蕩的和旋轉的質量份額組合而成。
[0051]為了確定轉矩的絕對值，可以例如利用如下事實，即轉矩在上止點(OT)中以及在下止點(UT)中分別為零。經由一相應的偏差匹配，從而針對每個工作間隙，在OT和UT中的值平均為零，得到了力矩走向的絕對值。經由相同的轉矩對稱特性，如上所述，可以確定壓縮力矩的走向並且接下來通過形成與總力矩的差來計算燃燒力矩。可以採用在一可應用的角度範圍以內的燃燒力矩的重心作為情況特徵。
[0052]可替換的是，也可以相應於上面的實施方式利用所述角度，其中，關於燃燒力矩的積分(Integrals)的走向達到了其針對相應的燃燒的終端值的一確定的份額,例如50%。
[0053]之後，該情況特徵被輸送給可應用的特徵場或者說特徵曲線，其根據不同的參數，例如轉速和負荷等等，將情況特徵成像到燃燒情況MFB50%上。
[0054]根據本發明的方法原則上可在所有內燃機中使用，但特別適合於單缸馬達和二缸馬達。
[0055]基於利用根據本發明的方法所估算的燃燒情況，可以進行相應的點火角的最佳的調節或適配。此外可以實施所謂的熾熱點火或極限爆震的識別。到關於消耗和排放等等方面的最佳的額定值上的燃燒情況的調節同樣展示出根據本發明的方法的一種可能的應用，其中，所述額定值存在於一根據運行值存儲的特徵場中。此外，經由所述特徵的評價對於燃料類型和/或品質的識別也可以是根據本發明的方法的一種應用。
【權利要求】
1.用於針對在一具有至少一個缸的內燃機中的燃燒來估算燃燒情況的方法，其中，所述燃燒情況從一特徵中導出，該特徵基於所述內燃機的曲軸的轉速的評價，其中，所述特徵針對所述轉速的值從所述內燃機的至少一個缸的壓縮階段和燃燒階段中計算出。
2.按照權利要求1所述的方法，該方法在計算所述特徵時利用一相應的壓縮力矩的對稱特性。
3.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其中，其中，所述特徵針對所述轉速的值從所述內燃機的至少一個缸中的壓縮階段和燃燒階段中計算出並且由此形成一燃燒能量轉化特徵。
4.按照權利要求1至2中任一項所述的方法，其中，所述特徵針對所述轉速的值從所述內燃機的至少一個缸中的壓縮階段和燃燒階段中計算出並且由此形成一轉矩走向特徵。
5.按照權利要求3或權利要求4所述的方法，其中，藉助於所述燃燒能量轉化特徵或所述轉矩走向特徵計算一,清況特徵。
6.按照權利要求4所述的方法，其中，所述情況特徵藉助於一應用到所述燃燒情況上的特徵曲線或特徵場來成像。
7.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其中，應用一具有兩個缸的內燃機作為內燃機，其中，為了計算所述特徵來選擇所述曲軸的角度範圍，在該角度範圍中存在兩個缸的最小重疊。
8.用於針對在一具有至少一個缸的內燃機中的燃燒來估算燃燒情況的系統，該系統具有配置用於確定所述內燃機的曲軸的轉速的器件，並且具有與上述器件處於通訊連接中的器件，這些器件配置用於從一基於所述轉速的評價的特徵中導出所述燃燒情況，其中，所述特徵針對所述轉速的值隨著所述內燃機的至少一個缸中的壓縮的開始直至燃燒的結束來計算，其中，所述特徵的計算利用一相應的壓縮力矩的對稱特性。
9.按照權利要求8所述的系統，該系統具有一存儲單元，在該存儲單元中存儲特徵曲線和/或特徵場，利用特徵曲線和/或特徵場的幫助能夠將一從所述特徵中導出的情況特徵成像到所述燃燒情況上。
10.按照權利要求8或9所述的系統，其尤其設置用於實施按照權利要求1至7中任一項所述的方法。
【文檔編號】G01M15/04GK104160135SQ201380012689
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年1月24日 優先權日:2012年3月8日
【發明者】F.許格, H.哈梅多維克, J.貝克默, P.阿南塔, F.賴希勒, W.菲舍爾, S.佐伊林, J.蘭格 申請人:羅伯特·博世有限公司