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CN101418727B - 用于测定气缸压力特征的方法和装置 - Google Patents

用于测定气缸压力特征的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于调节内燃机中的燃烧状况的确定一个或者多个气缸压力特征的方法。该方法包括下述步骤：测定关于曲线角度的气缸压力曲线或者气缸压力梯度曲线，用一个滤波器对气缸压力曲线，或者气缸压力梯度曲线进行滤波，以消除通过活塞在燃烧室中的运动所引起的压力波动的那一部分，并且从经滤波的曲线中确定至少一个气缸压力特征。

Description

用于测定气缸压力特征的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于从由一个气缸压力传感器采集的气缸中的压力曲线中测定气缸压力特征的方法和一种装置。
背景技术
到迄今为止的发动机控制器使用由内燃机上的传感器提供的大量的传感器数值，以便对内燃机的喷射系统和空气系统进行控制或者调节。无论是汽油机还是柴油机都是这样做的。一种对发动机进行控制的可能的替代办法是不依据仅提供关于在汽缸中进行的燃烧过程方面的间接信息的上述传感器数值，而是依据直接的单个气缸的燃烧室信号来建立对发动机的控制。因此建议使用气缸压力传感器，以测量汽缸压力，因为这些压力传感器具有最高的测量精度。在测量气缸压力时基本的主导参量、平均的指示压力是由发动机所做的机械功的尺度。因为特别是在气油发动机中在S1-运行(点火运行)时平均指示压力从一个循环到另一循环的波动性很大，因此必须将以此为依据的调节设计得比较慢。由于这个原因，为了效率的快速适配而采用了以燃烧状况为基础的一个第二调节回路。
在这种情况中通过燃烧过程所引起的最大气缸压力
Figure G2008101700852D0001133942QIETU
(p_max)的角度或者是关于燃烧状况
Figure G2008101700852D0001133952QIETU
(dp_max/d
Figure G2008101700852D0001134001QIETU
)的最大气缸压力梯度的角度证明是有利的另一主导参量。然而两个信号被压缩曲线所覆盖，也就是说被通过在气缸中由于活塞的运动的压缩和降压所引起的压力的那一部分所覆盖。在这种情况中存在的主要问题是，若量大压力数值不再是通过燃烧而是通过气缸中的压缩，例如在后面的燃烧状态中的情况那样，这时难于取得这种特征。
在可能使用以气缸压力为依据的发动机控制中，无论是在汽油机中，例如在常规S1-运行时为了确定效率，在有控制的自行点火时，以及在为了降低燃料而稳定新的燃烧方法时，还是在柴油机中例如为了减少排放而稳定新的燃烧方法时燃烧状况的调节都具有特别的意义。
直到现在都是从压力变化曲线中求得燃烧状况特征，其办法是借助一种所谓的加热曲线计算从中计算出压缩曲线，为的是得到仅通过燃烧所引起的气缸压力，以用作确定所需气缸压力特征的初始参数。这个加热曲线计算是以转换的能量为依据。从这种能量中可以求出在压缩时所做的功，这样就可推断出在气缸中通过压缩所产生的压力。然而进行这种计算是很费钱的。
发明内容
因此本发明的任务是根据气缸的压力特征以简单的方法求出燃烧状况特征，而无需对通过压缩和减压所产生的压力曲线的费钱的计算。
这个任务通过按照权利要求1所述的方法以及通过按照并列的权利要求所述的装置得以完成。
根据第一方面规定了用于确定一个或者多个气缸压力特征的方法用于调节内燃机中的燃烧状况。该方法包括下述步骤：
-测定关于曲轴角度的气缸压力曲线或者气缸压力梯度曲线；
-用一种高通滤波器对气缸压力的曲线，或者气缸压力梯度的曲线进行滤波，为的是消除通过活塞在燃烧室中的运动所引起的压力波动的部分；
-从经滤波的曲线中确定至少一个气缸压力特征。
上述方法使得直接而无需费事地计算压缩曲线，例如借助加热曲线计算和类似的方法从气缸压力曲线或者从气缸压力梯度曲线以简单且可靠的方法得到单个气缸的用于燃烧状况的特征成为可能。这点是通过下述措施达到的，即通过将由此在气缸在所产生的压力曲线滤出而抑制由于活塞的运动所造成的在燃烧室中的压缩和降低过程的影响。
此外，可将气缸压力的经滤波的曲线的最大位置，或者气缸压力梯度曲线的最大值的位置，和/或气缸压力的经滤波的曲线的或者气缸压力梯度的曲线的在它的最大值上的振幅的参数，和/或最大气缸压力或者最大气缸压力梯度前的第一局部最小的曲轴角和最大气缸压力或最大气缸压力梯度后的第一局部最小值之间的曲轴角度差被确定为至少一个气缸压力特征。
根据一个实施形式用高通滤波器对气缸压力曲线，或者气缸压力梯度曲线进行滤波，特别是用这样的高通滤波器，即它的极限频率是可变的，并且与内燃机的实际转速有关，其中，特别是相位补偿地进行滤波。
可以规定用低通滤波器对气缸压力曲线，或者气缸压力梯度曲线进行低通滤波，和/或经受补偿修正。
此外也可通过带通滤波器进行高通滤波和低通滤波。
根据另一方面为了对内燃机中的燃烧状况进行调节设置一个用于确定一个或者多个气缸压力特征的发动机控制单元。所述发动机控制单元的设置是为了检测关于曲轴角度的气缸压力曲线或者气缸压力梯度曲线，以便用高通滤波器对气缸压力曲线，或气缸压力梯度曲线进行滤波，以消除在燃烧室中由于活塞的运动所引起的压力波动的部分，并且从这个经滤波的曲线中确定所述至少一个气缸压力特征。
根据另一方面设置具有内燃机、一个上述发动机控制单元和一个在内燃机的至少一个气缸中设置的，且用于检测气缸压力的压力传感器的发动机系统。
根据另一方面规定计算机程序。该程序包括程序代码。当该程序代码在一个数据处理单元中运行时它它执行上述方法。
附图说明
下面借助附图对本发明的一些优选的实施形式进行更加详细的说明。这些附图是：
图1：用于执行根据本发明的方法的柴油机系统的气缸的简图。
图2：用于示出根据本发明的一个实施形式的用于提供简单和可靠的气缸压力特征的方法的功能的方框连接图。
图3：在具有不同点火角度的三个工作循环中，在具有重叠的压缩曲线的曲轴位置上的气缸压力梯度曲线图。
图4：在图3的具有不同的点火角度的三个工作循环中使用高通滤波时的气缸压力梯度的曲线图。
具体实施方式
图1作为实施例地示出一个具有带有示范性示出的气缸2的内燃机1的发动机系统。所示实施例的内燃机1作为柴油机示出。在该柴油机中燃料直接喷入到燃烧室中。然而本发明也可毫无困难地推广到汽油机或者具有非直接喷射装置的内燃机中，例如将燃料喷射到吸气管中就是这种情况。
在图1所示的发动机系统中空气通过吸气管3被输送到气缸2的一个燃烧室4中。燃料经过喷油阀5由发动机控制单元7控制地从一个燃料管路6喷入燃烧室4中。当内燃机1运行时在燃烧室4中运行的活塞引起压缩，这个压缩将处于燃烧室4中的燃料-空气混合气加热，这样引起自行点火和燃烧过程。这个燃烧过程驱动活塞8。这样就驱动了活塞，并增大了燃烧室4，这样在燃烧室4中的气体被降压。在燃烧之后燃烧的废气体借助活塞的继续运动通过排气段9从燃烧室4中排出。
为了对发动机进行控制规定在燃烧室4上设置一个压力传感器10。这个压力传感器或者在规定的时间段中，或者根据曲轴角度、例如分别按0.5°的间隔连续地测量燃烧室中的气缸压力，并且将产生的气缸压力信号提供给发动机控制单元7使用。发动机控制单元7对气缸压力信号进行分析，并且根据气缸压力信号相应地对内燃机1进行控制。发动机控制单元7根据气缸压力信号特别是调节或者控制内燃机的节流阀位置和喷油量以及喷射时间点。
通常从压力传感器10的气缸压力信号曲线中得出下述气缸压力特征中的一个或者多个：
1.可以确定在气缸压力P为最大的曲轴角度(
Figure G2008101700852D0004134128QIETU
上的气缸压力p的幅值。代替地或者附加地可以确定在气缸压力梯度dp最大的曲轴角度α上的气缸压力梯度dp的幅值。这个最大的气缸压力p_max或者气缸压力梯度dp_max按照燃烧状况关于曲轴角(
Figure G2008101700852D0004134123QIETU
而变化，并且在燃烧时允许关于噪音生成的说明。
2.最大气缸压力的位置，也就是说在其上出现最大压力值p_max、或最大压力梯度dp_max的曲轴角度(
Figure G2008101700852D0004134113QIETU
对于燃烧的排放和发动机的效率是重要的。
3.将燃烧持续时间确定为另一重要的测量参数。这个参数描述为曲轴角度差。这个燃烧持续时间相当于最大压力值p_max或压力值的最大梯度dp_max前的第一局部最小值和最大压力值p_max或压力值的最大梯度dp_max后的第一局部最小值之间的曲轴角度差。从这个曲轴角度差中可推导出燃烧的持续时间。从这个燃烧持续时间例如可推导出有关燃料成分的设想。
所有上述气缸压力特征或者其中一部分在发动机控制单元7中或者是直接用于触发内燃机1，或者用于诊断内燃机1的功能。
在图2中示出了在发动机控制单元7中执行的功能的简图。本方法的起始点是测量参数气缸压力pzyl.，它角同步地画出，并且首先用一个低通滤波器20整平。然后在一个补偿-修正元件21中进行补偿修正。现在直接向最大值
Figure G2008101700852D0005134255QIETU
(p_max)的位置对如此得到的曲线pzyl(()进行分析，或者关于曲轴角度求微分，以得到气缸压力梯度dpzyl()/d(的信号曲线。从气缸压力梯度的信号曲线可得到曲轴角(
Figure G2008101700852D0005134326QIETU
和它的最大值dpmax。
在图3和4中示出在pHCCl-运行时(pHCC1：partially HomogeneousCharge Compression Ignition-局部均匀加载压缩点火)在一次负载跃变时的三个工作循环的气缸压力梯度。
在图3中示出了在三个连续的工作循环中不同的燃烧状况时的气缸压力梯度曲线，其中，没有采取消除压缩曲线的措施。然而从图3中可以看出，压缩和膨胀的那个缓慢的，但是幅值比较大的部分，也就是压缩曲线和这些曲线上真正感兴趣的燃烧部分重叠。压缩曲线的重叠导致气缸压力曲线pzyl(
Figure G2008101700852D0005134335QIETU
)或气缸压力梯度曲线dpzyl(
Figure G2008101700852D0005134343QIETU
)/d
Figure G2008101700852D0005134349QIETU
的属于燃烧的最大值特别是在后面的可能延迟的燃烧中不是全面的，而只是局部的特性。因此不能可靠地确定这个最大值，在这种情况中这个最大值还只是一个局部的最大值，或者只能用提高计算费用才能得到这个最大值。
出于此种原因设置一个高通滤波器元件22，以消除压缩部分和膨胀部分，也就是压缩曲线。这是可能的，因为压缩曲线具有一个已公开的，且与内燃机的转速有关的频率特性。通过高通滤波器22人们可以得到气缸压力或者气缸压力梯度的一个信号曲线，图4示出了这个信号曲线。在图4中和图3一样为相同的燃烧状况示出了气缸压力梯度的三条曲线。人们可以看出在所示的三个不同的燃烧状况中和图3的曲线图相比较即使在曲轴角度中在很后面的燃烧中也还是可毫无问题地确定气缸压力的最大值，或者它的梯度的最大值。
因为气缸压力的检测通常是与角度同步进行的，所以高通滤波器元件的高通滤波必须相对于扫描频率设计，这样就能可靠地抑制压力信号或者它的梯度的压缩部分和膨胀部分。高通滤波器元件22的实际极限频率与转速有关。人们优选地相位补偿地对气缸压力p进行滤波。
根据一个实施形式借助一个相应的带通滤波器在一个单个的信号处理步骤中在低通滤波器元件20中进行低通滤波，在高通滤波器元件22中进行高通滤波。
若替代上述实施形式地人们采用时间同步办法来检测气缸压力信号，则必须根据转速来确定高通滤波器元件22的极限频率。然而若人们由于资源的原因根据转速将它设计为一个固定值，则优选地应如此地选择该极限频率，即当出现最高转速时它能可靠地抑制信号的压缩部分和膨胀部分。

Claims (8)

1.为调节内燃机中的燃烧状况而确定一个或者多个气缸压力特征的方法，具有如下步骤：
-测定关于曲轴角度的气缸压力曲线或者气缸压力梯度曲线；
-用滤波器对气缸压力曲线或者气缸压力梯度曲线进行滤波，以消除通过活塞在燃烧室中的运动所引起的压力波动的部分；
-从经滤波的曲线中确定至少一个气缸压力特征。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，气缸压力的经滤波的曲线的最大值的位置或者气缸压力梯度的曲线的最大值的位置和/或气缸压力的经滤波的曲线的或者气缸压力梯度的曲线的在它的最大值处的振幅的参数和/或在最大气缸压力或者最大压力梯度前的第一个局部最小值的曲轴角度和在最大气缸压力或者最大气缸压力梯度后的第一个局部最小值之间的曲轴角度差被作为至少一个气缸压力特征确定。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，用高通滤波器对气缸压力曲线或者气缸压力梯度曲线进行滤波。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，用高通滤器对气缸压力曲线或者气缸压力梯度曲线进行滤波，所述高通滤波器的极限频率是可变的，并且与内燃机的当前转速有关，并且，特别是相位补偿地进行滤波。
5.按照权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，将气缸压力的曲线或者气缸压力梯度的曲线用低通滤波器进行低通滤波，和/或进行补偿修正。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，通过带通滤波器进行高通滤波和低通滤波。
7.为调节内燃机中的燃烧状况而确定一个或者多个气缸压力特征的发动机控制单元(7)，其中设置一种装置，
-以测量关于曲轴角度的气缸压力曲线或者气缸压力梯度的曲线；
-为的是用高通滤波器对气缸压力曲线或者气缸压力梯度的曲线进行滤波，以消除通过活塞在燃烧室中的运动所引起的压力波动的部分；
-从经滤波的曲线中确定所述至少一个气缸压力特征。
8.具有内燃机(1)、按照权利要求7所述的发动机控制单元(7)和在内燃机1的至少一个气缸(2)中设置的用于检测气缸压力的压力传感器(10)的发动机系统。
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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120509

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