用于使得内燃机运行的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种内燃机，具有：多个气缸，所述气缸配设有用于配给燃油的相应喷射阀；带有跳跃式探针特性的废气探针，其设置在排气道上，其测量信号表明相应气缸中的空气/燃油-比例。借助λ控制器来求取要配给的燃油量的矫正信号，确切地说，根据废气探针的测量信号进行求取。在内燃机的规定的运行范围（BBG）内，在满足至少一个规定的条件（BBG）时，针对有害物质排放基于运行不平稳性特定于气缸地进行诊断，其中，在特定于气缸地进行诊断期间，只在相应的检测阶段（EPH）中主动地进行诊断，该检测阶段通过矫正信号的改变地比例式地跳跃至中间值而引入，并利用λ控制器的改变的积分参数进行，该积分参数小于在λ控制器的正常运行中的积分参数。
【专利说明】用于使得内燃机运行的方法和装置
[0001]本发明涉及用于使得内燃机运行的方法和装置，该内燃机带有分别配设有用于配给燃油的喷射阀的多个气缸和带有跳跃式探针特性的废气探针，该废气探针设置在排气道上且其测量信号表明相应气缸中的空气/燃油比例。
[0002]按照关于由汽车产生的有害物质排放的严格的法律规定，使得有害物质排放物保持较少是一种重要的措施，在空气/燃油-混合物燃烧期间在内燃机的相应气缸中产生有害物质排放物。另一措施是，还在内燃机中安装废气后处理系统，其把在空气/燃油-混合物的燃烧过程期间在相应气缸中产生的有害物质排放物转变成无害物质。为此使用废气催化器，其把一氧化碳、碳水化合物和一氧化氮转变成无害物质。
[0003]无论是有针对性地影响在燃烧期间有害物质排放物的产生，还是以高的效率利用废气催化器转变有害物质组分，其前提都是精确地调节相应气缸中的空气/燃油-比例。废气催化器越来越靠近发动机布置，特别是与此相关地，以及在各个国家的相应的特有法律规定方面，特定于气缸地精确地调节空气/燃油-比例日益重要，这是因为各个废气包(Abgaspaket)由于混合距离短而仅仅相对差地混合。
[0004]关于限制有害物质排放的日益严格的法律规定要求允许各个气缸之间的空气/燃油-比例误差较小。分布严重不均和放弃补偿会导致排放明显恶化，或者甚至导致明显的驾驶问题。
[0005]还有些法律规定,针对相应制造商的车队(Fahrzeugf 1tte)在越来越多的相应车辆中逐步地探测选定气缸的导致超过预定的排放极限值的空气/燃油-比例分布不均。
[0006]由DE 10 2004 004 291 B3已知，采用特定于气缸的λ控制器，借此减小相应的特定于气缸的空气/燃油-比例与所求取的空气/燃油-比例的各个偏差。设置在排气道上的废气探针的测量信号表明相应气缸中的空气/燃油-比例，针对相应气缸的活塞的参考位置，在规定的曲轴角度检测该测量信号，并指配给相应的气缸。借助特定于气缸的入控制器，根据针对相应气缸产生的测量信号产生用于影响相应气缸中的空气/燃油-比例的调节参数。规定的曲轴角度根据控制器的不稳定性标准来调整。
[0007]DE 10 2006 0263 90 Al公开了一种用于控制汽车中的内燃机的电子控制装置，其带有运行不平稳性获知单元和喷射量矫正单元，其中，把一组规定的气缸指配给λ探针。喷射量矫正单元经过设计，使得规定组的要检查的气缸的喷射量能朝向贫油方向调节指配于运行不平稳差值的调节差值，并使得至少一个指配于同一 λ探针的其余气缸的喷射量相应地朝向富油方向调节，从而整体上达到该组的规定的λ值，优选至少近乎为I的λ值。喷射量矫正单元还经过适当设计，使得通过这种方式能够针对规定组的每个气缸调节特定于气缸的调节差值，且可确定特定于气缸的矫正值，其方式为，使得特定于气缸的调节差值彼此成比例。
[0008]本发明的目的在于，提出用于使得内燃机运行的方法和装置，该方法或者该装置能实现使得内燃机特别可靠地运行。
[0009]所述目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明的有利设计在从属权利要求中给出。[0010]本发明的特点是用于使得内燃机运行的方法和对应的装置，该内燃机具有:指配有用于配给燃油的相应喷射阀的多个气缸、带有跳跃式探针特性的废气探针，该废气探针设置在排气道上，废气探针的测量信号表明相应气缸中的空气/燃油-比例。内燃机还具有曲轴角度传感器，其测量信号表明曲轴的曲轴角度。借助λ控制器来求取要配给的燃油量的矫正信号，确切地说，根据废气探针的测量信号进行求取。由此可以借助矫正信号相应地调整要配给的燃油量。
[0011]在内燃机的规定的运行范围内，在满足至少一个规定的条件时，针对有害物质排放基于运行不平稳性特定于气缸地进行诊断。
[0012]规定的条件例如可以在规定的一定程度上静止的工作状态下满足，和/或在经过规定的时间段之后满足，或者也可以在经过规定的行驶路程之后得到满足。
[0013]在特定于气缸地进行诊断期间，只在相应的检测阶段中主动地进行诊断，该检测阶段通过矫正信号的改变地比例式地跳跃至中间值而引入，并利用λ控制器的改变的积分参数进行，该积分参数小于在λ控制器的正常运行中的积分参数。
[0014]对于废气探针在λ控制器的正常运行中具有跳跃式探针特性的情况，λ控制器的矫正信号首先具有由正常运行中的积分参数引起的直线上升的曲线。接下来是平稳阶段，其随着矫正信号出现跳跃而结束，这种跳跃称为比例式跳跃。在跳跃之后，矫正信号就直线减小，直至再次出现平稳阶段，之后又是矫正信号的反向的比例式跳跃。这种过程重复进行。
[0015]比例式跳跃由带有λ控制器的比例参数的比例部分引起。相应的平稳阶段在时间上总是与利用带有跳跃式特性的废气探针探测化学计量的空气/燃油-比例相关地开始。
[0016]在矫正信号的直线上升的曲线之后的平稳阶段的时间段和在矫正信号的直线减小的曲线之后的平稳阶段的时间段可以不同。所述时间段之一或者两者都也可以基本上减小至约为零尤其就是零的值。
[0017]λ控制器的矫正信号影响要配给的燃油量，进而影响对相应喷射阀的控制。
[0018]只在相应的检测阶段主动地进行诊断，这可以简单地有助于由矫正信号引起在检测阶段期间针对相应的气缸仅发生很小的喷射改变，由此引起的对基于运行不平稳性的诊断造成的可能的干扰因而很小，或者也可忽略不计。因此可以非常有利地影响诊断品质。
[0019]特别是在λ控制器的紧接于相应的检测阶段之后的正常运行中，激活用于正常运行的积分参数，于是，矫正信号由此具有紧接于检测阶段之后的直线的曲线，该曲线的上升高度比在检测阶段期间大。λ控制器特别是在检测阶段之前和之后处于其正常运行中。
[0020]基于运行不平稳性进行诊断，在废气探针具有跳跃式探针特性时，可以实现能够在燃烧之前针对相应的其它气缸求得在燃烧之前实际上位于相应气缸中的空气/燃油-混合物的特定于气缸的偏差。
[0021]根据一种有利的设计，λ控制器在两个相继的检测阶段之间针对至少一个控制周期处于正常运行中。通过这种方式特别是能够有助于使得后续的废气催化器在其所谓的转化窗口中运行，在该转化窗口内可以存入氧气，或者也可以取出氧气。通过这种方式可以有助于即使在特定于气缸的诊断期间实现尽可能少的排放。
[0022]根据一种有利的设计，规定的运行范围是较低的部分负载运行。较低的部分负载运行例如可以低于或者约等于2500转/分钟的转速。
[0023]部分负载运行特别好地适合于进行诊断，因为在此能以高的质量进行诊断。
[0024]根据另一种有利的设计，在相应的检测阶段期间，借助贫油信号逐步地使得要输送给气缸之一的空气/燃油-混合物贫油，直至针对该气缸达到规定的运行不平稳值。与相应气缸有关的诊断值根据贫油信号来求取。通过这种方式可以特别简单地求得诊断值。
[0025]相关地特别有利的是，相应的检测阶段在时间上与达到规定的运行不平稳值相关地终止，且λ控制器的正常运行继续进行。通过这种方式可以如所要求的那样短暂地简单地控制检测阶段。
[0026]下面参照示意图详述本发明的实施例。其中:
图1示出带有控制装置的内燃机；
图2示出在λ控制器正常工作期间λ控制器的矫正信号的信号曲线；
图3Α飞示出不同的测量信号；和 图4为内燃机运行程序的流程图。
[0027]相同结构和/或功能的部件在这些附图中一致地标有相同的附图标记。
[0028]内燃机(图1)包括进气道1、发动机组2、气缸盖3和排气道4.进气道I优选包括节流阀11，还包括汇集器和进气管13，该进气管朝向气缸Zl经由输入通道伸入发动机组2中。发动机组2还包括曲轴21，该曲轴通过连杆25与气缸Zl的活塞24耦接。
[0029]气缸盖3包括阀传动机构，该阀传动机构带有气体入口阀30、气体出口阀31和配气机构32、33。气缸盖3还包括喷射阀34和火花塞35。替代地，喷射阀34也可以设置在进气道I上。
[0030]排气道4包括优选被构造成三兀催化器的废气催化器40。
[0031]设有控制装置6，该控制装置配设有传感器，这些传感器检测不同的测量参数，且求取测量参数的测量值。运行参数除了包括测量参数外，还包括由这些测量参数导出的参数。控制装置6根据至少一个运行参数通过产生用于伺服驱动器的调节信号来控制调节件，这些调节件配属于内燃机且分别配设有相应的伺服驱动器。
[0032]控制装置6也可以称为用于使得内燃机运行的装置。
[0033]传感器是检测驾驶踏板7的位置的踏板位置发生器71、检测在节流阀11上游的空气质量流的空气质量测量器14、检测进气温度的温度传感器15、检测进气管压力的压力传感器16、检测曲轴角度然后给其指配一个转速的曲轴角度传感器22、检测曲轴21扭矩的扭矩传感器23、检测凸轮轴角度的凸轮轴角度传感器36a和检测废气的剩余氧气含量的废气探针41，废气探针的测量信号表明在空气/燃油-混合物燃烧时在气缸Zl中的空气/燃油-比例。废气探针41是一种双元λ探针，因而具有带跳跃式特性的测量信号。测量信号在围绕化学计量的空气/燃油-比例的窄范围内跳跃。
[0034]视设计而定，可以存在有所述传感器的任意子集，或者也可以存在有附加的传感器。
[0035]调节件例如是节流阀11、气体入口阀和气体出口阀30、31、喷射阀34或火花塞35。
[0036]除了气缸Zl外，还设有其它也配设相应调节件的气缸Ζ2?Ζ4。气缸的废气组也可以称为气缸组，优选每个废气组(Abgasbank)都分别配设有排气道4的排气系，相应的排气系分别相应地配设有废气探针41。[0037]控制装置6优选包括计算单元和用于存储数据和程序的存储器。为了使得内燃机运行，在控制装置6中存储有用于使得内燃机运行的一个或多个程序，这些程序在运行期间可以在计算单元中被处理。
[0038]相关地，控制装置具有λ控制器，其调节信号是矫正信号KS，其曲线在λ控制器的正常工作中例如处于图2中所示的曲线。在此特别是设有平稳阶段，在借助跳跃式探针的测量信号探测出达到化学计量的空气/燃油-比例之后在时间上紧接着就是所述平稳阶段。例如在时间段Tl内处于平稳阶段。
[0039]在此，平稳阶段的时间段例如可以与另一废气探针的测量信号有关，该另一探针可以设置在废气催化器40的下游，其也称为调整探针。在时间段Tl之后，测量信号紧接着根据λ控制器的比例参数进行所谓的比例式跳跃，然后激活λ控制器的积分参数，由此使得矫正信号直线地减小至一个时间点，在该时间点，再次对化学计量的空气/燃油-比例进行探测。此后，在也称为比例式跳跃的回跳之前又是一个平稳阶段，其持续规定的时间段Τ3。然后再次激活积分参数，并增大矫正信号，直至再次识别到化学计量的空气/燃油-比例过零。在此，在正常运行RB中，矫正信号的曲线也可以处于图3Β中所示的曲线。针对于正常运行，采用通常的本领域技术人员已知的方式来设计λ控制器。
[0040]就图3Β中所示的控制信号曲线而言，原则上例如也可以存在如图2中所示的平稳阶段。
[0041]例如可以将矫正信号KS设计成因数的形式，其用于影响以其它方式求取的要配给的燃油量。这例如可以通过相应的相乘来进行。
[0042]矫正信号KS的中间值N在被设计成因数的情况下例如是值I。
[0043]用于内燃机运行的存储在控制装置6中的程序在运行期间在计算单元内被处理，下面借助根据图4的流程图对其予以详述。
[0044]该程序在步骤SI中开始，确切地说，在时间上例如接近于内燃机的起动。
[0045]在步骤SI中有时还要对变量进行初始化。
[0046]在步骤S3中检查运行范围BB在当前是否相应于规定的运行范围BBG。规定的运行范围BBG经过设定，使得它基本上适合于基于运行不平稳性特定于气缸地进行诊断。这例如可以通过试验来获知，比如在发动机试验台上获知和/或也可以通过模拟获知。规定的运行范围BBG例如是较低的部分负载运行，其特点可以是，曲轴21的转速最大约为2500转/分钟。如果运行范围BB并不相应于规定的运行范围BBG，就在步骤S3中必要时经过一段规定的等待时间之后重新继续处理。
[0047]否则就在步骤S5中继续处理。在步骤S5中检查是否满足了规定的条件BDG。例如当存在有在一定程度上静止的运行状态时和/或当从最近一次基于运行不平稳性特定于气缸地对有害物质排放进行的诊断结束以来规定的时间终了时，可以满足规定的条件BDG。这例如可以涉及到步骤S13的最后一次处理，如下面所述。
[0048]替代地或附加地，在步骤S5中对规定的条件BDG的满足也可以与从最近一次基于运行不平稳性的特定于气缸的诊断结束以来规定的行驶路程有关。
[0049]如果在步骤S5中未满足规定的条件BDG，就在步骤S3中必要时经过一段规定的等待时间之后重新继续处理。
[0050]否则就在步骤S7中继续处理，因而从在步骤S5中满足规定的条件BDG起开始基于运行不平稳性的特定于气缸的诊断。但这种诊断只有在步骤S7中的处理期间主动地进行，确切地说，在相应的检测阶段EPH期间进行。检测阶段EPH通过矫正信号KS的变化地比例式地跳跃至中间值而引入，如图3B中所示。利用λ控制器的改变的积分参数进行所述检测阶段，该积分参数小于在λ控制器的正常运行中的积分参数。
[0051]在检测阶段EPH期间，借助贫油信号AS逐步地使得要供应给气缸之一的空气/燃油-混合物越来越贫油，直至针对该气缸达到了规定的运行不平稳值。贫油信号AS例如在图3Α中针对相应的气缸被示出。
[0052]为了在整体上尽可能保证空气/燃油-混合物的变化可忽略不计，针对其它气缸在检测阶段EPH期间，优选相应地对其它气缸中的空气/燃油-比例进行相反的影响。其它气缸中的空气/燃油-混合物由此相应地富油。贫油信号AS例如被设计成因数的形式，要配给于当前分别检查的气缸的燃油量相应地与所述因数相乘，由此受到调整。这例如借助于图3C中的信号曲线被示出。
[0053]如果达到了规定的运行不平稳值，就与各气缸相应地存储贫油信号AS的当前值，并考虑用于后续求取与所述各气缸相关的诊断值。借助曲轴角度传感器22来识别达到规定的运行不平稳值。
[0054]检测阶段EPH在时间上与达到规定的运行不平稳值相关地终止，然后在步骤S9中继续处理，在该步骤中继续进行λ控制器的正常运行RB。例如，在步骤S7最早再次处理之前，正常运行RB至少继续λ控制器的一个控制周期，优选甚至继续多个控制周期。
[0055]改变的积分参数经过适当设定，使得在检测阶段EPH期间，在矫正信号KS的影响下，当前要检查的各气缸中的空气/燃油-比例仅仅略微改变，确切地说，对运行不平稳性变化的影响可忍受，因此，在达到规定的运行不平稳值时，贫油信号的值具有在所希望的诊断品质范围内最大的影响。改变的积分参数由此例如最大可以为用于λ控制器的正常运行的积分参数的20%。但它也可以减小至中间值N。
[0056]在相应地前后相继地经过步骤S7时，通过针对相应的气缸逐步地改变贫油信号AS来检查不同的气缸Ζ1-Ζ4，从而仅仅针对所有至关重要的气缸Ζ1-Ζ4在达到运行不平稳值时将贫油信号AS的相应值累加起来，并相应地存储在控制装置6的存储器中。这里原则上也可以为每个气缸Ζ1-Ζ4都存储多个值，以便由此能够例如在达到规定的运行不平稳值时针对相应的气缸Ζ1-Ζ4对贫油信号的值进行求平均，从而例如补偿可能的测量偏差。
[0057]在步骤S9之后，检查是否满足了诊断结束条件DABDG(步骤11)。例如当对于所有至关重要的气缸Ζ1-Ζ4来说都存在规定数量的贫油信号AS值时就是这种情况。如果步骤Sll的条件未满足，就在步骤S3中必要时经过规定的等待时间之后再次继续处理。相反，如果步骤Sll的条件得到满足，就在步骤S13中继续处理，在该步骤中结束基于运行不平稳性的特定于气缸的诊断。相关地，在步骤S13中根据贫油信号AS的针对气缸存储的所述值或相应值来求取涉及相应气缸的诊断值。为此，例如首先求取贫油信号AS的涉及全部重要气缸Ζ1-Ζ4的平均值。然后可以根据相应的各气缸的值的相对偏差或绝对偏差针对贫油信号AS的平均值求得诊断值。
[0058]在步骤S13中可以针对每个至关重要的气缸相应地求取相应的诊断值。该诊断值可以被考虑例如用于决定是否要把故障记录在控制装置的故障存储器中，或者还要把故障通报给车辆驾驶员。但替代地或附加地，也可以采用简单的方式针对相应的气缸Ζ1-Ζ4对 要配给的燃油量进行调整，例如在适配过程中进行调整。
【权利要求】
1.一种用于使得内燃机运行的方法，该内燃机具有:多个气缸(Z1-Z4),所述气缸配设有用于配给燃油的相应喷射阀(34);带有跳跃式探针特性的废气探针(41)，该废气探针设置在排气道(4)上，废气探针的测量信号表明相应气缸(Z1-Z4)中的空气/燃油-比例；曲轴角度传感器(22)，其测量信号表明曲轴(21)的曲轴角度，其中， -借助λ控制器来求取要配给的燃油量的矫正信号(KS)，确切地说，根据废气探针(41)的测量信号进行求取； -在内燃机的规定的运行范围(BBG)内，在满足至少一个规定的条件(BBG)时，针对有害物质排放基于运行不平稳性特定于气缸地进行诊断，其中，在特定于气缸地进行诊断期间，只在相应的检测阶段(EPH)中主动地进行诊断，该检测阶段通过矫正信号(KS)的改变地比例式地跳跃至中间值(N)而引入，并利用λ控制器的改变的积分参数进行，该积分参数小于在λ控制器的正常运行(RB)中的积分参数。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在两个相继的检测阶段(EPH)之间，使得λ控制器针对至少一个控制周期处于正常运行(RB)中。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，规定的运行范围(BBG)是较低的部分负载运行。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在相应的检测阶段(EPH)期间，借助贫油信号(AS)逐步地使得要输送给气缸(Ζ1-Ζ4)之一的空气/燃油-混合物贫油，直至针对该气缸(Ζ1-Ζ4)达到规定的运行不平稳值，根据贫油信号(AS)来求取与相应气缸(Ζ1-Ζ4)有关的诊断值。
5.如权利要求4所述的方法，其中，使得相应的检测阶段(EPH)在时间上与达到规定的运行不平稳值相关地终止，且使得λ控制器的正常运行(RB)继续进行。
6.一种用于使得内燃机运行的装置，该内燃机具有:多个气缸(Ζ1-Ζ4)，所述气缸配设有用于配给燃油的相应喷射阀(34);带有跳跃式探针特性的废气探针(41)，该废气探针设置在排气道(4)上，废气探针的测量信号表明相应气缸(Ζ1-Ζ4)中的空气/燃油-比例；曲轴角度传感器(22)，其测量信号表明曲轴(21)的曲轴角度，其中，该装置被设计用于: -借助λ控制器来求取要配给的燃油量的矫正信号(KS)，确切地说，根据废气探针(41)的测量信号进行求取； -在内燃机的规定的运行范围(BBG)内，在满足至少一个规定的条件(BBG)时，针对有害物质排放基于运行不平稳性特定于气缸地进行诊断，其中，在特定于气缸地进行诊断期间，只在相应的检测阶段(EPH)中主动地进行诊断，该检测阶段通过矫正信号(KS)的改变地比例式地跳跃至中间值(N)而引入，并利用λ控制器的改变的积分参数进行，该积分参数小于在λ控制器的正常运行(RB)中的积分参数。
【文档编号】F02D41/00GK103827469SQ201280047703
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2011年9月29日
【发明者】G.埃泽, W.莫泽, S.菲赫费尔 申请人:大陆汽车有限公司