基于对气缸压力梯度最大值的位置不稳定性的识别使得内燃机的燃烧噪声最小化的制作方法
【专利说明】基于对气缸压力梯度最大值的位置不稳定性的识别使得内 燃机的燃烧噪声最小化
[0001] 本发明普遍地涉及内燃机的工作。本发明特别涉及用于调节由内燃机产生的燃烧 噪声的方法以及装置。本发明还涉及一种具有这种装置的发动机控制机构以及一种用于实 施这种方法的用于调节内燃机的燃烧噪声的计算机程序。
[0002] 柴油燃料-燃烧法以及更新近的汽油燃烧法（例如所谓的汽油均质充量压燃 (HCCI)法或可控自燃（CAI)法）与常规的外源点火法的区别在于，不是通过外源点火例如 通过火花塞来点燃燃料，而是基于燃料和回馈的尾气的混合通过升高的温度来引发燃料点 燃。在这种情况下，在点火之前形成相对均匀的混合物，这通常会导致在燃烧室内有大量的 放热中心。因此，燃料的实际燃烧相对均匀且十分迅速地进行，这又会导致降低燃料消耗并 减少有害物质的排放。
[0003] 自引发的燃料燃烧的时间位置往往用曲轴角度来表示。为此优选使用燃烧的单 位能量转换的时间位置。例如可以将燃烧重心位置规定为MFB50(已燃质量分数50% )或 HR50(热释放50% [散热50% ])。
[0004] 然而，在自点火的内燃机中缺少用于触发燃烧的直接触发器，例如火花塞的点火 火花。因此，在燃烧过程方面会产生相当大的、特定于气缸的差异。这也适用于使得内燃机 发出不期望的声响的燃烧噪声。
[0005] 为了调整特别地为了降低燃烧噪声，公知的是，改变涉及燃料-和空气-路径的与 燃烧相关的参数。
[0006] DE10 2008 000 552A1介绍了一种自点燃的内燃机的工作方法，在该方法中执 行以下步骤：(a)设定给定-燃烧位置和给定-燃烧噪声特征；(b)在保持所设定的第一喷 射器-和/或空气阀控制参数和所设定的第二喷射器-和/或空气阀控制参数的情况下， 使内燃机的气缸工作至少一个周期；（c)求取实际-燃烧位置和气缸的实际-燃烧噪声特 征；（d)比较实际-燃烧位置与给定-燃烧位置，如果实际-燃烧位置与给定-燃烧位置相 偏离，就重新确定第一喷射器-和/或空气阀控制参数；(e)比较实际-燃烧噪声特征与给 定-燃烧噪声特征，并且如果实际-燃烧噪声特征与给定-燃烧噪声特征相偏离，就重新确 定第二喷射器-和/或空气阀控制参数。在此，气缸内的最大压力梯度可以用作实际-燃 烧噪声特征，因为燃烧过程的最大压力梯度与燃烧噪声相关联。可以以简单的方式使用气 缸压力检测系统来确定最大压力梯度。
[0007] 本发明的目的在于，采用简单且可靠的方式降低内燃机的燃烧噪声。
[0008] 通过独立权利要求的主题来实现该目的。本发明的有利的实施方式、其它特征和 细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合所述方法介绍的特征和细节当然也与 所述装置、发动机控制机构以及电脑程序相关联地适用，反之亦然，因而本发明的各个发明 方面的公开内容总是可以相互参引。
[0009] 根据本发明的第一方面，介绍了一种用于调节内燃机特别是自点火的内燃机的燃 烧噪声的方法。所述的方法具有：(a)使内燃机工作；(b)检测内燃机气缸中的压力随时 间的变化曲线；（c)求取压力梯度随时间的变化曲线，所述压力梯度是所检测到的压力随 时间变化的曲线的时间导数；（d)在求取的时间变化曲线上确定压力梯度最大值的时间位 置；（e)修改至少一个与内燃机中的燃料燃烧相关的参数，其中还（i)检测压力随时间的变 化曲线；（ii)求取压力梯度随时间的变化曲线；（iii)确定压力梯度最大值的时间位置，直 到在内燃机的多个相继的工作循环内压力梯度最大值的时间位置开始波动。
[0010] 所述的方法基于以下认识：当表征燃烧噪声强度的最大压力梯度不再唯一地与内 燃机工作循环的一定阶段相对应时，内燃机的燃烧噪声十分小。这种期望的缺乏最大压力 梯度的唯一对应关系表现为最大压力梯度的时间位置的波动或不稳定性。
[0011] 所述内燃机可以是非外源点火式汽油发动机或柴油发动机。内燃机可以具有一个 气缸，或者优选地具有多个气缸。在内燃机具有多个气缸的情况下，可以针对一个气缸、针 对多个气缸共同地、或者针对多个气缸分别单独地，即通过对各个气缸的与燃烧相关的参 数的各自修改来实施所述方法。特别地借助于所谓的燃料喷射将燃料供应给内燃机的至少 一个汽缸，对于每个气缸借助于至少一个燃料喷射器进行所述燃料喷射，所述燃料喷射器 被连接到承受压力的燃料管道（例如共轨）上。
[0012] 可以以已知的方式使用例如与气缸内腔相连接的压力传感器来检测气缸内的压 力（在本文中还被简称为气缸（内部）压力）。可以借助于压力传感器下游的计算单元来 求取或计算出压力梯度。该计算单元可以在内燃机的发动机控制机构内实施。
[0013] 特别地，在本文中术语"工作循环"系指四冲程发动机的全部四个冲程，按照已知 的方式，其包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
[0014] 可以以自动的方式使用算法对与燃烧相关的至少一个参数进行修改，其中，以预 定的方式对一个或多个与燃烧相关的参数进行修改。在这种情况下，例如可以将所述方式 存储在特性曲线族或查询表内。至少一个与燃烧相关的参数的修改方式还可以取决于内燃 机当前的工作状态。
[0015] 如果针对燃烧噪声的第一次修改是不利的（即内燃机声响更大），那么可以通过 变型的第二次修改或修改方案来改变至少一个与燃烧相关的参数。只有当在内燃机的多个 相继的工作循环内压力梯度的相应最大值在不同的时间出现时，才可以认为内燃机在其因 燃烧噪声所致的噪声产生方面在至少近乎最佳的工作状态下工作。
[0016] 由于采用在本文中介绍的用于调节内燃机的燃烧噪声的方法，就内燃机工作的 (无反馈的）控制或者（带有反馈的）调节而言，在燃烧过程的"可设计性"方面产生了全 新的自由度。因此可以在发动机内部及早地已经改善内燃机的声响。此外，在此所述的方 法还提供了一种可能性，即在内燃机的生命周期内抑制因组件公差或因各种不同的磨损引 起的偏差，并且内燃机始终都适当地工作，从而始终只产生优化了的或最安静的尽可能低 的燃烧噪声。
[0017] 根据本发明的一个实施例，参考内燃机的曲轴角度来确定时间位置。参考曲轴角 度的优点是，可以对按照在此所述的方法检测到的且待分析的测量值进行十分简单的检测 和分析。特别地，在转速不同或变化时，不必将测量的时间转换为当前的转角。
[0018] 需要指出，在参考曲轴角度（例如以度为单位）来代替参考时间（例如以毫秒为 单位）时，压力梯度在严格的数学意义下实际上不是时间的压力梯度，而是曲轴角度的单 位角度变化的压力变化。于是压力梯度例如可以以巴/角度为单位来表示。
[0019] 根据本发明的另一实施例，至少一个参数涉及用于内燃机的燃料-供给路径。
[0020] 在除了主喷射外还使用至少一种预喷射时，涉及燃料-供给路径的至少一个与燃 烧相关的参数例如可以是燃料喷射的开始、燃料的喷射压力、燃料的喷射量，离散喷射过程 (预喷射）的次数和/或相应的喷射量。喷射压力可以采用已知的方式借助于燃料供给系 统例