内燃机的控制方法和设备的制作方法

专利名称：内燃机的控制方法和设备的制作方法
背景技术：
本发明涉及各独立权利要求前序部分所述的内燃机的控制方法和设备。
内燃机，特别是柴油机的控制方法和设备由DE 195 36 110公开。该专利由固体声传感器的信号来求出用于调节内燃机的特征参数。
根据本发明，由固体声传感器的信号求出特征参数，这些特征参数用于调节内燃机。固体声信号的分析处理包括选择至少两个角度范围的至少一个滤波。由相应分析处理过的信号得出特征参数。通过对多个角度范围的分析处理，能够可靠地求出所分析的事件。
优选的方案是，求出至少两个特征参数，最好对于分析处理的每个角度范围得到一个特征参数。
一个特别优选的方案是，通过特征参数彼此相除，得出新的特征参数。此时例如分别在至少一个角度范围内的滤波求出两个特征参数K1和K2，并形成商。然后将两个表征两个部分范围内声音发射强度的特征参数相除，而得出形成比值的实际特征参数，该比值则与信号的绝对值无关，从而与传感器误差和传感器漂移无关。
一个优选的方案是，将特征参数与标定值进行比较。根据这种比较，可以预先确定影响喷射和/或进气门和/或排气门位置的调节参数，所求得的特征参数表征一定的事件和/或时刻。优选的是，特征参数表征在相应测量窗口中求出的噪声。在预喷射情况下，在噪声发射和喷射的燃油量之间存在着一个简单的关系。
较好的方案是，在借助于相关分析求得一个修正系数作为特征参数，该修正系数表征测量信号与参考信号之间的差异。
参考信号最好相当于良好状态时的固体声信号，例如参考信号相当于所希望的预喷射时的固体声信号。


下面基于附图所示的实施方案对本发明作详述。
图1表示出本发明方法的方框图；
图2至图4表示本发明所分析的固体声信号的不同方案。
图1的方框图表示出本发明测量和分析处理固体声信号的方法。0为一个固体声传感器；1为一个抗混滤波器；2为一个开窗；3a、3b和3c为三个并联的FIR滤波器；4a、4b和4c为三个并联的量形成单元；而5a、5b和5c为三个积分器。FIR滤波器、量形成单元和积分器常常表示为多个分支，在实施例中表示出三个并联分支。在其它实施方案中，也可能规定其他数目的并联分支。
并联的FIR滤波器是可以自由选择参数的，可以同时考察不同的频域，这就带来了优越性，因为诸如泵的接通、其它气缸的气门噪声在汽车内引起干扰噪声，在一定的频域内使真正的有效信号叠加以干扰信号。通过滤波选择一个和/或多个频域，在这些范围内能够尽可能无干扰地测量有效信号，通过所选择的多个频域的组合可以可靠地识别有效信号。
每个分支的输出信号送往一控制装置6，其中对于每个所观察的角度范围和每个所观察的频域都有一个输出信号继续传输。在所描述的实施方案中，第一次部分喷射的信号采用第一种滤波方法进行滤波，以In1F1标记；第一次部分喷射的信号采用第二种滤波方法进行滤波，以In1F2标记；第二次部分喷射的信号采用第一种滤波方法进行滤波，以In2标记。至少对应一个角度范围的信号，采用至少一种滤波方法进行滤波。最好将信号采用多种滤波方法滤波成多个角度范围。此时一个角度范围特别对应一燃烧过程的一个部分喷射。
最好采用3个滤波器，这些滤波器考虑了整个分析处理范围，也就是所有的喷射过程。通过开窗的方法将没有信号的部分和/或出现干扰的角度范围排除在外。
一种布置方案是可以通过第一个连接装置7将控制装置6与固体声传感器0直接相连和/或通过连接装置8与窗2直接相连。用Outa表示气门控制机构的调节参数；用Outb表示控制预喷射、主喷射和后喷射始点的调节参数；用Outc表示控制预喷射、主喷射和后喷射持续期的调节参数。例如这些参数只是举例选择的，而这些参数的每一个或所有的这些参数都是完全可以给出的。
如图1所示，固体声信号在一个或多个测量窗口被测量。最好每个喷射规定有2～3个测量窗口。此时一个窗口通过窗口位置和窗口长度定义。窗口位置相应于凸轮轴和/或曲轴的角度位置，在此角度位置下预计出现所测的参数。窗口长度相应于所测参数可能变化的角度范围。为了能够掌握各种参数，窗口位置和窗口长度是可以在不同的值上变化调节的。窗口选择要分析的角度范围，在此角度范围内对固体声信号进行分析处理。依据应该得到什么样的参数作为输出参数来预先确定测量窗口。最好每个窗口对应于一个部分喷射，每一个部分喷射至少对应于一个测量窗口。
最好三个并联的路径分别与一个所述的FIR滤波器3a、3b和3c，再分别与一个量形成单元4a、4b和4c及一个积分器5a、5b和5c相连。经过这样分析处理的固体声信号送往控制装置6。另外，未加工过的固体声信号Inb通过连接装置7和/或窗口2的输出信号Inb通过连接装置8传递给控制装置6。缩写FIR表示有限脉冲响应(FiniteImpulse Response)。时间信号被转换为频域，并选择所规定的频率份额。相对于传统的滤波器其优点是，可以实现区间的线性过程，并且在滤波器设计时具有较大的自由度。在被改进的实施方案中也可以规定更多的路径。
选择FIR滤波器也可以规定具有其他传输状态的另外滤波器。最好采用带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器和/或非线性滤波器。优选的是所采用的滤波器要选择一定的频域。
除了量形成单元，也可以采用平方结构或类似的函数，重要的是，构成一个表征信号功率的参数，它与信号的振幅呈平方关系。
如果通过除法或类似的数学方法对不同的特征值相互之间进行相对比较，则也可以在这些角度范围内选择一个任意的中间值，以便对一定的角度范围进行积分。
控制装置6作用于一个具有第一调节参数Outa的气门控制单元(图中未表示出)。此处最好是一个影响进气门和/或排气门开启和/或关闭时间的参数。另外，控制装置6还作用于影响燃料分配并具有第二信号Outb的调节元件(图中未表示出)，其影响一个或多个预喷射、主喷射和后喷射的控制始点。同时，控制装置6还作用于影响燃料分配并具有第三信号Outc的调节元件(图中未表示出)，其决定一个或多个预喷射、主喷射和后喷射的控制始点，从而也决定喷油量。
图2以输入参数Inb为例表示出控制装置6中信号的准备过程。21表示延迟时间的修正；22表示干扰的抵消；23表示取平均值；24表示统计学参数的计算以及25表示控制/调节之间与干扰级有关的转换。
对于内燃机的多个气缸，最好使用一个固体声传感器。燃烧室内形成的声波传到传感器需要延迟时间，因此信号由距离传感器较远的气缸传到传感器，要比距离较近的气缸晚。因此这个延迟时间或所需的校正是一个与传感器安装位置有关的规定参数，它已经预先在试验台或汽车上使用，以便将其考虑在信号处理中。方框2表示此处使用前面所用的参数而产生的信号时间位移。
由于干扰噪声而使有效信号叠加以干扰信号，例如另一个气缸的气门撞击在信号曲线上引起一个具有特征的振动。这种干扰已经在试验发动机上求出，此干扰信号在干扰抵消方框22中予以消除。
因此，具有一定特征的振动，在一定的时域内被从测量信号中减去。在具有特征性的频率成分的干扰信号中也在频谱中减去了这部分。
因此在方框22中所出现的、已经预先在试验发动机上求出的干扰信号，从时间和/或频域内的输入信号中减去。
求平均值23对多个参数求平均值；计算24确定诸如方差等各种统计学参数；分析处理25根据信号干扰级的大小，使之在控制和调节特性曲线的运转工况间转换。如果干扰级没有超过门槛值，则发生相应输出参数的调节。输出参数根据一个测量值或由一个或多个测量值计算出的参数与标定值相比较决定之。
图3表示出在控制装置6中，通过连接装置7和/或8传递的固体声信号的分析处理。以Inc表示参考信号；Inb表示由连接装置7和/或连接装置8传递的固体声信号；以31表示一个积分器，以32表示一种分析处理过程。
固体声信号传给积分器31，固体声信号和参考信号传给分析处理方法过程32。另外，门槛值的构成用33，特征值的加权和/或组合用34表示。积分器31的输出信号和固体声信号传给门槛值构成33。门槛值的构成33和分析处理过程32的输出信号传给特征值34的加权和/或组合。特征值的加权和/或组合最好作成Kalman滤波。
分析处理过程32的输出信号表示为特征参数Ka。此处最好是一定信号出现的时刻和/或关于输入信号的近似性的数据，将其称为修正系数。门槛值构成33的输出信号也称为特征参数Kb，它表征一定信号出现的时刻。加权单元34的输出参数相应于控制装置6的输出参数。
通过连接装置7或8送往控制装置6所制备的固体声信号，通过方框32和/或方框33分析处理。不仅在方框32中，而且在门槛值构成33中都应用参考信号。在规定的运转条件下测得的固体声信号被用作参考信号，因此诸如在惯性运行中出现的固体声信号和/或只有预喷射或主喷射或后喷射中出现的固体声信号才可以被用作参考信号。参考信号最好在相应的运行状态时得到，并且录制在合适的存储器中。
最好采用KKF和/或小波分析和/或FIR滤波作为分析处理过程。
分析处理信号的一种方案是谱分析，其目的是描述频域内的信号功率。此时单独或组合使用下面的方法KKF表示互相关函数，将信号在时域内折叠合并。用这种方法分析处理测量信号。应用KKF评价信号与参考信号的近似性，此时修正系数描述符合程度。数值1表示信号和参考信号曲线完全一致。作为KKF的其他结果，还可以得知信号中确定事件出现的时刻。
通过参考信号和测量信号之间互相关函数的计算求得所出现信号振动的绝对时刻和/或角度位置。
FIR用来降低噪声和选择相关的频域，从而可以计算某些频率成分的功率。通过信号窗口同样可确定在什么样的测量窗口，从而确定何时在测量信号中出现一个事件。
小波分析使信号同一参考信号折叠合并，它相应于一个简单的FIR滤波。优选的是它在软件和硬件中所进行的简单转换。
在方框32中的分析处理至少包含2种方案，即可以计算特征参数，并可以实现调节。为了提高准确性和可靠性，优选的方案是，通过数学方法将计算特征值组合和加权平均，特别是通过应用所谓的Kalman滤波的方法。
对出现信号振动的这种分析处理方法和由此而计算出的特征参数可以采用下面的做法。不同的事件产生具有特征的声波，因而在固体声信号中产生振动。应用所述方法得知，这种振动何时出现和/或同哪个参考信号具有大的近似性。第一种情况是求出时间位置和/或角度位置，而第二种方法是求出修正系数。
方框33包含所测量的固体声信号和/或积分值的分析处理。此时由于超出了某一个运行工况的规定门槛值，从而得知信号中的开始时刻。根据这种方法计算出的特征参数得知进气门和/排气门关闭和/开启的时刻、上死点出现的时刻、每个部分喷射开始或结束的时刻和/或燃烧开始或结束的时刻。当相应的滤波信号超过规定的门槛值时，则较好地得知相应的时刻。此时规定，对于不同的参数选择固体声信号和参考值的滤波是不同的。
除燃烧使压力变化以外，发动机附件和/或辅助机构发出的声波也影响固体声信号。进气门和/或排气门的运动引起机械振动，这种振动由固体声传感器作为信号曲线中的特征性振动而得知。根据本发明，最好出现这些振动的固体声信号的角度范围，借助窗口2和/或FIR-滤波进行滤波。通过对相应被滤波信号的分析处理求出进气门和/或排气门开启和/或关闭的角度位置。根据本发明，这样求得的参数作为调节的实际值，根据这些实际参数同标定值的比较来决定一个相应的调节参数，输入调节元件，以使进气门和/或排气门动作。此时可以直接求出时间位置和/或角度位置。通过测量信号与参考信号的归并对比，而将所出现的振动归类为一定的事件或某一运行状态。从而得知所测量的振动与气门的关闭或开启之间的相互关系。
在上死点范围内，信号曲线在固定的角度位置出现一个具有特征的振动，这通过分析处理32识别，并用于诸如上死点标记和校准等。
燃烧过程引起固体声信号中的振动。识别燃烧始点，从而得知滞燃期，可以对喷射开始时刻进行调节。
此外，通过主喷射燃烧始点的检测可以推断出预喷油量，因为预喷油量对主燃烧的滞燃期起决定性的影响。按照本发明，将这样得到的参数作为调节的实际值，根据这些实际参数同标定值的比较来控制相应的调节参数，输入调节元件，以便控制预喷射、主喷射和后喷射始点和/或持续期。
采用方框1、2、3、4和5对固体声信号分析处理，从而得出一些特征参数，它们通过测量窗口数目与每喷射循环的喷射次数相乘来决定。这些特征参数的加工表示在图4中。
图4表示出在控制装置6中固体声信号的分析处理，其中参数In1至Inx相应于方框5a、5b和5c的输出信号。用Inc表示参考信号。输入参数In1至Inx的数目最好和部分喷射的次数与每次部分喷射的测量窗口数目相当。
因此规定，在同一喷射时对多个特征参数求平均值；对多个气缸中的喷射求平均值和/或对多次部分喷射求平均值。除求平均值以外，还可以求出诸如方差等其他统计参数。
另外还可以规定，对一个循环内不同窗口的特征参数进行比较和/或分析。
在循环与循环之间不同窗口特征参数的比较和/或分析也是很有用的。
特别有用的是，不同窗口的特征参数与规定条件下测得的参考信号Inc之间的比较和/或分析。
预喷射由于对燃烧过程有重大的影响，因而强烈地影响噪声和废气排放。它对滞燃期和气缸压力曲线的梯度产生影响。固体声信号是气缸压力变化的一个直接尺度，由固体声信号计算所得的预喷射和/或主喷射的特征参数与预喷油量有一个明显的关系。预喷射对固体声信号的影响被用于预喷射的优化。此处的优化意味着在保持规定的滞燃期和气缸压力梯度的情况下，降低或提高预喷油量。
为了比较和分析，而利用转换速度或喷入的燃油量影响特征参数的关系。较大的燃油量或快的转换速度对不同频域内的信号强度产生影响。通过滤波、量的形成和积分得知这些影响。信号相互之间或同参考条件下得到的特征参数之间的比较，给出了喷射的燃油量和每种喷射时刻所寻求的关系，从而能够对它们进行调节。
按照图1路径1-2-3-4-5的分析处理，不仅将主喷射，而且也将预喷射划分为不同的测量窗口，分别在这些窗口中进行分析处理。结果，特别是对测量窗口进行积分所得的结果，相应于这些具有特征的运行工况点积分值的综合。预喷油量的提高导致较强的预燃烧、较早和缓慢的主燃烧。对预喷射的积分值产生影响，常常出现较高的值。在主燃烧过程中靠前测量窗口的积分值增长，因为主燃烧提早发生。平均测量值的积分值减小，因为燃烧速度较小。按照本发明，通过测量结果与参考条件下得到的结果相比较，推断出时刻和喷油量。
按照本发明的规定，至少求出一个特征参数In，该特征参数作为调节的实际值。相应的特征参数Inc作为标定值。当预喷射采用优化的预喷油量时，调节该特征参数。如果在运转中测得的特征参数与具有优化预喷射的特征参数有差异，则调节器通过调节参数Out来影响预喷油量，使标定值和实际值之间的差异减小。
特别优选的方案表示在图5中。通过方框1至5的相应滤波和信号处理而确定的至少两个滤波信号In1和In2输送到除法框50中。表示为一个特征参数的输出信号Ka输送到调节单元52中，参考信号Inc与其第二个入口邻接。该参考信号Inc由标定值规定方框54提供。
下面以预喷射和主喷射为例来说明图5实施方案的作法。此处的作法无须被限制在这种组合上，它可以应用在部分喷射的任意种组合，也就是说，可以应用在第一种部分喷射和至少第二种部分喷射(见上文)。也可以应用由此而求得的特征参数Ka代替单元1至5的输出信号，这就意味着可以应用由多个参数In计算所得的参数。
通过滤波求出表征预喷射噪声排放的第一个值In1和表征主喷射噪声排放的第二个值In2。通过相除而得到特征参数Ka，它相应于预喷射特征参数和主喷射特征参数之间的比值。然后根据预喷射和主喷射之间比值的这个特征参数来规定调节参数Outc。这就意味着，预喷射的持续期根据预喷射时的噪声排放和主喷射时的噪声排放的比值来调节。也就是说，两个特征参数相除得出第三个特征参数。
这种特殊优选的方案通过特征参数相除而得到新的特征参数。此时特别是通过分别在至少一个角度范围内的滤波求得两个特征参数K1和K2，并形成商数K3＝g·K1/K2，其中g表示附加的加权因数。然后通过表征两个部分范围时的声音强度的两个特征参数相除得出构成比值的真实特征参数，此比值与信号绝对值无关，因而与传感器误差和传感器漂移无关。
这些角度范围例如是范围a，它表征诸如预喷射和主喷射等一些部分喷射；范围b，它表征一定过程条件下的某些部分喷射；在其范围内不发生燃烧的范围c和/或表征在其范围内发生象气门响声干扰的范围d。
优选的方案是，观察表征预喷射范围和表征主喷射范围之间的特征参数的商数，替代地或附加地形成具有喷射范围和没有喷射范围之间特征参数的商数。另外，还可以观察范围的特征参数，在这些范围之间部分燃烧重量依据过程条件而改变。
此时特别有利的是，通过调节而求出调节参数。为此将特征参数Ka与标定值Inc相比较，然后根据比较而规定调节参数。在此情况下，可以规定一个不变的标定值或规定一个与运转状况有关的标定值。
除了调节也可以另外设置一种适应控制作为替代，在一些运转状况时将特征参数Ka与标定值相比较，根据比较求得修正系数，并存储之。用这些存储的修正系数对其余运转状况的调节参数进行修正。
权利要求
1.内燃机特别是柴油机的控制方法，其中根据固体声传感器信号求出用于调节内燃机的特征参数，其特征是，通过包括选择至少两个角度范围的滤波的分析处理，求出至少一个特征参数。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，求出至少两个特征参数。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征是，通过两个特征参数相除得到第三个特征参数。
4.根据上述权利要求之一的方法，其特征是，特征参数与标定值相比较，根据这种比较可以预先规定影响喷射和/或进气门和/或排气门位置的调节参数。
5.根据上述权利要求之一的方法，其特征是，采用相关分析求得一个修正系数作为特征参数，该修正系数表征测量信号与参考信号间的差异。
6.根据权利要求3的方法，其特征是，参考信号相当于良好状况时的固体声信号。
7.根据上述权利要求之一的方法，其特征是，将发生确定事件的曲轴和/或凸轮轴角度位置用作特征参数。
8.根据上述权利要求之一的方法，其特征是，特征参数表征确定范围内的信号强度。
9.内燃机特别是柴油机的控制设备，它根据固体声传感器的信号求出用于调节内燃机的特征参数，其特征是，选择至少两个角度范围的滤波和从滤波信号求出至少一个特征参数的装置。
全文摘要
内燃机特别是柴油机的控制设备和方法。根据固体声传感器的信号，求出用于内燃机调节的特征参数，通过包括选择至少两个角度范围的滤波的分析处理，求出至少一个特征参数。
文档编号F02D41/14GK1630773SQ03803508
公开日2005年6月22日 申请日期2003年6月18日 优先权日2002年7月2日
发明者J·达米茨, R·费尔曼, M·许勒, M·凯斯勒, M·尤泽夫, V·多特尔 申请人:罗伯特-博希股份公司