专利名称：校准燃料喷射的方法、记录支持和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种校准燃料喷射的方法、记录支持和装置。
背景技术：
申请人已知校准柴油发动机的至少一个燃烧室内的燃料喷射的方法。每个燃烧室具有活塞，该活塞沿上止点与下止点之间的活塞行程移动。
例如，从DE 196 12 179中已知使用爆震传感器测量燃烧噪声且将测量到的燃烧噪声与预定的阈值SW进行对比。
"燃烧噪声"意味着由于燃料在喷射到燃烧室内时所产生的噪声和由于所喷射到燃烧室内的燃料的爆燃所产生的噪声。燃烧噪声不是由于撞击或冲击在柴油发动机的机械零件上所产生的机械噪声。燃烧噪声是由于燃料喷射和燃料爆燃所导致的发动机结构振动。
记忆中，要提醒的是，在柴油发动机的燃烧室内发生燃料爆燃的时间不是精确已知的，因为这样的爆燃不由其他内燃机中的火花等所触发。
在DE 196 12 179中，测量到的燃烧噪声超过阈值SW的时间Te被视作燃烧室内开始燃料爆燃的时间。关于时间Te的信息允许调节此特定燃烧室内的燃料喷射。
然而，此方法不是非常可靠。事实上，即使每个柴油发动机参数在循环之间维持恒定，时间Te也在发动机循环之间变化。发动机循环定义为在发动机的燃烧室中的每个内发生仅一次燃料爆燃的时间范围 或活塞位置范围。
时间Te不是燃料爆燃开始的实际时间的精确表示。因此，任何基 于此时间Te的燃料喷射调节不是很可靠。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种校准柴油发动机的至少一个燃烧 室内的燃料喷射的更可靠的方法。
本发明提供了一种燃料喷射校准方法，该燃料喷射方法对于至少 一个燃烧室包括
在活塞位置范围[Yu; Y2i]内记录燃烧室内的燃烧噪声功率或辐值， 其中化是燃料喷射到燃烧室内的活塞位置，且化是所喷射燃料的爆燃 已开始的活塞位置，
同时，记录相同活塞位置范围[Yn; Y2i]内的活塞位置，
从先前的记录确定相对于燃烧室的上止点的活塞位置K^.i，当活
塞从位置化移动到位置化时，对于该活塞位置Kmin.i，测量到的燃烧 噪声功率经过最小值P^.i，
根据所确定的活塞位置Kmin.i调节(94)燃料喷射。
作为结果，与燃烧噪声功率超过预定阈值的活塞位置相比，活塞 位置Km^i更精确地与燃料爆燃发生时的活塞位置相关。因此，使用活 塞位置Kmin.i来调节燃料喷射增加了方法的可靠性。
以上方法的实施例可以包括如下特征的一个或数个 -为每个燃烧室确定活塞位置Kmin.i，且调节燃料喷射，包括调节
每个燃烧室内的燃料喷射定时，使得每个燃烧室内的活塞位置Kmi。.j彼
此更加接近，
-该方法进一步包括
5 从为每个燃烧室所确定的位置Kmin.i计算平均位置f min，并且 调节每个燃烧室内的燃料喷射定时，使得每个燃烧室内的活塞 位置Kmin.i等于此平均位置Z，i，
-仅对于范围在7.5kHz和8.5kHz之间的频率记录燃烧噪声功率或
辐值，
-对于至少一个燃烧室
对于不同的发动机速度和发动机扭矩进行燃料喷射调节，且将 相应的燃料喷射修正因子记录在存储器内，并且
对于给定的发动机速度或发动机扭矩，根据当前的发动机速度 和当前的发动机扭矩，应用成调节燃料喷射的修正因子从所述先前记
录的修正因子来恢复，而不进行活塞位置Kmi。.i的新的确定，和
-活塞位置范围[化；化]比从下止点延伸到上止点的活塞位置范围短。
该方法的以上实施例具有如下优点
-调节燃料喷射定时，使每个燃烧室内的位置Kmin.i相等或几乎相 等，以保证曲轴的更平滑的旋转且降低发动机振动，
-调节燃料喷射定时，使得每个燃烧室内的位置Kmin.i等于平均位 置Z,g，从而进一步降低发动机振动，
-仅使用范围在7.5kHz和8.5kHz之间的噪声频率来增加该方法的 可靠性，因为此频率范围更少地受到机械噪声的干扰，
-记录用于特定的发动机速度和扭矩的燃料喷射修正因子，从而简 化燃料喷射调节。
本发明也涉及一种信息记录支持，包括当由电子计算器执行指令 时执行以上方法的指令。
本发明也涉及一种校准柴油发动机的至少一个燃烧室内的燃料喷 射的装置，所述燃烧室具有沿上止点与下止点之间活塞行程移动的活
塞，所述装置包括-至少一个爆震传感器，所述爆震传感器固定地配准到柴油发动 机，以测量燃烧室内的燃烧噪声功率或辐值，
-至少一个活塞位置传感器，所述活塞位置传感器能感测沿活塞行 程的活塞位置，
-电子计算器，所述电子计算器能够
，在活塞位置[^i; Y2i]范围内记录燃烧室内测量到的活塞噪声功率 或辐值，其中化是燃料喷射到燃烧室内的活塞位置，且^是所喷射燃 料的爆燃已开始的活塞位置，
同时，记录相同活塞位置范围内的活塞位置，
从先前的记录确定相对于此燃烧室的上止点的活塞位置Kmin.i， 当活塞从位置化移动到位置Y2i时，对于活塞位置Kmin.i，测量到的燃 烧噪声功率经过最小值Pmh.i，并且
根据确定的活塞位置调节燃料喷射。 本发明的这些和其他方面将从如下的描述、附图和权利要求中显见。
图1是包括用于校准柴油发动机的燃料喷射的装置的卡车的示意图。
图2是图1的卡车的发动机的燃烧室内的压力的定时图。
图3是图1的卡车的发动机内使用的喷射器驱动脉冲的定时图。
图4是示出燃烧噪声测量窗的定时图。
图5是示出由图1的卡车的爆震传感器输出的信号的定时图。 图6是用于校准图1的卡车的燃料喷射的方法的流程图。 图7是根据图1的卡车的燃烧室内的活塞位置测量到的燃烧噪声 功率的定时图。
在这些附图中，相同的附图标记用于指示相同的元件。
7在如下描述中，不再详细描述本领域的普通技术人员已熟知的功 能或结构。
具体实施例方式
图1示出装配有柴油发动机4的卡车2。例如，柴油发动机4分别 具有六个气缸，每个气缸限定一个燃烧室6至11。每个燃烧室6至11 分别具有沿活塞行程运行的活塞14至19。每个活塞行程在上止点和下 止点之间延伸。当活塞处于上止点位置时，燃烧室的体积最小。相反， 当活塞处于下止点位置时，燃烧室的体积最大。
每个活塞14至19机械地联接到以发动机角速度co旋转的曲轴。 更精确地讲，每个活塞在角度^处开始施加力，以使曲轴旋转，在所 述角度^处在相应的燃烧室内开始燃料爆燃。
在如下的描述中，指示L或字母L指示燃烧室的序号。例如，在此， 数字1至6分别分配给燃烧室6至11。
在发动机4中，每个燃烧室内的位置Yei隔开120° ，使得一个发 动机循环对应于曲轴22的720°旋转。
曲轴22施加扭矩，该扭矩通过传动机构传递到卡车2的驱动轮。 传动机构在图1中为清晰起见未表示。
至少一个燃料喷射器与发动机4的每个燃烧室配准。在图1中， 为清晰起见，仅示出与燃烧室6至11配准的燃料喷射器24至29。每 个喷射器将燃料推入燃烧室内侧。
每个燃料喷射器流体连接到燃料喷射单元34，每个燃料喷射器从 所述燃料喷射单元34抽取燃料。卡车2也装配有校准每个燃烧室内的燃料喷射开始时间的装置。 此装置包括
-两个爆震传感器36和38，所述爆震传感器36和38固定地机械 配准到发动机4，
---个角速度和角位置传感器40，该传感器40测量曲轴22的角位 置和角速度co，
-扭矩估计器42，该扭矩估计器42从发动机4的模型和从其他测 量到的信息估计由曲轴22施加的扭矩Q，
-爆震处理芯片44，该爆震处理芯片44处理由传感器36和38输 出的信号，且根据时间输出一个燃烧室的燃烧噪声功率，
-电子计算器46，该电子计算器46连接到芯片44和传感器40和 估计器42，以调节燃料喷射开始时间且指令每个燃料喷射器24至29， 禾口
-存储器48，该存储器48连接到计算器46。
传感器36和38无任何自由度地机械固定到发动机4。更精确地讲， 传感器36尽可能靠近燃烧室6至8地固定到发动机4。相对地，传感 器38尽可能靠近燃烧室9至11地固定到发动机4。例如，爆震传感器 36和38是加速度计传感器，且通常具有由压电材料构成的变换器。
由传感器36和38测量到的加速度通过连接线50和52传递到芯 片44。
芯片44能够处理由传感器36和38输出的信号，以将当前测量到 的燃烧噪声功率输出到计算器46。在图6中将更详细地描述由芯片44 进行的信号处理。
例如，计算器46是能够执行程序指令以进行图6的方法的可编程 电子计算器。为此目的，计算器46连接到存储器48，且存储器48存 储执行图6的方法所必需的程序指令。例如，计算器46已知为EMS ECU (发动机管理系统电子控制单元)。
计算器46包括喷射调度器54，该喷射调度器54根据预定的活塞 角位置A且根据测量到的角速度co确定每个燃烧室内的喷射开始时间。 角位置cti代表必须开始燃料喷射时活塞在燃烧室L内的位置。位置A 以度表示，且相对于此活塞在燃烧室L内的上止点位置。
应指出，在发动机内，活塞角位置能够容易地转化为时间。这源 于如下事实，即总是可以使用角速度co找到对应于角位置的时间，且 反之亦然。在此描述中，主要使用活塞角位置，但时间和时间范围可 作为角位置和角范围的替代来使用。
存储器48也存储每个燃烧室的一个修正角度图56。每个图56记 录用于不同发动机速度co和发动机扭矩n的修正因子的值。其中，修 正因子是修正角度pi。修正角度(3i是意图与燃烧室L内开始燃料喷射时 的额定预设角度cxio相加的角度，以获得调度器54使用的角度ai。角度 a,o是与传感器36和38所测量到的信号无关地确定的额定角度值。例 如，角度ctio在卡车2制造时记录在存储器48内。典型地，角度ctio在 此实施例中彼此隔开等于120°的角度范围。
图2示出燃烧室L内的压力随活塞位置Yi的演变。活塞位置Yi以 度表示，且相对于燃烧室L内的上止点。
如能够从此图示出，压力增加到最大压力且然后降低。在增长阶 段期间发生燃料爆燃。
图3示出同一燃烧室L的喷射器驱动脉冲随活塞位置Yi的关系。 驱动脉冲的上升沿对应于角度刊。在位置Yu处，燃料开始喷射到燃烧
10室L内。脉冲在对应于特定角度范围的时间间隔Aj内持续。在间隔A
内，单元34连续地将燃料喷射到燃烧室]_内。例如，时间范围Ai根据 发动机扭矩设定点或发动机速度设定点确定。在此实施例中，时间范 围Ai独立于燃烧噪声确定。
图4示出活塞位置范围AYi，该范围从位置化开始且结束于位置 y2i。在范围Ayi内，传感器36和38中任一个用于连续地测量燃烧室i 内的燃烧噪声。足够长地选择范围 i，使得爆震测量窗从燃料喷射开 始持续到喷射在燃烧室内的燃料开始爆燃。然而，范围Ayi远远短于活 塞行程。例如，范围 i小于6(T ，且优选小于40° 。事实上，范围AYi 应选择为尽可能小，因为这降低了计算负荷且改进了位置Kmi"的精度。
根据图6的描述来理解范围AYi的功能。
图5示出根据位置Yi由传感器36或38中的一个测量燃烧噪声。 如所示出，非常难于从这样的原始信号不经进一步信号处理来确定燃 料爆燃开始时的活塞位置。
现在将参考图6描述校准装置的运行。
校准方法开始于校准阶段70，在此阶段期间对于每个燃烧室L确 定修正角度(3i，以获得更均匀和平滑的曲轴旋转。
在阶段70开始时，在步骤72中， 一旦发动机以恒定的速度co和 恒定的扭矩Q运行，则计算器46识别将发生下一次燃料喷射的燃烧室。 在此，如果速度co和扭矩Q的变化不超过10%，则认为速度co和扭矩 Q是恒定的。例如，在步骤72中，这样的燃烧室的识别由传感器40 测量到的曲轴22的角位置和由额定角度(Xi()的获知来实施。
随后，在步骤74中，计算器46选择最靠近识别到的燃烧室的爆震传感器，且根据所选择的爆震传感器从识别到的燃烧室分幵的距离 调节此爆震传感器的增益。在后文中，假定选中爆震传感器36。
当识别到的燃烧室内的燃料喷射开始时，即在位置YU处，在步骤
76中，选中的传感器测量燃烧噪声，且在步骤78中，芯片44和计算 器46用于记录频率范围[fmi。； f叭、]内测量到的燃烧噪声。在此实施例 中，频率f^和f,分别等于7.51(Hz和8.5kHz。此频率范围[^,1; fmax] 对应于其中燃烧噪声的功率与类似于机械噪声的其他噪声相比占优的 频率范围。
更精确地讲，在频率范围[4in; fm^内，以如下方式获得燃烧噪声 的功率。
通过抗混滤波器首先将由爆震传感器输出的信号进行滤波。然后， 通过模数转换器将信号转换为数字信号。随后，根据确定为爆震传感 器和选中的燃烧室之间的距离的函数的增益将该数字信号放大。然后 通过带通滤波器传输信号，该带通滤波器去除掉频率范围[fmin; fmj之 外的频率的大部分。随后，经带通滤波的信号通过整流器发送，该整 流器输出经带通滤波的信号的绝对值。此绝对值发送到积分器，该积 分器将信号在预定的积分器时期积分，以将频率范围[fmin; f目J内的燃 烧噪声的功率输出到计算器46。例如，此预定的积分器时期选择为比
对应于活塞位置范围[yu; ht]的时期小至少二十倍。此预定的积分器时 期对应于芯片46将新测量到的燃烧噪声功率值输送到计算器46的频 率。
与步骤76和78平行，在步骤80中，传感器40同时测量曲轴22 的角位置，且在步骤82中，计算器46记录在识别到的燃烧室内相对 于其上止点的活塞位置Yi。活塞的位置yi从曲轴22的测量到的角位置 导出。只要未达到位置y2i，则重复步骤76至82。
图7示出对于气缸L在范围 i内记录的燃烧噪声随位置1的演变 的例子。典型地，在范围Ayi的开始处，燃烧噪声功率高。在此时期段
内，噪声通过燃料喷射而产生。然后，燃烧噪声功率在位置Kmin-i处经
过最小值Pmin-i。然后，燃烧噪声功率急剧增大到最大值。由于燃料爆 燃而使燃烧噪声功率的急剧增大。
随后，在步骤84中，计算器46从范围Ayi内记录的数据确定位置 Kmin.i。例如，在操作86中，计算器46识别图7内所示曲线的迅速升 高。然后，在操作88中，计算器46发现在迅速升高前拟合图7的曲 线的最佳抛物线。然后，此最佳抛物线根据位置Yi导出，以发现对于 Kmin.i的精确值。操作88降低对于积分器时期的依赖性且增加稳健性。
步骤72至84对于图4的每个燃烧室L重复。
随后，在步骤90中，计算器46当每个活塞向曲轴22施加力时进 行位置平衡，以获得曲轴22的更平滑和更规则的旋转。
例如，在步骤90开始时，在操作92中，计算器46计算位置Kmm.i
的平均位置^,i。例如，平均位置^min根据如下关系计算 一 i w
其中N等于燃烧室的个数。
随后，在操作94中，计算器46调节单独喷射开始时间，使得每
个位置Kmi。.i变成等于Zmin。为此目的，例如，在子操作96中，计算
器46根据Kmin.j和f min之间的差计算每个燃烧室L的单独修正角度Pi。
例如，每个修正角度(3j根据如下关系计算
A=Zmi -(2)随后，在子操作98中，计算器46将修正角度(3i应用到每个额定
的预设角度CtiO。更精确地讲，以如下关系计算燃料喷射开始位置OCi-
在子操作98结束时，喷射调度器57控制燃料喷射单元34，使得 燃烧室L内的燃料喷射在活塞位置(Xi处开始。
然后，在步骤100中，再次重复步骤72至84，以获得每个位置
Kmin-i的新值。
随后，在步骤102中，将每个位置Kmin.i的新值与平均位置Zmin
进行比较。更精确地讲，在步骤102中，对于每个燃烧室L评估如下条
件
(4)
其中s是预设的常数。
例如，s小于o.2。，或甚至小于o.r 。
如果以上条件(4)对于至少一个燃烧室不成立，则方法返回到步 骤90，以再次为每个燃烧室调节燃料喷射开始时间。相反，如果条件 (4)成立，则在步骤104中结束校准阶段，且将每个修正角度Pi记录 在与当前发动机速度 和当前发动机扭矩Q估计相关的相应的图56 中。因此，不时地构造和存储图56。作为结果，每个图56存储用于不 同发动机速度和发动机扭矩的各修正角度Pi的值。
稍后，在步骤106中，如果因为发动机速度或发动机扭矩改变使 计算器46需要进行角度ccj的新调节，则如果可能，对应于新发动机速 度或新发动机扭矩的修正角度Pi从图56恢复，且然后用于确定应开始 燃料喷射的合适的位置(Xi。然后，重复步骤100至102，以验证所记录 的修正角度卩i仍正确，且否则返回到步骤90，以确定新的修正角度(3i。因此，当发动机4运行时，以上方法连续地或至少不时地监测和更新 修正角度Pi。
许多其他实施例是可能的。例如，柴油发动机可以具有四至十二 个或更多的气缸。
可以使用仅一个爆震传感器。在另一个实施例中，能够使用多于 两个爆震传感器。例如，能够使每个燃烧室使用一个爆震传感器。
燃料喷射单元能够是任何现有的燃料喷射单元。例如，燃料喷射 单元能够是共轨喷射器或单元泵喷射。
位置Cli可以调节，使得位置Kmin.i都等于不同于平均位置Zmin的 另一个预定值。例如，此预定值能够是不同位置Kmin.i的中间值。
也能够相对于下止点限定燃料喷射应开始的位置。这不改变任何 前述解释，因为上止点和下止点之间的角度范围是恒定的。因此，当 位置相对于下止点限定时，该位置也相对于上止点限定。
芯片44可以输出燃烧噪声的平均辐值，而非功率。然而，应注意 的是，平均辐值直接与噪声的频率功率相关。
在另一个实施例中，在时间间隔Aj内，燃料喷射不连续地发生， 而是爆发或脉动地发生。
活塞位置刊不必严格地对应于燃料开始喷射在燃烧室内的位置。 例如，位置化可以偏移数度，以对应于已进行燃料喷射时的活塞位置。
频率范围[4in; fmJ应根据发动机结构选择，以对应于燃烧噪声功 率高于其他噪声功率的频率范围。优选地，频率4b总是选择为高于lkHz，且fn恵总是选择为低于20kHz。频率范围[fmi,，； f,皿]宽度从0.5kHz至10kHz变化。
在另一个实施例中，能够使用与关系(2)不同的其他关系。例如，
能够通过如Jf关系替代关系(2):
A="(Z", -C) + ' (5)
其中
-^例如是记录在图56内的修正角度(3i的先前值，且-系数a和b是选择为避免从修正角度的先前值pie到修正角度的新值的快速过渡的常数，其中a+b-l。
位置Kmin—i也能够用于不同于开始角位置(Xi的调节燃料喷射的其
他参数。例如，位置K,^.i能够用于调节
-每个循环喷射到燃烧室内的燃料的量，-燃料喷射结束位置或时间，或
-范围Ai的值。
标记列表
2 卡车
4 发动机
6至11燃烧室
14至19 活塞
22 曲轴
24至29 喷射器
34 喷射控制单元
36、 38爆震传感器
40 速度和角位置传感器
42 扭矩估计器
44 信号处理芯片
46 计算器
1648 存储器
50、 52通讯线
54 燃料喷射调度器56 修正角度图
权利要求
1.一种校准柴油发动机的至少一个燃烧室内的燃料喷射的方法，所述燃烧室具有沿上止点与下止点之间的活塞行程移动的活塞，对于至少一个燃烧室，所述方法包括a)在活塞位置范围[γ1i；γ2i]内记录燃烧室内的燃烧噪声功率或辐值(78)，其中γ1i是燃料喷射到燃烧室内的活塞位置，且γ2i是所喷射燃料的爆燃已开始的活塞位置，b)同时，记录相同活塞位置范围[γ1i；γ2i]内的活塞位置(82)，c)从先前的记录确定相对于燃烧室的上止点的活塞位置Kmin-i(84)，当活塞从位置γ1i移动到位置γ2i时，对于所述活塞位置Kmin-i，测量到的燃烧噪声功率经过最小值Pmin-i，d)根据所确定的活塞位置Kmin-i调节燃料喷射(94)。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中为每个燃烧室确定活塞位置Kmin.i，且其中调节燃料喷射的步骤(94)包括调节每个燃烧室内的燃料喷射定时，使得每个燃烧室内的活塞位置Kmin.i彼此更加接近。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述方法进一步包括从为每个燃烧室所确定的位置Kmin.i计算平均位置Zmin (92)，并且调节每个燃烧室内的燃料喷射定时(94)，使得每个燃烧室内的活塞位置Km^i等于此平均位置元^。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中仅对于范围在`7.5kHz和8.5kHz之间的频率记录燃烧噪声功率或辐值。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对于至少一个燃烧室对于不同的发动机速度和发动机扭矩进行燃料喷射调节(94)，且将相应的燃料喷射修正因子记录在存储器内，并且对于给定的发动机速度或发动机扭矩，根据当前的发动机速度和当前的发动机扭矩，应用成调节燃料喷射的修正因子从所述先前记录的修正因子来恢复(106)，而不进行活塞位置K,^.i的新的确定。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中活塞位置范围[Yu; Y2i]比从下止点延伸到上止点的活塞位置范围小。
7. 信息记录支持，包括当由电子计算器执行指令时执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的指令。
8. —种校准柴油发动机的至少一个燃烧室内的燃料喷射的装置，所述燃烧室具有沿上止点与下止点之间的活塞行程移动的活塞，所述装置包括至少一个爆震传感器(36、 38)，所述爆震传感器固定地配准到柴油发动机，以测量燃烧室内的燃烧噪声功率或辐值，至少一个活塞位置传感器(40)，所述活塞位置传感器能感测沿活塞行程的活塞位置，电子计算器(44)，所述电子计算器(44)能够-'在活塞位置[Yu; Y2:]范围内记录燃烧室内测量到的活塞噪声功率或辐值，其中化是燃料喷射到燃烧室内的活塞位置，且化是所喷射燃料的爆燃已开始的活塞位置， 同时，记录相同活塞位置范围内的活塞位置， 从先前的记录确定相对于此燃烧室的上止点的活塞位置Kmin.i，当活塞从位置化移动到位置化时，对于所述活塞位置K函.i，测量到的燃烧噪声功率经过最小值P^.i，并且 根据确定的活塞位置Kmin.i调节燃料喷射。
全文摘要
校准燃料喷射的方法、记录支持和装置。校准柴油发动机的至少一个燃烧室内的燃料喷射的方法包括a)在活塞位置范围[γ<sub>1i</sub>；γ<sub>2i</sub>]内记录(78)燃烧室内的燃烧噪声功率或辐值，b)同时记录(82)相同活塞位置范围[γ<sub>1i</sub>；γ<sub>2i</sub>]内的活塞位置，c)从先前的记录确定(84)活塞位置K<sub>min-i</sub>，当活塞从位置γ<sub>1i</sub>移动到位置γ<sub>2i</sub>时，对于该活塞位置K<sub>min-i</sub>，测量到的燃烧噪声功率经过最小值P<sub>min-i</sub>，d)根据确定的活塞位置K<sub>min-i</sub>调节(94)燃料喷射。
文档编号F02D35/02GK101688486SQ200780053170
公开日2010年3月31日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者弗洛伦特·基瓦雷斯克 申请人:雷诺卡车公司