用于控制内燃机的可变的阀门传动机构的方法和装置制造方法
【专利摘要】提出用于控制具有多个气缸(2)的内燃机(1)的可变的阀门传动机构(80、110)的方法和装置，其中，在内燃机(1)的第一工作点求取进气量，求取特定于气缸的燃油量减少值，具体方式为，针对每个气缸(2)分别连续地减少所供应的燃油量，直至表示内燃机的运行不平稳性的特征参数已达到预定的运行不平稳性极限值。求取入口阀行程变化与所导致的第一工作点进气量变化的比例。基于该比例、第一工作点时的进气量和相关的燃油量减少值，求取入口阀行程与阀门基准值的特定于气缸的偏差。然后在考虑到特定于气缸的入口阀行程偏差情况下控制可变的阀门传动机构(80、110)。
【专利说明】用于控制内燃机的可变的阀门传动机构的方法和装置
[0001]本发明涉及用于控制具有多个气缸的内燃机的可变的阀门传动机构的方法和装置。
[0002]在力求进一步减少现代内燃机的燃油消耗和有害物质排放的过程中，日益采用具有用于可变地控制入口阀和/或出口阀的可变阀门传动机构的内燃机。相关地已表明进行可变的阀行程控制的内燃机特别有效，这种内燃机能在低负载范围和中等负载范围中几乎无节流地(节流阀完全打开)运行。在此仅通过入口阀的行程进行负载控制。在该无节流的运行范围内，换气损失小，这导致消耗较少。然而，阀门传动机构和阀门的制造误差却导致气缸充气错误。特别是在低负载范围内和空载中，-此时入口阀行程在无节流的运行中很小_，本来很小的气缸充气错误却使得扭矩差异感觉很明显，这限制了驾驶舒适性。这种扭矩差异不仅会在不同的内燃机之间出现，而且在同一内燃机的气缸之间出现，其在最严重的情况下将导致在低负载范围内和空载中感觉运行不平稳，进而造成驾驶舒适性受到限制。
[0003]本发明的目的是，提出用于控制具有多个气缸的内燃机的可变的阀门传动机构的方法和装置，借此能在保证驾驶舒适性的情况下更好地利用所述内燃机的节省燃油的优势。
[0004]所述目的通过独立权利要求的主题得以实现。本发明的有利改进在从属权利要求中给出。
[0005]根据权利要求1的方法适合于控制具有多个气缸的内燃机的可变的阀门传动机构。据此，在内燃机的第一工作点求取进气量。在第一工作点还求取特定于气缸的燃油量减少值，具体方式为，针对每个气缸分别连续地减少所供应的燃油量，直至表示内燃机的运行不平稳性的特征参数已达到预定的运行不平稳性极限值。还要求取入口阀行程变化与所导致的第一工作点进气量变化的比例。基于该比例、第一工作点时的进气量和相关的燃油量减少值，针对每个气缸都求取入口阀行程与阀门基准值的偏差。然后在考虑到特定于气缸的入口阀行程偏差情况下控制可变的阀门传动机构。
[0006]特定于气缸的入口阀行程偏差主要归因于阀门传动机构(阀门控制机构)的制造误差和阀门本身的误差。本发明的构思在于，在达到一定的运行不平稳性之前，通过减少特定于气缸地供应的燃油量，定性地且定量地求取特定于气缸的入口阀行程偏差。在达到运行不平稳性之前所供应的燃油量必须减少得越多，就有越多的新鲜空气被供应给相应的气缸，入口阀行程也就越大。相反，在达到运行不平稳性之前所供应的燃油量必须减少得越少，就有越少的新鲜空气被供应给相应的气缸，入口阀行程也就越小。特定于气缸的燃油量减少值因此是气缸的新鲜空气充气量度，进而是入口阀行程的量度。由此可以在调节入口阀行程时推断出精确度或可能的特定于气缸的误差。在考虑到特定于气缸的这些燃油量减少值的情况下，可以在驾驶舒适性和燃油消耗方面优化地控制可变的阀门传动机构。
[0007]恰恰在较低的负载范围(例如空载)和小的入口阀行程中，小的入口阀行程变化导致相对明显的进气量变化。进气量与入口阀行程之间的功能关联性因此在低负载范围内具有较大的提高度，因而可以采用测量技术予以准确地求取。因此可以基于入口阀行程变化与所导致的进气量变化的比例、进气量和在具体工作点特定于气缸的燃油量减少值，以良好的精度确定特定于气缸的入口阀错误/偏差，并相应地优化对阀门传动机构的控制。
[0008]在根据权利要求2的方法设计中，在内燃机的第二工作点-此时的入口阀行程大于第一工作点-求取其它的特定于气缸的燃油量减少值。为此针对每个气缸分别连续地减少所供应的燃油量，直至表示内燃机的运行不平稳性的特征参数已达到预定的运行不平稳性极限值。基于所述其它的特定于气缸的燃油量减少值和预定的燃油基准值来求取特定于气缸的燃油供应错误。然后在求取第一工作点情况下特定于气缸的燃油量减少值时考虑特定于气缸的燃油供应错误。
[0009]由于为了定性和定量地确定气缸充气错误而减少所供应的燃油量，燃油供应系统特别是喷射阀的制造误差对该方法的精确度有影响。为了尽可能准确地确定所述燃油供应错误的大小，在第二工作点减少特定于气缸地供应的燃油量，直至达到用于运行不平稳性的另一极限值。然后把特定于气缸的该燃油量减少值与合适的燃油基准值相比较。燃油基准值例如可以是特定于气缸的燃油量减少值的平均值，或者是燃油供应系统制造商的相应给定值。有利地得到由燃油供应系统中的误差引起的特定于气缸的按百分比的燃油供应错误。然后在求取第一工作点的燃油量减少值时考虑所述错误，这改善了所述方法的精确度。
[0010]第二工作点最好按如下方式来选取:使得由燃油供应系统的特定于气缸的误差引起的燃油供应错误对特定于气缸产生的扭矩的影响相比于由阀门传动机构的特定于气缸的误差引起的新鲜空气充气错误的影响占主导地位。
[0011]第一工作点最好按如下方式来选取:使得由燃油供应系统的特定于气缸的误差引起的特定于气缸的燃油供应对特定于气缸产生的扭矩的影响相比于由阀门传动机构的特定于气缸的误差引起的新鲜空气充气错误的影响可忽略不计。
[0012]由此在很大程度上避免了影响的叠加。入口阀例如在第二工作点达到其最大可能的行程和/或其最长的打开时间。相反，入口阀的行程和/或打开时间在第一工作点最好较小。其理由是，由阀门传动机构中的误差引起的气缸充气错误对扭矩的影响随着气缸充气度的增大而减小，而燃油供应错误对扭矩的影响随着气缸充气度的增大而增大。
[0013]在根据权利要求3的方法设计中，内燃机的阀门传动机构被设计用于特定于气缸地控制内燃机的入口阀行程。阀门传动机构经过适当控制，从而减小特定于气缸的入口阀行程偏差。
[0014]用于特定于气缸地控制入口阀的阀门传动机构例如可以具有电磁的或气动的机构。利用这种机构可以特定于气缸地改变入口阀行程。在了解特定于气缸的入口阀行程偏差的情况下，可以适当地控制阀门传动机构，从而减小所述偏差。由此可以使得特定于气缸的新鲜空气量等同。
[0015]根据权利要求4的方法设计涉及用于共同地控制内燃机入口阀行程的阀门传动机构。求取特定于气缸的入口阀行程偏差之间的差。然后根据量值最大的差来确定要由阀门传动机构调节的最小的入口阀行程的控制值。
[0016]各个气缸的特定于气缸的偏差之间的量值最大的差是用于把新鲜空气供应到各个燃烧室中的离差(最大的差)的量度，进而是特定于气缸的扭矩量值的离差量度。因此在差量值很大时就认为气缸之间的扭矩差异明显，且发动机运行趋向于不平稳。如果最大的差例如超过了预定的上限阈值，就可以提高最小入口阀行程的设定值，其由此改善了运行平稳性。如果最大的差低于预定的下限阈值，就可以减小最小入口阀行程的设定值，由此得到耗费优势，而不会使得运行平稳性明显恶化。
[0017]在根据权利要求5的方法设计中，在特定于气缸地供应燃油时考虑特定于气缸的入口阀行程偏差。
[0018]通过这种方式可以补偿入口阀行程偏差对废气组分和特定于气缸产生的扭矩的不利影响。
[0019]一种根据权利要求6的用于内燃机的控制装置，该内燃机带有多个气缸和多个入口阀和用于改变入口阀行程的装置，该控制装置经过设计，且设有机构，使得该控制装置能实施根据权利要求1-5中任一项的方法。
[0020]有关由此得到的优点，参见针对权利要求1-5所做的说明，其中，优点类似地适用。
[0021 ] 下面借助实施例参照附图详述本发明。
[0022]在这些附图中:
[0023]图1为内燃机的示意图；
[0024]图2A、2B以流程图的形式示出控制方法的一个实施例。
[0025]在图1中示意性地示出了内燃机I。
[0026]该内燃机I包括四个气缸2，其中，为明了起见仅示出一个气缸。针对该气缸所做的说明类似地适用于其它气缸。在该气缸2中设置有活塞3，该活塞可在气缸2中上下运动。内燃机I还包括进气道40，在该进气道上在用于抽吸新鲜空气的进气孔4的下游设置有空气质量传感器5、节流阀6以及进气管。进气道40通入由气缸2和活塞3限定成的燃烧室30中。对于燃烧所需要的新鲜空气经由进气道40引入到燃烧室30中，其中，通过打开和关闭至少一个入口阀8来控制新鲜空气供应。
[0027]这里所示的内燃机I是进行燃油直接喷射的内燃机I，其中，对于燃烧所需要的燃油经由喷射阀9(电磁式的或压电式的)直接喷射到燃烧室30中。为了引起燃烧，采用一种也伸入燃烧室30中的火花塞10。燃烧废气经由出口阀11排放到内燃机I的废气道16中，并借助废气催化器12予以清洁。在废气道上还设置有用于检测废气的氧气含量的λ传感器41。
[0028]内燃机具有用于可变地控制入口阀8的阀门传动机构80。内燃机还可以用于可变地控制出口阀11的阀门传动机构110 (但这种配置在下面未予考虑)。阀门传动机构80可以被设计用于特定于气缸地或者共同地控制入口阀8。为此，阀门传动机构80可以具有电磁的、电的或气动的机构。阀门传动机构80在此可以改变入口阀的至少一个影响气缸充气的工作参数，特别是入口阀8的行程。
[0029]通过与活塞3耦接的曲轴13把力传递到汽车的驱动系(未示出)上。内燃机I还具有用于检测曲轴13的位置和转速的内置的曲轴传感器15。
[0030]内燃机I具有燃油供应系统，该系统具有燃油箱17以及设置在该燃油箱中的燃油泵18。燃油借助燃油泵18经由供应管路19被供应给蓄压器20。这是一个共用的蓄压器20，由它给多个气缸2的喷射阀9供应以施加压力的燃油。在供应管路19上还设置有燃油过滤器21和高压泵22。高压泵22用于把利用具有相对低的压力(约3-5巴)的燃油泵18输送的燃油供应给具有高压(通常在120-150巴的数量级)的蓄压器20。[0031]内燃机I配设有控制装置26，该控制装置通过信号和数据线路(图1中用箭头示出)与内燃机I的所有执行器和传感器连接。在控制装置26中按照软件来执行基于特性曲线族的控制功能KF1-KF5。为此，控制装置具有数据存储器和微处理器(未示出)。基于传感器的测量值和基于特性曲线族的发动机控制功能，把控制信号发送至内燃机I的和燃油供应系统的执行器。具体地，控制装置26通过数据和信号线路与燃油泵18、空气质量传感器5、节流阀6、火花塞10、喷射阀9、可变的阀门传动机构80(必要时还有阀门传动机构110)、曲轴传感器15和λ传感器41耦接。
[0032]控制装置26被设计用来产生用于打开和关闭喷射阀9的控制信号。这些控制信号经由相应的信号线路(图1中用箭头示出)传递至喷射阀9的电磁的或压电的执行器。控制装置26还被设计用来控制阀门传动机构80 (必要时还有阀门传动机构110)，以便由此改变阀门传动机构80的对气缸充气有影响的工作参数，特别是入口阀8的行程。控制装置经过适当设计，使得它能够实施本发明的用于阀门传动机构80(11)的控制方法，所述控制方法例如将参照图2Α和2Β予以介绍。
[0033]在图2Α和2Β中以流程图的形式示出了用于控制如图1中所示的带有四个气缸的内燃机的可变的阀门传动机构的方法的一个实施例。
[0034]所述方法通过在控制装置26中执行的控制功能KF1-KF5 (见图1)来实施。
[0035]该方法例如在由车辆驾驶员(未示出)起动内燃机I时以步骤200(见图2Α)开始。从开始起就用曲轴传感器15或空气质量传感器5连续地测量转速或空气质量。
[0036]该方法以步骤201继续进行，在该步骤中检查是否存在内燃机I的静止的工作点。为此例如可以检查转速和所供应的新鲜空气量(抽吸空气量)在预定的时段内是否处于预定的值范围内。该询问重复一段时间，直至识别到静止的工作点。
[0037]然后，该方法以步骤202继续进行，在该步骤中检查入口阀8的行程(阀门传动机构80的影响气缸充气的工作参数)是否大于预定的阈值。该询问重复一段时间，直至满足步骤202的条件。若在步骤202中的询问结果为正，内燃机I就在静止的工作点运行，其中，入口阀的行程大于预定的阈值。该工作点在下面称为第二工作点。阀门传动机构80的工作参数的阈值在此经过设计，使得在第二工作点情况下，燃油供应错误(由燃油供应系统特别是喷射阀9的特定于气缸的误差引起)对特定于气缸产生的扭矩的影响相比于新鲜空气充气错误(由阀门传动机构的特定于气缸的误差引起)的影响占主导地位。
[0038]由此在很大程度上避免影响的叠加。入口阀8以有利的方式在第二工作点达到其最大可能的行程。
[0039]该方法以步骤203继续进行，在该步骤中用值I对数值变量i进行初始化，该数值变量可以为介于I和内燃机气缸数之间的整数值。因此在该实施例中，数值变量i可以为介于I和4之间的整数值，因为这是一个四气缸发动机。
[0040]该方法以步骤204继续进行，在该步骤中，供应给相应气缸i的燃油量减少一定的量。为此利用控制装置26相应地控制配属于相应气缸i的喷射阀9，其方式例如为，通过相应地缩短的通电来缩短喷射阀9的打开时间。
[0041]该方法以步骤205继续进行，在该步骤中检查通过减少气缸i中的燃油量引起的扭矩变化是否导致大于预定阈值的运行不平稳性。为此把表示运行不平稳性的特征参数或工作参数与预定的阈值相比较。该特征参数例如可以由曲轴传感器15的信号求得。由此例如可以由曲轴传感器15的信号以分段同步方式获知曲轴13的转速波动或加速，从而可以推断出特定于气缸的扭矩贡献，进而推断出运行不平稳性。特征参数将与阈值相比较。用于运行不平稳性的阈值在此适当地给定，使得并不会产生让驾驶员无法接受的舒适干扰。方法步骤204重复一段时间，直至在步骤205中的询问可以为“是”。由于供应给气缸i的燃油量越来越减少，在该气缸i中的燃烧混合物越来越贫油，直至出现相应的运行不平稳性。
[0042]然后，该方法以步骤206继续进行，在该步骤中，把相应气缸2的燃油量减少值存储起来，直至达到/超过运行不平稳性的阈值。
[0043]该方法以步骤207继续进行，在该步骤中检查计数器i是否已经达到了内燃机I的气缸2的数目(4个)。如果情况并非如此，就在步骤208中使得数值变量i增加1，且方法以步骤204继续进行。针对内燃机I的每个气缸2都执行方法步骤204-208，从而针对每个气缸2最终都求得并存储燃油量减少的相应值，直至达到运行不平稳性的阈值。
[0044]若步骤207中的询问结果为正，该方法就以步骤209继续进行，在该步骤中针对每个气缸2都基于相应的特定于气缸的燃油量减少值和预定的燃油基准值来求得并存储燃油供应错误。燃油基准值例如可以是在第二工作点情况下特定于气缸的燃油量减少值的算术平均值，或者是燃油供应系统制造商的相应给定值。在给相应气缸供应燃油时特定于气缸的错误例如可以基于相应的特定于气缸的燃油量减少值和燃油基准值的商来得到。由此有利地得到特定于气缸的按百分比的由燃油供应系统的误差(特别是喷射阀9的误差)引起的燃油供应错误。
[0045]这种特定于气缸的燃油供应错误反映出每个气缸2的由制造或老化引起的燃油供应不精确性。燃油供应错误因此特别是基于喷射阀9的误差。求取特定于气缸的这种燃油供应错误，用于改善如将下面予以详述的整个方法的精确度。
[0046]该方法以步骤210 (见图2B)继续进行，在该步骤中再次检查内燃机I是否处于静止的工作点。有关该询问的确切说明，参见针对步骤201所做的介绍。该询问重复一段时间，直至识别到静止的工作点。
[0047]该方法以步骤211继续进行，在该步骤中检查入口阀9的行程是否小于预定的阈值。入口阀9的行程阈值在此应适当地设计，使得由阀门传动机构80的特定于气缸的误差引起的气缸充气错误对特定于气缸所产生的扭矩的影响相比于由燃油供应系统的特定于气缸的误差引起的燃油供应错误的影响占主导地位。由此进一步避免影响叠加。在步骤211中的询问重复一段时间，直至存在正的结果。在步骤211中的询问结果为正时，内燃机I也就在静止工作点运行，入口阀9的行程小于预定的阈值。该工作点在下面称为第一工作点。
[0048]该方法现在以步骤212继续进行，其中，求得在第一工作点的进气量，并求得用于第一工作点的入口阀9的行程变化与所导致的引入气缸中的进气量的变化的比例。进气量可以借助空气质量传感器5来获知。用于第一工作点的入口阀9的行程变化与所导致的引入气缸中的进气量的变化的比例可以基于在控制装置中实施的物理模型(进气管模型)来算得，或者基于存储在特性曲线族中的数据来求得。特性曲线族的确定(Bedatung)例如根据经验通过相应的一系列试验来进行，或者借助于计算机模型来进行。相应的值根据工作点来求取。所述比例主要表明气缸2中的进气量根据相应入口阀9的行程在内燃机I的一定的工作点情况下以何种程度发生改变。恰恰在低负载范围中和空载中，入口阀9的小变化引起气缸2中的进气量(进而引起扭矩)明显地改变，因而进气量对这种变化反应很敏感。因此，以模型方式或者根据经验求取所述比例，在针对不同负载点进行的实验室试验中不易出错而且精确。
[0049]现在随后是步骤213-215，其执行方式与步骤203-205相同。因此，有关确切的方式参见针对步骤203-205所做的说明。
[0050]若步骤215中的询问结果为正，该方法就以步骤216继续进行，在该步骤中针对相应的气缸i求取燃油量减少值，直至达到运行不平稳性的阈值。但这最好在考虑到相应气缸i的在步骤209中获知的燃油供应错误的情况下进行。为此在第一工作点以在步骤209中获知的特定于气缸的燃油供应相关错误来矫正所求得的特定于气缸的燃油量减少值。这种矫正引起所述方法的精确度提高，因为由此消除了特定于气缸的归因于喷射阀的制造误差的燃油供应错误。然后在第一工作点针对相应的气缸2把矫正后的特定于气缸的燃油量减少值存储起来。
[0051]该方法以步骤217继续进行，在该步骤中基于上述比例、第一工作点情况下的进气量和各相关的矫正后的燃油量减少值(见步骤216)来求取相应入口阀9的行程与另一基准值的特定于气缸的偏差。所述另一基准值例如可以是在第一工作点情况下内燃机的所有入口阀的行程的平均值。可以按照如下关系式以非常近似的方式(一阶泰勒)求取所述
偏差:
[0052]
【权利要求】
1.一种用于控制具有多个气缸(2)的内燃机(I)的可变的阀门传动机构(80、110)的方法，其中， -在内燃机(I)的第一工作点求取进气量； -在第一工作点求取特定于气缸的燃油量减少值，具体方式为，针对每个气缸(2)分别连续地减少所供应的燃油量，直至表示内燃机的运行不平稳性的特征参数已达到预定的运行不平稳性极限值； -求取入口阀行程变化与所导致的第一工作点进气量变化的比例； -基于该比例、第一工作点时的进气量和相关的燃油量减少值，求取入口阀行程与阀门基准值的特定于气缸的偏差； -在考虑到特定于气缸的入口阀行程偏差情况下控制可变的阀门传动机构(80、110)。
2.如权利要求1所述的方法，其中， -在内燃机(I)的第二工作点-此时的入口阀行程大于第一工作点-求取其它的特定于气缸的燃油量减少值，具体方式为，针对每个气缸(2)分别连续地减少所供应的燃油量，直至表示内燃机的运行不平稳性的特征参数已达到预定的运行不平稳性极限值； -基于所述其它的特定于气缸的燃油量减少值和燃油基准值来求取特定于气缸的燃油供应错误； -在求取第一工作点情况下特定于气缸的燃油量减少值时考虑特定于气缸的燃油供应错误。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，内燃机(I)的阀门传动机构(80)被设计用于特定于气缸地控制内燃机(I)的入口阀(8)的行程，阀门传动机构(80)经过适当控制，从而使得特定于气缸的入口阀行程偏差减小或者彼此接近。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，内燃机(I)的阀门传动机构(80)被设计用于共同地控制内燃机⑴的入口阀⑶的行程，其中， -求取特定于气缸的入口阀行程偏差之间的差； -根据所述差来确定要由阀门传动机构(80)调节的入口阀(8)的最小的行程的控制参数。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在特定于气缸地供应燃油时考虑特定于气缸的入口阀行程偏差。
6.一种用于内燃机(I)的控制装置(26)，该内燃机带有多个入口阀和用于改变入口阀行程的装置，其中，该控制装置经过设计且设有机构，使得该控制装置能实施根据权利要求1-5中任一项的方法。
【文档编号】F02D13/02GK103930663SQ201280035747
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年7月19日
【发明者】G·埃泽, J·凯因茨 申请人:大陆汽车有限公司