内燃机工作的方法
【专利摘要】本发明涉及一种内燃机（11）的工作方法。按照该方法，针对内燃机（11）的至少一个气缸（12），在气缸（12）的多个工作冲程中检测内燃机（11）的曲轴（13）的多个角加速度，并根据气缸（12）的多个角加速度来确定角加速度平均值。根据多个角加速度和平均值来控制内燃机（11）。
【专利说明】内燃机工作的方法
[0001]本发明涉及一种内燃机工作的方法以及一种用于内燃机的相应装置。本发明特别是涉及用于改善内燃机的运行平稳性的方法。
[0002]内燃机例如带有多气缸的汽油机特别是在空转运行中会因燃烧过程散差而出现运行不平稳。这种散差可能因例如由火花塞电极间距离所致的不利点火条件、喷射阀的散差、特别是在流量或射流提供方面的散差而加强。若内燃机用在例如车辆比如轿车或卡车中，空转中的这种不平稳会让车辆使用者或乘客感到干扰。
[0003]相关地，由DE 43 03 332 C2已知一种带燃油喷射的汽车汽油机。该汽油机包括:燃烧室压力传感器，其借助熄火来识别出充气混合物的贫油极限；点火设备，其能产生至少一个后火花(Nachfunke)或燃烧长久的点火火花。由后火花或后燃烧的点火火花弓I起点燃情况下燃烧过程压力的延迟提升，和/或第一火花或后续火花所分摊到的点火份额，用作识别出混合物贫油极限的信号。然而，燃烧室压力传感器和这种点火设备会导致汽油机的较高的实现成本。
[0004]相关地还由DE 19758018 Al已知一种带有多于一个的气缸的内燃机的废气净化装置。该废气净化装置具有存储催化器，其中，废气连续地流入到存储催化器中，从而一旦发动机贫油运行就把有害物质吸收在废气存储器中，而一旦废气的氧气浓度降低就排放出有害物质。在有害物质排放阶段期间，发动机以略高于化学计量比值λ=1的总λ值运行。为此可以有选择地使得一部分气缸富油运行，而另一部分气缸仍然贫油运行。
[0005]此外，在现有技术中已知用于通过对各个气缸的喷射时间调整来均衡气缸所产生的扭矩的方法。但在有些工作状态下，这种扭矩均衡会导致发动机运行不平稳，其方式例如为，各个气缸在不同时间建立起扭矩，从而个别气缸的扭矩随时间波动。
[0006]因此，本发明的目的是，提出一种便于实现的可靠的内燃机工作方法，其确保内燃机尤其在空转中平稳地运行。
[0007]根据本发明，采用一种根据权利要求1的内燃机工作方法、一种根据权利要求2的具有多个气缸的内燃机的工作方法、一种根据权利要求7的用于内燃机的装置、一种根据权利要求8的用于具有多个气缸的内燃机的装置、一种根据权利要求10的内燃机工作方法、一种根据权利要求11的用于内燃机的装置和一种根据权利要求12的车辆，即可实现所述目的。从属权利要求限定了本发明的优选的和有利的实施方式。
[0008]根据本发明，提出一种内燃机工作方法。按照该方法，针对内燃机的至少一个气缸,在气缸的多个工作冲程中检测内燃机曲轴的多个角加速度,并根据气缸的多个角加速度来确定角加速度平均值。根据多个角加速度和平均值来控制内燃机，其方式例如为，改变气缸喷射量。曲轴的角加速度例如可以借助于安置在曲轴上的传感轮和高精度的曲轴角度传感器来检测。代替角加速度，可以替代地检测角速度或所谓的时间段，即在曲轴转动预定的角度期间所需要的时间。角加速度、角速度和时间段例如可以借助于内燃机的当前转速相互换算，因而可以视为等效参数，并同等效果地应用于本发明的方法。如果出现熄火，在该工作冲程期间的曲轴角加速度就会变小，从而能够例如通过对当前角加速度与先前工作冲程的角加速度平均值的比较来推断出熄火。由于现代内燃机通常具有在曲轴上的这种传感轮和相应的高精度的转角传感器，所以本发明的方法可以成本低廉地实现。此外有利的是，当已借助角加速度确定出现了熄火或燃烧扭矩较小(相应的低劣燃烧状况)进而出现明显差的调节干预时，所述方法才改变对内燃机的控制。
[0009]根据本发明还提出一种具有多个气缸的内燃机的工作方法。按照该方法，在内燃机的至少两个气缸的多个工作冲程中检测内燃机曲轴的多个角加速度。根据至少两个气缸的多个角加速度来确定角加速度平均值。针对至少两个气缸中的至少一个气缸，根据至少一个气缸的多个角加速度和平均值来控制内燃机。例如可以根据这一个气缸的多个角加速度和平均值来调节至少一个气缸的喷射量。如前所述，角加速度可以借助于曲轴上的传感轮和高精度的曲轴角度传感器例如以时间段的形式来检测。该方法因而也可以成本低廉地在现代内燃机上实现。在多个气缸的多个工作冲程中检测多个角加速度并考虑确定平均值，由此例如可以迅速可靠地识别出气缸中的持久的熄火，这是因为熄火的气缸的角加速度明显不同于所有气缸的平均值。该方法因而也可以在气缸彻底熄火的极端不利的条件下可靠地工作。
[0010]根据一种实施方式，为了控制内燃机，确定统计参数，其表明了至少一个气缸的多个角加速度与平均值的偏差。这例如可以是比如在现有技术中已知的标准偏差。对内燃机的控制，例如对相关气缸喷射量的改变，可以根据该统计参数与阈值的比较来进行。通过确定统计参数，即使在不同的工作条件下特别是在内燃机转速不同的情况下也可以可靠地实施所述方法。
[0011]根据一种实施方式，对内燃机的控制包括根据针对气缸确定的统计参数与阈值的比较来改变至少一个气缸的燃油喷射量。在此例如可以把至少一个气缸的燃油喷射量提高预定的百分比，如果确知至少一个气缸熄火，即如果统计参数表明在至少一个气缸的工作冲程中角加速度明显小于角加速度平均值(所期望的角加速度值)。
[0012]根据另一种实施方式，针对内燃机的至少两个气缸分别如前所述地确定相应的统计参数。此外，确定出针对至少两个气缸确定的统计参数的平均值，也就是说，求出统计参数的平均值。至少两个气缸中的一个气缸的燃油喷射量，根据针对该气缸确定的统计参数与统计参数平均值的比较予以改变。如果作为统计参数例如确定出标准偏差，则在该实施方式中还确定标准偏差的平均值，并根据气缸的标准偏差与标准偏差平均值的比较来改变该气缸的燃油量。通过燃油喷射量的变化来对气缸的标准偏差进行相互比较，由此导致气缸同样平稳地运行。
[0013]根据另一种实施方式，确定统计参数，其方式为，确定在多个角加速度与角加速度平均值之间的多个差，也就是说，针对多个角加速度中的每个角加速度都确定在该角加速度与角加速度平均值之间的相应差。随后还要对这些差进行加权。如果角加速度大于平均值，就用第一加权因数对所述差进行加权。如果角加速度小于平均值，就用第二加权因数对所述差进行加权。第一加权因数小于第二加权因数。由此作为统计参数确定出角加速度与平均值的经加权的偏差。相比于良好的燃烧状况(角加速度大于平均值)，燃烧状况低劣(角加速度小于平均值)时的经加权的偏差较大。由此可以实现快速而有效的调节，从而内燃机迅速地步入平稳运行。根据一种实施方式，第一加权因数的值为0，第二加权因数的值为I。在这种情况下，在统计参数中仅考虑低劣的燃烧情况。
[0014]根据本发明，还提出一种用于内燃机的装置。该装置包括用于使得装置与内燃机曲轴传感器耦接的输入端和处理单元。曲轴传感器提供用于确定内燃机曲轴角度位置的信号。处理单元能够针对内燃机的至少一个气缸在该气缸的多个工作冲程中检测曲轴的多个角加速度，并根据气缸的多个角加速度来确定角加速度平均值。处理单元根据多个角加速度和平均值来控制内燃机。处理单元例如根据多个角加速度和平均值来改变至少一个气缸的燃油喷射量。由于燃烧状况低劣或者在一个气缸的工作冲程中出现熄火，在该工作冲程中该气缸的角加速度相比于正常燃烧有所减小。因此，通过当前角加速度与角加速度平均值的比较，可以采用简单的方式确定在工作冲程中低劣的或有误的燃烧状况，并通过在随后的工作冲程中对内燃机的适当控制来予以避免，其方式例如为，提高气缸的喷射量。
[0015]此外，根据本发明，提出一种用于具有多个气缸的内燃机的装置。该装置包括用于使得装置与内燃机曲轴传感器耦接的输入端和处理单元。曲轴传感器提供用于确定内燃机曲轴当前角度位置的信号。处理单元被设计用来基于曲轴角度位置在内燃机的至少两个气缸的多个工作冲程中确定曲轴的多个角加速度，并根据至少两个气缸的多个角加速度来确定角加速度平均值。针对至少两个气缸中的至少一个气缸，处理单元根据至少一个气缸的多个角加速度和平均值来控制内燃机。在该平均值中考虑到了内燃机的不同气缸的工作冲程的角加速度，由此可以通过特定气缸的当前角加速度与平均值的比较采用简单的方式来确定气缸之间的燃烧差异，并通过对内燃机的控制予以矫正。由此可以提高内燃机的运转平稳性。
[0016]前述装置可以被设计用于实施前述方法，因而也包含了结合方法所述的优点。
[0017]根据本发明，还提出一种内燃机工作方法，其中，针对内燃机的至少一个气缸在该气缸的工作冲程中检测内燃机曲轴的角加速度,并根据该角加速度和预定的阈值来控制内燃机。预定的阈值例如可以包括设定好的值，或者根据内燃机运行状态例如借助于特征曲线族来确定。设定阈值的方式为，如果气缸的角加速度低于阈值，则例如在空转中识别出低劣的燃烧状况。此外根据本发明，提出一种用于内燃机的相应的装置，其包括用于使得装置与内燃机曲轴传感器耦接用以确定内燃机曲轴角度位置的输入端和处理单元。处理单元被设计用来针对内燃机的至少一个气缸在该气缸的工作冲程中检测曲轴的角加速度，并根据该角加速度和设定的阈值来控制内燃机。
[0018]最后，根据本发明提出一种车辆，其包括内燃机和一种前述装置。该内燃机配备有曲轴传感器，其提供用于确定内燃机曲轴角度位置的信号。该装置具有用于使得装置与曲轴传感器耦接的输入端，并与曲轴传感器耦接。在内燃机的工作中，该装置可以如前所述那样控制内燃机，从而提高内燃机的运转平稳性，且能避免低劣的燃烧状况和熄火。
[0019]在本发明的上述介绍中采用了例如可以用曲轴传感器检测的曲轴角加速度。替代地，也可以用在凸轮轴或者内燃机的根据内燃机曲轴进行转动的其它旋转单元上的相应的传感器来检测加速度。
[0020]下面参照附图详述本发明。
[0021]图1示出根据本发明的一个实施方式的车辆；
图2示意性地示出用于确定一个气缸的标准差与所有气缸标准差平均值的偏差的算法机构；
图3示意性地示出用于调节各个气缸的燃油量的算法机构；
图4示出根据本发明的一个实施方式的方法对内燃机运行平稳性的影响。[0022]图1示出车辆10，其带有内燃机11和用于内燃机11的装置15。内燃机11包括四个气缸12，这些气缸在同一根曲轴13上工作。在曲轴13上安装有(未示出的)传感轮，该传感轮与曲轴13 —起转动，且在与曲轴角度传感器14相结合的情况下为装置15提供高精度的曲轴信号。装置15通过输入端16与曲轴角度传感器14耦接。装置15例如可以是内燃机11的发动机电子机构的一部分，或者是一个单独的装置。装置15可以包括电子控制机构，例如微处理器。装置15还可以包括时基，以便能够与高精度曲轴信号相结合地确定曲轴13的角加速度。
[0023]下面详述装置15的工作方式。在内燃机11的运行中，装置15在一个工作冲程期间针对每个气缸12都检测曲轴13的角加速度。针对每个气缸12都根据指定于它的角加速度来确定角加速度的标准偏差。为此例如确定相应气缸12的角加速度与所有气缸在其工作冲程期间的角加速度的平均值的标准偏差。替代地，例如也可以确定相应气缸12的角加速度与相应气缸的角加速度平均值的标准偏差。在确定气缸12的标准偏差时，可以考虑对角加速度与相应平均值的偏差进行加权，从而对表明低劣燃烧状况(实际角加速度小于平均值)的偏差予以更多考虑。如果气缸的标准偏差与所有气缸标准偏差的平均值相差大于预定的阈值，就表明由于燃烧状况低劣或者由于燃烧中断致使气缸运行不平稳，就要改变相应气缸的喷射量。
[0024]图2和3示出用于带有例如四个气缸的内燃机的装置15的工作方式。图2示出确定一个气缸的标准偏差与所有气缸标准偏差平均值的偏差。平均值单元65形成四个标准偏差61-64的平均值，并把该平均值输送给减法器66。也把一个气缸的标准偏差61输送给减法器66，并确定这一个气缸的标准偏差与所有气缸标准偏差平均值之间的差。该差在输出端67输出，用于后续处理。
[0025]图3示出用于调整各个气缸燃油量的算法机构。在输入端21-24为各个气缸提供了例如一个气缸的角加速度标准偏差与所有气缸的标准偏差平均值的先前(图2)确定的偏差。替代地，例如也可以针对各气缸在输入端21-24提供各个气缸的当前时间段。输入端21-24上的偏差或者时间段分别在相应的比较器25-28中与阈值20比较。根据比较器25-28的输出，乘法器29-32有选择地接通燃油量提高值57或零值58。燃油量提高值57可以是绝对值或相对值。燃油量提高值57例如可以为3%。乘法器29-32的相应输出一方面直接经由配设的累加器33-36和37-40与暂存器41-44到达四个气缸的相应输出端45-48，另一方面到达其它气缸的累加器49-52。累加器49-52的输出乘以因数53-56例如三分之一，然后在累加器33-36处相加。下面参照范例介绍图3所示的算法机构的工作方式。
[0026]如果气缸的经由输入端21-24流入算法机构的偏差或时间段未超过阈值20，也就是说，如果所有气缸都具有良好的燃烧状况而未出现燃烧中断，所有乘法器29-32就都接通至零值58。零值58通过累加器33-36或49-52不会导致任何变化，因而输出端45-48处的喷射量输出值保持不变。但如果例如在第一气缸(其偏差或时间段经由输入端21流入到算法机构中)中出现了低劣的燃烧状况，此点就会被比较器25通过与阈值20的比较而确知，于是乘法器29接通至燃油量提高值57。假设燃油量提高值57为3%，就把3%这个值经由累加器33输送给累加器37，其把近来的燃油量值加上3%传送至存储器41。由此把第一气缸的燃油喷射量提高了 3%。燃油量提高值57还从乘法器29传递到累加器50-52。在累加器50-52的输出端分别产生3%的值，其借助因数54-56减小至三分之一。因而在因数54-56的输出端分别产生1%的值。在累加器34-36中，从经由乘法器30-32输送的零值58中减去该1%的值，因而将-1%输送给累加器38-40。气缸2-4的近来的喷射量值由此分别减少1%。总之，具有低劣燃烧状况的气缸的喷射量因而提高了 3%，同时，其余气缸的喷射量分别减少1%。
[0027]图4示出前述方法的工作方式。左边的三幅曲线图示出了在不采用前述方法情况下内燃机的运行平稳、轻微冲击和硬停机。右边的三幅曲线图出了在采用前述方法情况下内燃机的运行平稳、轻微冲击和硬停机。左上方的曲线图示出在内燃机运行700秒的时间内在不采用前述方法情况下带有四个气缸的内燃机运行平稳时的标准偏差。右上方的曲线图示出在采用前述方法情况下在长短相似的时间内运行平稳时的相应标准偏差，经过77秒之后采取调节干预，其中，一个气缸(第一气缸)的燃油量增加了 3%，而其它气缸的燃油量分别减少了 1%。如由运行平稳时的另一标准偏差曲线可知，在该另一曲线上通过所述调节干预明显改善了运行平稳性。也可以明显减少因气缸内的低劣燃烧状况引起的轻微冲击的次数。如由左边中间的曲线图可知，在不采用前述方法情况下特别是第一气缸出现次数增多的轻微冲击。如由右边中间的曲线图可知，在第一气缸富油3%而其它气缸贫油1%之后，这种轻微冲击的次数明显减少。由于采用所述方法，硬停机即真正的熄火也可以明显减少，如下面的两幅曲线图参比示出。在不采用本发明的方法情况下，如左下方曲线图所示，第一气缸在运行期间出现了一些硬停机。在采用前述方法情况下，如右下方曲线图所示，未出现硬停机。
【权利要求】
1.一种内燃机工作方法，其中，针对内燃机(11)的至少一个气缸(12)，该方法包括: -在气缸(12)的多个工作冲程中检测内燃机(11)的曲轴(13)的多个角加速度； -根据气缸(12)的多个角加速度来确定角加速度平均值；和 -根据多个角加速度和平均值来控制内燃机(11)。
2.一种具有多个气缸的内燃机的工作方法，其中，该方法包括: -在内燃机(11)的至少两个气缸(12)的多个工作冲程中检测内燃机(11)的曲轴(13)的多个角加速度； -根据至少两个气缸(12)的多个角加速度来确定角加速度平均值；和-针对至少两个气 缸(12)中的至少一个气缸(12):根据至少一个气缸(12)的多个角加速度和平均值来控制内燃机(11)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制包括: -确定表明至少一个气缸(12)的多个角加速度与平均值的偏差的统计参数(21-24)。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述控制包括: -根据针对气缸(12)确定的统计参数(21-24)与阈值(20)的比较来改变至少一个气缸(12)的燃油喷射量。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中，针对内燃机(11)的至少两个气缸(12)分别确定相应的统计参数(21-24),其中，所述方法还包括: -确定出针对至少两个气缸(12)确定的统计参数(21-24)的平均值；和-至少两个气缸(12)中的一个气缸(12)的燃油喷射量，根据针对该气缸(12)确定的统计参数与统计参数平均值的比较予以改变。
6.如权利要求3飞中任一项所述的方法，其中，确定统计参数(21-24)的步骤包括: -确定在多个角加速度与角加速度平均值之间的多个差；和 -对多个差进行加权，其中，如果相应的角加速度大于平均值，就用第一加权因数对所述差进行加权，如果相应的角加速度小于平均值，就用第二加权因数对所述差进行加权，其中，第一加权因数小于第二加权因数。
7.一种用于内燃机的装置，其中，该装置(15)包括: -用于使得所述装置与内燃机(11)的曲轴传感器(14)耦接的输入端(16)，曲轴传感器提供用于确定内燃机(11)的曲轴(13)的角度位置的信号；和 -处理单元，该处理单元被设计用于针对内燃机(11)的至少一个气缸(12) 在该气缸(12)的多个工作冲程中检测曲轴(13)的多个角加速度； 根据气缸(12)的多个角加速度来确定角加速度平均值；和 根据多个角加速度和平均值来控制内燃机(11)。
8.一种用于具有多个气缸的内燃机的装置，其中，该装置(15)包括: -用于使得所述装置与内燃机(11)的曲轴传感器(14)耦接的输入端(16)，曲轴传感器提供用于确定内燃机(11)的曲轴(13)的角度位置的信号；和-处理单元，该处理单元被设计用于 在内燃机(11)的至少两个气缸(12)的多个工作冲程中检测曲轴(13)的多个角加速度； 根据至少两个气缸(12)的多个角加速度来确定角加速度平均值；和针对至少两个气缸(12)中的至少一个气缸(12)，根据至少一个气缸(12)的多个角加速度和平均值来控制内燃机(11)。
9.如权利要求7或8所述的装置，其中，所述装置(15)被设计用于实施根据权利要求1~6中任一项的方法。
10.一种内燃机工作方法，其中，针对内燃机(11)的至少一个气缸(12)，该方法包括: -在气缸(12)的工作冲程中检测内燃机(11)的曲轴(13)的角加速度；和 -根据该角加速度和设定的阈值(20 )来控制内燃机(11)。
11.一种用于内燃机的装置，其中，该装置(15)包括: -用于使得所述装置与内燃机(11)的曲轴传感器(14)耦接的输入端(16)，曲轴传感器提供用于确定内燃机(11)的曲轴(13)的角度位置的信号；和 -处理单元，该处理单元被设计用于针对内燃机(11)的至少一个气缸(12) 在该气缸(12)的工作冲程中检测曲轴(13)的角加速度；和 根据该角加速度和设定的阈值(20 )来控制内燃机(11)。
12.—种车辆，包括: -带有曲轴传感器(14)的内燃机(11)，该曲轴传感器提供用于确定内燃机(11)的曲轴(13)的角度位置的信号； -根据权利要求中任一项或权利要求11的装置(15)，该装置与曲轴传感器(14)耦接。
【文档编号】F02D41/00GK103748341SQ201280040802
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2011年8月23日
【发明者】G.赫丁, G.施罗特 申请人:大众汽车有限公司