用于在热机运行期间运行燃烧马达的方法与流程

本发明涉及用于在热机运行期间运行燃烧马达的方法以及用于执行该方法的运算单元和计算机程序。

背景技术：

冷起动，也就是说没有预先预加热冷却水和/或油的运行开始，以特别的大小给燃烧马达加载，并且也可能导致升高的有害物质排放。通过马达措施、对马达的适当的加载或者附加加热，尽可能迅速地达到最优的运行温度，使有害物质排出、磨损和比消耗减到最低。

在这种情况下例如可以在被控制的运行中实施在马达热机运行期间的转速调节。马达转速可以在节气门缓慢地变化的情况下通过点火角的匹配进行调节。节气门的变化改变了可供使用的空气量，而点火角则直接影响燃烧的效率。两个通道此外通过它们对于转速的作用而对在汽缸中的空燃比产生影响。所述空燃比又可以通过分离的单参数调节器（singleinputsingleoutput，siso，单输入单输出）进行调节，该单参数调节器改变了喷射的燃料质量。

在热机运行中，点火角可以被预控制地相对迟地安排，这虽然导致了在迟的燃烧位置中的差的燃烧效率，但是期望地导致了热的废气，这具有快速地加热催化器的效果。

但是在迟的点火角中出现了在燃烧中的相对高的变化性，这可能导致在转速中的高的变化性。因为转速调节器像上面提到的那样也对空燃比有影响，给相应的反馈调节造成了困难。

技术实现要素：

本发明在该背景下提出了：对于马达热机运行使用具有基于燃烧特征的反馈（feedback）的多参数调节。因此根据本发明，提出了具有独立专利权利要求的特征的、用于在热机运行期间运行燃烧马达的方法以及用于执行该方法的运算单元和计算机程序。有利的构造方案是从属权利要求以及后续的说明书的主题。

利用在马达热机运行中的多参数调节的目的在于：在迟的燃烧位置中利用转速和空燃比的对于彼此的少的横向影响来调节马达本身。三个优选的调节路径（空气路径、燃料路径以及点火角路径）那么能够以协调的方式发生改变。根据本发明，因此使用来自标记空气量的参数（例如空气量本身或者节气门位置）、标记喷射量的参数（例如喷射量本身或者喷射时间）以及标记点火角的参数（例如点火角本身）的至少两个参数作为调节的输出参数（调整参数）。

根据本发明，使用来自标记马达转速的参数（例如马达转速本身或者指示平均压力）、标记在燃烧期间的空燃比的参数（例如λ值）以及标记燃烧位置的参数（例如点火角）的至少两个参数作为调节参数（也就是说这样的参数：所述参数的实际值被调节到目标值上）。所述参数的实际值形成了调节的反馈（实际值）并且可以例如以传感器的方式或者以计算的方式确定。以传感器的方式确定转速以及空燃比（λ）是普遍的。燃烧位置可以例如通过各个汽缸的在燃烧室中的压力传感器或者间接地通过转速信号获得，例如通过以下方式：从转速变化曲线借助于能量计算在燃烧之前或者在燃烧之后确定燃烧位置。因为所述空燃比以及燃烧位置是各个汽缸的参数，所以可以实施各个汽缸的调节。但是这不排除非各个汽缸的调节。但是原则上可以各个汽缸地或者跨汽缸地（zylinderübergreifend）调节所述调节参数中的每个调节参数。

多参数调节的优点在于：通过协调地运行致动器，更精确的调节首先在瞬态的阶段中是可能的。因为空燃比对于在热机运行中的有害物质排放有很大的影响（催化器在低温时还未工作），该优点可以导致排放的减少。马达热机运行作为本发明的使用领域在此特别地包括下述运行状态，在该运行状态中，催化器还没有被预热到运行温度上。只要所述催化器还没有被预热到运行温度上和/或只要由驾驶员希望的扭矩在根据本发明的运行中能够示出，燃烧马达因此就特别地根据本发明地运行。如果驾驶员希望比被调整得迟的点火角所允许的扭矩更多的扭矩，那么该点火角必须被调整得早，并且根据本发明的运行结束。

本发明的优点首先在瞬态的马达运行中显示出来，所述瞬态的马达运行的特征在于，调节参数的目标值快速地变化。

该多参数调节通过以下方式使得遵守调节参数的围绕着相应的目标值的更狭窄的界限成为可能：致动器能够以协调的方式发生变化并且因此可以减少不同的调节路径的横向影响。此外，所述多参数调节在迟的燃烧位置以及贫油的空燃比时导致了更稳定的马达运行，所述更稳定的马达运行在马达热机运行中完全是需要的。该运行点的特征在于相继的燃烧过程的高的变化，并且相应地，遵守围绕着目标值的更狭窄的界限有助于使马达运行稳定。作为结果，所述多参数调节使得能够减少在热机运行中的排放，因为空燃比与相应的目标值的偏差被减少了，所述偏差导致了升高的排放。

各个汽缸的燃烧特征、例如指示平均压力、燃烧位置或者各个汽缸的空燃比的调节使得能够将在各个汽缸中的这些特征中的一个、多个或者所有的特征同等化，也就是说调节到相同的目标值上。这支持了在下述的区域中的稳定的马达运行，在该区域中，非各个汽缸的调节由于各个汽缸的差异的当然的出现受到损害。更加稳定的马达运行又允许更迟的燃烧位置，这导致催化器的更快速的加热。各个汽缸的空燃比的同等化附加地导致了有害物质排放的减少。

根据本发明的运算单元、例如机动车的控制器特别地在程序技术上被设置用于执行根据本发明的方法。

以计算机程序的形式执行本方法是有利的，因为这造成特别少的花费，特别是当有待实施的控制器还被用于另外的任务并且因此本来是存在的时。合适的用于提供计算机程序的数据载体特别地是磁存储器、光学存储器和电存储器，例如硬盘、闪存、eeprom、dvd等等。通过计算机网络（互联网、内联网等等）下载程序也是可能的。

本发明的另外的优点和构造方案从说明书和附图得出。

附图说明

本发明借助于在附图中的实施例示意性地示出，并且以下参考附图进行说明，其中：

图1示出了具有控制器的燃烧马达的示意性的示图；

图2在框图中示意性地示出了调节器的优选的实施方式，所述调节器具有有利的用于执行本发明的输入和输出参数；

图3在框图中示意性地示出了扩展的调节器的优选的实施方式，所述调节器具有有利的用于执行本发明的输入和输出参数；

图4在框图中示意性地示出了调节器的优选的实施方式，所述调节器具有有利的用于执行本发明的输入和输出参数，其中发生每次燃烧所转化的机械能的同等化；

图5在框图中示意性地示出了调节器的优选的实施方式，所述调节器具有有利的用于执行本发明的输入和输出参数；

图6在框图中示意性地示出了调节器的优选的实施方式，所述调节器具有有利的用于执行本发明的输入和输出参数，其中发生燃烧位置的同等化。

具体实施方式

在图1中示出了燃烧马达（内燃机）1，在该燃烧马达中，活塞2在汽缸3中能够向上和向下运动。所述汽缸3配备了燃烧室4，进气管6和排气管7通过阀5连接到该燃烧室上。

所述进气管6通过具有阀门13a的、作为用于外部的废气再循环的调整环节的废气再循环阀13与排气管7相连接。所述阀门13a可以利用信号egr由控制器（ecu）16所操控。

此外，利用信号ti能够操控的喷射阀8以及利用信号zw能够操控的火花塞9与燃烧室4相连接。根据图1的内燃机1以外源点火方法为基础。但是要说明的是，本发明不取决于内燃机的点火方法并且也很好地适合用于具有自点火的内燃机。

所述燃烧室4配备了汽缸压力传感器15，该汽缸压力传感器给出对于在燃烧室中的压力的信号p。

在进气管6中放置了充气压力传感器18以及节气门12，所述充气压力传感器给出信号ld，该信号指示了在吸气管中的充气压力，所述节气门的旋转位置能够借助于信号dk进行调节。在空气质量传感器10和节气门12之间在具有涡轮增压的马达中布置了涡轮增压机的压缩机。

所述进气管6此外配备了空气质量传感器10，并且排气管7配备了λ-传感器11。所述空气质量传感器10对输送给进气管6的新鲜空气的空气质量进行测量，并且取决于此地产生信号lm。所述λ-传感器（λ-探测器）11测量在排气管7中的废气的氧气含量并且取决于此地产生信号lambda（λ）。包括催化器或者三元催化器的排气设备（未示出）后接于所述λ-探测器11。在具有涡轮增压的马达中，在所述λ探测器之后安装涡轮增压机的涡轮机。

在运行中，通过被驱动的活塞将曲轴14置于旋转运动中，通过其最终驱动机动车的车轮。

可以理解的是：具有外源点火或者自点火的内燃机可以具有多于一个汽缸，所述汽缸被分配给了相同的曲轴以及相同的进气管，并且形成排气台（abgasbank）。

所述控制器16配备了微处理器，该微处理器已经在存储介质中、特别地在只读存储器（read-only-memory，rom）中存储了程序，该程序被设置用于执行内燃机1的整个控制和/或调节。

所述控制器16为此被施加了输入信号，所述输入信号表示内燃机的借助于传感器测量的运行参数。所述控制器16例如与空气质量传感器10、λ-传感器11、汽缸压力传感器15以及充气压力传感器18相连接。此外，所述控制器16与加速踏板传感器17相连接，所述加速踏板传感器产生信号fp，该信号给出了能够由驾驶员操作的加速踏板的位置并且因此给出了由驾驶员要求的扭矩。所述控制器16产生了输出信号，利用所述输出信号通过执行器可以相应于希望的控制和/或调节地影响内燃机1的特性。所述控制器16例如与agr阀13、喷射阀8、火花塞9以及节气门12相连接，并且产生对于它们的操控所需要的信号egr、ti、zw以及dk。

所述控制器16特别地设置用于执行根据本发明的方法。在本发明的优选的构造方案中，在燃烧马达的热机运行期间，由控制器16根据本发明的优选的实施方式对节气门12、喷射阀8以及火花塞9进行操控。

在图2至6中借助于不同的调节示意图示出了本发明的不同的实施方式，所述实施方式可以在控制器中执行，其中，相同的元件以及输入和输出参数不再多次阐释。在此，目标值利用脚注ref标明，并且实际值利用脚注meas标明。

某些燃烧特征，例如燃烧位置（英文：centerofcombustion，coc，燃烧的中心）、每次燃烧所转化的机械能（通过指示平均压力，pmi来描述）、或者在燃烧期间的空燃比（λ）可以各个汽缸地或者关于所有汽缸平均地确定。

但是由于各个汽缸的充填的组成的不同，不是所有的燃烧特征都能同时在所有的汽缸中被调节到相同的值上。在不同地充填时，例如同样的空燃比在同样的燃烧位置中导致每工作循环的不同的指示功。在这种条件下仍然同时执行对于不同的燃烧特征的调节的要求可以因此被实现：某个特征、例如燃烧位置只是关于所有汽缸平均地被调节，而另外的特征各个汽缸地进行调节。

因此可以设想不同的种类，在所述种类中可以基于燃烧特征实施多参数调节，对此以下阐释了一些例子。

图2示出了多参数调节器c的示例性的实施方式，所述多参数调节器用于将调节参数：以[rad/s]为单位的马达转速ωe、在燃烧期间的空燃比λ以及以[°kw]（英文：crankangle，ca，曲轴转角）为单位的燃烧位置coc在使用调整参数：以[%]为单位的节气门位置uα、以[ms]为单位的喷射持续时间以及以[°kw]为单位的点火角uζ的情况下调节到各自所属的目标值上。所述多参数调节器c本身可以按照传统的观点进行设计并且可以利用已知的多参数调节方法。

这里示出的调节器结构基础在于：可以关于所有的汽缸平均地获得燃烧特征。所述调整参数相应地对于所有的汽缸被调整到相同的值上。因此存在唯一的用于多个各个汽缸的调节器。该调节器结构的优点是：能够以协调的方式改变致动器。

图3示出了多参数调节器c的另一示例性的实施方式，该多参数调节器用于将跨汽缸的调节参数：马达转速ωe和各个汽缸的调节参数：在燃烧期间的空燃比λi（i：汽缸的脚注；这里例如是1到3）以及燃烧位置coci在使用跨汽缸的调整参数：节气门位置uα和各个汽缸的调整参数：喷射时间以及点火角uζ,i的情况下调节到各自所属的目标值上。

该调节器结构的前提是：可以各个汽缸地获得燃烧特征λi和coci。这使得能够进行各个汽缸的调节，这能够导致在热机运行中的更稳定的马达运行，因为可以减少各个汽缸的差异，并且相应地产生了更安静的马达运行。同时地，致动器以协调的方式发生变化，这使得特别地空燃比在更窄的界限内围绕着目标值的调节成为可能。同样地，在这种情况下存在唯一的用于多个各个汽缸i=1，…，3的调节器c。像已经阐释的那样，所述多参数调节器c本身可以按照传统的观点进行设计并且可以使用已知的多参数调节方法。例如可以涉及线性化的标准型调节器。

各个地调节特定的燃烧特征而另外的燃烧特征关于多个汽缸平均地进行调节这种可行方案使得能够使用各个汽缸的调节器，所述调节器然而全部可以具有相同的结构。

示例性的实施方式以下借助于图4和5进行阐释。在此，图4示出了优选的调节示意图，该调节示意图具有对于各个汽缸的指示平均压力pmii的同等化。

在图4中示出的调节器结构用于将各个汽缸的调节参数：指示平均压力pmii、空燃比λi以及燃烧位置coci在使用跨汽缸的调整参数：节气门位置uα和各个汽缸的调整参数：喷射时间以及点火角uζ,i的情况下调节到各自的所属的目标值上。所述调节在这种情况下被划分成多个区块。

调节器c0用来由转速确定用于指示平均压力的目标值。该目标值pmiref与各个汽缸的实际值pmii,meas进行比较，并且得出的调节偏差分别输送给三个各个汽缸的调节器cyl1、cyl2、cyl3中的一个调节器。所述目标值在此可以例如通过简单的预控制来确定，该预控制将转速要求ωe,ref换算成对于指示功的要求。

燃烧位置coc作为第二燃烧特征在这种情况下在区块mean中、在相应的值作为平均的实际值被用于调节之前关于所有汽缸取平均。也可以考虑的是：使用各个燃烧位置的最大值作为在调节器中的输入。

空燃比λref作为第三燃烧特征同样地与各个汽缸的实际值λi,meas进行比较，并且得出的调节偏差分别输送给三个各个汽缸的调节器cyl1、cyl2、cyl3中的一个调节器。

节气门是用于空气路径的致动器，因为所述节气门通常不能各个汽缸地调整，所以不同的各个汽缸的调节器的要求uα,i在其作为平均值uα被发送给致动器之前在区块mean中取平均。在稳定的运行中，这种平均导致了在各个要求的致动器位置和有效被调节的值之间的差异。然而，该事实是微不足道的，因为各个调节器在稳定的运行中保持零值作为各个调节误差的输入。在瞬态的运行中，可以容易地不同地形成各个调节器的要求，但是，致动器目标值变化的趋势对于所有的汽缸是相同的，也就是说，平均值的趋势表现得非常类似于所要求的各个的趋势。

该调节器结构的优点是：对于所有的汽缸可以使用同样的相对简单的调节器（在该情况下是3×3维的）。也就是说可以不取决于马达具有的汽缸数量，每个汽缸使用相同的调节器。

通过该调节器结构实现的每个工作循环的指示功的同等化导致了安静的马达运行，因为扭矩产生均匀地关于所有的汽缸进行分配。

在图5中示出了这样的调节器cyli的示例的构造。在示出的标准状态空间示意图中，所述调节器（obda）包括控制矩阵b、积分器∫、观察矩阵c、系统矩阵a和通过矩阵（durchgangsmatrix）d。

另一示例性的实施方式以下借助于图5进行阐释，其示出了优选的调节示意图，该调节示意图具有对于各个汽缸的燃烧位置coci的同等化。

在图6中示出的调节器结构又用于将跨汽缸的调节参数：马达转速ωe和各个汽缸的调节参数：空燃比λi以及燃烧位置coci在使用跨汽缸的调整参数：节气门位置uα和各个汽缸的调整参数：喷射时间以及点火角uζ,i的情况下调节到各自所属的目标值上。该调节在此被划分到三个各个汽缸的区块cyl1到cyl3中。

该调节器结构的使用是简单的，因为各个调节器的结构是同样的，并且系统因此是简单地可伸缩的。在具有不同数量的汽缸的马达中可以简单地匹配相应数量的调节器。将在所有的汽缸中的燃烧位置调节到同样的（并且特别是迟的）值上这种可行方案使得能够快速地加热催化器。