内燃机及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的用于控制内燃机的方法以及一种 具有权利要求11前序部分特征的内燃机。
【背景技术】
[0002] 已知的是，由于内燃机曲轴的扭转，与曲轴角度相关的信号例如点火控制时间、燃 料喷入或类似信号具有误差，该误差损害内燃机的功率和/或效率。因此在现有技术中有补 偿或考虑期望控制时间的由曲轴扭转引起的偏差。例如由DE19722316已知一种用于控制内 燃机的方法，其中，由表征轴的优选位置(气缸的上死点）的信号出发，规定控制参量，在此 得到该信号的因气缸而异的修正。在此，这些修正存储在修正值特性场中。控制参量在此可 以是燃料喷入，特别是喷入时刻。由于曲轴/凸轮轴的扭转振动，在参考脉冲R的位置与实际 的曲轴上死点之间产生偏差。按照该文献规定，修正值被求得，被存储在存储器中并且在计 算控制信号时予以考虑。在此，这些修正值与每个气缸的工作条件相关地存储在存储器中。
[0003] DE69410911说明一种用于补偿曲轴扭转干扰的装置和方法。在此说明的方法涉及 在内燃机中的点火故障的识别以及用于补偿测量的发动机转速的有规律的不规则性的系 统，这些不规则性通过曲轴的由扭转决定的弯曲触发。为此利用离线产生的并且存储在存 储装置中的因气缸而异的用于点火脉冲的修正因子，以便补偿变化式点火测量间隔的同步 中的不规则性。修正因子的该特性场在此在校准发动机类型时通过试验发动机或者通过模 拟来确定。
[0004] DEl 12005002642说明一种基于旋转位置传感器的发动机控制系统。在此，该发动 机控制系统包括两个用于发动机旋转部件的角度位置传感器，以便确定这些部件的扭转偏 差。在此，发动机控制装置如此对扭转偏差做出反应:该发动机控制装置改变发动机的运 行。在此规定，曲轴在其前端和后端分别具有一个传感器，以便确定前端和后端的彼此相对 的角度位置。
[0005] 由现有技术已知的解决方案的缺陷在于，仅仅确定或者计算关于单个气缸的局部 扭转或者关于曲轴角度的全局曲轴扭转。
[0006] 由现有技术已知的解决方案的另一缺陷也在于，曲轴角度信息仅对于唯一一个选 出的曲轴角度位置(通常在上死点或下死点处)来求得。这是特别不利的，因为不是所有传 感器事件和/或促动器事件都必然与上死点关联。
【发明内容】
[0007] 因此本发明的目的在于，提出一种方法和一种内燃机，借此能够以因气缸而异并 且按曲轴角度分辨的方式确定用于单个气缸或所有气缸的曲轴角度偏差，并且因此能够修 正相应的与曲轴角度相关的传感器信号和/或与曲轴角度相关的促动器信号。
[0008] 上述目的通过一种按权利要求1的方法以及一种按权利要求11的内燃机达到。有 利的实施方式在从属权利要求中限定。
[0009] 这在本发明的方法中如此实现:对于其中至少两个气缸求得因气缸而异的角度偏 差值并且根据求得的角度偏差来修正与曲轴角度相关的促动器信号或传感器信号。
[0010] 换言之，也就是说，其中至少两个气缸被分配因气缸而异的按曲轴角度分辨的角 度偏差值，并且根据角度偏差来修正与曲轴角度相关的传感器信号和/或与曲轴角度相关 的促动器信号。
[0011] 因气缸而异地求得曲轴角度位置意味着，在与气缸相配的每一个曲轴位置确定或 者可以确定曲轴角度位置。
[0012] 按曲轴角度分辨意味着，曲轴角度信息不是仅如在现有技术中说明的那样对于一 个唯一的选出的曲轴角度位置存在，而是对于一个工作循环(在四冲程发动机时为720°)的 每个曲轴角度存在。
[0013] 因气缸而异的值对于多个气缸之中的单个气缸表明以度为单位的角度偏差，有关 气缸相对于其在曲轴不受载荷即不受扭转影响时的角度位置具有该角度偏差。
[0014] 因此本申请人在试验和计算中已证实，单个气缸的由扭转决定的角度偏差不对应 于由全局扭曲插值的角度偏差。而是与该理想化的考察存在明显偏差，这种偏差一方面通 过附加的叠加于扭转的扭转振动引起。这例如可能导致，相对于借助于对全局扭曲进行插 值而计算的值的角度偏差具有不同符号，即相应的曲轴位置的期望的通过时间可以不是提 前而是延后地进行，或者可以不是延后地而是提前地进行。
[0015] 本发明方法的特别优点也在于，实际曲轴角度的信息不仅因气缸而异地即对于沿 着曲轴纵轴线的每个气缸位置存在，而且也按曲轴角度分辨地存在。这是特别关注的，因为 不是所有传感器事件和/或促动器事件都必然一定与上死点关联。不在上死点处发生的与 曲轴角度相关的事件的例子例如是点火、喷入、预喷入以及基于曲轴角度的特征参数的评 价例如气缸压力的评价。因此重要的是，也对于与上死点不同的其他曲轴角度位置识别实 际的曲轴角度偏差。
[0016] 按照另一优选实施方式规定，测量因气缸而异的角度偏差值。这种例子涉及对于 多个气缸之中的至少一个气缸直接测量角度尺寸值的情况。这例如可以如此实现，使得在 与有关气缸相配的曲轴位置上设置测量装置，该测量装置提供表征曲轴变形的信号。
[0017] 特别优选以下情况:在曲轴的靠近端部的位置上测量曲轴变形。靠近端部的位置 意味着，关于曲轴的纵轴线在第一个气缸之前的测量位置和在最后一个气缸之后的第二测 量位置。第一个气缸和最后一个气缸的称呼涉及内燃机气缸的通常的编序。
[0018] 在曲轴的靠近端部的位置上的测量用于校准通过计算求得的角度偏差值。
[0019] 按照另一优选实施方式可以实现，计算因气缸而异的角度偏差值。
[0020] 在此规定，对于η个气缸之中的至少一个气缸通过计算方法求得角度偏差值。对此 的可能性是根据当前存在的工作条件例如产生的功率和/或转矩来解析式求解曲轴变形。
[0021] 按一实施例构成等效函数，该等效函数从存在的输入值出发，输出在发动机循环 上的传播的扭转振动的所有存在的支点的曲轴扭转。
[0022] 作为曲轴扭转的等效函数的输入参量利用按照以下参量的举例：
[0023]-点火顺序，
[0024]-点火间隔，
[0025]-在气缸位置与曲轴上的测量位置之间的间距，
[0026] -在限定负荷点时的最大扭转幅值(在给定扭转时用模型计算曲轴变形而求得，或 者由在曲轴相反端部上的参考测量来求得），
[0027] -发动机负荷(用于缩放在工作时的幅值）。
[0028] 在计算中首选对于所有气缸确定因气缸而异的加权因子，该加权因子考虑彼此相 继地点火的气缸的点火间隔。点火间隔是在彼此相继地点火的两个气缸的点火时刻的角度 差。
[0029] 然后可以确定每个气缸的扭转特征数值。扭转特征数值由与前一气缸的点火间隔 (按点火顺序)乘以与轴参考点的间距以及加权因子而得到。
[0030] 扭转特征数值在最大扭转幅值上缩放。这意味着，计算的扭转特征数值的绝对值 利用通过测量求得的用于一个选出的位置的扭转的绝对值来校准。有利的是，该校准利用 最大扭转值来实现。
[0031] 现在扭转特征数值可以通过考虑用于不同负荷点的发动机负荷来缩放。
[0032] 接着，基于彼此相继地点火的气缸的点火间隔的关系限定支点的加权因子。借助 彼此相继地点火的两个气缸之间的角度间隔、与轴参考点的间距以及支点的计算的加权因 子来计算每个气缸的扭转特征数值。该特征数值利用测量的、建模的或者计算的最大扭转 幅值来缩放。
[0033] 现在旋转在点火顺序中的下一个气缸。该气缸被分配一个因子，该因子与该气缸 的曲轴的相应曲拐至出发气缸的几何间隔即间距成比例。该因子代表相对于参考点例如齿 圈的扭曲的程度，在该参考点上能够容易地测量扭曲，因为在相同扭矩时，两个气缸分开得 越远，则两个气缸彼此相对扭曲越大。
[0034] 在下一步骤中又选出在点火顺序中的下一个气缸，并且与上一个点火的气缸的几 何间隔利用作为因子。
[0035] 以相同方式对于所有剩余的气缸求得该因子。然后该因子的绝对值利用在曲轴上 的测量的第二值校准，使得在第二测量位置上通过应用相乘因子得到角度偏差的修正值。 换言之，需要通过第一气缸的角度偏差与最后一个气缸的因子相乘得到最后一个气缸的角 度偏差。经由通过测量可得到的这两个位置的关系，现在可以校准所有气缸的相乘因子。
[0036] 等效函数的作用通过例子进行解释：点火顺序是各个气缸的点火时刻的时间顺 序，该时间顺序通过曲轴的曲拐即以机械方式为当前发动机规定的。
[0037] 如果现在该因子对于所有气缸按点火顺序描述，则对于每个气缸可见通过扭转引 起的角度偏差。
[0038] 对于等效函数，对于至少一个气缸，求得幅值(扭曲的绝对值），计算结果可以利用 该幅值缩放。扭曲的绝对值是曲轴的弹性特征值和刚度的尺度。其起点离得越远，绝对值越 大。
[0039] 为了正确地描述曲轴的扭转行为，下面考虑点火顺序和点火间隔。在V型发动机 时，点火间隔例如为60°和30°的曲轴角度，使得所有气缸划分到720°曲轴角度的工作循环 上。点火间隔是扭转或扭转振动输入到曲轴中的不规则性的尺度。
[0040] 在下一步骤中考察跟随在参考气缸之后的气缸:该气缸对扭曲的贡献通过为参考 气缸求得的值与几何的长度间隔相乘来确定。
[0041] 优选可以规定，因气缸而异的偏差值Δφι通过模型函数计算。这涉及模型函数建 立用于曲轴变形的情况，由该模型函数对于与气缸i相配的曲轴位置可以求得角度偏差值 Δφ?。在模型函数中一方面输入曲轴的几何和弹性参量，另一方面也输入当前存在的工作 条件例如产生的功率和/或转矩。包含曲轴的所有相关的几何和弹性参量的模型函数现在 可以容易地经由此前求得的修正函数来校准。作为边界条件，对于零负荷，扭曲也必然是 零。
[0042]按照一种优选的进一步方案规定，因气缸而异的角度偏差值Δφ:?实时地基于发动 机输出信号进行计算。因此确定以下情况：角度偏差的计算实时地发生，也就是说，不追溯 角度偏差的事先完成的解法，而是立即也就是说直接地在当前发动机循环中进行计算。该 实施方式的特别的优点在于，在分析中可以考虑快速改变的参数例如波动的发动机负荷。
[0043] 优选可以规定，至少一个发动机调节参量根据至少一个因气缸而异的角度偏差值 Δφ?