專利名稱：用于測定氣缸壓力特征的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于從由一個氣缸壓力傳感器采集的氣缸中的壓 力曲線中測定氣缸壓力特征的方法和 一種裝置。
背景技術：
到迄今為止的發(fā)動機控制器使用由內燃機上的傳感器提供的大量 的傳感器數(shù)值，以便對內燃機的噴射系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)進行控制或者調 節(jié)。無論是汽油機還是柴油機都是這樣做的。 一種對發(fā)動機進行控制的
^接信息的上述傳感器數(shù)值，而i依據直接的單個氣缸的燃燒室信號來 建立對發(fā)動機的控制。因此建議使用氣缸壓力傳感器，以測量汽缸壓力， 因為這些壓力傳感器具有最高的測量精度。在測量氣缸壓力時基本的主 導參量、平均的指示壓力是由發(fā)動機所做的機械功的尺度。因為特別是
在氣油發(fā)動機中在Sl-運行(點火運行)時平均指示壓力從一個循環(huán)到
另 一循環(huán)的波動性很大，因此必須將以此為依據的調節(jié)設計得比較慢。 由于這個原因，為了效率的快速適配而采用了以燃燒狀況為基礎的一個 第二調節(jié)回路。
在這種情況中通過燃燒過程所引起的最大氣缸壓力cp( p—max)的角 度或者是關于燃燒狀況cp ( dp_max/d(p )的最大氣缸壓力梯度的角度證明 是有利的另一主導參量。然而兩個信號被壓縮曲線所覆蓋，也就是說被 通過在氣缸中由于活塞的運動的壓縮和降壓所引起的壓力的那一部分 所覆蓋。在這種情況中存在的主要問題是，若量大壓力數(shù)值不再是通過 燃燒而是通過氣缸中的壓縮，例如在后面的燃燒狀態(tài)中的情況那樣，這 時難于取得這種特征。
在可能使用以氣缸壓力為依據的發(fā)動機控制中，無論是在汽油機 中，例如在常身見Sl-運4亍時為了確定效率，在有控制的自4亍點火時，以 及在為了降低燃料而穩(wěn)定新的燃燒方法時，還是在柴油機中例如為了減 少排放而穩(wěn)定新的燃燒方法時燃燒狀況的調節(jié)都具有特別的意義。
直到現(xiàn)在都是從壓力變化曲線中求得燃燒狀況特征，其辦法是借助一種所謂的加熱曲線計算從中計算出壓縮曲線，為的是得到僅通過燃燒 所引起的氣缸壓力，以用作確定所需氣缸壓力特征的初始參數(shù)。這個加 熱曲線計算是以轉換的能量為依據。從這種能量中可以求出在壓縮時所 做的功，這樣就可推斷出在氣缸中通過壓縮所產生的壓力。然而進行這 種計算是很費錢的。
發(fā)明內容
因此本發(fā)明的任務是根據氣缸的壓力特征以簡單的方法求出燃燒 狀況特征，而無需對通過壓縮和減壓所產生的壓力曲線的費錢的計算。
這個任務通過按照權利要求1所述的方法以及通過按照并列的權利 要求所述的裝置得以完成。
根據第一方面規(guī)定了用于確定一個或者多個氣缸壓力特征的方法
用于調節(jié)內燃機中的燃燒狀況。該方法包括下述步驟
-用一種高通濾波:對氣缸壓力的曲^，或者氣缸壓7^梯度的曲線 進行濾波，為的是消除通過活塞在燃燒室中的運動所引起的壓力
波動的部分；
-從經濾波的曲線中確定至少一個氣缸壓力特征。
上述方法使得直接而無需費事地計算壓縮曲線，例如借助加熱曲線 計算和類似的方法從氣缸壓力曲線或者從氣缸壓力梯度曲線以簡單且
可靠的方法得到單個氣缸的用于燃燒狀況的特征成為可能。這點是通過
由于活塞的運動所造成的在燃燒室中的壓縮和降低過程的影響。
此外，可將氣缸壓力的經濾波的曲線的最大位置，或者氣缸壓力梯 度曲線的最大值的位置，和/或氣缸壓力的經濾波的曲線的或者氣缸壓力 梯度的曲線的在它的最大值上的振幅的參數(shù)，和/或最大氣缸壓力或者最 大氣缸壓力梯度前的第一局部最小的曲軸角和最大氣缸壓力或最大氣
缸壓力梯度后的第 一局部最小值之間的曲軸角度差被確定為至少 一個 氣缸壓力特征。
根據一個實施形式用高通濾波器對氣缸壓力曲線，或者氣缸壓力梯 度曲線進行濾波，特別是.用這樣的高通濾波器，即它的極限頻率是可變 的，并且與內燃機的實際轉速有關，其中，特別是相位補償?shù)剡M行濾波。可以規(guī)定用低通濾波器對氣缸壓力曲線，或者氣缸壓力梯度曲線進 行低通濾波，和/或經受補償修正。
此外也可通過帶通濾波器進行高通濾波和^氐通濾波。
根據另 一 方面為了對內燃機中的燃燒狀況進行調節(jié)設置 一 個用于 確定一個或者多個氣缸壓力特征的發(fā)動機控制單元。所述發(fā)動機控制單 元的設置是為了檢測關于曲軸角度的氣釭壓力曲線或者氣缸壓力梯度 曲線，以便用高通濾波器對氣缸壓力曲線，或氣缸壓力梯度曲線進行濾 波，以消除在燃燒室中由于活塞的運動所引起的壓力波動的部分，并且 從這個經濾波的曲線中確定所述至少 一個氣缸壓力特征。
根據另 一方面設置具有內燃機、 一個上述發(fā)動機控制單元和一個在 內燃機的至少 一個氣缸中設置的，且用于檢測氣缸壓力的壓力傳感器的 發(fā)動才凡系統(tǒng)。
根據另一方面規(guī)定計算機程序。該程序包括程序代碼。當該程序代 碼在一個數(shù)據處理單元中運行時它它執(zhí)行上述方法。
下面借助附圖對本發(fā)明的 一 些優(yōu)選的實施形式進行更加詳細的說
明。這些附圖是
圖1:用于執(zhí)行根據本發(fā)明的方法的柴油機系統(tǒng)的氣缸的筒圖。 圖2:用于示出根據本發(fā)明的一個實施形式的用于提供筒單和可靠 的氣缸壓力特征的方法的功能的方框連接圖。
圖3:在具有不同點火角度的三個工作循環(huán)中，在具有重疊的壓縮
曲線的曲軸位置上的氣缸壓力梯度曲線圖。 圖4:在圖3的具有不同的點火角度的三個工作循環(huán)中使用高通濾
波時的氣缸壓力梯度的曲線圖。
具體實施例方式
圖l作為實施例地示出一個具有帶有示范性示出的氣缸2的內燃機 1的發(fā)動才幾系統(tǒng)。所示實施例的內燃才幾1作為柴油才幾示出。在該柴油才幾 中燃料直接噴入到燃燒室中。然而本發(fā)明也可毫無困難地推廣到汽油機 或者具有非直接噴射裝置的內燃機中，例如將燃料噴射到吸氣管中就是 這種情況。在圖1所示的發(fā)動機系統(tǒng)中空氣通過吸氣管3被輸送到氣缸2的一
個燃燒室4中。燃料經過噴油閥5由發(fā)動機控制單元7控制地從一個燃 料管路6噴入燃燒室4中。當內燃機1運行時在燃燒室4中運行的活塞 引起壓縮，這個壓縮將處于燃燒室4中的燃料-空氣混合氣加熱，這樣引 起自行點火和燃燒過程。這個燃燒過程驅動活塞8。這樣就驅動了活塞， 并增大了燃燒室4，這樣在燃燒室4中的氣體被降壓。在燃燒之后燃燒 的廢氣體借助活塞的繼續(xù)運動通過排氣段9從燃燒室4中排出。
為了對發(fā)動機進行控制規(guī)定在燃燒室4上設置一個壓力傳感器10。 這個壓力傳感器或者在規(guī)定的時間段中，或者根據曲軸角度、例如分別 按0.5。的間隔連續(xù)地測量燃燒室中的氣缸壓力，并且將產生的氣缸壓力 信號提供給發(fā)動機控制單元7使用。發(fā)動機控制單元7對氣缸壓力信號 進行分析，并且根據氣缸壓力信號相應地對內燃機1進行控制。發(fā)動機 控制單元7根據氣缸壓力信號特別是調節(jié)或者控制內燃機的節(jié)流閥位置 和噴油量以及噴射時間點。
通常從壓力傳感器10的氣缸壓力信號曲線中得出下述氣缸壓力特 征中的一個或者多個
1. 可以確定在氣缸壓力P為最大的曲軸角度cp上的氣缸壓力P的幅 值。代替地或者附加地可以確定在氣缸壓力梯度dp最大的曲軸角 度oc上的氣缸壓力梯度dp的幅值。這個最大的氣缸壓力p—max或 者氣缸壓力梯度dp—max按照燃燒狀況關于曲軸角cp而變化，并且 在燃燒時允許關于噪音生成的說明。
2. 最大氣缸壓力的位置，也就是說在其上出現(xiàn)最大壓力值p一max、 或最大壓力梯度dp—max的曲軸角度cp對于燃燒的排放和發(fā)動機 的效率是重要的。
3. 將燃燒持續(xù)時間確定為另一重要的測量參數(shù)。這個參數(shù)描述為曲 軸角度差。這個燃燒持續(xù)時間相當于最大壓力值p一max或壓力值 的最大梯度dp—max前的第一局部最小值和最大壓力值p一max或 壓力值的最大梯度dp—max后的第一局部最小值之間的曲軸角度 差。從這個曲軸角度差中可推導出燃燒的持續(xù)時間。從這個燃燒 持續(xù)時間例如可推導出有關燃料成分的設想。
所有上述氣缸壓力特征或者其中一部分在發(fā)動機控制單元7中或者 是直接用于觸發(fā)內燃機1，或者用于診斷內燃機1的功能。在圖2中示出了在發(fā)動機控制單元7中執(zhí)行的功能的筒圖。本方法 的起始點是測量參數(shù)氣釭壓力pzyl.，它角同步地畫出，并且首先用一個 低通濾波器20整平。然后在一個補償-修正元件21中進行補償修正。現(xiàn) 在直接向最大值cp(P一max)的位置對如此得到的曲線p—(cp)進行分析，或 者關于曲軸角度求微分，以得到氣缸壓力梯度dpz"(p)/dcp的信號曲線。 從氣缸壓力梯度的信號曲線可得到曲軸角cp和它的最大值dpmax。
在圖3和4中示出在pHCCl-運行時(pHCCl:partially Homogeneous Charge Compression Ignition-局部均勻加載壓縮點火)在一次負載3夭變時 的三個工作循環(huán)的氣缸壓力梯,度。
在圖3中示出了在三個連續(xù)的工作循環(huán)中不同的燃燒狀況時的氣缸 壓力梯度曲線，其中，沒有采取消除壓縮曲線的措施。然而從圖3中可 以看出，壓縮和膨脹的那個緩慢的，但是幅值比較大的部分，也就是壓 縮曲線和這些曲線上真正感興趣的燃燒部分重疊。壓縮曲線的重疊導致 氣缸壓力曲線p—((p)或氣缸壓力梯度曲線dp^(cp)/d(p的屬于燃燒的最大 值特別是在后面的可能延遲的燃燒中不是全面的，而只是局部的特性。 因此不能可靠地確定這個最大值，在這種情況中這個最大值還只是一個 局部的最大值，或者只能用提高計算費用才能得到這個最大值。
出于此種原因設置 一 個高通濾波器元件2 2,以消除壓縮部分和膨脹 部分，也就是壓縮曲線。這是可能的，因為壓縮曲線具有一個已公開的， 且與內燃機的轉速有關的頻率特性。通過高通濾波器22人們可以得到 氣缸壓力或者氣缸壓力梯度的一個信號曲線，圖4示出了這個信號曲線。 在圖4中和圖3 —樣為相同的燃燒狀況示出了氣缸壓力梯度的三條曲 線。人們可以看出在所示的三個不同的燃燒狀況中和圖3的曲線圖相比 較即使在曲軸角度中在很后面的燃燒中也還是可毫無問題地確定氣缸 壓力的最大值，或者它的梯度的最大值。
因為氣缸壓力的檢測通常是與角度同步進行的，所以高通濾波器元 件的高通濾波必須相對于掃描頻率設計，這樣就能可靠地抑制壓力信號 或者它的梯度的壓縮部分和膨脹部分。高通濾波器元件22的實際極限 頻率與轉速有關。人們優(yōu)選地相位補償?shù)貙飧讐毫進行濾波。
根據一個實施形式借助一個相應的帶通濾波器在一個單個的信號 處理步驟中在低通濾波器元件20中進行低通濾波，在高通濾波器元件 22中進4亍高通濾波。若替代上述實施形式地人們采用時間同步辦法來檢測氣缸壓力信
號，則必須根據轉速來確定高通濾波器元件22的極限頻率。然而若人
們由于資源的原因根據轉速將它設計為一個固定值，則優(yōu)選地應如此地 選擇該極限頻率，即當出現(xiàn)最高轉速時它能可靠地抑制信號的壓縮部分 和膨脹部分。
權利要求
1. 為調節(jié)內燃機中的燃燒狀況而確定一個或者多個氣缸壓力特征的方法，具有如下步驟- 測定關于曲軸角度的氣缸壓力曲線或者氣缸壓力梯度曲線；- 用濾波器對氣缸壓力曲線或者氣缸壓力梯度曲線進行濾波，以消除通過活塞在燃燒室中的運動所引起的壓力波動的部分；- 從經濾波的曲線中確定至少一個氣缸壓力特征。
2. 按照權利要求1所述的方法，其中，氣缸壓力的經濾波的曲線的 最大值的位置或者氣缸壓力梯度的曲線的最大值的位置和/或氣缸壓力 的經濾波的曲線的或者氣缸壓力梯度的曲線的在它的最大值處的振幅 的參數(shù)和/或在最大氣缸壓力或者最大壓力梯度前的第一個局部最小值 的曲軸角度和在最大氣缸壓力或者最大氣缸壓力梯度后的第一個局部 最小值之間的曲軸角度差被作為至少 一 個氣缸壓力特征確定。
3. 按照權利要求1或2所述的方法，其中，用高通濾波器對氣缸壓 力曲線或者氣缸壓力梯度曲線進行濾波。
4. 按照權利要求3所述的方法，其中，用高通濾器對氣缸壓力曲線 或者氣缸壓力梯度曲線進行濾波，所述高通濾波器的極限頻率是可變 的，并且與內燃機的當前轉速有關，并且，特別是相位補償?shù)剡M行濾波。
5. 按照權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，將氣缸壓力的 曲線或者氣缸壓力梯度的曲線用低通濾波器進行低通濾波，和/或進行補 償修正。
6. 按照權利要求5所述的方法，其中，通過帶通濾波器進行高通濾 、波和J氐通濾波。
7. 為調節(jié)內燃機中的燃燒狀況而確定 一 個或者多個氣缸壓力特征 的發(fā)動機控制單元(7),其中設置一種裝置，-以測量關于曲軸角度的氣缸壓力曲線或者氣缸壓力梯度的曲線； -為的是用高通濾波器對氣缸壓力曲線或者氣缸壓力梯度的曲線進 行濾波，以消除通過活塞在燃燒室中的運動所引起的壓力波動的部分； -從經濾波的曲線中確定所述至少一個氣缸壓力特征。
8. 具有內燃機(1)、按照權利要求7所述的發(fā)動機控制單元(7) 和在內燃機i的至少一個氣缸(2)中設置的用于檢測氣缸壓力的壓力 傳感器(10)的發(fā)動機系統(tǒng)。
9.計算機程序，該計算機程序包括程序代碼，當該程序代碼在數(shù)據 處理單元中運行時它執(zhí)行按照權利要求1至6中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調節(jié)內燃機中的燃燒狀況的確定一個或者多個氣缸壓力特征的方法。該方法包括下述步驟測定關于曲線角度的氣缸壓力曲線或者氣缸壓力梯度曲線，用一個濾波器對氣缸壓力曲線，或者氣缸壓力梯度曲線進行濾波，以消除通過活塞在燃燒室中的運動所引起的壓力波動的那一部分，并且從經濾波的曲線中確定至少一個氣缸壓力特征。
文檔編號F02D41/00GK101418727SQ20081017008
公開日2009年4月29日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權日2007年10月22日
發(fā)明者A·洛夫勒, J·-P·哈索特, W·費希爾 申請人:羅伯特.博世有限公司