專利名稱：用于檢測周期性脈動的工作參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測內(nèi)燃機的周期性脈動的工作參數(shù)的方法，該方法包括以 下步驟檢測內(nèi)燃機的周期性脈動的工作參數(shù)的測量參量，以便產(chǎn)生周期性脈動的測量信 號；在時域中以固定的時間增量來離散化該測量信號，其中在該測量信號的一個周期上分 別按照該周期的時間增量的數(shù)目來獲得大量離散測量值，其中這些測量值分別被認(rèn)為代表 各個時間增量中的測量信號；以及通過從這些離散測量值計算平均值的方式來求出該測量 信號周期上的平均值。此外，本發(fā)明還涉及一種被設(shè)置成執(zhí)行此類方法的裝置以及一種用 于執(zhí)行此類方法的所有步驟的計算機程序。
背景技術(shù)：
在內(nèi)燃機運行時檢測不同的工作參數(shù)是必需的，其中這些工作參數(shù)中的一些工作 參數(shù)是周期性脈動的。因此，例如檢測引入內(nèi)燃機的燃燒室的空氣質(zhì)量流量是必需的，其中 此空氣質(zhì)量流量因活塞式內(nèi)燃機的不連續(xù)運行而脈動。那么，僅當(dāng)內(nèi)燃機的進(jìn)氣閥之一被 打開時才吸入空氣。然而，盡可能精確地確定該空氣質(zhì)量流量是必需的，以便確保內(nèi)燃機的 經(jīng)濟(jì)的且低排放的運行。DE 19933665 Al中描述了用于確定空氣質(zhì)量流量的傳感器的操 作。內(nèi)燃機的其他脈動的工作參數(shù)例如是燃料高壓蓄能器中的壓力或者內(nèi)燃機曲軸的角速 度。在用于分析周期性脈動的測量信號的傳統(tǒng)方法中，用時間標(biāo)度線來檢測和離散化 該測量信號。在此，向時間標(biāo)度線的各個后續(xù)的時間增量分配與該時間增量開始時的測量 值對應(yīng)的離散測量值。此后，在一個周期的兩個半波上從這些測量值求出平均值，其中對所 有測量值進(jìn)行相同的加權(quán)。隨后，再次對該周期的各個半波的這兩個平均值取平均，以計算 最后結(jié)果。在由現(xiàn)有技術(shù)所描述的方法中，如果各個時間增量的邊界在該周期的開始處或者 在該周期的末尾處不與該周期的邊界一致，那么會出現(xiàn)誤差。這是不利的，因為以此方式不 能精確地確定空氣質(zhì)量流量，從而可能出現(xiàn)對燃料的錯誤計量。這可能導(dǎo)致不期望的廢氣 排放以及內(nèi)燃機的不經(jīng)濟(jì)的運行。同樣成問題的是錯誤地確定燃料高壓蓄能器中的壓力， 因為在假定錯誤的壓力值的情況下，由噴入閥噴入燃燒室的燃料量不符合所要求的標(biāo)稱燃 料量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中已知的裝置和方法，其中應(yīng)當(dāng)尤其說明使得 能夠更好地對內(nèi)燃機的檢測出的脈動工作參數(shù)進(jìn)行平均值計算的方法和裝置。此問題是通過一種用于檢測內(nèi)燃機的周期性脈動的工作參數(shù)的方法來解決的，該 方法包括以下步驟檢測內(nèi)燃機的周期性脈動的工作參數(shù)的測量參量，以便產(chǎn)生周期性脈 動的測量信號；在時域中以固定的時間增量來離散化該測量信號，其中在該測量信號的一 個周期上分別按照該周期的時間增量的數(shù)目來獲得大量離散測量值，其中這些測量值分別
3被認(rèn)為代表各個時間增量中的測量信號；以及通過從這些離散測量值計算平均值的方式 來求出該測量信號周期上的平均值，其中對于這些離散測量值中的至少一個離散測量值來 說，用多項式來逼近該測量信號在對應(yīng)的時間增量上的波形以便獲得該離散測量值。在時 域中對測量信號的離散化是通過以下方式進(jìn)行的在新的時間增量處通過在此時間增量開 始時對該測量信號進(jìn)行采樣并將該測量信號暫時存儲為第一測量值以及隨后在每個后續(xù) 時間增量開始時通過對該測量信號進(jìn)行采樣來確定其他測量值的方式開始所述離散化，其 中當(dāng)一個周期貫穿結(jié)束時不再執(zhí)行對測量值的確定。在此，在基本上正弦形的脈動測量信 號的情況下可以通過以下方式來識別一個周期的貫穿該測量信號第一次以與記錄該周期 開始處的第一測量值時相同指向的斜率超過第一時間增量開始時所檢測出的測量值。此 外，還可以構(gòu)想檢測一個周期的開始和一個周期的結(jié)束的其他可能性，例如在接近估計平 均值的測量值的開始之后第二次超過該估計平均值。在此，可以從先前的計算獲得該估計 平均值。所述時間增量是固定的時間增量，其中在內(nèi)燃機的框架下也可以將固定的時間增 量理解為曲軸的確定的角度變化。然而優(yōu)選地，固定的時間增量具有0. Ims和IOms之間的 值，優(yōu)選具有0. 5ms和3ms之間的值。根據(jù)本發(fā)明，在所述離散測量值的至少一個離散測量 值中，用多項式來逼近測量信號在對應(yīng)的時間增量上的波形。這提供了以下優(yōu)點在時間 增量位于周期的開始處或者末尾處的情況下，能夠從該多項式的連續(xù)曲線獲得對應(yīng)的測量 值，其中可以考慮位于邊緣處的時間增量不完全位于該周期內(nèi)。這在計算周期性脈動的工 作參數(shù)時提供了更好的近似的優(yōu)點。所述多項式優(yōu)選至少是1階的。在此可以考慮，在本申請中一般將多項式理解為 至少1階的多項式。在提及0階多項式時將會對此明確說明。所述多項式也可以是2階或 3階或者更高階。1階多項式提供了僅需要較小計算功率的優(yōu)點。所述多項式是通過使用 測量信號在時間增量開始處的采樣值以及在該時間增量末尾處的采樣值以便在這些采樣 值之間構(gòu)成作為逼近的直線的方式來形成的。優(yōu)選地，在所述離散測量值中的對應(yīng)的時間增量超過周期邊界的離散測量值上用 多項式來逼近所述波形。如果獲得超過周期邊界的時間增量的測量值，那么在確定平均值 時可能會出現(xiàn)誤差。通常這是最后一個時間增量，因為在典型方法中，所觀察的周期以時間 增量的開始為起點。由于一個周期通常不具有時間增量持續(xù)時間的倍數(shù)的周期長度，因而 在周期末尾處會出現(xiàn)時間增量被“截斷”的情況。在此，如果在不繼續(xù)觀察平均值計算的情 況下使用從離散化獲得的對應(yīng)于此時間增量的測量值，那么在稍后的平均值計算中可能會 出現(xiàn)很大的取整誤差。優(yōu)選地，在計算平均值時，以比用于計算該平均值的其他測量值中的至少一個測 量值更小的份額來對對應(yīng)的時間增量超過周期邊界的測量值進(jìn)行加權(quán)。由于與不完全位于 周期內(nèi)的時間增量對應(yīng)的離散測量值僅代表比對應(yīng)的時間增量完全位于周期內(nèi)的其他測 量值的周期份額更小的周期份額，因而相應(yīng)的計算改進(jìn)了平均值的計算。通常，超過周期邊 界的時間增量是位于周期末尾處且超過周期末尾的時間增量。優(yōu)選地，在借助多項式來確定對應(yīng)的時間增量超過周期邊界的測量值時，確定測 量信號在周期邊界上的近似值，其中在確定該測量值時使用該近似值。該超過周期邊界的 時間增量在周期邊界之前開始并且在周期邊界之后結(jié)束。在時間增量的這兩個末端處可以 分別對測量信號進(jìn)行采樣并且用多項式來近似這兩個末端之間的信號波形。由于周期邊界的時刻是已知的，因而可以從此近似地用多項式所確定的波形來獲得測量信號在周期邊界 上的近似值。對此近似值的考慮，例如通過在使用時間增量開始處被采樣的測量信號的情 況下進(jìn)行平均值計算的方式，改進(jìn)了對應(yīng)于此時間增量的測量值的準(zhǔn)確性。因此改進(jìn)了所 述方法的總體準(zhǔn)確性。優(yōu)選地，對于所述測量值中的對應(yīng)的時間增量位于周期內(nèi)的測量值而言，將測量 信號在該時間增量的邊緣處的值用作離散測量值。因此，可以例如在該時間增量的開始處 對測量信號進(jìn)行采樣并將此采樣值用作測量值。同樣，可以在該時間增量的末尾處對測量 信號進(jìn)行采樣以獲得測量值。在此，“位于周期內(nèi)”意味著時間增量不超過周期邊界。此特 征提供了如下優(yōu)點對于位于周期內(nèi)的時間增量而言不需要或者僅需要非常小的用于確定 測量值的計算功率。檢測離散測量值的這種形式也可被理解為具有0階多項式的逼近。優(yōu)選地，脈動的工作參數(shù)是空氣質(zhì)量流量或者壓力。例如，可以用熱膜傳感器(HFM 傳感器)來測量空氣質(zhì)量流量。內(nèi)燃機的高壓蓄能器中的壓力可以用布置在該高壓蓄能器 上的壓力傳感器來測量。優(yōu)選地，全部或者部分位于周期內(nèi)的所有時間增量均屬于該周期。在此優(yōu)選地，將 周期的開始放置在時間增量的開始處。以此方式雖然由于時間增量可能在周期末尾處被 “截斷”而不可能在每種情形中都直接相繼地確定平均值。但是，此特征提供了如下優(yōu)點可 以可靠地為該周期進(jìn)行非常準(zhǔn)確的平均值確定。本發(fā)明的另一方面涉及一種裝置，尤其是一種控制器或內(nèi)燃機，其被設(shè)置成執(zhí)行 根據(jù)以上描述的設(shè)計方案之一的方法。在此，根據(jù)本發(fā)明的裝置在必要時使用以上描述的 優(yōu)選特征中的一個或更多個。本發(fā)明的另一方面涉及一種具有程序代碼的計算機程序，當(dāng)在計算機中執(zhí)行該計 算機程序時，該程序代碼用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的所有步驟。


以下根據(jù)附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的至少一個實施例。附圖示出圖1示意性地示出了可以用其來實施根據(jù)本發(fā)明的方法的內(nèi)燃機；圖2根據(jù)脈動信號的平均值計算示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的示意圖；圖3在略圖中示意性地示出了圖2的根據(jù)本發(fā)明的方法的流程。
具體實施例方式圖1示意性地示出了內(nèi)燃機10。該內(nèi)燃機10包括具有多個氣缸12的發(fā)動機組， 在圖1中僅示出了一個氣缸12。在氣缸12中存在燃燒室14，該燃燒室14在區(qū)域上由活塞 16限制?；钊?6通過連桿18與曲軸20相連接。通過進(jìn)氣管28和進(jìn)氣閥30將燃燒空氣輸入燃燒室14。通過排氣閥32和廢氣管 34從燃燒室14排出燃燒廢氣。節(jié)氣閥36使得能夠調(diào)節(jié)通過進(jìn)氣管28進(jìn)入燃燒室14的 空氣量。節(jié)氣閥36的運動是通過伺服電動機38來實現(xiàn)的。由熱膜傳感器40( “HFM傳感 器”)來測量進(jìn)入燃燒室14的空氣量。由圖1中僅象征性示出的燃料系統(tǒng)46將燃料輸入燃燒室14。此類燃料系統(tǒng)46可 包括燃料容器、電氣的預(yù)輸送泵和機械的主輸送泵。此外，燃料系統(tǒng)46包括被稱為“軌道”或高壓蓄能器47的燃料集流管，在該燃料集流管中存儲高壓下的燃料。直接將燃料噴入內(nèi) 燃機10的燃燒室14的噴入閥48與此燃料集流管相連接。測量高壓蓄能器中的壓力的壓 力傳感器49與高壓蓄能器47相連接。該壓力傳感器47用于通過調(diào)節(jié)裝置來控制高壓泵 (未示出)的閥門，以便在高壓蓄能器47中保持基本上恒定的壓力。對存在于燃燒室14中 的空氣_燃料混合物的點火是通過火花塞50來實現(xiàn)的，該火花塞50由點火系統(tǒng)52提供電 能。內(nèi)燃機10的運行由控制設(shè)備56控制或調(diào)節(jié)。此控制設(shè)備在輸出端與點火系統(tǒng) 52、噴入閥48、以及節(jié)氣閥36的伺服電動機38相連接，并且除了其他傳感器之外，控制設(shè)備 56在輸入端還與熱膜傳感器40和壓力傳感器49相連接。如由圖1得知，直接從噴入閥48將燃料噴入燃燒室14。內(nèi)燃機10可以取決于例 如轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩而以不同的工作方式來工作。例如，可以在進(jìn)氣沖程期間，即在噴入閥30打 開的時間段期間，將燃料噴入燃燒室14。在此情形中，燃料與位于燃燒室14中的空氣一起 構(gòu)成基本上均勻的燃料_空氣混合物。此類噴射也被稱為“均勻噴射”，相應(yīng)的工作方式則 被稱為“均勻”。但是，也可以在壓縮階段期間，即在進(jìn)氣閥30和排氣閥32關(guān)閉時，在緊臨達(dá)到活 塞16的上止點之前噴入燃料。由于噴入閥48的特殊構(gòu)造，在此情形中僅在緊鄰火花塞50 的地方存在可燃的燃料層，與此相反，在氣缸12的其余燃燒室14中僅存在少量或者根本不 存在燃料。此類噴射被稱為“分層噴射”，相應(yīng)的工作方式則被稱為“分層”。這兩種工作方 式的任意組合也是可能的。對于所有所描述的工作方式而言，對進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣質(zhì)量流量的準(zhǔn)確知識是必 需的。進(jìn)氣管28是進(jìn)氣系統(tǒng)的一部分，其中由于缺少支路，因而通過進(jìn)氣管28去往燃燒室 14的空氣質(zhì)量流量等于由熱膜傳感器40檢測的空氣質(zhì)量流量。圖2中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在對脈動信號進(jìn)行平均值計算時的應(yīng) 用。在此，參照圖1的布置以及圖1的相應(yīng)描述。熱膜傳感器40檢測內(nèi)燃機10的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣質(zhì)量流量。由于進(jìn)氣閥30的 運行，因而進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣質(zhì)量流量是脈動的。因此，通過熱膜傳感器40還產(chǎn)生了脈動 信號并且該脈動信號還被傳輸給控制設(shè)備56。圖2中部分地且示例性地示出了此信號的波 形，其中圖中的橫軸表示時間并且圖中的豎軸表示信號的振幅。此外，圖2中示出了時間標(biāo) 度線，用該時間標(biāo)度線來離散化脈動信號。該時間標(biāo)度線是通過垂直的細(xì)虛線示出的，其中 這些時間標(biāo)度線中的每兩個時間標(biāo)度線之間的間距為1ms。所述方法始于直接在從下向上 超過估計的平均值60 (具有附圖標(biāo)記60的線條)之后離散化該脈動信號。在圖2中，時間 標(biāo)度線偶然地與該脈動信號通過估計平均值60的穿越相一致。隨后緊跟著脈動的信號波形，其中在該信號波形與固定的時間標(biāo)度線的每個交點 處，即在每個時間增量的開始處，設(shè)置測量點。在進(jìn)行平均值計算時，對于各個時間增量而 言(該時間增量是圖2的圖示中的兩個垂直的虛線之間的時間間距)，將時間增量開始時的 測量信號用作整個時間增量的測量值。以此方式得到圖2中所示的粗的階梯曲線，該階梯 曲線示出了通過所述方法首先逼近的信號波形。在此，階梯曲線下面的區(qū)域表示對脈動的 信號波形的假定積分。這將一直進(jìn)行下去，直至該脈動的信號波形再次從下向上超過估計 平均值60。在此，為了進(jìn)行近似計算而以不同于先前時間增量的方式來處置最后一個時間增量。在本發(fā)明的其他實施方式中，以與對最后一個時間增量所進(jìn)行的處置相同的方式來 處置所有時間增量的所有近似值，并且在下文中描述該處置方式。在圖2中，最后一個時間 增量設(shè)有附圖標(biāo)記61。因此，最后一個時間增量61延伸通過脈動信號的周期的邊界。在最后一個時間增量61中為了進(jìn)行近似計算而使用1階多項式。這對應(yīng)于時間 增量61開始處的測量點與時間增量61末尾處的測量點之間的直線。在此，這兩個測量點 簡單地彼此連接。從中可以用比例法則運算來計算信號波形通過估計平均值60的假定穿 越。在時間軸上通過粗的垂直線62標(biāo)出了該假定穿越或者交點。在根據(jù)本發(fā)明的方法中， 現(xiàn)在在最后一個增量61處不將矩形的區(qū)域用于積分，而是使用位于最后一個增量內(nèi)的上 方由點虛線限制的四邊形。此點虛線表示以上所提及的兩個測量點之間的1階多項式。隨 后，通過位于附圖標(biāo)記65與62之間的時間來劃分從周期檢測的開始(在時間軸上用65來 表示)直至意料中的估計平均值60的穿越的積分區(qū)域(aufintegrierteBereich)，以便計 算出脈動的信號波形的平均值的近似。在本發(fā)明的其他實施方式中，不僅在最后一個增量61處而且在所有時間增量處 均用1階多項式來進(jìn)行逼近。這可能提供對平均值計算的進(jìn)一步改進(jìn)。在本發(fā)明的其他實 施方式中使用更高階多項式，例如2階多項式，以便逼近脈動的測量信號的波形。這會導(dǎo)致 準(zhǔn)確性提升，但是卻需要增加的計算功率。圖3中在圖示中概述了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程。圖3的根據(jù)本發(fā)明的方法對應(yīng) 于圖2中所應(yīng)用的根據(jù)本發(fā)明的方法。該方法始于步驟70。隨后，該方法在步驟71中一直 等待，直至發(fā)生了對估計平均值的穿越為止，該估計平均值例如是從先前的計算獲得的。在 步驟72中，該方法一直等待，直至下一時間增量開始為止。在從下向上穿越平均值后的下 一時間增量開始之后，該方法開始記錄測量點，其中首先記錄第一時間增量開始時的測量 點(步驟73)。在隨后的步驟74中檢查是否已再次發(fā)生了脈動信號從下向上的對估計平 均值的穿越。這可以通過以下方式來檢測比較脈動信號在時間增量開始和末尾處的兩個 相繼的值。如果脈動信號在時間增量的末尾處的第二值大于該時間增量開始處的第一值， 此外如果該第二值大于估計平均值(即，在其處開始檢測周期的值)并且另外脈動信號在 該時間增量開始處的第一值小于該估計平均值，那么就認(rèn)為再次發(fā)生了脈動信號從下向上 的對該估計平均值的穿越。在此，必須滿足所有以上提及的條件。如果這些條件尚未得到 滿足，那么該方法在步驟74之后跳回到步驟73，在步驟73中檢測其他測量值。相反，如果 所有條件均得到滿足并且可以認(rèn)為完全穿過了該周期，那么該方法跳到步驟75?，F(xiàn)在在步 驟75中執(zhí)行結(jié)合圖2所描述的近似計算，其中尤其借助1階多項式近似地通過最后一個時 間增量(圖2)的近似來確定該周期在時間軸上的終點。在計算結(jié)束時輸出該計算的結(jié)果。 該方法隨后結(jié)束于步驟76。
權(quán)利要求
一種用于檢測內(nèi)燃機(10)的周期性脈動的工作參數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟 檢測所述內(nèi)燃機(10)的周期性脈動的工作參數(shù)的測量參量，以便產(chǎn)生周期性脈動的測量信號， 在時域中以固定的時間增量來離散化所述測量信號，其中在所述測量信號的周期上分別按照所述周期的時間增量的數(shù)目來獲得大量離散測量值，其中所述測量值分別被認(rèn)為代表各個時間增量中的測量信號，以及 通過從所述離散測量值計算平均值的方式來求出所述測量信號的所述周期上的平均值，其特征在于，對于所述離散測量值中的至少一個離散測量值來說用多項式來逼近所述測量信號在對應(yīng)的時間增量(61)上的波形，以便獲得所述離散測量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多項式至少是1階的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述利用多項式進(jìn)行的波形的逼近 是在所述離散測量值中的對應(yīng)的時間增量(61)超過所述周期的邊界的離散測量值上進(jìn)行 的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在計算所述平均值時，以比用于計算所述 平均值的其他測量值中的至少一個測量值更小的份額來對所述對應(yīng)的時間增量(61)超過 所述周期邊界的測量值進(jìn)行加權(quán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，在借助所述多項式來確定所述對應(yīng)的 時間增量超過所述周期邊界的測量值時，確定所述測量信號在所述周期邊界上的近似值， 其中在確定所述測量值時使用所述近似值。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對于所述測量值中的對應(yīng)的 時間增量位于所述周期內(nèi)的測量值而言，將所述測量信號在所述時間增量的邊緣處的值用 作離散測量值。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述脈動的工作參數(shù)是空氣 質(zhì)量流量或者壓力。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，全部或者部分位于所述周期 內(nèi)的所有時間增量均屬于所述周期。
9.一種裝置，尤其是控制器(56)或者內(nèi)燃機(10)，所述裝置被設(shè)置成執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要 求1到8中任一項所述的方法。
10.一種具有程序代碼的計算機程序，當(dāng)在計算機中執(zhí)行所述程序時，所述程序代碼用 于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求ι到8中任一項所述的所有步驟。
全文摘要
一種用于檢測內(nèi)燃機(10)的周期性脈動的工作參數(shù)的方法，該方法包括以下步驟檢測內(nèi)燃機(10)的周期性脈動的工作參數(shù)的測量參量，以便產(chǎn)生周期性脈動的測量信號；在時域中以固定的時間增量來離散化該測量信號，其中在該測量信號的一個周期上分別按照該周期的時間增量的數(shù)目來獲得大量離散測量值，其中這些測量值分別被認(rèn)為代表各個時間增量中的測量信號；以及通過從這些離散測量值計算平均值的方式來求該測量信號周期上的平均值；其中通過在這些離散測量值中的至少一個離散測量值中用多項式來逼近該測量信號在對應(yīng)的時間增量(61)上的波形以獲得該離散測量值的方式來實現(xiàn)更好的對內(nèi)燃機的所檢測的脈動的工作參數(shù)的平均值計算。
文檔編號F02D41/34GK101910594SQ200880122989
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
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