针对具有至少一个缸的内燃机的基于转速的燃烧情况估算的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于针对在一具有至少一个缸的内燃机中的燃烧来估算燃烧情况的方法，其中，所述燃烧情况从一特征中导出，该特征基于所述内燃机的曲轴的转速的评价，其中，所述特征针对所述转速的值从所述内燃机的至少一个缸的压缩阶段和燃烧阶段中计算出。此外，提供一种相应的系统。
【专利说明】针对具有至少一个缸的内燃机的基于转速的燃烧情况估算
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于针对在一具有至少一个缸的内燃机中的燃烧来估算燃烧情况的方法。此外，提供一种相应的用于针对一具有至少一个缸的内燃机的燃烧情况估算的系统。
【背景技术】
[0002]针对Pkw应用，已知了各种各样的基于转速的方法，例如喷射量校准，燃烧情况估算，停机识别等等。由于具有多个缸的内燃机的缸的影响的重叠，强烈地限制了评价可能性。
[0003]从DE 10 2010 038 411中公开了一种空气燃料比估算检测装置，其排除了设置用于直接检测空气燃料比的氧气传感器或类似装置的应用，其方式为，基于一脉冲发送器旋转体的信号输出来估算且检测燃烧气体的空气燃料比。
[0004]在两轮应用中，也就是说在一具有仅一个缸的内燃机的应用或者说使用时，取消了多个缸的影响的重叠，从而在某些情况下更简单地评价一基于转速的方法。
[0005]本发明的任务是，提供一种基于内燃机的转速针对在一具有至少一个缸的内燃机中的燃烧的燃烧情况的估算。
【发明内容】
[0006]在该背景下，提供一种根据权利要求1所述的方法以及一种具有权利要求8的特征的系统。本发明的其它设计方案由从属权利要求和本说明书获得。
[0007]根据本发明，提供一种用于估算一针对在一具有至少一个缸的内燃机中的燃烧的燃烧情况的方法，其中，所述燃烧情况从一特征中导出，该特征基于内燃机的曲轴的转速的评价。该特征在此针对所述转速的值从内燃机的至少一个缸中的压缩阶段和燃烧阶段中计算出。
[0008]根据本发明的方法的一种可能的实施方式，用于计算所述特征的所述转速的值从整个压缩阶段和燃烧阶段中取得。在此还可以采用所述转速的多个值。
[0009]在根据本发明的方法的另一种实施方式中，在计算所述特征时利用一相应的压缩力矩的对称特性。
[0010]燃烧情况例如通过值MFB50定义，该值表示一曲轴角度，在该曲轴角度的情况下，输送给所述缸的燃料质量的50%通过燃烧来转化。如此定义的曲轴角度相应地描述了关于曲轴角度。KW的所述燃烧的重心。在MFB50的曲轴角度的情况下，所喷入的燃料质量的热值的一半被转化成热。该MFB50值的定义例如在J.B.Heywood, Internat1nal Combust1nEngine Fundamentals, McGraw-Hill 1998 中找到。
[0011]如果所述燃烧情况是已知的，则可以例如经由一点火角来调节。在此情况下该点火角说明，在中心的上止点(ZOT)之前的多少。KW的情况下，燃料混合物在缸中通过相应的点火火花来点火。常常将点火角也称作点火延迟。这样，在改善的排放的情况下能够实现更稳定的燃烧。此外可以实现力矩最大化。
[0012]迄今为止，只有借助于一燃烧室压力传感器才能实现燃烧情况的精确的确定。针对Pkw应用，也就是说在具有多个缸的内燃机的情况下也存在基于转速的方法，但其是特别耗费的且由于从其它缸的燃烧行程中对于曲轴的重叠影响比在I缸马达时的精确度更小。
[0013]根据本发明，具有至少一个缸的内燃机的燃烧情况的估算通过一转速信号的基于模型的评价来进行。
[0014]该方法尤其可针对一具有仅一个缸的内燃机来应用。基于如下事实，即在I缸马达的情况下不发生到一相应的曲轴上的缸影响的重叠，为了评价转速信号，不仅可以评价燃烧阶段并且配设一确定的缸，而且也可以在相应的工作间隙的其它范围中，尤其在一压缩阶段中，在没有燃烧影响的情况下评价相应的转速和其它参量之间的关联。
[0015]在根据本发明的方法的一种可能的实施方式中，所述转速经由一相应地设置的转速发送器的齿时间(Zahnzeiten)来确定。在此有利地在处理转速或者说相应的转速信号之前，利用按照现有技术已知的方法来平衡通过转速发送器所产生的信号干扰。
[0016]根据本发明的另一种实施方式，所述特征分别针对至少一个缸中的压缩阶段和燃烧阶段中的转速的值来计算并且由此形成一燃烧能量转化特征。
[0017]此外可以考虑，所述特征分别针对至少一个缸中的压缩阶段和燃烧阶段中的转速的值来计算并且由此形成一转矩走向特征。
[0018]根据本发明的方法的另一种实施方式，借助于所述燃烧能量转化特征或所述转矩走向特征来计算一,清况特征。
[0019]然后，该情况特征可以借助于一、特征曲线或特征场来成像到所述燃烧情况上。
[0020]如已经提到，也可以考虑，根据本发明的方法针对2缸内燃机应用。在具有对称的点火间隔的2缸内燃机中，根据本发明的方法可以针对从压缩阶段开始至燃烧结束之后的整个角度范围来应用。针对非对称的点火间隔，所述角度范围，也就是说从压缩阶段的开始至燃烧结束的范围在某些情况下如此限定，用以获得两个缸的最小重叠且因此具有所述缸的尽可能小的相互影响。
[0021]所述燃烧情况的确定具有不同的应用领域。这样，可以更简单地实施燃烧情况的调节或者说MFB50%调节。此外，为了避免其他的极限爆震而对所谓的炽热点火或极限爆震的识别和燃料品质识别以及一经由一待设定的点火角的力矩最大化是可行的。
[0022]根据本发明的方法无需额外的硬件，其涉及纯软件解决方案。
[0023]如文章开头已经提到，所述燃烧情况或者说MFB50% (质量燃烧率50%)展示出曲轴角度，在此情况下，燃料的能量的50%被转化。这通常从所谓的热走向(Heizverlauf)中计算出。
[0024]相应的公式如下:
?/φ K I ?ψ κ I --φ 积分的热走向: aU= J ? -^7 ρ{ψ)^- ?-ψ^ \￥ω
J % κ.....1 ι?φ κ......1 --φ !
MFB:
&(H)=<5 *| max (ft, (φ,, φ))- minfe,U (Γ)
-τ-φe-、ψ■'^
在此，私表不热能，Φ表不相对于至少一个缸的缸轴线的曲轴角度，其中，在所述缸中燃烧燃料，P相应于在所述缸中产生的压力，V相应于在所述缸中通过燃料所占据的体积，以及κ相应于一绝热指数。
[0025]相应于观察一热走向的起始角度，并且δ针对一燃烧情况相应于例如50%，在该情况下，燃料的能量的50%被转化。
[0026]在根据本发明的方法的一种可能的实施方式中，如前所述，针对所述转速的所有值的特征随着内燃机的至少一个缸中的压缩的开始直至燃烧的结束来计算并且累加成一燃烧能量转化特征。如此获得的燃烧能量转化特征又可以按照根据本发明的方法的另一种实施方式用来计算一情况特征。然后，该情况特征借助于一应用到所述燃烧情况上的特征曲线或特征场来成像。
[0027]此外本发明涉及一种用于针对在一具有至少一个缸的内燃机中的燃烧来估算燃烧情况的系统。该系统包括配置用于确定所述内燃机的曲轴的转速的器件。该系统还包括如下器件，所述器件与第一次提到的器件处于通讯连接中并且配置用于从一特征中导出所述燃烧情况，该特征基于转速的评价，其中，该特征针对转速的确定的值从内燃机的至少一个缸的压缩阶段以及从燃烧阶段中，有利地随着压缩的开始至燃烧的结束来进行计算。在此，为了计算所述特征可以利用一相应的压缩力矩的对称特性。
[0028]可以考虑，该系统也包括一存储单元，在该存储单元中存储特征曲线和/或特征场，利用它们的帮助能够将一从所述特征中导出的情况特征成像到所述燃烧情况上。
[0029]根据本发明的系统尤其适合于实施根据本发明的方法。
[0030]本发明的其它优点和构造方案从所描述和附图和中获得。
[0031]要理解的是，前面提到的和后面的还待阐释的特征能够不仅在对应说明的组合中，而且在其它的组合中或者以单独的形式应用，而不离开本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1在一图表中示出了在一工作间隙期间针对一具有缸的内燃机的转速曲线。
[0033]图2在一图表中示出了一原理性的转矩走向。
[0034]图3示出了针对两个不同的负荷点的经由一工作间隙的转速走向。
[0035]图4在一图表中示出了一原理性的转矩走向连同转矩的相应的值的绘制。
【具体实施方式】
[0036]本发明借助于附图中的实施方式示意示出并且随后在参考附图的情况下详细描述。
[0037]图1示出了 I缸马达的转速关于一工作间隙的原理性的走向25。在此，一工作间隙21相应于总共720° Kff (Kff:曲轴)的角度范围。在横坐标20上绘制了曲轴KW的角度值。在纵坐标22上绘制了以[rpm]为单位的曲轴的速度。曲轴的速度相应于曲轴的转速。虚线23显示了一平均转速。
[0038]这里示出了不同的阶段，它们由曲轴在一工作间隙期间经过。这里阶段I表示压缩，阶段2表示燃烧，阶段3表示排出，阶段4表示抽吸，紧跟着又重复阶段1，即压缩。在横坐标20上绘制了以。KW为单位的角度设定，其中，在横坐标20上的单位相应于180° Kff的间隔，开始于-180° KW。
[0039]所述角度基于曲轴的角度位态，当所考虑的活塞在阶段2燃烧开始时位于上止点时，角度位态选择为0° KW。
[0040]在四缸马达的情况下在一相应于720° KW的工作间隙中可见四个加速度，而在图1中所示，在I缸马达的情况下仅可见一个加速度，即在阶段2中在0° KW和180° KW之间的范围中，在该范围中转速在一个工作间隙21以内从一最小值24强烈地升高到一最大值26。由于该事实，可以在单缸马达的情况下为了计算所述特征或者说为了表达所引入的能量差，除了评价相应于阶段2的阶段燃烧(Combust1n)之外，也评价相应于阶段I的阶段压缩(Compress1n)。
[0041]作为特征，应用压缩阶段中的曲轴系统的状态和燃烧阶段中的曲轴系统的状态之间的能量差，其中，应用在曲轴的第一角度位态的情况下的转速的第一值和在曲轴的第二角度位态的情况下的转速的第二值，其中，曲轴的第一和第二角度位态关于进行内燃机的点火时的角度位态是彼此对称的。也就是说，应用一出自压缩阶段I的转速的值和一出自燃烧阶段2的转速的第二值，其中，获知相应的转速时的角度位态在ZOT或者说在曲轴的相应的角度位态时是对称的。如此定义的特征的优点是，在计算上完全取消了吸气管压力或者说压缩做功的影响，因为相应的曲轴的压缩在上止点之前被制动且在上止点之后对称地加速，从而压缩对于所述特征的能量贡献为零，因为如前所示，所述计算在ZOT时对称地进行。因此，只有燃烧对所计算的特征具有影响。在根据本发明的方法的一种可能的实施方式中，如前所述，所述特征针对转速的所有值随着内燃机的至少一个缸中的压缩的开始直至燃烧的结束来计算并且累加成一燃烧能量转化特征。如此获得的燃烧能量转化特征又可以按照根据本发明的方法的另一种实施方式用来计算一情况特征。然后，该情况特征借助于一应用到所述燃烧情况上的特征曲线或特征场来成像。
[0042]如前所示，当存在一对称的点火间隔时，根据本发明的方法可以以相同的方式也针对一具有两个缸的内燃机进行。相反，针对在具有两个缸的内燃机的情况下不对称的点火间隔，为了计算所述特征所应用的角度范围针对两个缸的最小重叠相应地选择或者说限定。
[0043]图2示意性示出了转矩M的走向，该转矩通过缸的相应的活塞在该缸中的压缩和燃烧期间施加到曲轴上。在纵坐标32上绘制了转矩M的值。在横坐标30上绘制了关于曲轴的关于一在中心的上止点(ZOT)中的曲轴位态的曲轴位态的该曲轴的角度值或者说角度位态。纵坐标32标记了曲轴在ZOT之前180°的位态，竖直轴34标记了曲轴关于ZOT的0°的位态，并且竖直轴36标记了曲轴在ZOT之后180°的位态。压缩阶段中的推送力力矩Ms在此情况下利用一实线38示出，在燃烧的情况下的力矩Mv利用一虚线37示出并且利用点划线39示出转矩的份额Mdiff，该份额通过燃烧单独引起:风,w ?P)
图3示出了关于一工作间隙的转速走向φΧφ)。在此在横坐标40上绘制了从-360至+360以。KW为单位的工作间隙。在纵坐标42上以单位n[l/min]绘制了转速。
[0044]所示的是针对第一负荷点的关于一工作间隙的转速走向φ|φ> 44和针对一与第一负荷点不同的第二负荷点的转速走向46。它们通过偏移(Off-Set) —起移到一最低点上。
[0045]图4示意性示出了转矩M的走向，该转矩通过缸的相应的活塞在该缸中的压缩和燃烧期间施加在曲轴上。在纵坐标52上又如在图2中那样绘制了转矩的值。在横坐标50上绘制了关于在ZOT时的曲轴位态的曲轴的角度值以及角度位态。类似于图2中所示，纵坐标52标记了曲轴在ZOT之前180°的位态，竖直轴54标记了曲轴关于ZOT的0°的位态，并且竖直轴56标记了曲轴在ZOT之后180°的位态。在此，又要注意，所示的水平线50不相应于零线，而是示出了关于ZOT的转矩走向。压缩阶段的推送力力矩Ms利用一实线58示出，在燃烧的情况下的力矩Mv利用一虚线59示出。线57表示在压缩阶段中转矩的值的走向并且点60表示推送力力矩的值的最大值。
[0046]根据本发明的方法的基本思路在于，从所述转速信号中计算出通过内燃机中的燃烧所产生的能量的转化的时间走向，并且从该走向中确定一情况特征，该情况特征与内燃机情况良好地关联。
[0047]相应地，根据本发明首先从转速信号中计算出总的能量转化的走向。这可以例如如下所示:
=0,5*Θ(φ)*|>"(φ)(3)
通过公示3示出了能量转化，其通过压缩力矩和燃烧力矩产生。但为了估算燃烧情况，仅纯的燃烧力矩Εν(_)是相关的。因此，首先确定压缩力矩的能量转化Ek_(<p),用以将其随后从总能量转化Eges(CP)中减去。
[0048]为了确定Ek_(f),利用单缸马达的特殊性，即在单个缸的燃烧之间不存在时间上的重叠。因此可以利用在一相应的压缩阶段中的转速信号的角度范围，用以确定压缩力矩或者说其能量转化。在ZOT之前的范围中，可以例如较好地近似地假设Ek_(<(>)= Eges (φ)。由于压缩力矩的对称特性，针对ZOT之后的范围的Ekomp (φ )可以从Eges(零)中从压缩阶段中例如通过在ZOT的合适的镜像(Spiegelung)来确定。可替换的是，压缩力矩也可以从所测量的吸气管压力中来塑造出。相应于前面所述的能量燃烧特征的燃烧力矩的能量转化Εν(φ)如下计算:
‘W(4)
/ΛΕν(φ)中可通过计算一情况特征从该走向中计算一个参量，该参量与燃烧设备MFB50%良好地关联。例如几何上的重心或如下的角度可以作为情况特征，在该角度的情况下，Ev(<p)达到了其针对相应的燃烧的终端值的一确定的份额，例如50%。在一确定的角度假设针对Ev(Cp)的终端值，该角度有利地是在燃烧结束之后，例如在ZOT之后180°。
[0049]之后，该情况特征被输送给可应用的特征场或者说特征曲线，其根据不同的参数，例如转速和负荷等等，将情况特征成像到燃烧情况MFB50%上。
[0050]可替换的是，代替能量转化，可以采用前面相应的转矩的走向，相应于前面已经提到的转矩走向特征。该转矩的波动例如如下计算:
M(.Ιβ(ρ).φ' 卜Θ(-)- — i,φ:
Φ12；2 --φ
在此?(Φ)相应于曲轴的曲轴角度相关的惯性矩。该惯性矩由振荡的和旋转的质量份额组合而成。
[0051]为了确定转矩的绝对值，可以例如利用如下事实，即转矩在上止点(OT)中以及在下止点(UT)中分别为零。经由一相应的偏差匹配，从而针对每个工作间隙，在OT和UT中的值平均为零，得到了力矩走向的绝对值。经由相同的转矩对称特性，如上所述，可以确定压缩力矩的走向并且接下来通过形成与总力矩的差来计算燃烧力矩。可以采用在一可应用的角度范围以内的燃烧力矩的重心作为情况特征。
[0052]可替换的是，也可以相应于上面的实施方式利用所述角度，其中，关于燃烧力矩的积分(Integrals)的走向达到了其针对相应的燃烧的终端值的一确定的份额,例如50%。
[0053]之后，该情况特征被输送给可应用的特征场或者说特征曲线，其根据不同的参数，例如转速和负荷等等，将情况特征成像到燃烧情况MFB50%上。
[0054]根据本发明的方法原则上可在所有内燃机中使用，但特别适合于单缸马达和二缸马达。
[0055]基于利用根据本发明的方法所估算的燃烧情况，可以进行相应的点火角的最佳的调节或适配。此外可以实施所谓的炽热点火或极限爆震的识别。到关于消耗和排放等等方面的最佳的额定值上的燃烧情况的调节同样展示出根据本发明的方法的一种可能的应用，其中，所述额定值存在于一根据运行值存储的特征场中。此外，经由所述特征的评价对于燃料类型和/或品质的识别也可以是根据本发明的方法的一种应用。
【权利要求】
1.用于针对在一具有至少一个缸的内燃机中的燃烧来估算燃烧情况的方法，其中，所述燃烧情况从一特征中导出，该特征基于所述内燃机的曲轴的转速的评价，其中，所述特征针对所述转速的值从所述内燃机的至少一个缸的压缩阶段和燃烧阶段中计算出。
2.按照权利要求1所述的方法，该方法在计算所述特征时利用一相应的压缩力矩的对称特性。
3.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其中，其中，所述特征针对所述转速的值从所述内燃机的至少一个缸中的压缩阶段和燃烧阶段中计算出并且由此形成一燃烧能量转化特征。
4.按照权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述特征针对所述转速的值从所述内燃机的至少一个缸中的压缩阶段和燃烧阶段中计算出并且由此形成一转矩走向特征。
5.按照权利要求3或权利要求4所述的方法，其中，借助于所述燃烧能量转化特征或所述转矩走向特征计算一,清况特征。
6.按照权利要求4所述的方法，其中，所述情况特征借助于一应用到所述燃烧情况上的特征曲线或特征场来成像。
7.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其中，应用一具有两个缸的内燃机作为内燃机，其中，为了计算所述特征来选择所述曲轴的角度范围，在该角度范围中存在两个缸的最小重叠。
8.用于针对在一具有至少一个缸的内燃机中的燃烧来估算燃烧情况的系统，该系统具有配置用于确定所述内燃机的曲轴的转速的器件，并且具有与上述器件处于通讯连接中的器件，这些器件配置用于从一基于所述转速的评价的特征中导出所述燃烧情况，其中，所述特征针对所述转速的值随着所述内燃机的至少一个缸中的压缩的开始直至燃烧的结束来计算，其中，所述特征的计算利用一相应的压缩力矩的对称特性。
9.按照权利要求8所述的系统，该系统具有一存储单元，在该存储单元中存储特征曲线和/或特征场，利用特征曲线和/或特征场的帮助能够将一从所述特征中导出的情况特征成像到所述燃烧情况上。
10.按照权利要求8或9所述的系统，其尤其设置用于实施按照权利要求1至7中任一项所述的方法。
【文档编号】G01M15/04GK104160135SQ201380012689
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年3月8日
【发明者】F.许格, H.哈梅多维克, J.贝克默, P.阿南塔, F.赖希勒, W.菲舍尔, S.佐伊林, J.兰格 申请人:罗伯特·博世有限公司