抑制內燃機爆震的裝置的制作方法

專利名稱：抑制內燃機爆震的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及抑制內燃機爆震的裝置。
雖然本發明可用于任何內燃發動機，但對于本發明及其基礎問題將在機動車的內燃機方面作出說明。
由DE-34 204 65 C2公知了一種用于抑制內燃機爆震的裝置。在該公知的裝置中將檢測內燃機的工作參數，及在一個控制單元中根據所檢測到的工作參數求出用于待控制的過程的調節量，尤其如點火及燃料噴射。由此例如可借助轉速及連接的負載來計算最佳點火時刻。
此外在公知的裝置中設有爆震檢測器，它對各汽缸各別地檢測燃燒噪音。爆震檢測器將該信號繼續傳送給一個爆震信號估值電路及在那里濾出背景噪音后與一個參考電平相比較。如果識別了一次爆震燃燒，則為了抑制爆震使借助轉速及負載確定的該汽缸中的點火時刻在推遲的方向上調節并由此離開爆震界限。在預定數目的無爆震燃燒后將使該改變了的點火時刻逐步提前地返回到由控制裝置確定的調節量。因為在冷發動機時不存在爆震燃燒的危險，通常僅在達到一個預定的發動機溫度時才進行爆震調節，即在內燃機變熱后才接通調節裝置。當低于該釋放溫度時可保險不發生任何爆震，因為燃燒室的熱特性不允許它發生。
在公知的系統中為了求得發動機溫度求出冷卻水溫度或進入燃燒室的氣體進入溫度。
在DE 44 01 828 A1中給出一種方法，它在計算待測量的燃料量的時刻作出對汽缸的進氣量的精確預測，該燃料量將噴射到該汽缸中。
根據DE 44 01 828 A1的構思，求出一個將來的負載信號，它代表期待的相對進氣量。該將來負載信號由當前主負載信號，超前當前主負載信號的當前輔助負載信號，及曲軸轉角間隔來求得。該曲軸轉角間隔與用時間單位或曲軸轉角單位表示的燃料模型相關，后者可預給出燃料噴射的持續時間及計算時間。曲軸轉角間隔的介入具有其優點，即將來負載信號的求得可在盡可能遲的時刻進行及由此達到高的精度。
合乎要求的是，即將來負載信號通過一個低通濾波器來求得，其濾波常數可根據負載預給出。在負載升高時，該濾波常數由第一特性曲線讀出，及在負載下降時，由第二特性曲線讀出。由此可以特別節省計算時間地預確定空氣的充入量。
輔助信號將由節氣門的張角、內燃機的轉速及必要時通過節氣門的旁路通道流動的空氣量來求得，及根據吸入的空氣及氣壓高度進行校正。
在節氣門小張角時，輔助信號也可根據由空氣質量檢測器檢測的空氣質量來求得，這通常導致在該工作區域中的高精確度。
主負載信號例如可由測量的進氣管壓力及轉速，由空氣質量測量器檢測的空氣質量或通過輔助負載信號的濾波來求得。
該方法既可用于非穩定的工作也可用于穩定的工作，因為在求將來負載信號時使用了與主負載信號相適應的輔助負載信號。對于輔助信號的補償所需的補償值將通過對主負載信號及帶有補償值的被濾波輔助負載信號之間的偏差的積分來求得。這里被濾波的輔助負載信號將通過校正的輔助負載信號的濾波來產生。
在公知的方法中，將來負載信號僅用于求得待噴射的燃料量。
作為本發明基礎的問題在于，汽油發動機在負載動態變化時具有比穩定工作更強烈的爆震傾向，通常通過輸出所謂的自適應動態超前量、即在動態期間嘗試通過一個附加的點火角延遲調節來對付。當負載梯度、即負載變化的瞬時速度或斜率超過一個可適用的閾值時，該附加的動態超前量將被輸出。然后該動態超前量在一個可適用的時間上被保持并接著被調節到零值。
上述公知技術的缺點在于，它被證實作為微分量即瞬時值的負載梯度不包含在整個隨后的動態期間真實出現的負載變化的報告。后者將通過負載梯度對時間的積分來獲得，但這對于動態超前量的確定已為時過晚。
這即為，根據通常的方法動態超前量的輸出僅取決于在動態期間負載相對某一個時刻的變化有多快。因此在一個小而快的負載變化時與在大且同樣快的負載變化時將輸出相同的動態超前量。
這被表示在圖5中。其中t表示時間，tdyst表示動態階段的開始時刻，tdyena表示情況a時的動態階段結束時刻，tdyenb表示情況b時的動態階段結束時刻，rl表示進氣量及drl表示進氣量的梯度。在情況a中，出現了一個大而快的進氣量變化Δrla，及在情況b中，出現了一個小且同樣快的進氣量變化Δrlb。
對爆震傾向有影響的發動機內部的熱變化在情況a中強烈得多，故必需相應地產生較大的動態超前量。但這已要求在動態的消除時刻，識別期待的積分負載變化。對于抑制內燃機的爆震，這種信息在現有的裝置上不能被提供。
根據本發明具有權利要求1的特征的裝置相對現有技術的方案具有的優點在于，它可實現基于物理的、動態上精確的動態超前量的確定，并由此可對動態階段中的爆震更好地抑制。
本發明提出的自適應算法可導致精確的自適應調節值及由此得到更好的動態性能。自適應值的合理性可被更好地評價及由此簡化了實施方法。
為了改進現有技術本發明提出，在一個預測的負載信號變化或進氣信號變化的平面中確定動態超前量。這里應指出，負載信號及(空氣)進氣信號在這里作為同義詞使用，因為它們可通過一個簡單的正比系數相互聯系。
例如可由根據司機踩板位置及另外的輸入量求得的所需轉矩來計算一個給定負載或給定進氣。實際負載向給定負載的調節將通過節氣門的相應調節或在一定條件下渦輪增壓器的調節來實現，這樣將產生滯后，即，到轉矩坐標所需要的負載大變化的時刻相應于當前的實際進氣隨后追趕。但通過預測的負載差值到該時刻已具有用于在動態階段中實際所期待的負載變化的一個量。
這意味這，在動態情況下不是由當前的負載梯度指示的信號，而是由一個預測的負載信號與一個當前的負載信號的差值來確定動態超前量。
動態超前量的值將比現有技術更好地匹配實際的物理需要，即負載變化的量及速度。由此可避免輸出不合理的動態超前量的值及隨之而來的效率和發動機響應特性的變差。在此情況下現在已有的發動機控制量可被使用。
因此可排除動態爆震的實質原因，但該原因在現今使用的爆震調節的動態自適應方案中不能被最佳地考慮。
在從屬權利要求中可得到其有利的進一步構型及改進。
根據一個優選的構型，校正裝置被這樣地設計，即動態超前量與至少一個被檢測的運行參數相關，最好與轉速相關。
根據另一優選的構型，校正裝置被這樣地設計，即預測的負載差值這樣地求得在確定出的點火時刻前的一個時刻上檢測負載信號；在一個較后的但在確定出的點火時刻前的時刻上預測一個將來負載信號；及構成將來負載信號與負載信號的差值。
根據另一優選的構型，校正裝置被這樣地設計，即將來負載信號由當前主負載信號，超前當前主負載信號的當前輔助負載信號及曲軸轉角間隔來預測，其中曲軸轉角間隔可與用時間單元或曲軸轉角單元表達的計算時間相關地被預給出。
根據另一優選的構型，當前輔助負載信號可由節氣門的開角，內燃機的轉速及需要時由通過對節氣門旁路的通道和/或附加旁路閥流動的空氣量來求得。
根據另一優選的構型，當前主負載信號可由檢測的進氣管壓力及轉速，由用空氣質量測量器檢測的空氣質量或通過對當前輔助負載信號的濾波來獲得。
根據另一優選的構型，校正裝置被這樣地設計，即對將來負載信號的預測在考慮到凸輪軸調節和/或廢氣回送的情況下進行。
根據另一優選的構型，動態階段檢測裝置被這樣地設計，即它通過負載梯度超過一個預定閾值來檢測內燃機的動態階段。
根據另一優選的構型，校正裝置被這樣地設計，即它預測至動態階段檢測時刻的負載差值。
根據另一優選的構型，設有一個爆震檢測裝置，它被這樣地設計，即在動態階段期間進行爆震監測及根據爆震監測結果執行動態超前量的自適應調節。
根據另一優選的構型，校正裝置被這樣地設計，即它使在動態階段開始時預測的負載差值與在動態階段結束時檢測的負載差值相比較，并僅當該差值小于一個預定值時才允許自適應調節。
本發明的實施例被表示在附圖中及在以下的描述中將詳細地說明。附圖為

圖1其中可使用本發明的內燃機100的技術環境；圖2主負載信號tL(虛線)及輔助負載信號tL’(實線)相對曲軸轉角w的變化曲線；
圖3本發明第一實施例的基本過程的流程圖；圖4用于解釋根據本發明第二實施例的進氣量及進氣梯度相對時間變化的概示圖，及其中在情況c中引入在tdyst時預測的負載變化，及在情況d中未引入在tdyst時預測的負載變化；及圖5進氣量及進氣梯度相對時間變化的概示圖，其中在情況a中具有大而快的負載變化，及在情況b中具有小但同樣快的負載變化。
在附圖中相同的標記表示相同的或相似功能的單元。
圖1表示其中可使用本發明的內燃機100的技術環境。
首先對所示的用于控制內燃機100的部分進行說明。通過一個進氣道102使空氣/燃料混合物輸入到內燃機100中，廢氣則由一個排氣管104排出。在進氣道102中，從吸入空氣的流動方向上看設有一個空氣量測量器或空氣質量測量器106，例如是一種熱線式空氣質量測量器；一個用于檢測吸入空氣溫度的溫度傳感器108，一個節氣門110，它帶有一個用于檢測節氣門110的開角的傳感器111；一個壓力傳感器112及一個或多個噴嘴113。通常空氣量測量器或空氣質量測量器106及壓力傳感器112可選擇地保留一個。
跨過節氣門110設有一個旁路通路114，其中設有一個怠速調節器115。當空載轉速調節借助節氣門110進行時，旁路通路114及怠速調節器115可以取消。必要時也可附加設置旁路閥，例如當開通空調設備時它可保證足夠的空載轉速。在排氣通道104中設有一個氧傳感器116。在內燃機100上設有一個曲軸轉角傳感器118及一個用于檢測內燃機100溫度的傳感器119。此外，內燃機100具有例如四個火花塞120，用于在汽缸中點燃空氣/燃料混合物。
所述傳感器的輸出信號被輸入到一個中心控制裝置122。在該中心控制裝置中將處理以下信號空氣量測量器或空氣質量測量器106的信號m，用于檢測吸入空氣溫度的溫度傳感器108的信號T，用于檢測節氣門110的開角的傳感器111的信號α，壓力傳感器112的信號p，氧傳感器116的信號λ，曲軸轉角傳感器118的信號w及用于檢測內燃機溫度的傳感器119的信號TBKM。該控制裝置122將對各傳感器信號估值及控制一個或多個噴嘴113、怠速調節器115及火花塞120的點火時刻。
動態超前量的計算必需在點火線圈閉合時刻ts前結束，即遠在進氣角(Fuellungswinkel)以前進行。
但為了計算動態超前量應使用進氣的變化量，它將由在進氣角時出現的主負載信號tL與在動態階段開始時出現的主負載信號的差值來代表，即必需能夠預測進氣量的差值或負載的差值。
由DE 44 01 828 A1公知的方法可實現在進氣角時出現的主負載信號tL的近似預測，該信號在下面被稱為將來負載信號tLPr。在此情況下尤其要使用對于將來負載信號tLPr變化的主要影響因素、節氣門111的開角α是已知的，及該信號α比信號tL超前一些。對此將近似地表示在圖2中。
圖2表示主負載信號tL(虛線)及輔助負載信號tL’(實線)相對曲軸轉角w的變化曲線。在穩定工作時，信號tL及tL’的曲線相重合(左面及整個右面)。在負載從低向高過渡時tL’的曲線的上升比tL曲線的上升快得多，由此由信號tL及tL’的當前值可預測tL的將來值，即由當前輔助負載信號tL’及當前主負載信號tL可求出將來負載信號tLPr。
為了求得將來負載信號tLPr，將以一個簡單的進氣管模型為基礎，它通過具有與負載相關的濾波常數的一階低通濾波器來描述。在當前曲軸轉角w時，將根據下面的等式來預測在將來的曲軸轉角w＋wPr時出現的將來負載信號tLPrtLPr＝tL(w＋wPr)＝tL(w)＋(tL’(w)－tL(w))(1－exp(-wPr/WF))其中wPr是預測角度，即將來曲軸轉角及當前曲軸轉角w的差值，對該將來曲軸轉角預測將來負載信號tPLr，通常它是進氣角度。
如上所述，在負載信號tL及進氣信號rl之間的轉換是容易的。
在作為本發明出發點的目前通常使用的動態超前量wkrdya的自適應調節及輸出的情況下，在時刻tdyst的動態開始時，例如當drl＞閾值時，將求得內燃機現時所處于的轉速范圍stkrnx及將它存儲在一個RAM存儲器形式的寄存器中。對于該轉速范圍stkrnx在前面動態階段中自適應調節的動態超前量wkrdya將被從RAM中讀出及輸出。在動態階段時可能出現的爆震事件將在其強度上分為一般及強的狀態。由該分類將在動態階段結束的時刻tdyen時，例如當drl＜閾值時，將確定其值，以便使輸出的動態超前量在必要時必需被校正，即在一定條件下對該轉速范圍wkrdya’自適應地調節一個新的動態超前量。在此情況下，對于在其中進行自適應調節的范圍將預給出其邊界。
圖3表示本發明第一實施例的基本過程的流程圖。
在本發明的第一實施例中，以轉速范圍stkrnx的形式附加于轉速的自適應范圍也通過在時刻tdyst預測的所期待負載差值ΔrlPr＝rlPr－rl以類似方式、以負載差值范圍stkrdrlx的形式展開。
為此，通過動態開始時刻tdyst的檢測(步驟400)如通常那樣由當前的轉速n求得轉速范圍stkrnx及將其儲存。此外，構成所期望的負載差值ΔrlPr＝rlPr－rl及儲存它(步驟410)。
由ΔrlPr通過相應的特性曲線求得相應的負載差值范圍stkrdrlx及儲存它。這時stkrnx及stkrdrlx確定了自適應范圍的地址，由它可讀出用于下一動態階段的超前量wkrdya(步驟420)。
該值可選擇地再用一個與溫度相關的系數加權及接著輸出以繼續進行處理。
在動態期間對發生的爆震事件進行分類，由該分類確定在檢測的動態階段結束時刻tdyen的值(步驟430)，以便需要時必需對輸出的動態超前量進行校正，以得到用于下個周期的已校正的動態超前量wkrdya’(步驟440)。由此該流程圖的過程就已結束。
圖4表示用于解釋根據本發明第二實施例的進氣量及進氣梯度相對時間變化的概示圖，及其中在情況c中引入在tdyst時預測的負載變化，及在情況d中未引入在tdyst時預測的負載變化。
除上述第一實施形式的情況外，在第二實施形式中將在這樣的意義上附加地進行校正值的合理性檢驗，即在動態時出現的真實進氣量變化Δrl與預先計算的進氣量變化ΔrlPr在合理的(適用的)界限中相一致。
為此，在動態開始的同時在RAM存儲器中存儲記為rldyst的進氣量r1。同樣地，在動態結束時將記為rldyen的進氣量rl存儲在RAM存儲器中。如果進氣量變化值Δrl＝rldyen－rldyst與預先計算的進氣量變化值ΔrlPr最大向下偏移DRLSPE，則允許自適應調節。這就是說，僅當下式情況下累加器才開始重新計算一個新的自適應值DRLSPE＋rldyen－rldyst＞＝ΔrlPr或rldyen－rldyst＞＝ΔrlPr－DRLSPE否則自適應調節是沒有意義的，因為根據ΔrlPr輸出的動態超前量不能適應于真實出現的進氣量變化值rldyen－rldyst。
圖4的情況c中為Δrlc＞＝ΔrlPr－DRLSPE，因此自適應調節是有意義的，而在情況d中為Δrld＜ΔrlPr－DRLSPE，自適應調節則沒有意義。
合乎要求的是，在動態結束后的動態超前量的回調速度同樣根據比較式DRLSPE＋rldyen－rldyst＞＝ΔrlPr來確定。如果真實負載變化小于預測值至少為DRLSPE，則回調速度將增大、如加倍。否則將用常規的預定速度回調。
在本發明的另一個即第三實施形式中提出自適應調節范圍僅以負載差值范圍stkrdrlx的形式通過所期待的進氣量差值ΔrlPr來展開(即不是通過轉速范圍)。對于動態時的爆震傾向正是該量起決定性作用。它在這樣的意義上隱含了轉速的相關性，即最大可能的負載變化是與轉速相關的。另一轉速相關性出現在溫度的影響方面。因此合乎要求的是，上述的與溫度相關的加權系數不是僅通過進氣閥的模型化溫度evtmod而是附加地通過一個特性曲線(n，evtmod)形式的轉速n才是適用的。因此真實的轉速相關性應在正確的物理位置上作出檢測。其它的情況相應于第一或第二實施形式中的情況。
雖然以上是借助一個優選實施例對本發明進行描述的，但它并不被限制在該實施例上，而可以有各種方式的改變。
尤其是，本發明不被限制在以上例舉的預測程序上。例如，點火角計算的實時誤差可通過使用一個可預計的信號并考慮到凸輪軸的調節及廢氣的回送來補償。
權利要求
1.抑制內燃機中爆震的裝置，具有一個檢測裝置，用于檢測內燃機的各個工作參數；一個控制單元，用于根據檢測到的工作參數來確定噴射及點火的調節量；一個動態階段檢測裝置，用于檢測內燃機的動態階段；及一個校正裝置，用于校正點火的調節量，它的構型是這樣的，即在由動態階段檢測裝置檢測到動態階段的情況下為了抑制爆震可使點火控制量延遲調節一個與預測的負載差值(ΔrlPr)相關的動態超前量(wkrdya)，及在動態階段結束時可再逐步向著由控制單元確定的調節量回調。
2.根據權利要求1的裝置，其特征在于校正裝置被這樣地設計，即動態超前量與至少一個被檢測的運行參數相關，最好與轉速相關。
3.根據權利要求1或2的裝置，其特征在于校正裝置被這樣地設計，即預測的負載差值這樣地求得在確定出的點火時刻前的一個時刻上檢測負載信號(tL)；在一個較后的但在確定出的點火時刻前的時刻上預測一個將來負載信號(tLPr)；及構成將來負載信號(tLPr)及負載信號(tL)的差值。
4.根據權利要求3的裝置，其特征在于校正裝置被這樣地設計，即將來負載信號(tLPr)由當前主負載信號(tL)，超前當前主負載信號的當前輔助負載信號(tL’)及曲軸轉角間隔(wPr)來預測，其中曲軸轉角間隔可與用時間單元或曲軸轉角單元表達的計算時間(wB)相關地被預給出。
5.根據權利要求4的裝置，其特征在于當前輔助負載信號(tL’)可由節氣門(110)的開角(α)，內燃機(100)的轉速(n)及需要時由通過對節氣門(110)旁路的通道(114)和/或附加旁路閥流動的空氣量(qLL)來求得。
6.根據權利要求4或5的裝置，其特征在于當前主負載信號(tL)可由檢測的進氣管壓力(p)及轉速(n)，由用空氣質量測量器(106)檢測的空氣質量(m)或通過對當前輔助負載信號(tL’)的濾波來獲得。
7.根據權利要求2至6中一項的裝置，其特征在于校正裝置被這樣地設計，即對將來負載信號(tLPr)的預測在考慮到凸輪軸調節和/或廢氣回送的情況下進行。
8.根據以上權利要求中一項的裝置，其特征在于動態階段檢測裝置被這樣地設計，即它通過負載梯度超過一個預定閾值來檢測內燃機的動態階段。
9.根據以上權利要求中一項的裝置，其特征在于校正裝置被這樣地設計，即它預測至動態階段檢測時刻的負載差值。
10.根據以上權利要求中一項的裝置，其特征在于設有一個爆震檢測裝置，它被這樣地設計，即在動態階段期間可進行爆震監測及根據爆震監測結果執行動態超前量的自適應調節。
11.根據權利要求10的裝置，其特征在于校正裝置被這樣地設計，即它使在動態階段開始時預測的負載差值與在動態階段結束時檢測的負載差值相比較，并僅當該差值小于一個預定值時才允許自適應調節。
全文摘要
本發明給出一種抑制內燃機中爆震的裝置,它具有:檢測裝置,用于檢測內燃機的各個工作參數;控制單元,用于根據檢測到的工作參數來確定噴射及點火的調節量;動態階段檢測裝置,用于檢測內燃機的動態階段;及校正裝置,用于校正點火的調節量,它的構型是這樣的,即在由動態階段檢測裝置檢測到動態階段的情況下為了抑制爆震可使點火控制量延遲調節一個與預測的負載差值(ΔrlPr)相關的動態超前量(wkrdya),及在動態階段結束時可再逐步向著由控制單元確定的調節量回調。
文檔編號F02P5/15GK1331782SQ99814886
公開日2002年1月16日 申請日期1999年10月16日 優先權日1999年1月21日
發明者斯特芬·弗蘭克, 奧斯卡·托爾諾, 阿克塞爾·海因斯特恩, 卡斯藤·克盧特, 沃納·黑明, 米夏埃爾·博伊爾勒 申請人:羅伯特·博施有限公司