專利名稱：修正內(nèi)燃機內(nèi)汽缸不平衡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機內(nèi)的汽缸平衡控制，特別地涉及機動車用柴油共軌發(fā)動機。更具體地，本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1的前述部分所述的修正汽缸不平衡的方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)內(nèi)燃機內(nèi)，實際在每次噴射時噴射入每個汽缸內(nèi)的燃油數(shù)量可能和由電子 控制單元(ECU)要求的，以及被用來確定噴射器的激發(fā)時間的名義燃油數(shù)量不同。有若干因素導致了這一不同，特別是由生產(chǎn)過程擴大引起的噴射器特征的偏離以 及由于噴射系統(tǒng)老化造成的同樣特征的時間漂移變化。事實上，現(xiàn)有的噴射器生產(chǎn)過程不 夠精確到生產(chǎn)具有窄公差的噴射器；此外，這些公差隨著在噴射器壽命內(nèi)的老化越來越惡 化。因此，對給定的激發(fā)時間和給定的軌道壓力，實際噴射的燃油數(shù)量可能因噴射器而異。這一噴射燃油數(shù)量不同導致了因汽缸而異的扭矩不平衡，引發(fā)了諸如壓力峰值不 同，放熱以及作用在被用來和傳感器或檢波器一起測定曲柄軸轉(zhuǎn)動的曲柄軸輪上的動力學 影響的不同。已知的用來修正汽缸不平衡的控制系統(tǒng)包括測定因汽缸而異的不平衡幅度，以及 通過閉環(huán)控制修正因氣缸而異的噴射燃油數(shù)量的步驟。特別地，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是基于對 曲柄軸輪信號的分析的。在往復運動的內(nèi)燃機中，每個汽缸的氣壓扭矩是周期函數(shù)，這是由熱力學特質(zhì)造 成的。因此，在4沖程發(fā)動機中，該氣壓扭矩的周期為720° CA(曲柄軸角度)。用另一種 方式表達，如果ω是曲柄軸旋轉(zhuǎn)頻率，則在4沖程發(fā)動機中該氣壓扭矩的頻率為0.5ω。4沖程發(fā)動機的氣壓扭矩可被通過傅立葉級數(shù)的方式表達，包括作為基礎頻率的 頻率 0. 5 ω，以及其諧波頻率(1·0ω、1·5ω、2·0ω、2·5ω、3·0ω 等)。頻率為0. 5 ω的諧波分量被定義為階數(shù)為0. 5的分量。如上所述，該分量的周期 為720° CA且其頻率和曲柄軸旋轉(zhuǎn)頻率相同。頻率為1. 0ω的諧波分量被定義為階數(shù)為1的分量，且周期為360° CA ；其頻率等 于曲柄軸旋轉(zhuǎn)頻率。頻率為1. 5ω的諧波分量被定義為階數(shù)為1. 5的分量，且周期為CA。頻率為2. O ω的諧波分量被定義為階數(shù)為2的分量，且周期為180° CA ；在4沖程 發(fā)動機中該頻率和噴射頻率相同(每180° CA噴射一次)(因沖程而異的)；在四沖程發(fā)動 機中，該頻率及其倍數(shù)Ο.0ω、4.0ω、6.0ω等)被定義為主諧波或主階數(shù)。頻率為3. O ω的諧波分量被定義為階數(shù)為3的分量，且周期為120° CA ；在6汽缸 發(fā)動機中該頻率和噴射頻率相同(每120° CA噴射一次)(因沖程而異的)；在6汽缸發(fā)動 機中該頻率和其倍數(shù)(3.0ω，6.0ω，9.0ω等)被定義為主諧波或主階數(shù)。曲柄軸輪被安裝在曲柄軸上；其被大致沿周邊分隔成預設數(shù)目個區(qū)域，每個區(qū)域 具有精確的角寬度，典型地所有區(qū)域的角寬度相同。在典型實施例中，曲柄軸輪沿其周邊具有預設數(shù)目個齒，或預設數(shù)目個磁體。這種選擇取決于用來測定曲柄軸輪信號的傳感器的種類。該傳感器被安裝在發(fā)動機體上。在曲 柄軸旋轉(zhuǎn)時，該區(qū)域和傳感器相遇，且該傳感器能測定每個區(qū)域的持續(xù)時間。預設數(shù)目個區(qū)域構(gòu)成一個分區(qū)(segment)；因此，每個分區(qū)具有精確的角寬度。有若干個系統(tǒng)化誤差，其產(chǎn)生不由實際曲柄軸動力學推導得出的系統(tǒng)化動力學分 量。一個典型的系統(tǒng)化誤差的例子是由曲柄軸輪生產(chǎn)公差或安裝公差造成的集合誤差。系 統(tǒng)誤差在壽命中的幅度不盡相同，而會發(fā)生幅度偏移。為了獲得準確的曲柄軸輪信號，必須知道不由實際曲柄軸動力學推導得出的系統(tǒng) 化動力學分量的影響。由下文描述可變得清晰，本發(fā)明主要是基于對發(fā)動機速度信號的處理，以獲得可 被用來控制由每個噴射器噴射的燃油數(shù)量的燃油數(shù)量修正值。美國專利6，250，I44B1公開了一種在傳動輪上修正公差的方法。

發(fā)明內(nèi)容
如此發(fā)明所述，上述的已知燃油噴射系統(tǒng)的問題被具有由權(quán)利要求1設定的特征 的方法所解決。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將由下文參照附圖對非限制性示例的描述而顯得明顯，其中圖1是內(nèi)燃機的示意圖和被用來實施根據(jù)本發(fā)明的方法的ECU的流程圖；圖加和2b是施行根據(jù)本發(fā)明方法的操作的流程圖；圖3是曲柄軸輪信號的示意圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)的濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)的圖表；圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)的圖表；圖6示出了與圖加中評價濾波階段相關(guān)的兩幅圖表；圖7是圖2b中T控制計算模塊的示意圖。具體實施方法在附圖1的視圖1中示出了一種適用于機動車的內(nèi)燃機，特別是一種柴油共軌發(fā) 動機。發(fā)動機1特別地是四沖程發(fā)動機，其在示例性實施例中被示出具有四個汽缸，每 一個汽缸分別有相應電子控制燃油噴射器11-14與其相關(guān)聯(lián)。在已知的方式中，所述發(fā)動機1包括其上固定有齒輪3的曲柄軸2。該輪3示例性 地具有60個等角度隔開的齒，其名義角寬度相同，且其上連接有提供曲柄軸或發(fā)動機速度 信號的接收設備4.燃油噴射器11-14恰當?shù)赜砂l(fā)動機1的E⑶6的燃油噴射控制模塊5驅(qū)動，其被設 置為設定在所述發(fā)動機1的每個循環(huán)中向每個汽缸提供的名義燃油數(shù)量。在如本發(fā)明所述的系統(tǒng)中，該由傳感器或探測器4提供的曲柄軸速度信號被按預 定的方式獲得且處理，其在圖1中被塊7表示，以提供由每一個噴射器噴射入的燃油數(shù)量的 預測值。該預測由汽缸平衡控制模塊8處理，其輸出為被燃油噴射控制5用來控制噴射器11-14的燃油數(shù)量修正，以補償(特別是)最初討論的燃油噴射系統(tǒng)中的偏移和公差的影 響。圖加和2b示出了 ECU6進行的如本發(fā)明的方法所述的操作的流程圖的兩部分。本發(fā)明的方法包括第一步驟，在其中獲取由傳感器3、4提供的曲柄軸速度信號， 同時一個預先設定的燃油注入器被在一段預先設定的時間周期內(nèi)激發(fā)而在該時間周期內(nèi) 其他所有燃油注入器未被激發(fā)。這將引發(fā)不平衡，分析了由此引起的對曲柄軸輪3的動力 學的影響。本發(fā)明的方法還包括處理獲取的曲柄軸速度信號的步驟，以獲得代表所述速度信 號的預設諧波分量振幅的信號或數(shù)據(jù)。特別地，對4沖程內(nèi)燃機來說，0. 5階的發(fā)動機速度 和汽缸不平衡幅度相關(guān)度最高。由于在本發(fā)明的上述第一步驟中在720° CA中僅加壓一個 噴射器，這可被解釋。在該方法的第一步驟中，如上所述，會引發(fā)不平衡，且為了測定所述不平衡的幅 度，可分析由曲柄軸輪3和相關(guān)的傳感器4提供的發(fā)動機速度的諧波分量。特別地，0. 5階 和0. 5的倍數(shù)的階的該發(fā)動機速度諧波分量最適合測定該不平衡的幅度。 總體來說，對諧波分量的分析應集中在0. 5階、1. 0階、1. 5階、2. 0階...Z/4階上， 其中Z是發(fā)動機的汽缸的數(shù)量。當所有的發(fā)動機汽缸越被大致平衡后，這些諧波分量的振幅變的非常??；當汽缸 未被平衡時，這些諧波分量的振幅變得非常大。0. 5階和0. 5的倍數(shù)的階的發(fā)動機速度分量 的振幅可被作為評價不平衡幅度的基礎。在分析60齒周期時，有作用的階數(shù)為60.這一限制導致不能輕易分析所有60 個齒，因為帶通濾波器具有如圖4示出的形狀。這種濾波器很難被有效的實施，因為其 具有過大的“死帶”，從而最好分析曲柄軸速度信號的部分(分區(qū))。出于這個原因，如 圖加所示，由傳感器4提供的曲柄軸速度信號被進行第一周期-求和階段(組合)10 處理，以獲得所述信號的部分。當齒持續(xù)時間被彼此相加以獲得所述信號部分時，出現(xiàn) 了混疊現(xiàn)象(phenomenology of alias)，這是由于該求和階段操作等于進行數(shù)據(jù)抽取 (datadecimation)最高階被映射在較低階上。本發(fā)明的方法因此包括進行數(shù)字化抗混疊濾波12的步驟，特別是通過使用HR濾 波器，且在第二周期-求和階段14。圖3示出了表現(xiàn)具有預設周期102的方波信號的曲柄 軸輪信號100的示意性代表。毗鄰周期(例如3個周期)102的預設數(shù)字被在第一周期-求 和階段10中相加，以獲得第一信號部分或分區(qū)104，其又被在第二周期-求和階段14中相 加(例如，兩兩相加)以獲得第二分區(qū)106。該第二周期-求和階段14的輸出值又被在階 數(shù)為0. 5,1. 0,1. 5的諧波分量上進行帶通濾波處理16 (圖2a)，以獲得中間值17.帶通濾波的理論可被方便地應用，以評價與被激發(fā)噴射器對應的汽缸不平衡的幅 度。在階數(shù)域中進行的計算都使用了具有下列標準差公式的帶通濾波器aj (η) = Id1X (η) +. . . +bnb+1x (n-nb) -a2y (n-1) _. . . -ana+1y (n-na)帶通濾波器是讓一定范圍內(nèi)的頻率通過而拒絕(減弱)此范圍之外的頻率的濾波 器。由于有求和階段10和14的存在，使得使用具有如圖5中定性的圖表中示出的頻率或 階數(shù)域的帶通特征的濾波器成為可能，其中圖5中定性的圖表示出了 1階諧波分量附近的 通帶。時間域內(nèi)帶通濾波器的輸出(理想地)為正弦曲線。
第二周期-求和階段14的輸出值又被作為參照模型計算階段18的輸入值(參見 圖1和2a)。在機動車中，曲柄軸輪速度信號不僅反映了發(fā)動機動力學，也受一些幾何-機械 誤差的影響。因此，需要理想曲柄軸輪模型。在參照模型計算階段18，按照下列公式施行分 區(qū)106的求和
k+z
^ Segmenti
Segmentmoi el = —-— (1)
J + z + l其中k是模型的計算針對的一般分區(qū)106。該模型沒有任何幾何-機械誤差。在 參照模型計算階段18計算出的kgmentm。del分區(qū)隨后被經(jīng)受帶通濾波處理20，該濾波處理 因試樣不同而不同，且該處理被施加在階數(shù)為0. 5,1. 0,1. 5. . . K0. 5的諧波分量上。中間值17和帶通濾波處理20的輸出值被在比較階段22進行比較，以獲得粗略修 正值23，所述粗略修正值為中間值17和帶通濾波處理20的輸出值之間的差值，因試樣而 異。該比較階段22的輸出值被低通濾波處理M處理，以獲得被濾波的修正值25，其在評價 濾波階段26被和粗略修正值23進行比較。在評價濾波階段沈，使用了 “評價濾波器”，所述“評價濾波器”為初始值不為零的 低通濾波器，其被設置為用來獲得被定義為在粗略修正值23和被濾波修正值25之間差值 的即時差值，其因試樣而異。該“評價濾波器”隨后被設置為收斂于所述差值。圖6中顯示出了示出了代表粗略修正值的第一曲線152以及代表被濾波修正值的 第二曲線154的第一圖表150。第二圖表156示出了代表“評價濾波器”輸出值的曲線158，該輸出值趨向于粗略 修正值23和被濾波修正值25之間的差值。當該“評價濾波器”的輸出值達到第一預設閾 值THl時，該過程停止。現(xiàn)在回到圖加，在評價濾波處理沈結(jié)束時，即，當“評價濾波器”的輸出值達到第 一閾值THl時，濾波后修正值25被選擇在其后的步驟中使用。濾波后修正值25在修正階段觀中被用來修正中間值17以獲得最終值30，其因試 樣而異，每一個最終值30對應著階數(shù)為0. 5,1. 0,1. 5. . . K0. 5的諧波分量。該獲得的最終 值30為中間值23和濾波后修正值25之間的差值?？紤]到階數(shù)為0. 5和0. 5的倍數(shù)的曲柄軸輪速度信號分量和汽缸不平衡幅度相 關(guān)，可執(zhí)行閉環(huán)控制。本發(fā)明的方法因此包括PI控制階段32，其中使用了比例和積分控制。該控制的輸 入值為由修正階段觀得到的最終值30，且使用了零不平衡作為控制的參照。該PI控制階 段32因階數(shù)而異，且其輸出值在求和階段34被全部相加到一起。該求和階段34的輸出是 被燃油噴射控制5用來控制噴射器11-14的燃油數(shù)量修正35。特別地，該燃油數(shù)量修正35被加在由發(fā)動機1的E⑶6請求的名義燃油數(shù)量上。本發(fā)明的方法消去了貢獻于汽缸扭矩不平衡的汽缸不平衡的階數(shù)為0.5、1.0、 1. 5. . . K0. 5的諧波成分。圖7示出了顯示有所述修正階段觀的輸出值的第一圖表160，顯示有PI控制模塊 參照的第二圖表162，其對所有階數(shù)來說都為零，S卩，被完美平衡的發(fā)動機，以及顯示有PI控制階段32的輸出值的第三圖表164。在時間域內(nèi)，對發(fā)動機的影響是具有不同周期的正弦信號的疊加；在總體平衡時 所有正弦值信號的結(jié)果將為零。顯然地，對實施例和產(chǎn)品的細節(jié)可在前述描述和通過非限制性示例示出的內(nèi)容的 基礎上進行顯著的變化而不改變本發(fā)明的原理，其并未偏離本發(fā)明由所附權(quán)利要求限定的 保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種修正內(nèi)燃機內(nèi)汽缸不平衡的方法，所述內(nèi)燃機具有多個各自配置有相應電子控 制燃油噴射器(11-14)的汽缸，以及具有相關(guān)聯(lián)的角速度傳感器(3、4)的曲柄軸O)，所述 角速度傳感器包括設置有多個具有相同角寬度的等距標示的輪(3)；所述方法包括-在一個燃油噴射器在設定的時間周期內(nèi)被激發(fā)而所有其他燃油噴射器未被激發(fā)時， 獲得曲柄軸或發(fā)動機速度信號；-通過使用傳感器(3、4)掃描所述標示來產(chǎn)生方波信號，所述信號具有預設的周期 (102)；-施行第一周期-求和步驟(10)以獲得所述周期(102)的第一分區(qū)(104)； -施行所述第一分區(qū)(104)的數(shù)字化抗混疊濾波(12)； -施行分區(qū)求和步驟(14)以獲得第二個、更大的分區(qū)(106)； -在預設諧波分量上施行帶通濾波步驟(16)以獲得中間值(17)； -創(chuàng)立代表理想曲柄軸輪速度信號的濾波后修正值05)； -使用所述濾波后修正值0 修正所述中間值(17)以獲得最終值(30)； -基于所述最終值(30)施行因分量而異的比例和積分控制(32)； -將所有諧波分量求和(34)以獲得燃油數(shù)量修正值(3 ；和-根據(jù)所述燃油數(shù)量修正值(35)，通過控制所述燃油噴射器(11-14)來修正汽缸不平
2.如權(quán)利要求1所述的方法，使用在4沖程內(nèi)燃發(fā)動機(1)上，所述諧波分量為階數(shù)為 0. 5或0. 5的倍數(shù)的分量，該階數(shù)直到Z/4，其中Z是所述發(fā)動機的汽缸數(shù)目。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中施行數(shù)字化抗混疊濾波的步驟(1 包括使用 HR濾波器。
4.如前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中創(chuàng)立濾波后修正值0 的步驟包括 -根據(jù)以下公式對所有第二分區(qū)(106)求和，
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述粗略修正值03)為所述中間值(17)和所述比 較值之間的差值。
6.如前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述最終值(30)為因分量而異的所述 中間值(17)和所述濾波后修正值05)之間的差值。
全文摘要
一種方法，包括步驟獲得一個燃油噴射器在設定的時間周期內(nèi)被激發(fā)而其他所有燃油噴射器未被激發(fā)時的曲柄軸或發(fā)動機速度；通過使用傳感器(3、4)掃描所述標記產(chǎn)生方波信號，此信號具有預設周期(102)；施行第一周期求和步驟(10)以獲得周期(102)第一分區(qū)(104)；施行第一分區(qū)(104)的數(shù)字化抗混疊濾波(12)；施行分區(qū)求和步驟(I4)以獲得第二個、更大的分區(qū)(106)；在預設的諧波分量施行帶通濾波步驟(16)以獲得中間值(17)；創(chuàng)立代表理想曲柄軸輪速度信號的濾波后修正值(25)；使用濾波后修正值(25)修正中間值(17)以獲得最終值(30)；基于最終值(30)，施行因分量而異的比例和積分控制；將所有諧波成分相加(34)以獲得燃油數(shù)量修正值(35)；并根據(jù)該燃油數(shù)量修正值(35)，通過控制燃油噴射器(I1-I4)來修正汽缸不平衡。
文檔編號F02D41/14GK102137996SQ200980133661
公開日2011年7月27日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者喬瓦尼.羅瓦蒂, 托馬索.德法齊奧, 米歇爾.巴斯蒂亞內(nèi)利 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司