用于控制具有可變壓縮比的內(nèi)燃機(jī)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法，其中借助于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將壓縮比調(diào)節(jié)至額定壓縮比，其中，在內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行方式下根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參量確定所述額定壓縮比。本發(fā)明此外還涉及一種內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)例如用于驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車。內(nèi)燃機(jī)具有可變的壓縮比，其中，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于在內(nèi)燃機(jī)上調(diào)到規(guī)定的額定壓縮比。也就是說(shuō)，如果額定壓縮比變化，那么借助于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使得內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前的實(shí)際壓縮比矯正為額定壓縮比。然而，在此調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)僅僅實(shí)現(xiàn)受限的調(diào)節(jié)速度。內(nèi)燃機(jī)的額定壓縮比如此確定，即實(shí)現(xiàn)盡可能少的燃料消耗。然而在此必須考慮燃料的爆震極限。因此在內(nèi)燃機(jī)上存在小負(fù)荷力矩的情況下選擇相比于在高負(fù)荷力矩情況下更大的額定壓縮比。特別是在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行一一其中內(nèi)燃機(jī)由外扭矩帶動(dòng)一一下、空轉(zhuǎn)下以及在部分負(fù)荷直至確定的負(fù)荷力矩時(shí)，額定壓縮比調(diào)節(jié)到內(nèi)燃機(jī)的最大壓縮比。
[0003]如果例如由于機(jī)動(dòng)車駕駛員的給定，內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷力矩增大，那么必須盡可能快速地減小實(shí)際存在的壓縮比，以便可以提供該負(fù)荷力矩，而不會(huì)超過(guò)燃料的爆震極限。例如從實(shí)際壓縮比直至達(dá)到從現(xiàn)在起減小的額定壓縮比，由于受限的調(diào)節(jié)速度可以如此調(diào)節(jié)點(diǎn)火角，從而遵循爆震極限，因此避免內(nèi)燃機(jī)的爆震運(yùn)行。為此例如滯后調(diào)節(jié)點(diǎn)火角。如果相比之下減小負(fù)荷力矩，那么壓縮比應(yīng)盡可能快速地增大，以便降低燃料消耗。然而由于受限的調(diào)節(jié)速度，調(diào)節(jié)本身只可能以較高的燃料消耗實(shí)現(xiàn)。
[0004]在以較小的速度變換運(yùn)行點(diǎn)時(shí)或者改變負(fù)荷力矩時(shí)這是沒(méi)有問(wèn)題的，因?yàn)檎{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)速度足夠。在動(dòng)態(tài)負(fù)荷變換、也就是運(yùn)行點(diǎn)或負(fù)荷力矩快速變化時(shí)，相比之下實(shí)際壓縮比遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于額定壓縮比。特別是只有在達(dá)到新的運(yùn)行點(diǎn)之后由內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參量確定額定壓縮比，并且隨后借助于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，因此在實(shí)際壓縮比與原本最優(yōu)的壓縮比之間的時(shí)間偏差非常大。
[0005]由現(xiàn)有技術(shù)已知文獻(xiàn)EP I 293 659 BI。該文獻(xiàn)描述一種用于內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，該內(nèi)燃機(jī)具有壓縮比控制裝置、加速度參數(shù)獲取機(jī)構(gòu)、加速度確定機(jī)構(gòu)以及控制機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在提出:相比發(fā)動(dòng)機(jī)在快速加速狀態(tài)下壓縮比在發(fā)動(dòng)機(jī)加速期間降低的壓縮比降低速度，在發(fā)動(dòng)機(jī)緩慢的加速狀態(tài)下，控制裝置減小發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比在發(fā)動(dòng)機(jī)加速期間降低的壓縮比降低速度。此外，相比于如下壓縮比降低開(kāi)始時(shí)間，如果發(fā)動(dòng)機(jī)在快速加速狀態(tài)下，那么在該壓縮比降低開(kāi)始時(shí)間中在加速期間開(kāi)始發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的降低，控制機(jī)構(gòu)應(yīng)延遲壓縮比降低開(kāi)始時(shí)間，在該壓縮比降低開(kāi)始時(shí)間中如果發(fā)動(dòng)機(jī)在緩慢的加速度狀態(tài)下，在發(fā)動(dòng)機(jī)加速期間開(kāi)始發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的降低。
[0006]此外文獻(xiàn)DE 102 20 598 B3描述了一種用于匹配點(diǎn)火角與內(nèi)燃機(jī)的壓縮比的方法，文獻(xiàn)DE 10 2004 031 288 Al描述了一種具有可變的壓縮比的內(nèi)燃機(jī)及其運(yùn)行的方法，而文獻(xiàn)DE 10 2011 017 181 Al描述了一種用于運(yùn)行可變調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)壓縮比的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法，該方法不具有開(kāi)始所述的缺點(diǎn)，而特別是即便在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)或負(fù)荷力矩快速變化時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)通過(guò)快速調(diào)節(jié)壓縮比到最佳值而實(shí)現(xiàn)燃料消耗的降低。
[0008]按照本發(fā)明所述任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的方法實(shí)現(xiàn)。在此規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)至少暫時(shí)地以預(yù)測(cè)運(yùn)行方式運(yùn)行，在該預(yù)測(cè)運(yùn)行方式下根據(jù)預(yù)計(jì)的估計(jì)運(yùn)行參量/預(yù)期運(yùn)行參量確定額定壓縮比，基于所述運(yùn)行參量關(guān)于時(shí)間的當(dāng)前梯度估算該估計(jì)運(yùn)行參量。與在正常運(yùn)行方式下的步驟不同，例如在運(yùn)行參量恒定或運(yùn)行參量只是緩慢變化的情況下考慮該正常運(yùn)行方式，現(xiàn)在額定壓縮比不由當(dāng)前運(yùn)行參量確定，而是由運(yùn)行參量的預(yù)期值，亦即估計(jì)運(yùn)行參量確定。
[0009]該估計(jì)運(yùn)行參量例如根據(jù)運(yùn)行參量的當(dāng)前梯度估計(jì)。也就是考慮運(yùn)行參量關(guān)于時(shí)間的時(shí)間曲線并且由該曲線在當(dāng)前時(shí)刻的斜率計(jì)算運(yùn)行參量的預(yù)估值。例如借助于以下數(shù)學(xué)關(guān)系式實(shí)現(xiàn):
[0010]Mt+At= Mt+dMt/dt.Δ t
[0011]其中，Mt是當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)行參量，dMt/dt是運(yùn)行參量關(guān)于時(shí)間的梯度，而At是由當(dāng)前時(shí)刻至一個(gè)將來(lái)時(shí)刻的時(shí)間段。由這些參量產(chǎn)生估計(jì)運(yùn)行參量Mt+At，該估計(jì)運(yùn)行參量是預(yù)計(jì)在將來(lái)時(shí)刻的。該估計(jì)運(yùn)行參量是對(duì)于一個(gè)時(shí)刻所估計(jì)的，該時(shí)刻是確定的時(shí)間段At過(guò)后的將來(lái)。
[0012]現(xiàn)在根據(jù)該估計(jì)運(yùn)行參量類似于在正常運(yùn)行方式下對(duì)于運(yùn)行參量的做法確定額定壓縮比。例如出于該目的采用數(shù)學(xué)關(guān)系、表格或綜合特性曲線，其中，在正常運(yùn)行方式下運(yùn)行參量用作輸入?yún)⒘?，而在預(yù)測(cè)運(yùn)行方式下估計(jì)運(yùn)行參量用作輸入?yún)⒘?，而額定壓縮比是輸出參量。運(yùn)行參量例如是在內(nèi)燃機(jī)上設(shè)定的當(dāng)前額定運(yùn)行參量；或者是內(nèi)燃機(jī)當(dāng)前實(shí)際上具有的實(shí)際運(yùn)行參量。額定運(yùn)行參量例如由預(yù)定運(yùn)行參量確定，該預(yù)定運(yùn)行參量又是由駕駛員設(shè)定和/或機(jī)動(dòng)車的駕駛員輔助機(jī)構(gòu)的設(shè)定而產(chǎn)生。隨后在內(nèi)燃機(jī)上被調(diào)節(jié)到額定運(yùn)行參量，從而實(shí)際存在的運(yùn)行參量、亦即實(shí)際運(yùn)行參量朝額定運(yùn)行參量的方向變化。而額定運(yùn)行參量例如直接由預(yù)定運(yùn)行參量確定，而實(shí)際運(yùn)行參量跟隨額定運(yùn)行參量變化。
[0013]通過(guò)所述方法在動(dòng)態(tài)過(guò)程中、亦即在快速負(fù)荷變換中——該負(fù)荷變換例如導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)當(dāng)前負(fù)荷力矩的快速變化一一預(yù)測(cè)地確定額定壓縮比，從而即使內(nèi)燃機(jī)還沒(méi)有處在新的運(yùn)行點(diǎn)中，已經(jīng)可以驅(qū)控調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。反之，在正常運(yùn)行方式下通常只有在內(nèi)燃機(jī)處在新的運(yùn)行點(diǎn)時(shí)，才由運(yùn)行參量確定額定壓縮比。因此，額定壓縮比并且相應(yīng)地還有實(shí)際存在的實(shí)際壓縮比總是滯后于內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參量。通過(guò)內(nèi)燃機(jī)在預(yù)測(cè)運(yùn)行方式下的運(yùn)行至少部分防止了這種情況。
[0014]在本發(fā)明的另一執(zhí)行方案中規(guī)定，在操作元件參量關(guān)于時(shí)間的梯度和/或所述運(yùn)行參量關(guān)于時(shí)間的梯度超過(guò)閾值的時(shí)開(kāi)始/啟動(dòng)預(yù)測(cè)運(yùn)行方式。通常在正常運(yùn)行方式下運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)。然而，如果滿足所述條件中的至少一個(gè)，那么就切換到預(yù)測(cè)運(yùn)行方式。操作元件參量在此是由操作元件反饋的值，其中，操作元件例如是機(jī)動(dòng)車的加速踏板。直接易于理解的是，通過(guò)駕駛員快速操縱操作元件導(dǎo)致操作元件參量的高梯度。相應(yīng)地可以從操作元件參量的梯度超過(guò)閾值推斷出:運(yùn)行參量快速變化。相應(yīng)地適用于運(yùn)行參量的梯度，其中，運(yùn)行參量例如作為額定運(yùn)行參量存在，該額定運(yùn)行參量特別是通過(guò)駕駛員輔助機(jī)構(gòu)預(yù)先給出。預(yù)測(cè)運(yùn)行方式優(yōu)選不僅是按照駕駛員期望啟動(dòng)，而且也在駕駛員輔助機(jī)構(gòu)引起快速負(fù)荷轉(zhuǎn)變的情況下啟動(dòng)或開(kāi)始。
[0015]本發(fā)明的一種改進(jìn)方案規(guī)定，將內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷力矩用作運(yùn)行參量。相應(yīng)地，運(yùn)行參量是內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參量。通過(guò)采用當(dāng)前負(fù)荷力矩或其梯度可以特別準(zhǔn)確地確定未來(lái)需要的額定壓縮比。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案中規(guī)定，在執(zhí)行預(yù)測(cè)運(yùn)行方式期間定期估算估計(jì)運(yùn)行參量。在開(kāi)始預(yù)測(cè)運(yùn)行方式之后，不止一次地確定估計(jì)運(yùn)行參量并且由該估計(jì)運(yùn)行參量確定額定壓縮比。而是規(guī)定，在執(zhí)行預(yù)測(cè)運(yùn)行方式期間，以確定的時(shí)間間隔更新估計(jì)運(yùn)行參量以及額定壓縮比。通過(guò)這種方式和方法實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)計(jì)的估計(jì)運(yùn)行參量的估算的最高可能的精度。這導(dǎo)致將壓縮比快速調(diào)節(jié)到未來(lái)需要的壓縮比，以該壓縮比可以執(zhí)行內(nèi)燃機(jī)節(jié)省燃料的運(yùn)行。
[0017]在估計(jì)運(yùn)行參量的定期估計(jì)和相應(yīng)確定額定壓縮比時(shí)可以規(guī)定，不僅僅考慮運(yùn)行參量的當(dāng)前梯度，而是更要考慮其曲線?；谠撉€可以緊接著進(jìn)行運(yùn)行參量的推算/外插/外推，用于獲得預(yù)期的估計(jì)運(yùn)行變量。
[0018]本發(fā)明的一種改進(jìn)方案規(guī)定，確定所述運(yùn)行參量的梯度的導(dǎo)數(shù)并且在導(dǎo)數(shù)低于或超過(guò)極限值的情況下結(jié)束預(yù)測(cè)運(yùn)行方式。那么不僅要確定運(yùn)行參量梯度本身，而且附加地要確定其導(dǎo)數(shù)。在梯度的變化太強(qiáng)時(shí)，該變化通過(guò)導(dǎo)數(shù)超過(guò)極限值顯示，基于運(yùn)行參量的梯度不能可靠地確定估計(jì)運(yùn)行參量。出于該原因，結(jié)束預(yù)測(cè)運(yùn)行方式并且重新執(zhí)行正常運(yùn)行方式。如此可以避免估計(jì)運(yùn)行參量的錯(cuò)誤預(yù)測(cè)以及基于此的不正確的額定壓縮比，否則該不正確的額定壓縮比可能導(dǎo)致對(duì)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行性能的不利影響。另一方面，在梯度變化太弱的情況下，估算是不必要的，而是在正常運(yùn)行方式下確定額定壓縮比就足夠了。對(duì)于該情況由此考慮如下，即，在低于極限值時(shí)結(jié)束預(yù)測(cè)運(yùn)行方式。
[0019]有利地還可以規(guī)定，當(dāng)所述操作元件參量的梯度和/或所述運(yùn)行參量的梯度低于所述閾值時(shí)，結(jié)束所述預(yù)測(cè)運(yùn)行方式。該條件可以附加或備選用于上述條件應(yīng)用。而且在此在滿足該條件時(shí)規(guī)定，結(jié)束預(yù)測(cè)運(yùn)行方式并且重新執(zhí)行正常運(yùn)行方式。如果低于該閾值，那么這表示:現(xiàn)在運(yùn)行參量?jī)H僅緩慢地變化并因此產(chǎn)生額定壓縮比。在該情況下，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)速度足以使得壓縮比在正常運(yùn)行方式下也足夠快速地調(diào)節(jié)到額定壓縮比。因此估計(jì)運(yùn)行參量的預(yù)測(cè)不再必要。
[0020]特別有利的是，在所述變量中之一超過(guò)第一閾值時(shí)開(kāi)始預(yù)測(cè)運(yùn)行方式并且在低于第二閾值時(shí)結(jié)束預(yù)測(cè)運(yùn)行方式。第一閾值和第二閾值在此特別優(yōu)選不同地選擇。特別是第一閾值大于第二閾值，從而就此而言實(shí)現(xiàn)了遲滯式的性能。通過(guò)這種方式和方法，在與閾值比較的參量繞該閾值波動(dòng)時(shí)不會(huì)引起在正常運(yùn)行方式與預(yù)測(cè)運(yùn)行方式之間不斷的切換。
[0021]特別優(yōu)選地規(guī)定，在預(yù)測(cè)運(yùn)行方式期間最佳地選擇點(diǎn)火角。在開(kāi)頭時(shí)闡明:在負(fù)荷快速變換時(shí)由于實(shí)際壓縮比滯后于額定壓縮比可能需要改變點(diǎn)火角，以便遵循爆震極限。因?yàn)橥ㄟ^(guò)預(yù)測(cè)地確定估計(jì)運(yùn)行參量和由