内燃发动机扫气气流的测量、建模和估算制造技术

一种控制系统和方法，利用进气歧管绝对压力(MAP)和发动机转速(RPM)传感器以及控制器，该控制器被配置为获取将RPM传感器的各种测量值和阀重叠持续时间与发动机的建模的扫气比相关的模型表面，获得将MAP传感器和RPM传感器的各种测量值与测量的发动机扫气比相关的校准的倍增表面，使用模型表面基于测量的发动机转速和已知的重叠持续时间，确定发动机的建模的扫气比，并使用校准的倍增表面基于测量的MAP和测量的发动机转速确定扫气比乘数，通过将建模的扫气比乘以扫气比乘数来确定发动机的扫气比，并基于扫气比控制发动机。

Measurement, modeling and estimation of scavenge flow in internal combustion engine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】内燃发动机扫气气流的测量、建模和估算相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月7日提交的美国申请第15/805,359号的优先权。上述申请的公开内容通过引用整体并入本文。
本申请总体上涉及涡轮增压发动机，并且更具体地，涉及用于估算内燃发动机的扫气比的技术和相关的控制技术。
技术介绍
内燃发动机通过进气系统将空气吸入气缸，并通过由节流阀调节的进气管将空气吸入进气歧管。对于涡轮增压应用，进气系统包括涡轮增压器的压缩机，该压缩机迫使空气通过进气管进入进气歧管。进气歧管中的空气通过各自的进气阀分配到多个气缸，并与燃料混合以形成空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在缸内燃烧(例如，通过来自各个火花塞的火花)，以驱动在曲轴处产生扭矩的活塞。燃烧产生的排气通过相应的排气阀从气缸排出并进入排气系统。对于涡轮增压应用，排气的动能驱动涡轮增压器的涡轮机(涡轮机又通过轴驱动压缩机)，排气在排放到大气中之前经过排气处理系统处理以减少排放物。扫气是指发动机的操作，使得进气阀和排气阀的打开重叠，并且进气和排气之间的气缸压力差迫使空气充量吹过气缸并通过排气阀排出。扫气操作能够提高发动机性能。对于涡轮增压应用，尤其是在某些操作条件下(诸如发动机转速较低，而涡轮增压器可用的排气能量较低)，情况确实如此。扫气比表示流过每个气缸的总空气充量与被捕获在每个气缸中的空气充量的比。例如，扫气比为1.10表示总空气充量的10％吹过气缸，或者没有被捕获。扫气比的倒数表示捕获效率。例如，扫气比为1.10对应于-91％的捕获效率。发动机的扫气比/捕获效率可用于各种重要的控制。利用扫气比的发动机控制的非限制性示例包括气流、加燃料、火花计时和排放控制。然而，用于估算发动机的扫气比的传统技术是不准确的，这导致不准确的控制。一种常规技术涉及将气流与发动机扭矩输出进行比较。然而，并非所有发动机的气流都转化为扭矩，例如，由于各种空气/燃料比、火花计时和其他因素造成的燃烧特性变化所致。另一种常规技术涉及测量排气中的氧气。使用氧气传感器进行扫气比测量不理想的原因是，由于传感器处存在的空气和燃料的混合物，氧气传感器的读数将被破坏。也就是说，当仅存在空气或燃料时，传感器操作良好；但是，当传感器处同时存在空气和燃料时(扫气是活动的时候是真实的)，传感器读数(空气/燃料比)不再代表真实值，因此无法信任。因此，尽管这种扫气比估算系统对于它们的预期目的很好地工作，但是仍然需要对相关技术进行改进。
技术实现思路
根据本专利技术的一个示例方面，提出了一种用于估算车辆发动机的扫气比的系统，该扫气比与发动机的气缸的进气阀和排气阀的打开的重叠有关。在一个示例性实施方式中，该系统包括：进气歧管绝对压力(MAP)传感器，其被配置为测量发动机的进气歧管中的空气压力；发动机转速(RPM)传感器，其被配置为测量发动机的转速；以及发动机的控制器，控制器被配置为：获得将RPM传感器的各种测量值和阀重叠持续时间与发动机的建模的扫气比相关的模型表面；获得将MAP传感器和RPM传感器的各种测量值与发动机的测量的扫气比相关的校准的倍增表面(multipliersurface)；使用模型表面，基于测量的发动机转速和已知的重叠持续时间，确定发动机的建模的扫气比；使用校准的倍增表面，基于测量的MAP和测量的发动机转速确定扫气比乘数；通过将建模的扫气比乘以扫气比乘数来确定发动机的扫气比；以及基于确定的扫气比控制发动机。在一些实施方式中，该系统进一步包括：空气质量流量(MAF)传感器，其被配置为测量进入发动机的气流；排放物分析仪，其被配置为测量由发动机产生的排气中的一氧化碳(CO)含量；以及校准系统，其与控制器通信并被配置为协调有限范围的CO清扫，包括：命令用于发动机的目标燃料/空气比(FA)；获得排气中测量的CO含量；当测量的CO含量超出阈值范围时，协调目标FA的降低并重新获得测量的CO含量；当测量的CO含量在阈值范围内时，通过协调目标FA的增加直到当前测量的CO含量与先前测量的CO含量之间的差的大小小于阈值来获得缸内化学计量FA；基于测量的进入发动机的气流、缸内化学计量FA和用于发动机的液体燃料的化学计量FA来确定发动机的第一估算的扫气比；以及基于第一估算的扫气比产生至少一部分校准的倍增表面。在一些实施方式中，校准系统被配置为在发动机转速和负载保持稳定的稳态条件期间协调有限范围的CO清扫。在一些实施方式中，该系统进一步包括：进气压力传感器，其被配置为测量靠近气缸的进气阀的进气压力；以及排气压力传感器，其被配置为测量靠近气缸的排气阀的排气压力，其中，校准系统还被配置为协调基于压力的估算，包括：基于测量的进气压力和排气压力以及估算的排气阀流率来估算缸内气体压力；基于估算的缸内气体压力，获得估算的进气阀流率和估算的排气阀流率；基于估算的进气阀流率估算总进气质量；基于估算的进气阀流率和估算的排气阀流率估算扫气质量；基于估算的总进气质量和估算的扫气质量，确定发动机的第二估算的扫气比；以及基于第二估算的扫气比产生至少一部分校准的倍增表面。在一些实施方式中，校准系统被配置为在发动机转速和负载中的至少一个改变大于阈值量或以大于阈值速率改变的瞬态条件期间协调基于压力的估算。在一些实施方式中，控制器还被配置为：基于发动机扭矩请求确定发动机每个气缸的目标总空气充量；基于目标总空气充量与发动机的估算的捕获效率的乘积，确定目标捕获空气充量，该估算的捕获效率为估算的扫气比的倒数；以及基于目标捕获空气充量控制发动机的火花计时。根据本专利技术的另一个示例性方面，提出了一种确定车辆的发动机的扫气比的方法，该扫气比与发动机的气缸的进气阀和排气阀的打开的重叠有关。在一个示例性实施方式中，该方法包括：通过发动机的控制器并从进气歧管绝对压力(MAP)传感器，获得发动机进气歧管中的测量的空气压力；通过控制器并从发动机转速(RPM)传感器，获得测量的发动机转速；通过控制器，获得将RPM传感器的各种测量值和阀重叠持续时间与发动机的建模的扫气比相关的模型表面；通过控制器，获得将MAP传感器和RPM传感器的各种测量值与发动机的测量的扫气比相关的校准的倍增表面；通过控制器，使用模型表面，基于测量的发动机转速和已知的重叠持续时间，确定发动机的建模的扫气比；通过控制器，使用校准的倍增表面，基于测量的MAP和测量的发动机转速，确定扫气比乘数；通过控制器，通过将建模的扫气比乘以扫气比乘数来确定发动机的扫气比；以及通过控制器，基于确定的扫气比控制发动机。在一些实施方式中，该方法进一步包括通过与控制器通信的校准系统，协调有限范围的一氧化碳(CO)清扫，其包括：通过校准系统，协调用于发动机的目标燃料/空气比(FA)；通过校准系统并从空气质量流量(MAF)传感器，获得测量的进入发动机的气流；通过校准系统并从排放物分析仪，获得由发动机产生的排气中的测量的CO含量；通过校准系统并从排放物分析仪，获得发动机产生的排气中的测量的一氧化碳(CO)含量；当测量的CO含量超出阈值范围时，通过校准系统协调目标FA的降低并重新获得测量的CO含量；当测量的CO含量在阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于估算车辆的发动机的扫气比的系统，所述扫气比与所述发动机的气缸的进气阀和排气阀的打开的重叠有关，所述系统包括：/n进气歧管绝对压力(MAP)传感器，其被配置为测量所述发动机的进气歧管中的空气压力；/n发动机转速(RPM)传感器，其被配置为测量所述发动机的转速；以及/n所述发动机的控制器，所述控制器被配置为：/n获得将所述RPM传感器的各种测量值和阀重叠持续时间与所述发动机的建模的扫气比相关的模型表面；/n获得将所述MAP传感器和所述RPM传感器的各种测量值与所述发动机的测量的扫气比相关的校准的倍增表面；/n使用所述模型表面，基于测量的发动机转速和已知的重叠持续时间，确定所述发动机的建模的扫气比；/n使用所述校准的倍增表面，基于测量的MAP和测量的发动机转速确定扫气比乘数；/n通过将所述建模的扫气比乘以所述扫气比乘数确定所述发动机的所述扫气比；以及/n基于确定的扫气比控制所述发动机。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171107 US 15/805,3591.一种用于估算车辆的发动机的扫气比的系统，所述扫气比与所述发动机的气缸的进气阀和排气阀的打开的重叠有关，所述系统包括：
进气歧管绝对压力(MAP)传感器，其被配置为测量所述发动机的进气歧管中的空气压力；
发动机转速(RPM)传感器，其被配置为测量所述发动机的转速；以及
所述发动机的控制器，所述控制器被配置为：
获得将所述RPM传感器的各种测量值和阀重叠持续时间与所述发动机的建模的扫气比相关的模型表面；
获得将所述MAP传感器和所述RPM传感器的各种测量值与所述发动机的测量的扫气比相关的校准的倍增表面；
使用所述模型表面，基于测量的发动机转速和已知的重叠持续时间，确定所述发动机的建模的扫气比；
使用所述校准的倍增表面，基于测量的MAP和测量的发动机转速确定扫气比乘数；
通过将所述建模的扫气比乘以所述扫气比乘数确定所述发动机的所述扫气比；以及
基于确定的扫气比控制所述发动机。


2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
空气质量流量(MAF)传感器，其被配置为测量进入所述发动机的气流；
排放物分析仪，其被配置为测量由所述发动机产生的排气中的一氧化碳(CO)含量；以及
校准系统，其与所述控制器通信并被配置为协调有限范围的CO清扫，包括：
命令用于所述发动机的目标燃料/空气比(FA)；
获得所述排气中测量的CO含量；
当所述测量的CO含量超出阈值范围时，协调所述目标FA的降低并重新获得所述测量的CO含量；
当所述测量的CO含量在所述阈值范围内时，通过协调所述目标FA的增加直到当前测量的CO含量与先前测量的CO含量之间的差的大小小于阈值，获得缸内化学计量FA；
基于测量的进入所述发动机的气流、所述缸内化学计量FA和用于所述发动机的液体燃料的化学计量FA，确定所述发动机的第一估算的扫气比；以及
基于所述第一估算的扫气比产生至少一部分所述校准的倍增表面。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述校准系统被配置为在发动机转速和负载保持稳定的稳态条件期间协调所述有限范围的CO清扫。


4.根据权利要求3所述的系统，还包括：
进气压力传感器，其被配置为测量靠近所述气缸的进气阀的进气压力；以及
排气压力传感器，其被配置为测量靠近所述气缸的排气阀的排气压力，
其中，所述校准系统还被配置为协调基于压力的估算，包括：
基于测量的进气压力和测量的排气压力以及估算的排气阀流率估算缸内气体压力；
基于估算的缸内气体压力，获得估算的进气阀流率和所述估算的排气阀流率；
基于所述估算的进气阀流率估算总进气质量；
基于所述估算的进气阀流率和所述估算的排气阀流率估算扫气质量；
基于估算的总进气质量和估算的扫气质量，确定所述发动机的第二估算的扫气比；以及
基于所述第二估算的扫气比产生至少一部分所述校准的倍增表面。


5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述校准系统被配置为在所述发动机转速和负载中的至少一个改变大于阈值量或以大于阈值速率改变的瞬态条件期间协调基于压力的估算。


6.根据权利要求1所述的系统，还包括：
进气压力传感器，其被配置为测量靠近所述气缸的进气阀的进气压力；
排气压力传感器，其被配置为测量靠近所述气缸的排气阀的排气压力；以及
校准系统，其与所述控制器通信并被配置为协调基于压力的估算，包括：
基于测量的进气压力和排气压力以及估算的排气阀流率估算缸内气体压力；
基于估算的缸内气体压力，获得估算的进气阀流率和所述估算的排气阀流率；
基于所述估算的进气阀流率估算总进气质量；
根据所述估算的进气阀流率和所述估算的排气阀流率估算扫气质量；
基于估算的总进气质量和估算的扫气质量，确定所述发动机的第一估算的扫气比，以及
基于所述第一估算的扫气比产生至少一部分所述校准的倍增表面。


7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述校准系统被配置为在发动机转速和发动机负载中的至少一个改变大于阈值量或以大于阈值速率改变的瞬态条件期间协调基于压力的估算。


8.根据权利要求7所述的系统，还包括：
空气质量流量(MAF)传感器，其被配置为测量进入所述发动机的气流；以及
排放物分析仪，其被配置为测量所述发动机产生的排气中的一氧化碳(CO)含量，
其中，所述校准系统还被配置为协调有限范围的CO清扫，包括：
命令用于所述发动机的目标燃料/空气比(FA)；
获得所述排气中测量的CO含量；
当所述测量的CO含量超出阈值范围时，协调所述目标FA的降低并重新获得所述测量的CO含量；
当所述测量的CO含量在阈值范围内时，通过协调所述目标FA的增加直到当前测量的CO含量与先前测量的CO含量之间的差的大小小于阈值获得缸内化学计量FA；
基于测量的进入所述发动机的气流、所述缸内化学计量FA和用于所述发动机的液体燃料的化学计量FA确定所述发动机的第二估算的扫气比；以及
基于第一估算的扫气比产生至少一部分校准的倍增表面。


9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述校准系统被配置为在发动机转速和负载保持稳定的稳态条件期间协调所述有限范围的CO清扫。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：
基于发动机扭矩请求确定所述发动机每个气缸的目标总空气充量；
基于所述目标总空气充量与所述发动机的估算的捕获效率的乘积，确定目标捕获空气充量，所述估算的捕获效率为估算的扫气比的倒数；以及
基于所述目标捕获空气充量控制所述发动机的火花计时。


11.一种确定车辆的发动机的扫气比的方法，所述扫气比与所述发动机的气缸的进气阀和排气阀的打开的重叠有关，所述方法包括：
通过所述发动机的控制器并从进气歧管绝对压力(MAP)传感器获得所述发动机的进气歧管中的测量的空气压力；
通过所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·阿塔尔，徐硕楠，T·图托恩，E·多彻蒂，
申请(专利权)人：FCA美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US