估计和控制内燃机的进气效率的方法技术

描述了一种用于确定在包括给定数量的汽缸2的内燃机1的每个汽缸2中捕获的空气质量m的方法，每个汽缸都连接到进气歧管4，汽缸通过进气阀5从进气歧管4接收新鲜空气，并且汽缸2连接到排气歧管6，汽缸2通过排气阀7将由燃烧产生的废气引入到排气歧管6中。驱动至少一个进气阀5以受控方式改变进气阀5的升程H。该方法提供：基于使用测量的和/或估计的物理量的填充模型来确定第一组参考量的每个量的值，该第一组参考量至少包括在进气歧管4内部测得的进气压力P、发动机转速n、在先前的运行周期中由燃烧产生的并存在于汽缸2中的气体质量(OFF)(其根据升程H和取决于升程H的进气阀的关闭延迟角IVC而估计)。该方法然后提供：基于前述的填充模型，根据所述发动机转速n、进气阀的升程H和进气阀的关闭延迟角IVC来确定每个汽缸2的有效内部体积V；该方法最后提供：基于前述的参考量P，V，OFF，根据第一组参考量和每个汽缸2内的实际体积V，确定每个汽缸2中捕获的空气质量m。

【技术实现步骤摘要】
估计和控制内燃机的进气效率的方法专利技术技术背景应用领域本专利技术涉及一种通过电子处理实现的用于估计和控制内燃机的进气效率的方法。特别地，本专利技术涉及一种用于确定在内燃机的每个汽缸中捕获的空气质量的方法，并且涉及一种用于控制和实现内燃机的至少一个汽缸的运行的方法。现有技术的描述众所周知，通过涡轮增压器增压系统增压的内燃机包括多个喷射器，其将燃料喷射到相应的汽缸中，每个汽缸通过至少一个相应的进气阀连接到进气歧管，并通过至少一个相应的排气阀连接到排气歧管。进气歧管接收气体混合物，该气体混合物既包含废气又包含新鲜空气(即通过进气管道的来自外部环境的空气)，该进气管道配有用于新鲜空气流的空气滤清器，并由节流阀调节。空气流量计也沿进气管道布置，优选地布置在空气滤清器的下游。空气流量计是连接到电子控制单元的传感器，并且设计成检测通过内燃机吸入的新鲜空气的流量。通过内燃机吸入的新鲜空气流量对于发动机控制来说是非常重要的参数，尤其是确定要喷射到汽缸中的燃油量，以便在排气歧管的下游的排气管道中获得给定的空燃比。然而，通常地，空气流量计是非常昂贵并且也是相当精密的部件，因为油蒸气和灰尘会污染空气流量计，从而改变了由内燃机吸入的新鲜空气流量值的读数。因此，出现了这样的需求：确定由内燃机吸入的新鲜空气流量(即，在每个汽缸中捕获的质量)，从而可能会避免使用空气流量计，但要保持高精度，以符合该
的性能要求。在这方面，已知的解决方案不满足上述要求，特别是在应用VVH(VariableValveHeight)(可变阀高度)控制技术或应用VVH和VVT(VariableValveTiming)(可变阀正时)技术的内燃机领域中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于确定在内燃机的每个汽缸中捕获的空气质量的方法，该方法允许至少部分地解决以上参照现有技术描述的缺点并响应在考虑的
中特别感受到的上述需求。该目的通过根据权利要求1的方法解决。这种方法的其他实施例在权利要求2-35中定义。本专利技术的另一个目的是一种根据权利要求36或权利要求37所述的用于控制和实现内燃机的至少一个汽缸的运行的方法。附图说明在下面的描述中，根据本专利技术的方法的其他特征和优点将变得显而易见，下面的描述通过参考附图的说明性的非限制性示例的方式说明了优选实施例，其中：-图1示意性地示出了配备有实现根据本专利技术的方法的电子控制单元的内燃机的优选实施例；-图2更详细地示出了图1中的发动机的汽缸；-图3-5是分别在仅VVH升程控制、仅VVT正时控制以及同时VVH升程控制和VVT正时控制的应用条件下排气阀(左侧曲线)和进气阀(右侧曲线)的打开和关闭规律的示意图。-图6示意性地示出了图1中发动机的进气阀和排气阀的相交步骤；-图7示出了根据在孔口之后和之前的压力之间的关系，通过半径r的孔口的等熵流的压缩因子的趋势的已知规律。具体实施方式在描述方法之前，为了清楚说明起见，下面参照图1和图2以图解和简化的方式描述其中可以应用根据本专利技术的方法的发动机1的示例。发动机1是内燃机。优选地，这种发动机1是借助于涡轮增压器增压系统增压的内燃机。发动机1包括给定数量的喷射器，其将燃料喷射到它们各自的汽缸2中(例如，四个汽缸，优选地成直线布置)；通常，为每个汽缸2提供相应的喷射器。每个汽缸2通过至少一个相应的进气阀5连接到进气歧管4，并且通过至少一个相应的排气阀7连接到排气歧管6。根据几种可能的实施方案，喷射可以是间接类型的(其中每个喷射器放置在将进气歧管连接到汽缸的进气管中在相应汽缸的上游)，或可以是直接类型的(其中每个喷射器部分放置在汽缸内)。每个汽缸2包括各自的活塞3，活塞3通过连杆机械地连接至驱动轴11，用于将在汽缸3中的燃烧产生的力传递至驱动轴11(以本身已知的方式)。进气歧管4接收包括废气和通过进气管道8来自外部环境的新鲜空气的气体混合物，该进气管道优选地设有用于新鲜空气流的空气滤清器并且由节流阀12调节，优选节流阀在关闭位置和最大打开位置之间是移动的。在此处示出的解决方案中，沿进气管线8未设置空气流量计。每个排气阀7的位置和每个进气阀5的位置例如由接收驱动轴11的运动的各个凸轮轴控制。优选地，沿着进气管道8放置中间冷却器，该中间冷却器可以集成到进气歧管4中并且执行冷却进气的功能。排气管9连接到排气歧管6，其中排气管9将由燃烧产生的废气供给至排气系统，该排气系统将由燃烧产生的气体排放到大气中。排气系统通常包括催化转化器以及在其下游的消声器。内燃机1的增压系统包括设有涡轮的涡轮增压器和压缩机，该涡轮增压器沿着排气管9布置成在从汽缸3排出的废气的偏压下高速旋转，该压缩机沿着进气管道8布置并且机械地连接至涡轮以由涡轮自身旋转地供给，从而增加进气管道8中的气压。在上面的描述中，已经提到了通过涡轮增压器增压的内燃机1。可替代地，本专利技术的方法可以有利地应用于任何内燃机。根据另一个示例，该方法可以应用于通过动态或容积式压缩机增压的内燃机。在这里考虑的内燃机1中执行可变阀高度(VVH)控制。通过本身已知的(例如，META或VALVTRONIC类型的，以提及本领域技术人员众所周知的解决方案)VVH设备或VVH致动器来执行这种VVH控制。VVH致动器在图2中以附图标记50象征性地表示为方框。VVH致动器允许连续改变进气阀的升程规律。通常，每个可能的升程值H(可由VVH致动器设置)也意味着进气阀打开提前的相应值和进气阀关闭延迟的相应值。如下面将更详细地说明的，VVH致动器包括例如进气阀升程移位器，该进气阀升程移位器可以从最大升程曲线开始并确定不同的曲线，以减小的升程H和宽度来修改升程定律，即延迟进气阀的打开并预期其关闭。通常，阀升程的变速驱动器通过特定的机械/几何特性起作用，并且具有与变速驱动器/致动器的位置对应的自由度γ，其与升程H(γ)一一对应。内燃机1由电子控制单元10控制，该电子控制单元控制内燃机1的所有部件的操作。特别地，电子控制单元10连接到多个传感器，例如：沿着压缩机上游的进气管道8测量温度和压力的传感器，沿着节流阀12上游的进气管8测量温度和压力的传感器，测量进气歧管4中存在的混合气体的温度T和压力P的传感器。此外，电子控制单元10可以连接至传感器，该传感器测量驱动轴11的角位置，从而测量发动机的转速n(例如，发动机的每分钟转数，rpm)。此外，电子控制单元10可以连接至测量催化转化器上游的废气的空燃比的传感器(例如，UHEGO或UEGO型的线性氧探头，其本身是已知的，而不用在这里详细描述)和测量进气阀相位和/或排气阀相位的传感器。在图2中，上述传感器中的一些以图解方式显示为黑圈，每个都命名为它可以检测的变量。在电子控制单元10中存储前述“填充模型”或计算模型，通过该模型，尤其，确定(对于每个周期)在每个汽缸2中捕获的空气质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定在包括多个汽缸(2)的内燃机(1)的每个汽缸(2)中捕获的空气质量(m)的方法，其中每个汽缸(2)连接到进气歧管(4)，汽缸(2)通过至少一个相应的进气阀(5)从进气歧管(4)中接收新鲜空气；且每个汽缸(2)连接排气歧管(6)，汽缸(2)通过至少一个相应的排气阀(6)将由燃烧产生的废气引入到排气歧管(6)，/n其中驱动至少一个进气阀(5)，以便以受控方式改变进气阀(5)的升程(H)，/n所述方法包括以下步骤：/n-基于使用测量的和/或估计的物理量的填充模型，确定第一组参考量的每个量的值，所述第一组参考量包括在进气歧管(4)内测量的进气压力(P)、发动机转速(n)、根据所述升程(H)和根据取决于所述升程(H)的进气阀的关闭延迟角(IVC)估算的在先前的运行周期中由燃烧产生的并存在于汽缸(3)内部的气体质量(OFF)；/n-基于所述填充模型，根据所述发动机转速(n)，进气阀的所述升程(H)和进气阀的所述关闭延迟角(IVC)来确定每个汽缸(2)的有效内部体积(V)；/n-通过以下关系根据第一组参考量和每个汽缸(2)内的实际体积(V)，确定每个汽缸(2)中捕获的空气质量(m)：/nm＝(P*V)–OFF。/n...

【技术特征摘要】
20190515 IT 1020190000068621.一种用于确定在包括多个汽缸(2)的内燃机(1)的每个汽缸(2)中捕获的空气质量(m)的方法，其中每个汽缸(2)连接到进气歧管(4)，汽缸(2)通过至少一个相应的进气阀(5)从进气歧管(4)中接收新鲜空气；且每个汽缸(2)连接排气歧管(6)，汽缸(2)通过至少一个相应的排气阀(6)将由燃烧产生的废气引入到排气歧管(6)，
其中驱动至少一个进气阀(5)，以便以受控方式改变进气阀(5)的升程(H)，
所述方法包括以下步骤：
-基于使用测量的和/或估计的物理量的填充模型，确定第一组参考量的每个量的值，所述第一组参考量包括在进气歧管(4)内测量的进气压力(P)、发动机转速(n)、根据所述升程(H)和根据取决于所述升程(H)的进气阀的关闭延迟角(IVC)估算的在先前的运行周期中由燃烧产生的并存在于汽缸(3)内部的气体质量(OFF)；
-基于所述填充模型，根据所述发动机转速(n)，进气阀的所述升程(H)和进气阀的所述关闭延迟角(IVC)来确定每个汽缸(2)的有效内部体积(V)；
-通过以下关系根据第一组参考量和每个汽缸(2)内的实际体积(V)，确定每个汽缸(2)中捕获的空气质量(m)：
m＝(P*V)–OFF。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还驱动至少一个进气阀(5)，以便以受控方式改变进气阀的角位移(VVTi)，和/或驱动至少一个排气阀(7)以便以受控方式改变排气阀角位移(VVTe)；
其中，确定第一组参考量的值的所述步骤包括基于进气阀的升程(H)和进气阀角位移(VVTi)两者来确定进气阀的所述关闭延迟角(IVC)。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定每个汽缸的实际内部体积(V)的所述步骤包括：
-通过第一映射(fv(IVC,n))、第二映射(fh(H,n))、第三映射(fp(P,n))计算每个汽缸(2)的实际内部体积(V)，
其中第一映射(fv(IVC,n))是所述进气阀关闭延迟角(IVC)和发动机转速(n)的函数，第二映射(fh(H,n))是所述进气阀升程(H)和内燃机转速(n)的函数，和第三映射(fp(P,n))是所述进气压力(P)和发动机转速(n)的函数。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每个汽缸(2)的实际内部体积(V)通过以下关系计算：
V＝fv(IVC,n)*fh(H,n)*fp(P,n)。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一组参考量还包括在进气歧管(4)内部检测到的温度(T)和发动机冷却液的温度(TH2O)，
并且确定每个汽缸(2)中捕获的空气质量(m)的步骤包括通过以下关系根据第一组参考量和在每个汽缸(2)内部的实际体积(V)来计算每个汽缸(2)中捕获的空气质量(m)：
m＝[(P*V)–OFF]*f1(T,P)*f2(TH2O,P)
其中f1(T,P)和f2(TH2O,P)是属于所述填充模型的已知函数。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
-借助进气阀升程转换器(50)通过以受控方式改变进气阀的升程规律来驱动进气阀(5)，从而限定升程(H)以及根据单一自由度(γ)的进气阀打开提前角(IVO)和进气阀关闭延迟角(IVC)。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，驱动步骤包括：
-通过下述关系确定进气阀打开提前角(IVO)
IVO(H)＝IVOhmax-Δivo(H),
其中IVOhmax是与最大升程相对应的进气阀打开提前角，Δivo(H)是取决于受控升程(H)的进气阀打开提前角变化；
-通过下述关系确定进气阀关闭延迟角(IVC)
IVC(H)＝IVChmax-Δivc(H),
其中IVChmax是与最大升程相对应的进气阀关闭延迟角，Δivc(H)是取决于受控升程(H)的进气阀关闭延迟角的变化。


8.根据权利要求2和6所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
-借助于进气阀移相器(51)通过以受控方式改变进气阀角位移(VVTi)进一步驱动进气阀(5)，使得进气阀打开提前角(IVO)和进气阀关闭延迟角(IVC)不仅取决于升程(H)，而且取决于进气阀的角位移(VVTi)；
-借助于排气阀移相器(52)通过以受控方式改变排气阀角位移(VVTe)来驱动排气阀(7)，从而排气阀打开提前角(EVO)和排气阀关闭延迟角(EVC)都取决于排气阀角位移(VVTe)。


9.根据权利要求7和8所述的方法，其特征在于，所述驱动步骤包括：
-通过下述关系确定进气阀打开提前角(IVO)
IVO(H)＝IVOref-Δivo(H)–VVTi
其中IVOref是在没有相移的情况下进气阀的打开提前角的参考值，VVTi是进气阀移相器51相对于对应于所述参考值IVOref的相应参考位置的位移角；
-通过下述关系确定进气阀关闭延迟角(IVC)
IVC(H)＝IVCref-Δivc(H)+VVTi,
其中IVCref是在没有相移的情况下进气阀关闭延迟角的参考值；
-通过下述关系确定排气阀打开提前角(EVO)
EVO＝EVOref-VVTe,
其中EVOref是在没有相移的情况下排气阀打开提前角的参考值，以及VVTe是排气阀移相器(52)相对于由所述参考值EVOref表示的相应参考位置的位移角；
-通过下述关系确定排气阀关闭延迟角(EVC)
EVC＝EVCref+VVTe,
其中EVCref是在没有相移的情况下排气阀关闭延迟角的参考值。


10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特征在于，包括：如果所述发动机(1)在废气内部再循环(EGRi)的条件下运行，则进一步的步骤是：
-基于第四映射fe(TVC,n)、第五映射ge(OVL,n)和第六映射he(H,n)计算汽缸(2)的燃烧室体积(Vcc)，第四映射fe(TVC,n)是第一参数(TVC)和发动机转速(n)的函数，第五映射ge(OVL,n)是第二个参数(OVL)和发动机转速(n)的函数，和第六映射he(H,n)是升程(H)和发动机转速(n)的函数，
其中所述第一参数(TVC)替代地等于排气阀(7)的关闭延迟角(EVC)或者等于在零与在排气阀7的关闭延迟角EVC和进气阀5的打开提前角IVO乘以-1的值之间的最小值之间的最大值，
并且其中所述第二参数(OVL)代表在进气和排气曲线之间的相交步骤的持续时间，并且被定义为排气阀关闭延迟角(EVC)与进气阀打开提前角(IVO)之和。


11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述燃烧室体积(Vcc)通过以下公式计算：
Vcc＝fe(TVC,n)*ge(OVL,n)*he(H,n)
其中fe，ge，he是属于所述填充模型的已知函数。


12.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述发动机(1)被配置成在进气压力大于所述排气压力的排除废气条件下运行，从而导致新鲜空气的进入，新鲜空气的进入带走燃烧室中的残余废气，所述方法还包括以下步骤：
-基于第四映射fs(TVC,n)、第五映射gs(OVL,n)和第六映射hs(H,n)计算汽缸2的燃烧室的体积(Vcc)，第四映射fs(TVC,n)是第一参数(TVC)和发动机转速(n)的函数，第五映射gs(OVL,n)是第二参数(OVL)和发动机转速(n)的函数，以及第六映射hs(H,n)是升程(H)和发动机转速(n)的函数，
其中所述第一参数(TVC)替代地等于排气阀(7)的关闭延迟角(EVC)或等于在零与在排气阀7的关闭延迟角(EVC)和进气阀(5)的打开提前角(IVO)乘以-1的值之间的最小值之间的最大值，
并且其中所述第二参数(OVL)代表在进气和排气曲线之间的相交步骤的持续时间，并且被定义为排气阀关闭延迟角(EVC)与进气阀打开提前角(IVO)之和。


13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃烧室体积(Vcc)通过以下公式计算：
Vcc＝fs(TVC,n)*gs(OVL,n)*hs(H,n)
其中fs，gs，hs是属于所述填充模型的已知函数。


14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，包括进一步的步骤：在废气内部再循环(EGRi)或排除废气(SCAV)的情况下，基于下述关系，计算流动通过相交步骤(即通过进气阀(5)和排气阀(7))的气体流的质量(MOVL)：
MOVL＝PERM*β(P/P0,n)*P0/P0_REF*(T0_REF/T0)1/2/n
其中PERM是交叉点的水力渗透率；n是发动机转速；
P0_REF是通道段或交叉点上游的参考压力；
T0_REF是通道段或交叉点上游的参考温度；
T0是在通道段或交叉点上游测得的温度；
β(P/P0,n)是流通过孔口的压缩因子，取决于在孔口下游和上游的压力之间的比率以及发动机转速(n)；
并且其中，在废气内部再循环的条件下，P0是排气压力，P是进气压力，
或者，在排除废气条件下，P0是进气压力，P是排气压力。


15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述交叉点的水力渗透率(PERM)通过以下关系来计算：
PERM＝A(OVL,n)*fo(H,n)*G(g,n)
其中，A(OVL,n)是第一函数，取决于发动机转速(n)和相交步骤(OVL)的持续时间，在该相交步骤(OVL)的持续时间期间进气阀(5)和排气阀(7)同时打开；
fo(H,n)是第二函数，取决于升程(H)和发动机转速(n)；
G(g,n)是代表相交区域重心的第三函数，取决于发动机转速(n)和几何参数(g)，所述几何参数代表上止点和相交步骤的重心(G)之间的角度偏差。


16.根据权利要求14或15中任一项所述的方法，其特征在于，在排气内部再循环(EGRi)的条件下，其中排气压力(PEXH)大于进气压力(P)，所述方法还包括以下步骤：
-根据下述公式，计算在汽缸内存在的气体的总质量(MEGRi)，作为在废气内部再循环的条件下燃烧室中的废气的估计质量(MEXH_EGR)与流过相交步骤的所述气体流的估计质量(MOVL)(即从排气到进气通过进气阀5和排气阀7流动的然后在进气步骤中通过进气阀5吸回汽缸2的气体流质量)之和：
MEGRi＝MOVL+MEXH_EGR。


17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过以下关系计算在废气内部再循环条件下在燃烧室中所述废气的估计质量(MEXH_EGR)：
MEXH_EGR＝(PEXH*Vcc)/(R*TEXH)
其中PEXH是在排气中检测到的气流压力；
TEXH是在排气中检测到的气流温度；
Vcc是汽缸(2)的燃烧室的估计或计算体积；
R是新鲜空气和/或废气混合物的常数。


18.根据权利要求14或15中任一项所述的方法，其特征在于，在排除废气(SCAV)的条件下，所述排气压力(PEXH)小于进气压力(P)，并且在相交期间来自进气的新鲜空气直接流向排气，带走...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·潘奇罗利，
申请(专利权)人：马瑞利欧洲公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT