CN101126357B - 发动机预节流压力估计 - Google Patents

Abstract

一种用于调节具有节气门的发动机的运行的发动机控制系统，包括基于发动机运行参数确定中间参数的第一模块，和基于所述中间参数确定所述节气门上游的压力的第二模块。第三模块基于所述压力调节所述发动机的运行。所述发动机运行基于节气门位置与有效节流面积之间的预定关系来调节。

Description

发动机预节流压力估计

技术领域

本发明涉及内燃机，更具体地，涉及估计内燃机节气门上游的气压。

背景技术

这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并不构成现有技术。

内燃机燃烧空气燃料混合物以产生驱动扭矩。更具体地，空气通过节气门吸入发动机内。空气与燃料混合，使用气缸内压缩空气燃料混合物。空气燃料混合物在气缸内燃料，以在气缸内往复地驱动活塞，进而旋转地驱动发动机曲轴。

发动机运行基于包括，但不限于，进气温度(T_PRE)、歧管绝对压力(MAP)、节气门位置(TPS)和发动机RPM几个参数来调节。具体根据节气门，节气门之前的状态参数(例如，空气温度和压力)是可用于发动机控制和诊断的良好基准。例如，通过计算对于给定的节气门位置而通过节气门的流量，然后将计算的空气流量与测量的或实际空气流量作比较，从而能够监测节气门的正常功能。结果，节气门之前的总空气压力或驻点空气压力(即，预节流空气压力)对于精确计算通过节气门的气流量绝对有必要。可选择地，使用总压力和/或静压力来监测空气滤清器限制。

传统的内燃机包括直接测量预节流压力的预节流压力传感器。但是，这种附加硬件增加了成本和制造工时，并且由于必须监测传感器的正常运行，而且如果其无法正常工作时必须替换该传感器，所以其维护的成本也高

发明内容

因此，本发明提供一种用于调节具有节气门的发动机的运行的发动机控制系统。该发动机控制系统包括基于发动机运行参数确定中间参数的第一模块，和基于所述中间参数确定所述节气门上游的压力的第二模块。第三模块基于所述压力调节所述发动机的运行。所述发动机运行基于节气门位置与有效节流面积之间的预定关系来调节。

在一方面，所述发动机控制系统还包括将所述中间参数与阈值进行比较的第四模块，其中所述第二模块基于所述比较确定所述压力。

在其它方面，所述发动机控制系，还包括基于所述中间参数确定压力比的第四模块。如果所述中间参数不小于阈值，那么所述第四模块将所述压力比设定为等于常数。如果所述中间参数不小于阈值，那么所述第四模块基于所述中间参数确定所述压力比。

在另一方面，所述发动机控制系统还包括基于所述中间参数确定压力比的第四模块，和基于所述压力比确定驻点压力的第五模块。

在再一方面，所述第三模块基于所述压力确定所述发动机的部件是否工作正常。

根据本文所提供的描述，适用性的其它方面也是显而易见的。应当理解，其描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。

附图说明

本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围。

图1为根据本发明预节流压力估计控制的内燃机系统的功能框图；

图2为用图表示出基于根据本发明预节流压力估计控制的中间值来确定压力比的典型查阅表的表格；

图3为示出由本发明预节流估计控制执行的典型步骤的流程图；

图4为示出为发展节气门位置与有效节流面积之间关系执行的典型步骤的流程图；以及

图5为示出执行预节流压力估计控制的典型模块的功能框图。

具体实施方式

实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为简便起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或硬件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。

现在参考图1，示出了典型的内燃机系统10。内燃机系统10包括发动机12、进气歧管14和排气歧管16。空气通过节气门18吸入进气歧管14。空气与燃料混合，并且空气燃料混合物在发动机12的气缸20内燃烧。更具体地，空气燃料混合物在气缸20内由活塞(未示出)压缩并开始燃料。燃烧过程释放出用于在气缸20内往复驱动活塞的能量。燃烧过程产生的废气通过排气歧管16排出，并在释放到大气之前在废气处理系统(未示出)内进行处理。尽管只示出了一个气缸20，但是应当理解本发明的预节流估计控制可用于具有不只一个气缸的发动机。

控制模块30基于包括，但不限于，预节流静压力(P_PRE)、预节流驻点压力(P_PRE0)(即，节气门上游的空气压力)、进气温度(T_PRE)、气流量(MAF)、歧管绝对压力(MAP)、有效节流面积(A_EFF)和发动机RPM。P_PRE0和P_PRE基于本发明的预节气控制确定，将在下面进一步描述。T_PRE、MAF、MAP和发动机RPM分别基于由为发动机系统标准传感器的T_PRE传感器32、MAF传感器34、MAP传感器36和发动机RPM传感器38产生的信号确定。A_EFF基于由也是标准传感器的节气门位置传感器产生的节气门位置信号来确定。大气压力(P_BARO)使用大气压力传感器40来监测。节气门位置传感器42产生节气门位置信号(TPS)。A_EFF与TPS之间的关系使用安装有临时驻点压力传感器(图1中所示虚线)的发动机测功试验。

本发明的预节流压力估计控制基于包括，但不限于MAF、A_EFF、T_PRE和MAP的发动机运行参数确定P_PRE和P_PRE0。更具体地，节气门18及与其相连的前后空气通路50、52分别设为控制容积，并且从其通过的气流处理为一元准定状态的压缩气流。因此，有下列关系：

$\mathrm{MAF}=A_{\mathrm{EFF}}\·\mathrm{\Φ}\·\frac{P_{\mathrm{PRE}0}}{\sqrt{R\·T_{\mathrm{PRE}0}}}---\left(1\right)$

其中P_PRE0为以kPa测量的预节流驻点压力(即，如果无需外功空气就通过静止绝热准定过程变为零速度，那么空气会达到的压力)、T_PRE0为以K测量的预节流驻点温度(即，如果无需外功空气就通过静止绝热过程变为零速度，那么空气会达到的温度)、R为空气的理想气体常数(即，288.17Nm/(kg·K))。Ф为等于0.6847的音速气流的无单位系数(即，其中MAP/P_PRE0小于0.528)，并基于下列亚音速气流的关系确定：

$\mathrm{\Φ}={\left[\frac{2k}{k-1}(P_R^{\frac{2}{k}}-P_R^{\frac{k+1}{k}})\right]}^{1/2}---\left(2\right)$

其中K为具体的空气比热(即，1.4)，P_R等于MAP与P_PRE0的比。T_PRE0基于下列关系确定：

$T_{\mathrm{PRE}0}=T_{\mathrm{PRE}}+\frac{k-1}{2\·k\·R}{V}^2---\left(3\right)$

其中V为节气门上游的空气速度，其基于MAF信号、ρ和节气门进气管形状确定。ρ为空气密度(kg/m³)，因为通过空气滤清器系统的气流具有可视为不可压缩气流的低马赫数(例如，＜＜0.3)，所以ρ可假设为与大气的值相同。

可组合公式1和2以提供下列关系：

$\mathrm{\Φ}\·P_{\mathrm{PRE}0}=\frac{\mathrm{MAF}\·\sqrt{R\·T_{\mathrm{PRE}0}}}{A_{\mathrm{EFF}}}---\left(4\right)$

将公式4两边由除以MAP：

$\mathrm{\Φ}\·\frac{P_{\mathrm{PRE}0}}{\mathrm{MAP}}=\frac{\mathrm{MAF}\·\sqrt{R\·T_{\mathrm{PRE}0}}}{\mathrm{MAP}\·A_{\mathrm{EFF}}}---\left(5\right)$

其可重写为：

$\frac{\mathrm{\Φ}}{P_R}=\frac{\mathrm{MAF}\·\sqrt{R\·T_{\mathrm{PRE}0}}}{\mathrm{MAP}\·A_{\mathrm{EFF}}}---\left(6\right)$

基于公式6来限定中间参数(Ф_NEW)，以提供下列关系：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{NEW}}=\frac{\mathrm{\Φ}}{P_R}=\frac{\mathrm{MAF}\·\sqrt{R\·T_{\mathrm{PRE}0}}}{\mathrm{MAP}\·A_{\mathrm{EFF}}}---\left(7\right)$

因此，对于音速气流(即，P_R＜0.528)，Ф_NEW设为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{NEW}}=\frac{0.6847}{0.528}=1.2968$

对于亚音速气流(即，P_R≥0.528)，Ф_NEW设为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{NEW}}=\frac{{\left[\frac{2k}{k-1}(P_R^{\frac{2}{k}}-P_R^{\frac{k+1}{k}})\right]}^{1/2}}{P_R}---\left(8\right)$

P_PRE0由基于根据公式7的MAF、R、T_PRE0、A_EFF和MAP的第一计算Ф_NEW来确定。如果Ф_NEW大于或等于1.2968(即，音速气流)，那么Ф爬升至0.6847，并且P_PRE0基于公式4确定。如上所述，P_R设定为等于音速气流的常数(C)(即，0.528)。如果Ф_NEW小于阈值(X_THR)1.2968(即，亚音速气流)，那么基于计算P_R。更具体地，P_R可使用公式8计算，或使用查阅表来确定。图2中以表格的形式示出了典型查阅表。

P_PRE0值可通过将MAP除以P_R来确定，并且P_PRE0用于控制发动机运行和/或用于诊断。例如，在发动机控制期间，可使用P_PRE0、MAF、MAP和T_PRE0来计算节气门位置。如果需要改变进入发动机的气流，那么对于当前气流至所需气流可预知节气门位置的变化。可使用P_PRE0与其它参数一起来计算可与由MAF传感器确定的MAF相比较的理论MAF。在这种方式下，可确定MAF传感器和/或节气门是否工作正常。结果，依据其它书籍的信息，可诊断节气门位置误差和/或MAF误差。

预节流估计控制还提供了下列关系：

$P_{\mathrm{PRE}0}=P_{\mathrm{PRE}0}+\frac{\mathrm{\ρ}\·V^2}{2}---\left(9\right)$

因此，使用公式9基于P_PRE0确定P_PRE。P_PRE还可用于控制发动机运行和诊断。例如，在发动机控制期间，P_PRE、MAF、P_PRRO和T_PRE0可用于计算或监测空气滤清器限制条件。

在标定发动机运行参数期间，例如，当相对于节气门位置标定A_EFF时，可直接测量P_PRE0。更具体地，相对于节气门位置标定A_EFF，同时使用其它参数如T_PRE、MAF和MAP，对应于A_EFF和节气门位置测量P_PRE0。在这种方式下，本发明提供的P_PRE0估计在标定发动机运行期间是精确的。可选择地，可从测量的P_PRE和使用公式9计算的气流速度来计算P_PRE0。

现在参考图3，对预节流压力估计控制执行的典型步骤进行详细描述。在步骤300中，控制监测包括，但不限于MAF、A_EFF、T_PRE和MAP的发动机运行参数。在步骤302中，控制基于发动机运行参数计算Ф_NEW，如上所详述的。在步骤304中，控制确定Ф_NEW是否大于或等于X_THR(例如，1.2968)。如果Ф_NEW大于或等于X_THR，那么控制继续至步骤306。如果Ф_NEW不大于或等于X_THR，那么控制继续至步骤308。

在步骤306中，控制将P_R设定为等于0.528，Ф等于0.6847。在步骤309中，控制使用公式4确定P_PRE0，然后控制继续至步骤312。在步骤308中，控制基于Ф_NEW确定P_R。在步骤310中，控制基于MAP和P_R确定P_PRE0。在步骤312中，控制根据公式9基于P_PRE0确定P_PRE，如上所详述的。在步骤314中，控制基于P_PRE0和P_PRE调节发动机运行，控制结束。

现在参考图4，对为发展A_EFF与TPS之间关系而执行的典型步骤进行详细描述。在发动机测功试验期间确定其关系。在步骤400中，控制监测包括，但不限于，MAF、MAP、T_PRE和TPS的发动机运行参数。在步骤402中，控制计算T_PRE0。在步骤404中，控制确定P_PRE0。更具体地，可使用临时压力传感器测量或基于测量的P_PRE来计算P_PRE0。

在步骤406中，控制根据MAP与P_PRE0的比计算P_R。在步骤408中，控制确定P_R是否大于或等于0.528。如果P_R不大于或等于0.528，那么在步骤410中，控制将Ф设定为等于0.6847，并继续至步骤414。如果P_R大于或等于0.528，那么在步骤412中，控制基于公式2计算Ф，并继续至步骤414。在步骤414中，控制对于给定的TPS使用公式1计算A_EFF，控制结束。

现在参考图5，对执行预节流估计控制的典型模块进行详细描述。典型模块包括Ф_NEW确定模块500、比较模块502、P_R确定模块504、P_PRE0确定模块506、P_PRE确定模块508和发动机控制模块510。Ф_NEW确定模块500基于包括，但不限于，MAF、A_EFF、T_PRE和MAP的发动机运行参数确定Ф_NEW。比较模块502将Ф_NEW与X_THR进行比较。如果Ф_NEW小于X_THR，那么比较模块502产生第一信号(例如，1)。如果Ф_NEW不小于X_THR，那么比较模块502产生第二信号(例如，0)。

PR确定模块504基于Ф_NEW和比较模块502的输出信号确定P_R。更具体地，如果输出信号表示Ф_NEW不小于X_THR，那么P_R确定模块504将P_R设定为等于0.528。如果输出信号表示Ф_NEW小于X_THR，那么P_R确定模块504基于Ф_NEW确定P_R。如果Ф_NEW小于X_THR，那么P_PRE0确定模块506基于P_R和MAP确定P_PRE0，如果Ф_NEW不小于X_THR，那么P_PRE0确定模块506基于公式4确定P_PRE0。P_PRE确定模块508基于P_PRE0确定P_PRE。发动机控制模块510基于P_PRE0和P_PRE产生控制信号。

本领域的技术人员人前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。

Claims (21)

1.一种用于调节具有节气门的发动机的运行的发动机控制系统，包括：

第一模块，其基于发动机运行参数确定中间参数；

第二模块，其基于所述中间参数确定所述节气门上游的压力；以及

第三模块，其基于所述压力调节所述发动机的运行，其中还基于节气门位置与有效节流面积之间的预定关系调节所述运行。

2.如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括第四模块，其将所述中间参数与阈值进行比较，其中所述第二模块基于所述比较确定所述压力。

3.如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括第四模块，其基于所述中间参数确定歧管绝对压力和所述压力之间的压力比。

4.如权利要求3所述的发动机控制系统，其中如果所述中间参数不小于阈值，那么所述第四模块将所述压力比设定为等于常数。

5.如权利要求3所述的发动机控制系统，其中如果所述中间参数不小于阈值，那么所述第四模块基于所述中间参数确定所述压力比。

6.如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括：

第四模块，其基于所述中间参数确定歧管绝对压力和所述压力之间的压力比；以及

第五模块，其基于所述压力比确定驻点压力。

7.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述第三模块基于所述压力确定所述发动机的部件是否工作正常。

8.一种调节具有节气门的发动机的运行的方法，包括：

基于发动机运行参数确定中间参数；

基于所述中间参数确定所述节气门上游的压力；以及

基于所述压力调节所述发动机的运行，其中还基于节气门位置与有效节流面积之间的预定关系调节所述运行。

9.如权利要求8所述的方法，还包括将所述中间参数与阈值进行比较，其中所述压力基于所述比较来确定。

10.如权利要求8所述的方法，还包括基于所述中间参数确定歧管绝对压力和所述压力之间的压力比。

11.如权利要求10所述的方法，还包括如果所述中间参数不小于阈值，那么将所述压力比设定为等于常数。

12.如权利要求10所述的方法，还包括如果所述中间参数不小于阈值，那么基于所述中间参数确定所述压力比。

13.如权利要求8所述的方法，还包括：

基于所述中间参数确定歧管绝对压力和所述压力之间的压力比；以及

基于所述压力比确定驻点压力。

14.如权利要求8所述的方法，还包括基于所述压力确定所述发动机的部件是否工作正常。

15.一种调节具有节气门的发动机的运行的方法，包括：

基于发动机运行参数确定中间参数；

基于所述中间参数确定所述节气门上游的压力；

基于所述压力调节所述发动机的运行，其中还基于节气门位置与有效节流面积之间的预定关系调节所述运行；以及

基于所述压力诊断所述节气门与发动机传感器之一的正常运行。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述发动机传感器包括气流量传感器。

17.如权利要求15所述的方法，还包括将所述中间参数与阈值进行比较，其中所述压力基于所述比较来确定。

18.如权利要求15所述的方法，还包括基于所述中间参数确定歧管绝对压力和所述压力的之间压力比。

19.如权利要求18所述的方法，还包括如果所述中间参数不小于阈值，那么将所述压力比设定为等于常数。

20.如权利要求18所述的方法，还包括如果所述中间参数不小于阈值，那么基于所述中间参数确定所述压力比。

21.如权利要求15所述的方法，还包括：

基于所述中间参数确定歧管绝对压力和所述压力之间的压力比；以及

基于所述压力比确定驻点压力。

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