CN101220780B - 基于扭矩的每气缸空气量和容积效率确定 - Google Patents
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Abstract
一种用于调节内燃机操作的方法,包括:监测所述发动机的歧管绝对压力(MAP);基于所述MAP确定发动机扭矩;基于所述扭矩估计每气缸的空气量(APC);基于所述APC确定所述发动机的容积效率;以及基于所述容积效率调节所述发动机的操作。
Description
本申请要求于2006年11月28日提交的美国临时申请No.60/861,494的优先权。上述申请的内容通过参考包含于此。
技术领域
本发明涉及发动机,尤其涉及发动机基于扭矩的控制。
背景技术
内燃机在气缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞,该活塞产生驱动扭矩。进入发动机的空气流通过节气门调节。更具体地,节气门调节节流面积,其增加或减少进入发动机的空气流。当节流面积增加时,进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调节燃料喷射率,以向气缸提供所需的空气/燃料混合物。应当理解,增加气缸的空气和燃料会提高发动机的扭矩输出。
已经研制了发动机控制系统来精确地控制发动机速度输出,以获得所需的发动机速度。但是,传统的发动机控制系统无法按需要精确地控制发动机速度。另外,传统发动机控制系统无法按需要提供对控制信号的快速响应,或者无法在影响发动机扭矩输出的各种装置中协调发动机扭矩控制。
发明内容
因此,本发明提供了一种调节内燃机操作的方法。该方法包括:监测所述发动机的歧管绝对压力(MAP);基于所述MAP确定发动机扭矩;基于所述扭矩估计每气缸的空气量(APC);基于所述APC确定所述发动机的容积效率;以及基于所述容积效率调节所述发动机的操作。
在另一方面,所述发动机的操作还基于所述APC进行调节。
在另一方面,所述的方法还包括:基于实际APC确定修正因子;以及基于所述修正因子修正所述APC。另外,所述方法还包括确定所述发动机是否操作于稳定状态。当所述发动机操作于稳定状态时执行修正所述APC的步骤。
在另一方面,所述方法还包括监测进气温度。所述容积效率还基于所述MAP和所述进气温度。
在另一方面,确定发动机扭矩的步骤包括通过基于MAP的扭矩模型处理所述MAP。
在再一方面,估计APC的步骤包括通过逆基于APC的扭矩模型处理所述发动机扭矩。
根据下文中所提供的详细描述,本发明适用性的其它优点和方面也是显而易见的。应当理解,尽管示出了本发明的实施例,但是其详细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
从下面的详细描述和附图可全面理解本发明,其中:
图1为根据本发明的典型发动机系统的示意图;
图2为示出由本发明的基于扭矩的容积效率(VE)和每气缸的空气量(APC)确定控制所执行的步骤的流程图;以及
图3为示出执行本发明的基于扭矩的VE和APC确定控制的模块的框图。
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,发动机系统10包括燃烧空气与燃料混合物以产生驱动扭矩的发动机12。空气通过节气门16吸入进气歧管14。节气门16调节进入进气歧管14的空气流量。进气歧管14内的空气分配到气缸18中。尽管只示出了单个气缸18,但是应当理解,本发明的联合扭矩控制系统可在具有多个气缸(包括,但不限于2、3、4、5、6、8、10和12个气缸)的发动机内执行。
当空气通过进气口吸入气缸18时,燃料喷射器(未示出)喷射与空气混合的燃料。燃料喷射器可为与电子式或机械式燃料喷射系统20相关的喷射器、汽化器或将燃料与进气混合的其它系统的喷嘴或喷口。燃料喷射器控制为在各气缸18内提供所需的空气燃料(A/F)比。
进气门22有选择地打开和关闭,以使空气燃料混合物能够进入气缸18。进气门位置通过进气凸轮轴24来调节。活塞(未示出)在气缸18内压缩空气燃料混合物。火花塞26引发空气燃料混合物的燃烧,驱动气缸18内的活塞。从而活塞驱动曲轴(未示出)以提供驱动扭矩。当排气门28处于打开位置时,气缸18内的燃烧废气排出排气口。排气门位置通过排气凸轮轴30来调节。废气在排气系统中进行处理,再释放到大气中。尽管只示出了单个进气门22和排气门28,但是应当理解,发动机12每个气缸18可包括多个进气门22和排气门28。
发动机系统10可包括分别调节进气凸轮轴24和排气凸轮轴30的旋转正时的进气凸轮相位器32和排气凸轮相位器34。更具体地,进气凸轮轴24和排气凸轮轴30的正时或相位角可相对于彼此,或者相对于活塞在气缸18内的位置或曲轴位置来延迟或提前。这样,进气门22和排气门28的位置可相对于彼此,或者相对于活塞在气缸18内的位置来调节。通过调节进气门22和排气门28的位置,可调节摄入气缸18的空气燃料混合物的量,从而调节了发动机扭矩。
发动机系统10还可包括废气再循环(EGR)系统36。EGR系统36包括调节流回进气歧管14的废气流的EGR阀38。通常执行EGR系统以调节排放。但是,循环回进气歧管14的废气量也影响发动机扭矩输出。
控制模块40基于本公开的基于扭矩的发动机控制来操作发动机。更具体地,控制模块40基于所需的发动机速度(RPMDES)产生节流控制信号和点火提前控制信号。节气门位置传感器(TPS)42产生节气门位置信号。操作员输入件43(例如,加速踏板)产生操作员输入信号。控制模块40指令节气门16至获得所需节流面积(ATHRDES)的稳定状态位置,并指令点火正时以获得所需的点火正时(SDES)。节气门致动器(未示出)基于节流控制信号调节节气门位置。
进气温度(IAT)传感器44响应于进气流的温度并产生进气温度(IAT)信号。质量气流(MAF)传感器46响应于进气流的质量产生MAF信号。歧管绝对压力(MAP)传感器48响应于进气歧管14内的压力产生MAF信号。发动机冷却液温度传感器50响应于冷却液温度并产生发动机温度信号。发动机速度信号52响应于发动机12的转速(即,RPM)并产生发动机速度信号。传感器产生的各信号由控制模块40接收。
发动机系统10还可包括由发动机12或发动机废气驱动的增压涡轮或增压器54。增压涡轮54压缩从进气歧管14吸入的空气。更特别地,空气吸入增压涡轮54的中间室。中间室内的空气吸入压缩机(未示出),并在其中压缩。压缩的空气通过管路56流回到进气歧管14以在气缸18内燃烧。在管路56内设有旁通阀58,用以调节流回进气歧管14的压缩空气流。
本发明的基于扭矩的VE和APC确定控制基于测量的或实际的MAP(MAPACT)确定估计的发动机每气缸的空气量(APCEST)和容积效率(VE)。更具体地,执行基于MAP的扭矩模型以确定基于MAP的扭矩(TMAP),其关系如下:
TMAP=(aP1(RPM,I,E,S)·MAPACT+aP0(RPM,I,E,S)
(1)
+aP2(RPM,I,E,S)·B)·η(IAT)
其中:
S-点火正时
I-进气凸轮相位角
E-排气凸轮相位角
B-大气压力
η-基于IAT确定的热效率因子
系数aP为预定值。基于APC的扭矩模型可用于确定基于APC的扭矩(TAPC),其关系如下:
TAPC=aA1(RPM,I,E,S)·APC+aA0(RPM,I,E,S) (2)
系数aA为预定值。因为TMAP等于TAPC,所以基于APC的扭矩模型可求逆以根据下列关系基于MAPACT计算APCEST:
如果发动机运行在稳定状态,那么基于测量的或实际APC(APCACT)修正APCEST,以提供修正的APCEST。APCEST根据下列关系修正:
APCEST=APCEST+kI·∫(APCEST-APCACT)dt (4)
kI为预定修正系数。监测MAPACT以确定发动机是否操作于稳定状态。例如,如果当前MAPACT与前面记录的MAPACT之间的差小于阈值差,那么发动机运行于稳定状态。随后根据下列关系基于APCEST确定VE:
k为使用如预存查寻表基于IAT确定的系数。然后基于VE和APCEST操作发动机。
现在参考图2,对由基于扭矩的VE和APC确定控制所执行的典型步骤进行详细描述。在步骤200中,控制确定发动机是否在运行。如果发动机未在运行,那么控制结束。如果发动机在运行,那么在步骤202中,控制监测MAP。在步骤204中,控制使用基于MAP的扭矩模型确定TMAP,如上面所详细描述的。控制使用逆APC扭矩模型基于TMAP确定APCEST,如上面所详细描述的。
在步骤208中,控制确定发动机是否操作于稳定状态。如果发动机操作于稳定状态,那么控制继续至步骤210。如果发动机未操作于稳定状态,那么控制继续至步骤212。在步骤210中,控制基于APCACT修正APCEST,如上面所详细描述的。在步骤212中,控制基于APCEST、MAP和IAT确定VE,如上面所详细描述的。在步骤214中,控制基于VE和APCEST调节发动机操作,控制结束。
现在参考图3,对执行基于扭矩的VE和APC确定控制的典型模块进行详细描述。典型模块包括基于MAP的扭矩模型模块300、逆的基于APC的扭矩模型模块302、修正模块304、稳定状态确定模块306、加法器模块308、VE模块310和发动机控制模块(ECM)314。基于MAP的扭矩模型模块300使用上述基于MAP的扭矩模型确定TMAP。逆的基于APC的扭矩模型模块302使用逆的基于APC的扭矩模型确定APCEST。
修正模块304基于APCEST、APCACT和稳定状态确定模块306的信号确定APCCORR。更具体地,稳定状态确定模块306基于MAPACT确定发动机是否操作于稳定状态。如果发动机操作于稳定状态,修正模块304输入修正因子。如果发动机未操作于稳定状态,那么修正因子设定为等于零。加法器模块308将APCEST和修正因子加起来以提供修正的APCEST。VE模块310基于APCEST、MAPACT和IAT确定VE,如上面所详细描述的。ECM 314基于APCEST和VE产生发动机控制信号,以调节发动机操作。
基于扭矩的VE和APC确定控制能够从已知数据集确定VE和APC值。该数据集在发动机研发期间使用工具(例如,DYNA-AIR)产生。在发动机研发期间,当发动机在测功机上运行时,因为这些值可从已知值确定,无需确定VE和APC值,所以减少了测功机的时间量。这利于降低发动机研发的总时间和成本。另外,基于扭矩的VE和APCE确定控制提供用于估计VE和APC值的自动化处理。
本领域的技术人员从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 (20)
1.一种用于调节内燃机操作的方法,包括:
监测所述发动机的进气歧管绝对压力;
基于所述进气歧管绝对压力确定发动机扭矩;
基于所述扭矩估计每气缸的空气量;
基于所述每气缸的空气量确定所述发动机的容积效率;以及
基于所述容积效率调节所述发动机的操作。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述发动机的操作还基于所述每气缸的空气量进行调节。
3.如权利要求1所述的方法,还包括:
基于实际每气缸的空气量确定修正因子;以及
基于所述修正因子修正所述每气缸的空气量。
4.如权利要求3所述的方法,还包括确定所述发动机是否操作于稳定状态,其中当所述发动机操作于稳定状态时执行修正所述每气缸的空气量的所述步骤。
5.如权利要求1所述的方法,还包括监测进气温度,其中所述容积效率还基于所述进气歧管绝对压力和所述进气温度。
6.如权利要求1所述的方法,其中确定发动机扭矩的所述步骤包括通过基于进气歧管绝对压力的扭矩模型处理所述进气歧管绝对压力。
7.如权利要求1所述的方法,其中估计每气缸的空气量的所述步骤包括通过逆的基于每气缸的空气量的扭矩模型处理所述发动机扭矩。
8.一种用于调节内燃机操作的系统,包括:
基于所述发动机的进气歧管绝对压力确定发动机扭矩的第一模块;
基于所述扭矩估计每气缸的空气量的第二模块;
基于所述每气缸的空气量确定所述发动机的容积效率的第三模块;以及
基于所述容积效率调节所述发动机的操作的第四模块。
9.如权利要求8所述的系统,还包括监测所述发动机的所述进气歧管绝对压力的进气歧管绝对压力传感器。
10.如权利要求8所述的系统,其中所述发动机的操作还基于所述每气缸的空气量进行调节。
11.如权利要求8所述的系统,还包括:
基于实际每气缸的空气量确定修正因子的第五模块;以及
基于所述修正因子修正所述每气缸的空气量的第六模块。
12.如权利要求11所述的系统,还包括确定所述发动机是否操作于稳定状态的第七模块,其中当所述发动机操作于稳定状态时,所述第六模块修正所述每气缸的空气量。
13.如权利要求8所述的系统,还包括监测进气温度的传感器,其中所述容积效率还基于所述进气歧管绝对压力和所述进气温度。
14.如权利要求8所述的系统,其中所述第一模块通过用基于进气歧管绝对压力的扭矩模型处理所述进气歧管绝对压力来确定所述发动机扭矩。
15.如权利要求8所述的系统,其中所述第二模块通过用逆的基于每气缸的空气量的扭矩模型处理所述发动机扭矩来估计所述每气缸的空气量。
16.一种用于调节内燃机操作的方法,包括:
监测所述发动机的进气歧管绝对压力、实际的每气缸的空气量和进气温度;
通过用基于进气歧管绝对压力的扭矩模型处理所述进气歧管绝对压力,来基于所述进气歧管绝对压力确定发动机扭矩;
通过用逆的基于每气缸的空气量的扭矩模型处理所述发动机扭矩,来基于所述扭矩计算估计的每气缸的空气量;
基于所述估计的每气缸的空气量确定所述发动机的容积效率;以及
基于所述容积效率调节所述发动机的操作。
17.如权利要求16所述的方法,其中所述发动机的操作还基于所述估计的每气缸的空气量进行调节。
18.如权利要求16所述的方法,还包括:
基于所述实际每气缸的空气量确定修正因子;以及
基于所述修正因子修正所述估计的每气缸的空气量。
19.如权利要求18所述的方法,还包括确定所述发动机是否操作于稳定状态,其中当所述发动机操作于稳定状态时执行修正所述估计的每气缸的空气量的所述步骤。
20.如权利要求16所述的方法,其中所述容积效率还基于所述进气歧管绝对压力和所述进气温度。
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