CN101749124B - 用于估计机动车辆中内燃发动机的操作状态的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于估计机动车辆中内燃发动机的操作状态的方法和装置，所述机动车辆具有包括废气涡轮的涡轮增压系统，且所述废气涡轮经涡轮增压器轴连接至设置于内燃发动机的进气道中的压缩机。在本发明中，基于涡轮增压器轴的转速估计燃烧引起的升温以估计操作状态。本发明的方法和装置可以较小的支出实现有意义的估计。

Description

用于估计机动车辆中内燃发动机的操作状态的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于估计机动车辆中内燃发动机的操作状态的方法和装置。
背景技术
本发明可以在具有包括废气涡轮的涡轮增压系统的机动车辆中实现，且其中所述废气涡轮经涡轮增压器轴连接至设置在内燃发动机的进气道中的压缩机。
在操作机动车辆时有必要检测一定的操作状态，例如不点火(misfiring)。与燃烧过程相联系的升温(temperature rise)可以用于此目的，因为每个汽缸喷射的燃料质量与燃烧引起的升温相联系。
发明内容
本发明的目的包括提供一种用于估计机动车辆中内燃发动机的操作状态的方法和装置，所述方法和装置可以较小的支出实现有意义的估计。
所述目的通过本发明的方法，以及本发明的装置实现。
本发明基于燃烧引起的升温可以根据涡轮增压器轴的转速的测定来计算这一认识。
当发生燃料喷射的瞬态改变时，可以根据估计的涡轮增压器轴的转速执行对一定操作状态的至少近似的检测，操作状态如内燃发动机的不点火、失控(runaway)或者超速(overspeeding)，或者燃料喷射的偏移(drift)。根据本发明的方法没有使用温度测定，其优点包括可以循环地(逐个循环地)检测上述操作状态。另外，当发生燃料喷射的瞬态改变时，可以对上述操作状态执行至少粗略的或者近似的检测，而不需要测定压力比。
根据一个实施例，根据涡轮增压器轴的转速相对于时间的一阶导数的值，和/或根据涡轮增压器轴的转速相对于时间的二阶导数的值来判断上述操作状态的至少一个。
根据一个实施例，当燃料喷射阶段中燃烧引起的升温为零时判断为不点火。
根据一个实施例，当无燃料喷射阶段中燃烧引起的升温非零时判断为内燃发动机失控。
根据一个实施例，当燃烧引起的升温的值和基于与ECU计算的喷射燃料质量的相关性确定的值之间检测到偏差时判断为燃料喷射偏移。
根据一个实施例，所述燃烧引起的升温的估计还基于下列变量中的至少一个进行：质量流率，沿着压缩机的压力比，沿着涡轮的压力比。
本发明还涉及用于估计机动车辆中内燃发动机的操作状态的装置，所述机动车辆具有包括废气涡轮的涡轮增压系统，且所述废气涡轮经涡轮增压器轴连接至设置在内燃发动机的进气道中的压缩机，所述装置配置为执行上述任意一种方法。对于所述装置的优选改进，可参考对根据本发明的方法的说明。
进一步的改进可以通过具体实施例和其他优选方案得出。
具体实施方式
本发明将根据优选的实施例更详细地说明。
涡轮增压器轴的能量平衡可通过下面的关系式(1)描述：
(I/2)*d(N2)/dt＝
Mf*Cp*TupC*((dTcmb/TupC)*(1-TdnT/TupT)+(1-(TdnT/TupT)*(TdnC/TupC))        (1)
其中关系式(1)中使用了下面的变量：
I：涡轮增压器轴的转动惯量
N：涡轮增压器轴的转速
d()/dt：相对于时间的一阶导数
Mf：沿着涡轮增压器的质量流率，基于测定的MAF信号近似确定
Cp：恒压比热容；空气的近似值
TupC：压缩机上游温度
TdnC：压缩机下游温度
TupT：涡轮上游温度
TdnT：涡轮下游温度
dTcmb：燃烧引起的升温，近似由TupT-TdnC确定
下列关系式也适用：
TdnT/TupT＝1-EffT*(1-PrT (g-1)/g)                        (2)
以及
TdnC/TupC＝(PrC (g-1)/g-1)/EffC+1                        (3)
关系式(2)(3)中使用下列变量：
PrT：涡轮上游的压力和涡轮下游的压力的比
PrC：压缩机下游的压力和压缩机上游的压力的比
g：气体常数(Cp/Cv)，空气的近似值：1.4
EffC：基于质量流率和轴转速使用压缩机特性图(characteristic map)计算出的压缩机效率
EffT：基于质量流率、轴转速和叶轮位置使用涡轮特性图计算出的涡轮效率
虽然可以快速地或者在相对短的时间段内进行涡轮增压器轴的转速，且如果合适还有质量流率、沿着压缩机的压力比和沿着涡轮的压力比的确定/测定时，压缩机上游温度仅相对较慢地变化。
由于每个汽缸喷射的燃料质量与燃烧引起的升温dTcmb的估计值相关，燃烧引起的升温dTcmb的估计尤其在表1的第二栏所列的特定条件或准则满足时，可以用于检测表1所列举的一定的操作状态：
表1
  状态   准则
  不点火   dTcmb＝0，虽然(名义上)喷射燃料
  发动机失控或者超速   dTcmb≠0，虽然无燃料喷射
  燃料喷射偏移   燃烧引起的升温dTcmb的值和基于与ECU计算的喷射燃料质量的相关性确定的值之间出现偏差
在喷射的燃料量增加的加速阶段，即值d(dTcmb)/dt为正值时，上述关系式得出：同相对于时间的一阶导数d(N2)/dt一样，二阶导数d2(N2)/dt2具有正值。
相比之下，在不点火时，且增加的喷射燃料量的导数(d(mfFuInj)/dt)具有正值，则情况是一阶导数d(N2)/dt和二阶导数d2(N2)/dt2是零或者甚至具有负值，这表示不正常或者反常的行为。
在喷射的燃料量减少的减速阶段，即值d(dTcmb)/dt具有负值，上述关系得出：同一阶导数d(N2)/dt一样，二阶导数d2(N2)/dt2具有负值。
相比之下，在内燃发动机的失控状态下，且减少的喷射燃料量的导数d(mfFuInj)/dt为负值，则情况是相对于时间的一阶导数d(N2)/dt和相对于时间的二阶导数d2(N2)/dt2为零或者甚至具有正值，这同样表示不正常或者反常的行为。
总之，根据本发明，根据对涡轮增压器轴的转速的测定估计由于燃烧过程引起的升温。在发生燃料喷射的瞬态改变时，可能基于涡轮增压器轴的转速执行一定操作状态如不点火的近似检测。

Claims (9)

1.一种用于估计机动车辆中内燃发动机的操作状态的方法，所述机动车辆具有包括废气涡轮的涡轮增压系统，且所述废气涡轮经涡轮增压器轴连接至设置在内燃发动机的进气道中的压缩机，其特征在于，
基于涡轮增压器轴的转速估计燃烧引起的升温以估计操作状态，其中作为所述燃烧引起的升温的估计结果的函数，对至少下列操作状态的出现执行检测：不点火，内燃发动机失控或超速，燃料喷射偏移。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测基于涡轮增压器轴的转速相对于时间的一阶导数的值和/或基于涡轮增压器轴的转速相对于时间的二阶导数的值进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
当燃料喷射阶段中所述燃烧引起的升温为零时判断为不点火。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
当无燃料喷射阶段中所述燃烧引起的升温非零时判断为内燃发动机失控。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
当无燃料喷射阶段中所述燃烧引起的升温非零时判断为内燃发动机失控。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
当所述燃烧引起的升温的值和基于与ECU计算的喷射燃料质量的相关性确定的值之间检测到偏差时判断为燃料喷射偏移。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
当所述燃烧引起的升温的值和基于与ECU计算的喷射燃料质量的相关性确定的值之间检测到偏差时判断为燃料喷射偏移。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述燃烧引起的升温的估计还基于下列变量中的至少一个进行：质量流率，沿着压缩机的压力比，沿着涡轮的压力比。
9.一种用于估计机动车辆中内燃发动机的操作状态的装置，所述机动车辆具有包括废气涡轮的涡轮增压系统，且所述废气涡轮经涡轮增压器轴连接至设置在内燃发动机进气道中的压缩机，其特征在于，
所述装置配置为执行权利要求1至8中任意一项所述的方法。
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