CN102023071A - 评估排气歧管压力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于评估在内燃机的排气歧管中的压力的方法，该内燃机具有燃烧室(20)，该燃烧室(20)具有相关的排气阀，该方法包括下列步骤：在排气阀打开时的时间间隔中选择的获取周期(AP)期间，获取在所述燃烧室(20)中的压力值；以及平均该压力值以获得单个压力值，该单个压力值代表在排气歧管中的压力。

Description

评估排气歧管压力的方法
技术领域
本发明涉及通过获得一些发动机工作参数进行的四冲程I.C.发动机工作控制。
更具体地，本发明涉及涡轮增压柴油发动机，在该发动机中知道燃烧室压力和排气歧管压力是非常重要的。
背景技术
四冲程内燃机通常包括至少一个汽缸，其中燃烧室被往复活塞个别地限定。
每一个燃烧室通过流道连接到进气歧管并且通过流道连接到排气歧管，流道在数量上对应于发动机的各汽缸数量。
在每一个汽缸中，至少一个进气阀和至少一个排气阀分别用于周期性将燃烧室朝向进气歧管打开用于接收新鲜气流，和用于将燃烧室朝向排气歧管打开用于排出废气。
排气歧管压力在很多发动机系统的控制中是一个重要的参数，例如在涡轮增压系统和EGR(废气再循环)系统的控制中。
排气歧管压力通过专门的压力传感器来实际测量，该压力传感器直接安装到排气歧管中。
先进的内燃机配备有一个或多个汽缸内压力传感器(CPS)，其直接测量在相应燃烧室中的压力，用于提供当前燃烧进程的信息。
这样的先进内燃机可以每一个燃烧室配备一个CPS，每一排汽缸一个CPS或每一个发动机一个CPS。
发明内容
本发明的目的是为了消除排气歧管压力传感器以降低在发动机上的成本。
该目的是通过根据发动机的其它操作参数来评估排气歧管压力而实现的，例如根据通过汽缸内压力传感器(CPS)测得的汽缸内压力。
本发明的另一目的是用简单、合理和廉价的方案实现该目标。
这些目的是通过一种具有本发明的特征的方法、发动机、计算机程序、计算机程序产品、和电磁信号实现的。
还限定了本发明的优选和/或特别有利的方面。
本发明提供了一种用于评估在内燃机的排气歧管中的压力的方法，该内燃机具有至少一个燃烧室，该燃烧室具有相关的排气阀。
该方法包括下列步骤：
-在排气阀打开时的时间间隔中选择的获取周期(AP)期间，获取在所述燃烧室(20)中的压力值；以及
-平均该压力值以获得单个压力值，该单个压力值代表在排气歧管中的压力。
当排气阀打开时，燃烧室与排气歧管直接连通，同时，由于进气阀关闭，燃烧室与进气歧管隔离。
废气最初流动通过阀和排气流道，由此抵达排气歧管，使得在燃烧室中的压力迅速下降。
在该瞬时状态之后，在燃烧室中的压力稳定。
通过恰当地选择获取周期，可以在阀门打开之后测量在该稳定期间的平均压力值。
获取周期通常根据曲轴角来限定，该曲轴角对应于活塞在汽缸中的线性位置。更特别地，获取周期AP由特征尺度限定，所述特征尺度包括下列项中的至少两个：
-周期起点(SOP)
-周期长度(PL)
-周期终点(EOP)。
优选地，获取周期AP位于活塞排气冲程发生期间的时间间隔中，即在下止点和上止点之间。
更确切地，获取周期AP包括在排气阀打开EVO和排气阀关闭EVC之间。
获取周期的特征尺度可以在所有发动机操作条件下都是恒定的且可以包括在EVO和EVC之间的全部间隔，或可以响应一个或多个发动机测量操作参数(譬如发动机负荷和/或发动机速度)而被实时校准。
获取周期AP的校准包括获取周期AP的上述特征尺度中的至少一个的校准。
由于燃烧室直接与排气歧管连通，在上述稳定状态期间燃烧室中的平均压力与在排气歧管中的压力密切相关。
如果没有跨排气阀和通过排气流道的压力降，在燃烧室中的压力基本等于在排气歧管中的压力。
在某些条件下，取决于排气系统的几何结构和/或发动机操作参数，该压力降非常小，且可以被忽略。
在其它条件下，压力降可以较高而且优选要考虑到该压力降。
因此，本发明的优选实施例还包括：评估跨排气阀并通过与排气歧管连通的排气流道的压力降；以及使用所述压力降校正表示排气歧管中的压力的单个压力值。
压力降评估可以通过校准函数或图来提供，该校准函数或图将压力降的值与诸如发动机速度和/或发动机负荷这样的发动机操作参数相关联。
这样的校准函数或图可以通过排气阀和排气流道的几何模型来获得。
在发动机具有至少两个燃烧室的情况下，方法包括：测量每一个燃烧室的压力，且只有选定燃烧室的压力值被用于平均从而获得选定燃烧室的平均压力值；多个燃烧室的所述平均压力值被平均以获得单个压力值，该压力值表示在排气歧管中的压力。
该参考压力值通常比单个燃烧室的平均压力值更加重要。
根据前面所述，该方法还包括下列步骤：评估跨排气阀并通过与排气歧管联通的排气流道的压力降，并使用所述压力降校正用于表示在排气歧管中的压力的单个压力值。
根据本发明的方法可以实现为计算机程序的形式，该计算机程序包括计算机代码以执行本发明的方法的所有步骤，且可以实现为计算机程序产品的形式，该计算机程序产品包括用于执行该程序的装置。
根据本发明的优选实施例，计算机程序产品包括用于IC发动机的控制装置，例如发动机的ECU，其中存储有程序从而控制装置以如该方法一样的方式限定本发明。在该情况下，当控制装置执行计算机程序时，根据本发明的方法的所有步骤被执行。
根据本发明的方法还可以以电磁信号的方式被实现，所述信号被调制以承载数据位序列，其表示计算机程序以执行本发明的方法的所有步骤。
本发明还提供特别设置用于执行该评估方法的内燃机。
附图说明
通过随后参考附图对优选实施方式的详细说明，本发明的其他目的、特征和优点将会变得明显，在附图中：
图1是根据本发明的柴油发动机系统的示意性图示；
图2是示出了在发动机的每一个燃烧室中的压力轨迹的图；
图3是图2中所示的图的放大部分。
具体实施方式
本发明的优选实施方式应用到涡轮增压发动机系统，其总体上在图1中标记为1。
柴油发动机系统1包括四冲程发动机2，其具有四个燃烧室20，其分别由在汽缸中的往复活塞限定。
每一个燃烧室20设置有相应的汽缸内压力传感器(CPS)21，用于测量在发动机工作期间在燃烧室20内的压力。
每一个压力传感器21被集成在突出到相应燃烧室20中的专用电热塞(Glow Plug)中。
发动机2还包括进气歧管3和排气歧管4，其每一个都包括在数量上对应于发动机2的各燃烧室20的数量的多个流道。
进气歧管3定位在进气管线30的末端，而排气歧管4定位在排气管线40的起点。
进气管线30包括用于吸入大致处于大气压力的空气的入口31。在入口31下游定位有已知的涡轮增压器5，用于压缩空气流和用于将其提供到中间冷却器32。再下游，进气管线30包括进气节流阀33，其可电控以用于改变进气限制。
废气从发动机2的各个燃烧室20排出到相应的流道并进入排气歧管4。
排气管线40引导来自排气歧管4的废气以驱动涡轮增压器5的涡轮，并随后通过出口排到大气中。
在排气歧管4和涡轮增压器5之间，存在废气再循环管线8，设置有传统的气体冷却器80和废气再循环(EGR)阀81，通过该管线，部分废气流被引导到进气管线30的节流阀33下游，在该处其与新鲜进气气流混合以建立被吸入汽缸充气气体混合物。
集成到柴油机2的是控制系统，其包括感应装置(未示出)和基于微处理器的控制器9(ECM)，感应装置用于提供诸如发动机速度和/或发动机负荷这样的多个操作参数的相应测量，而控制器9包括用于应用发动机操作参数测量到发动机控制程序中的计算机编码。
控制系统还包括上述汽缸内压力传感器21，用于在发动机操作期间测量在燃烧室20内的压力。
根据图2和3所示的轨迹，在每一个燃烧室20内的压力关于曲轴角变化。
在这些图中，参考标号TDC1指示对应于在压缩冲程CS的终点处的活塞的上止点位置的曲轴角；参考标号BDC指示对应于在膨胀冲程EXPS的终点处的活塞的下止点位置的曲轴角；参考标号TDC2指示对应于在排气冲程EXHS的终点处的活塞的上止点位置的曲轴角；参考标号EVO指示对应于在燃料燃烧之后排气阀打开的曲轴角；且参考标号EVC指示对应于排气阀关闭的曲轴角。
从图2中可以看出，在每一个燃烧室20中的压力在压缩冲程CS期间增大，由于燃料燃烧，在上止点TDC1紧后方具有峰值，然后在膨胀冲程EXPS期间降低。
当排气阀打开时，燃烧室20直接与排气歧管4连通，同时由于进气阀被关闭而与进气歧管3隔离开。
废气流动通过排气阀和相应的排气流道，以由此抵达排气歧管4。
从图3中可以看出，在排气阀打开EVO之后的初始状态中，在燃烧室20中的压力快速地降低。
在该瞬时状态之后，在燃烧室20中的压力稳定并且保持基本恒定直至排气阀关闭EVC。
由于燃烧室20与排气歧管4直接连通，在燃烧室20中的压力在该第二稳定状态中与排气歧管4中的压力紧密相关。
实际上，如果没有跨排气阀和通过排气流道的压力降的话，在稳定状态中燃烧室20中的压力基本等于在排气歧管4中的压力。
该压力降是由于活塞在该排气冲程EXHS期间移动，使得总是存在跨排气阀并通过排气流道的少量空气流。
在某些条件下，取决于排气系统的几何结构和/或发动机操作参数，该压力降非常小，且可以被忽略。
在其它条件下，压力降可以较高而且优选要考虑到该压力降。
根据本发明，在排气歧管4中的压力通过控制器9使用随后所述的方法来评估。
在发动机操作器件，控制器9通过个压力传感器实时测量每个燃烧室20内的压力值。
实际上，压力传感器21测量曲轴的每一个旋转角度的相应燃烧室20中的压力值。
对于每一个燃烧室20，控制器9选择在图2和图3中标识为AP的获取周期。
获取周期AP被包括在排气阀打开EVO和排气管关闭EVC之间。
获取周期AP可以根据曲轴角位置来限定，该曲轴角位置对应于活塞在汽缸中的线性位置。
优选地，获取周期AP完全定位在排气冲程EXHS中，在下止点BDC和上止点TDC之间。
更准确地，获取周期AP被下列特征尺度所限定：
-周期起点(SOP)
-周期长度(PL)
-周期终点(EOP)
显然，获取周期AP可仅由上述特征尺度中的两个来充分限定。
获取周期AP可以被选择为覆盖排气阀打开EVO和排气阀关闭EVC之间的整个间隔。
替代地，获取周期可以小于在EVO和EVC之间的间隔，并且可以分别晚于和/或早于EVO和EVC开始。
获取周期AP特征尺度可以在所有发动机操作条件下都是恒定的。
在这种情况下，获取周期AP的特征尺度被简单地存储在控制器9中。
替代地，获取周期AP的特征尺度或它们的至少一个可以由控制器9相应诸如发动机负荷和/或发动机速度这样的一个或多个发动机操作参数来进行校准。
发动机操作参数通过控制系统的传感器来测量，且AP特征尺度由控制器9使用预设的函数或图(其把获取周期AP的特征尺度与发动机操作参数测量相关)来确定。
获取周期AP特征参数可以对发动机2的所有燃烧室20都是相等的，或可以变化并且最终可以独立地为每一个燃烧室20校准。
由此对于每一个燃烧室20和对于每一种发动机操作条件可以具有不同的获取周期AP。
已经建立获取周期AP，控制器9计算在每一个燃烧室20的获取周期AP内的平均压力值。
随后，控制器9对于所有燃烧室20平均所述计算得到的平均压力值，以由此获得单个代表压力值。
根据本发明的优选实施例，控制器9还评估跨排气阀并通过流道的平均压力降。
压力降评估是由控制器9基于诸如发动机速度和/或发动机负荷这样的一个或多个发动机操作参数来确定的。
发动机操作参数由控制系统的传感器来测量，且压力降评估由控制器9使用预设的校准函数或图(其将压力降与发动机操作参数测量相关)来确定。
这样的校准函数或图可以通过排气阀和排气流道的几何学模型来获得。
最终，控制器9应用压力降评估到预先确定的代表压力值，以由此获得排气歧管压力评估。
通过示例，压力降评估可被根据压力损失系数来限定，该系数被应用至所述代表压力值，以实现排气歧管压力评估。
本发明的方法已经在四汽缸2.0升涡轮增压柴油发动机上测试。
在该情况下，恒定的获取周期AP已经被选择用于所有汽缸和所有发动机操作参数。
相对于排气冲程EXHS，这样的获取周期AP的起点被选定在下止点BDC之后60°处，且获取周期AP的终点被选定在下止点BDC之后140°处，使得获取周期的长度是80°范围。
该测试表明，使用本发明的方法，可以以±5％的准确度评估排气歧管压力，如果与直接安装在排气歧管4内的压力传感器的测量相比较。
尽管本发明已经针对某些优选实施例和具体应用进行了描述，可以理解上文中给出的说明仅仅是示例性的，而不是限制性的。本领域技术人员将会认识到在所附权利要求的范围内还具有对这些具体实施例的各种修改。由此，本发明并不局限于公开的实施例，而是具有所附权利要求语言所允许的全部范围。

Claims (14)

1.一种用于评估在内燃机的排气歧管中的压力的方法，该内燃机具有燃烧室(20)，该燃烧室(20)具有相关的排气阀，该方法包括下列步骤：
-在排气阀打开时的时间间隔中选择的获取周期(AP)期间，获取在所述燃烧室(20)中的压力值；以及
-平均该压力值以获得单个压力值，该单个压力值代表在排气歧管中的压力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取周期(AP)位于活塞排气冲程发生期间的时间间隔中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取周期(AP)由特征尺度限定，所述特征尺度包括下列项中的至少两个：
-周期起点(SOP)
-周期长度(PL)
-周期终点(EOP)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取周期(AP)的特征尺度在所有发动机操作条件下都是恒定的。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括步骤：
-测量发动机操作参数，以及
-基于所述发动机操作参数的测量值来校准获取周期(AP)尺度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发动机操作参数是发动机速度和/或发动机负荷。
7.如前述权利要求做任一项所述的方法，在具有至少两个燃烧室的情况下，每一个燃烧室的压力被测量，由此只有选定燃烧室的压力值被用于平均从而获得选定燃烧室(20)的平均压力值，且由此多个燃烧室的所述平均压力值被平均以获得单个压力值，该压力值表示在排气歧管中的压力。
8.如权利要求1或7中所述的方法，其特征在于，其还包括步骤：
-评估跨排气阀并通过与排气歧管相联的排气流道的压力降；以及
-使用所述压力降校正所述表示排气歧管中的压力的单个压力值。
9.如权利要求8所述的方法，还包括步骤：
-提供函数或图，其将压力降与操作参数相关联，
-应用所述发动机操作参数的测量值到所述函数或图，以评估所述废气压力降。
10.一种内燃机，特别是柴油发动机，该内燃机具有与压力传感器(21)相关联的燃烧室(20)，其特征在于，内燃机包括控制器(9)，该控制器(9)被构造为实施根据前述权利要求中任意一项所述的方法。
11.一种计算机程序，包括用于实施如权利要求1所述的方法的计算机编码。
12.一种计算机程序产品，其包括如权利要求11所述的计算机程序。
13.如权利要求12所述的计算机程序产品，包括控制装置，其中计算机程序存储在该控制装置中。
14.一种电磁信号，其被调制为载体，用于表示如权利要求11所述的计算机程序的数据位序列。
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