CN102889124B - 估计内燃机进气充量温度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及估计内燃机进气充量温度的系统和方法。具体地，一种发动机包括混合进气流与排气再循环流以提供进气充量流的进气歧管。一种估计进气充量的进气充量温度的方法包括监测发动机的系统状态、基于监测的系统状态确定混合对进气充量流的比热系数的影响、基于混合对进气充量流的比热系数的影响和监测的系统状态估计进气充量温度以及基于估计的进气充量温度控制发动机。

Description

估计内燃机进气充量温度的系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃机的控制。
背景技术
本节陈述只是提供与本发明相关的背景信息。因此，这些陈述不意图构成对现有技术的认可。
发动机能够包括增压系统，该系统包括涡轮增压器或增压器装置以提供增压的进气给发动机，改善发动机的性能。增压系统压缩进气或新鲜空气流，并且在压缩空气的过程中，还升高进气的温度。离开增压系统的进气的升高温度包括比环境温度下的空气更低的密度。充量空气冷却器是用于冷却增压进气的换热器，增大进气的密度。
排气再循环（EGR）回路用来提供耗尽了氧的EGR流给进气歧管，其中，进气流与EGR流混合形成用于在发动机气缸中燃烧的进气充量流。EGR回路能够包括EGR冷却器，是用于降低EGR流温度的换热器。
发动机的运转取决于进气充量流的性质。控制进气流、EGR流和进气充量流的温度对发动机的有效和高效率控制很重要。能够用行业中公知的传感器测量气流的温度。
发明内容
一种发动机包括混合进气流与排气再循环流以提供进气充量流的进气歧管。一种估计进气充量的进气充量温度的方法包括监测发动机的系统状态、基于监测的系统状态确定混合对进气充量流的比热系数的影响、基于混合对进气充量流的比热系数的影响和监测的系统状态估计进气充量温度以及基于估计的进气充量温度控制发动机。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种估计从内燃机的进气歧管流向发动机气缸的进气充量流的进气充量温度的方法，所述进气充量流包括在所述进气歧管中与排气再循环流混合的进气流，所述方法包括：
监测所述发动机的系统状态；
基于所述系统状态确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响；
基于所述混合对所述进气充量流的比热系数的所述影响和所述系统状态估计所述进气充量温度；以及
基于所述进气充量温度控制所述发动机。
2. 如方案1所述的方法，其中，监测所述系统状态包括监测排气再循环；并且
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响包括：
基于所述排气再循环确定所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率。
3. 如方案2所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括监测当量比；并且
其中，确定所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率进一步地基于所述当量比。
4. 如方案2所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测排气再循环温度与充量空气冷却器温度的比率；和
监测当量比；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响进一步地包括：
基于排气再循环温度与充量空气冷却器温度的所述比率和所述当量比确定排气再循环流的比热系数与进气流的比热系数的比率。
5. 如方案4所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测空气分数；
监测所述充量空气冷却器温度；
监测所述排气再循环温度；
监测所述进气充量流的流率；和
监测歧管绝对压力相对于时间的导数；
其中，估计所述进气充量温度运用下列关系：
；
式中，Tc等于所述进气充量温度，
cpa/cpc等于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的所述比率，
fA等于所述空气分数，
Tcac等于所述充量空气冷却器温度，
cpe/cpa等于所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的所述比率，
Tegr等于排气再循环温度，
V等于进气歧管的容积，
Wc等于所述进气充量流的流率，
γ等于比热比，
R等于常用气体常数，和
等于所述歧管绝对压力相对于时间的所述导数。
6. 如方案5所述的方法，其中，监测所述进气充量流的所述流率包括：
基于前一估计的进气充量温度确定所述进气充量流的所述流率。
7. 如方案2所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测充量空气冷却器温度；
监测当量比；和
监测排气再循环温度；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响进一步地包括：
基于所述充量空气冷却器温度确定所述进气流的比热系数；
基于所述排气再循环温度在等容下确定化学计量燃料空气混合物的比热；
基于所述排气再循环温度在等容下确定空气的比热；
运用下列关系确定所述排气再循环流的比热系数：
式中，cpe等于所述排气再循环流的比热系数，
R等于常用气体常数，
Φ等于当量比，
Tegr等于所述排气再循环温度，
fcvstoic(Tegr)等于基于所述排气再循环温度确定的在等容下的化学计量燃料空气混合物的比热，和
fcvair(Tegr)等于基于所述排气再循环温度确定的在等容下的空气的比热；和
确定所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的比率。
8. 如方案7所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测空气分数；
监测所述进气充量流的流率；和
监测歧管绝对压力相对于时间的导数；
其中，运用下列关系估计所述进气充量温度：
；
式中，Tc等于所述进气充量温度，
cpa/cpc等于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的所述比率，
fA等于所述空气分数，
Tcac等于所述充量空气冷却器温度，
cpe/cpa等于所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的所述比率，
Tegr等于排气再循环温度，
V等于进气歧管的容积，
Wc等于所述进气充量流的流率，
γ等于比热比，
R等于常用气体常数，和
等于所述歧管绝对压力相对于时间的所述导数。
9. 如方案1所述的方法，其中，监测所述系统状态包括：
监测排气再循环；
监测排气再循环阀指令；
监测充量空气冷却器温度；
监测排气再循环温度；
监测所述进气流的流率；
监测歧管绝对压力；和
监测发动机转速；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响包括：
基于所述系统状态确定所述进气流的比热系数；
基于所述系统状态确定所述排气再循环流的比热系数；
基于排气再循环百分数确定所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率；和
基于所述进气流的比热系数和所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率确定所述进气充量流的比热系数；并且
其中，当所述排气再循环阀指令没有表明排气再循环阀的关闭时，运用下列关系估计所述进气充量温度：
；
式中，Tc等于所述进气充量温度，
P等于所述歧管绝对压力，
D等于气缸工作容积，
N等于发动机转速，
ηv等于发动机的容积效率，
cpc等于所述进气充量流的比热系数，
Wa等于所述进气流的流率，
cpa等于所述进气流的比热系数，
Tcac等于所述充量空气冷却器温度，
cpe等于所述排气再循环流的比热系数，
Tegr等于所述排气再循环温度，和
R等于常用气体常数。
10. 如方案9所述的方法，其中，当所述排气再循环阀指令表明所述排气再循环阀的关闭时，运用下列关系估计所述进气充量温度：
；
式中，ΔT是进气歧管内的温度变化。
11. 如方案9所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测空气分数；
监测排气再循环温度；
监测所述进气充量流的流率；
监测歧管绝对压力；和
监测所述歧管绝对压力相对于时间的导数；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响进一步地包括：
确定所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的比率；
其中，当所述排气再循环阀指令表明所述排气再循环阀的关闭时，运用下列关系估计所述进气充量温度：
；
式中，Tc等于所述进气充量温度，
cpa/cpc等于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的所述比率，
fA等于所述空气分数，
Tcac等于所述充量空气冷却器温度，
cpe/cpa等于所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的所述比率，
Tegr等于排气再循环温度，
V等于进气歧管的容积，
Wc等于所述进气充量流的流率，
γ等于比热比，
R等于常用气体常数，和
等于所述歧管绝对压力相对于时间的所述导数。
12. 一种估计从内燃机的进气歧管流向发动机气缸的进气充量流的进气充量温度的方法，所述进气充量流包括在所述进气歧管中与排气再循环流混合的进气流，所述方法包括：
监测所述发动机的系统状态；
基于所述系统状态确定所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率；
基于所述系统状态确定所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的比率；
基于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率、所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的比率和所述系统状态估计所述进气充量温度；以及
基于所述估计的进气充量温度控制所述发动机。
13. 一种估计包含提供进气流的增压系统和提供排气再循环流的排气再循环回路的内燃机的进气歧管的进气充量温度的系统，所述系统包括：
进气歧管，其混合所述进气流和所述排气再循环流以向所述发动机的气缸提供进气充量流；和
控制模块：
监测所述发动机的系统状态；
基于所述系统状态确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响；
基于所述混合对所述进气充量流的比热系数的所述影响和所述系统状态估计所述进气充量温度；以及
基于所述估计的进气充量温度控制所述发动机。
14. 如方案13所述的系统，其中，所述控制模块进一步地监测排气再循环阀指令；并且
其中，估计所述进气充量温度是基于所述排气再循环阀指令。
15. 如方案13所述的系统：
其中，监测发动机的系统状态包括：
监测排气再循环；
监测排气再循环温度与充量空气冷却器温度的比率；和
监测当量比；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响包括：
参照提供所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的校准比率的查询表；和
参照提供所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的校准比率的查询表；并且
其中，估计所述进气充量温度包括基于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的校准比率和所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的校准比率估计所述进气充量温度。
附图说明
现在将以举例的方式描述一个或多个实施例，参照附图，其中：
图1示出依照本发明的示范性内燃机、控制模块和排气后处理系统；
图2示出依照本发明的包括涡轮增压器的示范性发动机构型；
图3示出依照本发明的在等容情况下在一系列温度下的空气流和化学计量燃料空气混合物的示范性比热值；
图4示出依照本发明的在一系列EGR%值下的cpa与cpc的比率的值；
图5示出依照本发明的Tc估计的示范性结果与测试构型中相应的测定Tc值的比较；
图6示出依照本发明的EGR阀打开的时期和EGR阀关闭的时期Tc估计的示范性结果；和
图7示出依照本发明的示范性过程，由此Tc能够被估计并且用于控制发动机。
具体实施方式
现在参照附图，其中，所展示的仅仅是为了说明某些示范性实施例而不是为了限制它们，图1示出示范性内燃机10、控制模块5和排气后处理系统65。示范性发动机包括多缸直喷压缩点火式内燃机，其具有连在曲轴24上且在限定出可变容积燃烧室34的气缸20中可移动的往复活塞22。曲轴24可操作地连在车辆变速器和传动系统上以响应于驾驶员转矩请求To_req向那里传递牵引转矩。发动机优选为采用四冲程运转，其中，每个发动机燃烧循环包括曲轴24的720度角旋转，被分成四个180度的阶段（进气-压缩-膨胀-排气），这是对活塞22在发动机气缸20中的往复运动的描述。多齿目标轮26连在曲轴上并与其一起旋转。发动机包括监测发动机运转的传感器和控制发动机运转的致动器。传感器和致动器信号地或操作性地连接到控制模块5。
发动机优选为直喷四冲程内燃机，其包括由气缸内在上止点与下止点之间往复的活塞限定出的可变容积燃烧室以及包括进气门和排气门的气缸盖。活塞在包括进气、压缩、膨胀和排气冲程的每个循环以重复循环的方式往复。
发动机优选为具有主要为贫化学计量的空燃工况。本领域普通人员理解，本发明的方面适用于主要以贫于化学计量运转的其它发动机构型，例如，稀燃火花点火式发动机。在压缩点火式发动机的正常运转期间，在每个发动机循环期间当燃料充量喷入燃烧室与进气或进气充量流形成气缸充量时发生燃烧事件。随后，在压缩冲程期间，充量的压缩动作使充量燃烧。
发动机适合于以很宽范围的温度、气缸充量（燃料和进气充量流，包括空气且有时为EGR）和喷射事件运转。本文描述的方法特别适合于以贫于化学计量运转的直喷压缩点火式发动机的操作，以确定正在进行的运转期间与每个燃烧室中的放热相关的状态。而且该方法适用于其它发动机构型，包括火花点火式发动机，包括适合于使用均质充量压缩点火（HCCI）策略的那些。该方法适用于每个发动机循环每个气缸运用多脉冲燃料喷射事件的系统，例如系统采用为了燃料重整的引燃喷射、为了发动机功率的主喷射，并且，在适用的情况下，采用用于后处理管理的后燃燃料喷射事件，这些喷射都影响气缸压力。
传感器安装在发动机上或附近以监测物理特性并且产生与发动机和外界状态相关的信号。传感器包括曲轴旋转传感器，其包括曲柄传感器44用于通过感测多齿目标轮26的齿的边缘来监测曲轴（即发动机）转速（RPM）。曲柄传感器是已知的，并且可以包括例如霍尔效应传感器、感应传感器或磁阻传感器。来自曲柄传感器44的信号输出输入到控制模块5。燃烧压力传感器30适合于监测气缸内压力（COMB_PR）。燃烧压力传感器30优选为非插入式的并且包括力传感器，其具有适合于在用于电热塞28的开口处安装到气缸盖中的环形横截面。燃烧压力传感器30连同电热塞28一起安装，使燃烧压力经由电热塞机械地传递给压力传感器30。压力传感器30的输出信号COMB_PR与气缸压力成比例。压力传感器30包括压电陶瓷装置或可照此适用的其它装置。其它传感器优选为包括用于监测歧管压力（MAP）和外界大气压力（BARO)的歧管压力传感器、用于监测进气质量空气流量（MAF）的质量空气流量传感器和监测发动机冷却剂温度（COOLANT）的冷却剂传感器35。此外，传感器能够监测进气温度（Tin）、进入进气歧管的EGR温度（Tegr）和流向气缸的进气歧管内进气充量流的温度（Tc）。该系统可以包括用于监测一个或多个排气状态例如温度、空燃比和组分的状况的排气传感器。本领域技术人员理解，可以有其它传感器和方法用于控制和诊断。以驾驶员转矩请求To_req为形式的驾驶员输入通常通过节气门踏板和制动踏板连同其它装置获得。发动机优选为配备用于监测运转和为了系统控制的其它传感器。每个传感器信号地连接到控制模块5以提供信号信息，信号信息被控制模块转换成代表相应的监测状态的信息。要理解的是，这个配置是示例性而非限制性的，包括各个传感器可用功能等效的装置代替。
致动器安装在发动机上并且由控制模块5响应于驾驶员输入控制以实现各个性能目标。致动器包括响应于控制信号（ETC）控制节气门开度的电控节气门和用于响应于控制信号（INJ_PW）直接喷射燃料到每个燃烧室中的多个燃料喷射器12，所有这些都是响应于驾驶员转矩请求To_req得到控制。EGR阀32和冷却器响应于来自控制模块的EGR控制信号控制外部再循环EGR气体到发动机进气的流量。电热塞28安装在每个燃烧室中并且适合于与燃烧压力传感器30一起使用。此外，在一些实施例中能够采用增压系统，按照期望歧管空气压力供应增压空气。
燃料喷射器12是高压燃料喷射器，适合于响应于来自控制模块的指令信号INJ_PW直接喷射燃料充量到一个燃烧室中。每个燃料喷射器12被供以来自燃料分配系统的增压燃料并且具有的工作特性包括最小脉冲宽度和相关联的最小可控燃料流率和最大燃料流率。
发动机可以配备可控气门机构，该机构操作成调整每个气缸的进气和排气门的开启和关闭，包括气门正时、定相（即相对于曲柄转角和活塞位置的正时）和气门开启升程大小中的任何一或多个。一个示范性系统包括可变凸轮定相，其适用于压缩点火式发动机、火花点火式发动机和均质充量压缩点火式发动机。
控制模块5执行存储在其中的例程以控制前述致动器从而控制发动机运转，包括节气门位置、燃料喷射质量和正时、EGR阀位置以控制再循环废气流量、电热塞操作，以及控制进气和/或排气门正时、定相和升程，这些都装备在系统上。控制模块构造成从驾驶员接收输入信号（例如节气门踏板位置和制动踏板位置）以确定To_req并且从指示发动机转速（RPM）、Tin、冷却剂温度及其它外界状态的传感器接收输入信号。
图1描述一种示范性柴油机，然而，本文描述的方法能够类似地用在其它发动机构型上，包括，例如以汽油为燃料的发动机、以乙醇或E85为燃料的发动机或其它类似的已知结构。本发明不意图限制为本文描述的特殊示范性实施例。
图2示出包括涡轮增压器的示范性发动机构型。T该示范性发动机是多缸的并且包括行业中公知的多种燃料供应类型和燃烧策略。发动机系统部件包括包含涡轮46和空气压缩机45的进气压缩机40、充量空气冷却器142、EGR阀132和冷却器152、进气歧管50和排气歧管60。外界的进气通过进气道171吸入压缩机45中。增压进气和EGR流输送给进气歧管50用于发动机10中。排气流通过排气歧管60离开发动机10、驱动涡轮46并且通过排气管170排出。描绘的EGR回路是高压EGR系统，从排气歧管60输送增压排气到进气歧管50。一种替代构型，低压EGR系统能够从排气管170输送低压排气到进气道171。传感器安装在发动机上以监测物理特性并且产生与发动机和外界状态相关的信号。传感器优选为包括外界空气压力传感器112、监测Tin的外界或进气温度传感器114和质量空气流量传感器116（这些都能够单独配置或配置成单个集成装置）、MAP传感器120、排气温度传感器124和EGR阀位置传感器130。发动机转速传感器44监测发动机的转速。此外，安置进气流温度传感器118以提供进气离开增压空气冷却器142之后和进气进入进气歧管50之前的进气流温度（Tcac），安置EGR温度传感器134以提供在EGR流离开EGR冷却器152之后和再EGR流进入进气歧管50之前监测的Tegr。每个传感器信号地连接到控制模块5以提供信号信息，信号信息被控制模块转换成代表相应的监测状态的信息。要理解的是，这个配置是示例性而非限制性的，包括各个传感器可用功能等效的装置代替并且仍属于本发明的范围。此外，在本发明的范围内，进气压缩机40可以包括行业中公知的二者择一的涡轮增压器或增压器构造。
Tc的精确测量能够改善发动机功率、燃料效率和排放。充量空气冷却器或EGR冷却器的性能变化或故障能够引起Tc的意外变化。Tc的监测或确定值能够用于控制发动机运转以补偿期望Tc与实际Tc之间的任何变化。能够由传感器直接监测Tc，但是传感器是昂贵的并且产生额外的安装和维修问题。
进入和离开进气歧管的流、进气流、EGR流和进气充量流都包括不同的热特性。特别是，每个流都包括独特的比热特性。估计Tc的方法包括基于歧管中混合的进气流和EGR流以及混合气体热特性的影响的误差。估计热特性影响或修正该影响的一种方法包括确定进气歧管内的混合对从进气歧管流到发动机气缸所得进气充量流的热特性特别是比热（根据比热系数cpc测得）的影响。因为进气充量流包括进气流与EGR流的混合物，所以混合物对进气流比热的影响的确定是修正混合气的影响的一种方式。直接确定cpc，但是可能在计算上难以确定。确定cpc对进气充量流的影响的一种方法包括确定进入进气歧管的进气流的比热（根据比热系数cpa测得）与cpc的比率。通过运用cpa与cpc的比率代替cpc的绝对值来估计Tc，能够代替热特性绝对值的更困难的确定来估计混合过程中流热特性变化的程度。公开一种方法，估计发动机进气歧管内进气充量流的温度并且运用该估计的温度控制发动机，该估计包括对进气歧管内气体热特性的修正。在一个实施例中，该方法包括监测发动机的系统状态、基于监测的系统状态确定混合对进气充量流的比热系数的影响、基于混合对进气充量流的比热系数的影响和监测的系统状态确定估计的进气充量温度以及基于估计的进气充量温度控制发动机。
根据分析进气歧管的一种方法，歧管能够模型化为具有固定容积的容器，其包括两个输入，一个用于进气流（Wa），一个用于EGR流（Wegr），还包括一个输出，进气充量流或总充量流离开歧管进入气缸中（Wc）。能够根据行业中公知的关系按照下列关系描述Wc。  
   [1]
ηv是发动机的容积效率。D是气缸工作容积。P是进气歧管压力，例如，由MAP传感器120测得。N是发动机转速。R是常用气体常数。能够基于焓方程式按照下列关系对进气歧管动力学建模。  
   [2]
cpe是EGR流的比热系数。包括进气歧管内的损失的测量值，其中，cvc是进气歧管内含物的比热系数，V是进气歧管的容积，是进气歧管的热损失。dP/dt是进气歧管压力例如歧管绝对压力传感器读数相对于时间的导数。假定质量平衡由下列关系表达
   [3]
能够按照下列关系作出对Tc的估计
   [4]
其中，fA是如下表示的空气分数。  
   [5]
γ是行业中公知的比热比。
比热系数特别是cpc影响Tc估计的准确度。cpc受许多因素的影响，包括进气歧管中的EGR混合和进气节气门位置。比热系数cpa和cpe能够表示如下：
   [6]
   [7]
其中，Φ是充量的当量比。fcvstoic(Tegr)和fcvair(Tegr)是描述等容情况下空气和化学计量充量的比热系数的状态的函数。图3示出等容情况下在一系列温度下的空气流和化学计量燃料空气混合物的示范性比热值。水平x轴示出单位为K的温度。垂直y轴示出比热。曲线210代表特定化学计量充量的比热，曲线200代表空气的比热。能够按照行业中公知的方法为特定燃料类型确定这些曲线。
根据一个实施例，对于已知的发动机构型，能够如下对用于确定方程式4的项的cpa与cpc的比率建模。  
   [8]
EGR%是当前引入进气歧管的EGR流的EGR分数、EGR阀位置或测量（任何一个可以称作排气再循环）。对于特定发动机构型中的特定Φ，能够为一系列EGR%值确定cpa与cpc的比率。图4示出在一系列EGR%值下的cpa与cpc的比率的值。水平x轴示出一系列EGR%值，用0至1的分数表达。垂直y轴示出一系列cpa与cpc的比率值。点260示出在示范性发动机构型的测试中采集的数据点。曲线250示出能够基于示出的数据点260确定的示范性趋势线。在一个实施例中，能够确定发动机构型主要受到EGR%的影响，因此，只需要一组数据来确定所需比。在另一实施例中，能够运用多个数据组为不同Φ值产生类似曲线。这样的多个曲线能够运用在多个查询表中、在3维曲线图中或者以任何其它类似方法来基于EGR%和Φ提供输出。根据一个实施例，能够按照方程式6和7确定cpe与cpa的比率。根据另一实施例，对于已知的发动机构型，能够如下对用于确定方程式4的项的cpe与cpa的比率建模。  
   [9]
方程式8和9中表达的比热比的函数关系都能够基于经验数据、计算、建模或足以理解发动机运转和经过进气歧管的流动的任何方法确定，并且这些函数关系能够存储在查询表中，简化成程序规划输入/输出响应，或以行业中公知的用于车辆的任何其它方法。
基于通过本文公开的方程式对比热值的精确确定，能够做出对Tc的精确估计。根据一个实施例，当EGR阀打开时，能够重新排列上面的方程式以表达如下，提供估计Tc的方程式。  
   [10]
能够通过例如按照方程式8确定cpa/cpc比率、按照方程式6确定cpa并且然后求解cpc来确定cpc的值。在某些情形下，方程式10的使用能够比方程式4的使用更可取。方程式4基于Wc确定Tc。按照方程式1，能够基于Tc确定Wc。Tc取决于Wc，其中Wc取决于Tc，形成了递归的情况，其中，例如，从Tc的前一迭代获得的Wc的值取决于必须用于确定Tc的当前迭代。方程式10是决定性的，其中，能够在当前迭代确定每项，而没有任一项取决于Tc。然而，当EGR流接近零时，方程式10可能无效。根据一个实施例，EGR阀是打开还是关闭能够运用方程式10，采取的假定是，当EGR阀是关闭是方程式10简化成Tc=Tcac，忽略或省略作为瞬变现象的EGR回路的任何小泄露或进气歧管中的残留混合物。根据另一实施例，每当命令EGR阀关闭时例如在发动机起动期间或者EGR阀关闭到闭合位置时，能够选择方程式4，而且，每当知道EGR阀是打开时，能够选择方程式10。根据一个实施例，能够监测关闭EGR阀的指令，并且Tc的估计能够是基于该指令是存在还是不存在。根据另一实施例，当EGR阀打开时能够运用方程式10，并且当EGR阀关闭时能够使用下列关系：
   [11]
式中，ΔT是进气歧管中的温度变化。通过监测排气再循环阀指令是否表明排气再循环阀的关闭，本发明的方法能够用于选择性地确定Tc。
根据一个实施例，控制模块能够运用方程式10和11，基于EGR阀是打开还是关闭在这些方程式中选择。图6示出EGR阀打开的时期和EGR阀关闭的时期Tc估计的示范性结果。上图示出Tc估计比对时间，下图示出与上图相同的时间段内EGR阀位置。这两幅图的水平x轴示出以秒为单位的时间。下图的垂直y轴包括用于关闭的EGR阀的0值和用于打开的EGR阀的1值。曲线400示出EGR阀最初处于关闭状态，转换到打开状态，然后转换回到关闭状态。上图的y轴示出温度。曲线410示出基于EGR阀是打开还是关闭按照方程式10和11确定的Tc估计。在EGR阀关闭的两个时段，Tc接近较低Tcac值。在EGR阀打开的时段内，温度按照较高Tegr值的影响而升高和波动，EGR阀流与进气流混合以升高进气充量流的温度。
图5示出Tc估计的示范性结果与测试构型中相应的测定Tc值的比较。水平x轴示出测试周期的时间。垂直y轴示出单位为开的温度Tc。测试构型以一组输入进行运转，在示出的测绘周期内测量监测测试构型的进气充量流的温度的温度传感器。来自温度传感器的数据示为曲线300。由模块运用本文公开的方法对给测试构型的输入另外进行处理以估计Tc。Tc估计的结果示为曲线310。曲线300与310的比较允许的结论是Tc估计紧密且精确地追随测试构型的进气充量流的实际温度。
公开的方程式能够用于确定各个项。例如，公开的方程式4确定Tc的估计。如果需要Wc的估计或值，方程式4能够以重新排列的形式用于从Tc的前一确定值确定Wc。类似地，关于方程式10，能够按照方程式8确定cpa/cpc的比率，来自方程式6的cpa的值能够用于确定cpc的值。
图7示出示范性过程，由此Tc能够被估计并且用于控制发动机。提供表1作为图7的索引，其中，数字标记的块和相应的功能阐述如下。
过程500开始于块510。在块510，监测或确定用于估计Tc的系统状态。能够直接监测系统状态，例如通过温度或流量传感器。替代地，能够通过监测车辆可用的数据按照行业中公知的方法确定系统状态。在块520，确定cpe/cpa比率，例如基于Tegr、Tcac和Φ按照方程式9。在块530，确定fA，例如按照方程式5。在块540，基于P、Twall或影响和Wc的进气歧管的壁温确定修正和传热因数，方程式2中用项例示的。在块550，确定cpa/cpc比率，例如基于EGR%和Φ按照方程式8。在块560，按照方程式4，基于监测和确定的项估计Tc。
一旦估计了，Tc就能用于控制发动机。期望Tc或对应于预期发动机运转的Tc值能够被监测或确定并且与估计的Tc作比较。如果EGR阀是关闭的并且估计的Tc与期望Tc的差别超过阈值，就能够例如基于出故障的充量空气冷却器确定影响进气流的问题。如果在EGR阀关闭的时候系统以可接受的Tc值正常运转，但是在EGR阀打开的时候估计的Tc与期望Tc的差别超过阈值，那么，就能够基于出故障的EGR冷却器确定影响EGR流的问题。基于诊断的故障，能够修改发动机的运转进行补偿，并且能够命令适当的维修指示器。
能够在单个物理设备或跨越许多物理设备在控制模块中根据许多实施例执行估计Tc。控制模块、模块、控制、控制器、控制部件、处理器和类似术语意味着，专用集成电路（多个）（ASIC）、电子电路（多个）、执行一个或多个软件或固件程序或例行程序的中央处理器（多个）（优选为微处理器（多个））和相关存储器和存贮器（只读的、可编程只读的、随机存取的、硬盘等等）、组合逻辑电路（多个）、输入/输出电路（多个）和装置、适当的信号处理和缓冲电路及其它的提供所述功能的合适部件中的一个或多个的任何一种或多种组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意味着，包括标定和查询表在内的任何控制器可执行的指令组。控制模块具有一组控制例行程序，执行这组控制例程以提供期望功能。例程由例如中央处理器执行并且可操作以监测来自传感装置及其它网络控制模块的输入并且执行控制和诊断程序以控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆运行期间，可以每隔一定时间间隔例如每隔3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行一次例程。
本发明已经描述了某些优选实施例及其改型。一旦阅读和理解说明书，可以让别人想起更多改型和改变。因此，意图是，本发明不限于作为构思为执行本发明的最佳方式公开的特殊实施例，但是，本发明将包括所有落入附上的权利要求范围内的实施例。

Claims (14)

1.一种估计从内燃发动机的进气歧管流向发动机气缸的进气充量流的进气充量温度的方法，所述进气充量流包括在所述进气歧管中与排气再循环流混合的进气流，所述方法包括：
监测所述发动机的系统状态，其包括监测排气再循环；
基于所述系统状态确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响，其包括基于所述排气再循环确定所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率；
基于所述混合对所述进气充量流的比热系数的所述影响和所述系统状态估计所述进气充量温度；以及
基于所述进气充量温度控制所述发动机。
2.如权利要求1所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括监测当量比；并且
其中，确定所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率进一步地基于所述当量比。
3.如权利要求1所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测排气再循环温度与充量空气冷却器温度的比率；和
监测当量比；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响进一步地包括：
基于排气再循环温度与充量空气冷却器温度的所述比率和所述当量比确定排气再循环流的比热系数与进气流的比热系数的比率。
4.如权利要求3所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测空气分数；
监测所述充量空气冷却器温度；
监测所述排气再循环温度；
监测所述进气充量流的流率；和
监测歧管绝对压力相对于时间的导数；
其中，估计所述进气充量温度运用下列关系：
；
式中，Tc等于所述进气充量温度，
cpa/cpc等于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的所述比率，
fA等于所述空气分数，
Tcac等于所述充量空气冷却器温度，
cpe/cpa等于所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的所述比率，
Tegr等于排气再循环温度，
V等于进气歧管的容积，
Wc等于所述进气充量流的流率，
γ等于比热比，
R等于常用气体常数，和
等于所述歧管绝对压力相对于时间的所述导数。
5.如权利要求4所述的方法，其中，监测所述进气充量流的所述流率包括：
基于前一估计的进气充量温度确定所述进气充量流的所述流率。
6.如权利要求1所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测充量空气冷却器温度；
监测当量比；和
监测排气再循环温度；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响进一步地包括：
基于所述充量空气冷却器温度确定所述进气流的比热系数；
基于所述排气再循环温度在等容下确定化学计量燃料空气混合物的比热；
基于所述排气再循环温度在等容下确定空气的比热；
运用下列关系确定所述排气再循环流的比热系数：
式中，cpe等于所述排气再循环流的比热系数，
R等于常用气体常数，
Φ等于当量比，
Tegr等于所述排气再循环温度，
fcvstoic(Tegr)等于基于所述排气再循环温度确定的在等容下的化学计量燃料空气混合物的比热，和
fcvair(Tegr)等于基于所述排气再循环温度确定的在等容下的空气的比热；和
确定所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的比率。
7.如权利要求6所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测空气分数；
监测所述进气充量流的流率；和
监测歧管绝对压力相对于时间的导数；
其中，运用下列关系估计所述进气充量温度：
；
式中，Tc等于所述进气充量温度，
cpa/cpc等于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的所述比率，
fA等于所述空气分数，
Tcac等于所述充量空气冷却器温度，
cpe/cpa等于所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的所述比率，
Tegr等于排气再循环温度，
V等于进气歧管的容积，
Wc等于所述进气充量流的流率，
γ等于比热比，
R等于常用气体常数，和
等于所述歧管绝对压力相对于时间的所述导数。
8.如权利要求1所述的方法，其中，监测所述系统状态包括：
监测排气再循环阀指令；
监测充量空气冷却器温度；
监测排气再循环温度；
监测所述进气流的流率；
监测歧管绝对压力；和
监测发动机转速；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响进一步包括：
基于所述系统状态确定所述进气流的比热系数；
基于所述系统状态确定所述排气再循环流的比热系数；和
基于所述进气流的比热系数和所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率确定所述进气充量流的比热系数；并且
其中，当所述排气再循环阀指令没有表明排气再循环阀的关闭时，运用下列关系估计所述进气充量温度：
；
式中，Tc等于所述进气充量温度，
P等于所述歧管绝对压力，
D等于气缸工作容积，
N等于发动机转速，
ηv等于发动机的容积效率，
cpc等于所述进气充量流的比热系数，
Wa等于所述进气流的流率，
cpa等于所述进气流的比热系数，
Tcac等于所述充量空气冷却器温度，
cpe等于所述排气再循环流的比热系数，
Tegr等于所述排气再循环温度，和
R等于常用气体常数。
9.如权利要求8所述的方法，其中，当所述排气再循环阀指令表明所述排气再循环阀的关闭时，运用下列关系估计所述进气充量温度：
；
式中，ΔT是进气歧管内的温度变化。
10.如权利要求8所述的方法，其中，监测所述系统状态进一步地包括：
监测空气分数；
监测排气再循环温度；
监测所述进气充量流的流率；
监测歧管绝对压力；和
监测所述歧管绝对压力相对于时间的导数；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响进一步地包括：
确定所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的比率；
其中，当所述排气再循环阀指令表明所述排气再循环阀的关闭时，运用下列关系估计所述进气充量温度：
；
式中，Tc等于所述进气充量温度，
cpa/cpc等于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的所述比率，
fA等于所述空气分数，
Tcac等于所述充量空气冷却器温度，
cpe/cpa等于所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的所述比率，
Tegr等于排气再循环温度，
V等于进气歧管的容积，
Wc等于所述进气充量流的流率，
γ等于比热比，
R等于常用气体常数，和
等于所述歧管绝对压力相对于时间的所述导数。
11.一种估计从内燃发动机的进气歧管流向发动机气缸的进气充量流的进气充量温度的方法，所述进气充量流包括在所述进气歧管中与排气再循环流混合的进气流，所述方法包括：
监测所述发动机的系统状态；
基于所述系统状态确定所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率；
基于所述系统状态确定所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的比率；
基于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率、所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的比率和所述系统状态估计所述进气充量温度；以及
基于所述估计的进气充量温度控制所述发动机。
12.一种估计包含提供进气流的增压系统和提供排气再循环流的排气再循环回路的内燃发动机的进气歧管的进气充量温度的系统，所述系统包括：
进气歧管，其混合所述进气流和所述排气再循环流以向所述发动机的气缸提供进气充量流；和
控制模块：
监测所述发动机的系统状态，其包括监测排气再循环；
基于所述系统状态确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响，其包括基于所述排气再循环确定所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的比率；
基于所述混合对所述进气充量流的比热系数的所述影响和所述系统状态估计所述进气充量温度；以及
基于所述估计的进气充量温度控制所述发动机。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述控制模块进一步地监测排气再循环阀指令；并且
其中，估计所述进气充量温度是基于所述排气再循环阀指令。
14.如权利要求12所述的系统：
其中，监测发动机的系统状态包括：
监测排气再循环温度与充量空气冷却器温度的比率；和
监测当量比；
其中，确定所述混合对所述进气充量流的比热系数的影响包括：
参照提供所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的校准比率的查询表；和
参照提供所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的校准比率的查询表；并且
其中，估计所述进气充量温度包括基于所述进气流的比热系数与所述进气充量流的比热系数的校准比率和所述排气再循环流的比热系数与所述进气流的比热系数的校准比率估计所述进气充量温度。
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