CN102939453A - 新鲜空气量的估计方法、该方法用的记录介质和估计装置、配备该估计装置的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从进气门和排气门打开和关闭角度的参数模型出发估计一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的方法，该方法包括标定(120)在发动机运行的标称温度下的模型，该标定还包括校准打开和关闭角度值。发动机在不同于标称温度的温度下运行时，该方法包括修正(126)根据这些气门与其气门摇臂之间分布游隙的估计值校准的打开和关闭角度。

Description

新鲜空气量的估计方法、该方法用的记录介质和估计装置、配备该估计装置的汽车

本发明请求2010年5月7日提交的法国专利申请书1053602的优先权，其内容(正文、附图和权利要求书)通过引用引作参考。

技术领域

本发明涉及在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的估计方法和估计装置。本发明同样涉及实现该方法用的信息记录介质和估计装置以及配备该估计装置的汽车。

背景技术

一个发动机循环依次包括从燃烧室排出燃烧气体、把新鲜空气和碳氢燃料吸入燃烧室和混合物在该燃烧室中燃烧。在四冲程发动机的情况下，一个发动机循环对应于活塞在汽缸中在其行程的两个最终位置，就是说上死点(PMH)和下死点(PMb)之间的两个来回。

燃烧气体排放的持续时间就是该一个或多个排气门门打开的时间。类似地，吸入新鲜空气的持续时间等于该一个或多个进气门打开的时间。

如所周知，内燃机所提供的功率是吸入该发动机燃烧室内空气量的函数。该空气量本身与该空气的密度成正比。因此，在要求大功率的情况下，要考虑借助于空气在未被吸入该燃烧室之前的压缩来增大空气量。这个操作更一般地被称为增压，并可以通过作为涡轮压缩机或者诸如螺杆压缩机等被驱动的压缩机的增压装置实现。

为了进一步增大吸入汽缸的空气量，可以规定实现一种用剩余燃烧气体清扫的吸气模式。这清扫允许抽空目前在燃烧室中的燃烧气体，以便用增压的空气代替。

正如这在美国专利4217866中说明的，这扫气是通过在曲轴几度至几十度旋转角度的过程中同时打开同一燃烧室的排气门和进气门获得的。一般，这是在燃烧气体排气结束和在新鲜空气吸气开始时产生的。实际上，在开打的进气门水平上空气压力高于在排气门水平上的压力这一事实，建立一股空气流，从吸气直接通到排气，带动一部分目前在该燃烧室中存在的剩余燃烧气体通过。进气门和排气门同时打开的这个时期称为“气门重叠”。

在大气压发动机，就是说没有增压的发动机的情况下，同样可以设置气门重叠。在这种情况下，在该气门重叠的过程中，新鲜空气和燃烧气体吸入燃烧室。人们说燃烧气体被再吸入。这个被称为IGR(气体内部循环)或者内部废气循环的功能是已知的。

吸入发动机汽缸燃烧室内新鲜空气流量的估计方法是已知的。例如，在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的估计方法。该估计是从进气门和排气门打开和关闭角度的参数模型出发实现的。

气门的打开和关闭角度对应于在发动机循环中气门分别打开和关闭的时刻。

这些方法包括在发动机运行的标称温度下标定模型，这个标定还包括校准打开和关闭角度的数值。

一般，该标称温度是发动机热时的工作温度。在这里，若该发动机冷却液体的温度是90℃，则认为该发动机是热的。

但是，当该发动机不在其标称温度下工作时，具体地说，在发动机冷起动时，空气量的估计误差增大。

发明内容

本发明旨在提供一种允许估计吸入燃烧室内新鲜空气量更精确的估计方法，纠正这个缺点。

因而，其目标在于提供一种估计方法，其中该方法包括在发动机在不同于标称温度的温度下运行时，修正根据这些气门与其气门摇臂之间或者该气门和凸轮轴的凸轮之间的分布游隙的估计值校准的打开和关闭角度。

上述方法允许限制当发动机不在其标称温度下工作时新鲜空气量的估计误差，因为气门的打开和关闭角度在考虑到不同的分布游隙数值的情况下加以修正。

该估计方法的实施方式可以包括一个或几个下列特征：

■该修正是在进气门和排气门打开或关闭角度上减去一个恒定偏移量。

■该修正包括：

i.借助于预定的曲线图把每个估计的分布游隙变换为修正角度，和

ii.在标定阶段上校准的打开和关闭角度中至少一个上加上或减去修正角；

■该方法包括估计在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气质量Ma的步骤，该步骤包括：

iii.估计新鲜空气吸入结束时燃烧室内所含气体的总质量Mtot，

iv.估计燃烧气体排放结束时燃烧室内所含燃烧气体的质量Mb，和

v.从估计的总质量Mtot和燃烧气体质量Mb之间的差值出发，估计新鲜空气的质量Ma；

■该修正还包括在标定阶段期间校准的打开或关闭角度上加上或减去一个恒定的偏置量；

■分布游隙的估计是从一个代表发动机温度和从发动机起动起过去的时间的物理量出发实现的；

■该方法包括测量发动机起动时刻发动机冷却液体温度，这个测量组成代表发动机温度的变量。

该方法的这些实施方式还有下列优点：

i.可以更准确地建立燃烧气体的总质量Mtot和质量Mb的估计值，而不必测量燃烧室内的压力或温度，这允许获得一个对质量Ma更精确的估计；

ii.在标定阶段上测量的打开或关闭角度上减去或加上一个预定的偏置量，允许更准确地接近气门打开或关闭的准确值。

本发明的目的还在于提出一种信息记录介质，包括一些指令，当这些指令由电子计算机执行时执行上述方法。

本发明的目的同样在于提出一种在一个发动机循环中对吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的估计装置，该估计装置包括：

i.带有进气门和排气门打开和关闭角度的允许估计该新鲜空气量的参数模型，和

ii.当发动机在标称温度下工作时在标定阶段上校准的打开和关闭角度，

iii.一种修正器，发动机在不同于标称温度的温度下运行时能够修正根据气门和其气门摇臂之间的分布游隙的估计值校准的打开和关闭角度。

最后，本发明的目的还在于提出一种包括上述估计装置的汽车。

附图说明

阅读只作为示例而非限制性给出的和参照附图所作的下文的描述，将会更好地理解本发明，附图中：

●图1是估计质量Ma和总填充率rempl tot的汽车示意图；

●图2是图1汽车分布游隙示意图；

●图3是示意地说明在一个发动机循环中进气门和排气门位移的曲线图；

●图4是更详细地说明实现质量Ma和总填充率rempl_tot估计装置的电子计算机的体系结构的图解；

●图5是说明图1汽车气门测出的规律的曲线图；

●图6是说明把分布游隙变换为修正角的曲线图；而

●图7是图1汽车中质量Ma和总填充率rempl_tot估计方法的流程图。

具体实施方式

在这些图中，同一引用号用来表示同一要素。

在下文的描述中本领域技术人员众所周知的特征和功能不再赘述。

图1示意地表示配备内燃机的汽车2。例如，该汽车2是一个诸如小汽车的轿车。

汽车发动机2配备几个汽缸。但是，为了简单明了起见，图1所示的内燃机只画出一个汽缸6。在汽缸6内部，活塞8装配得可以移位，在上死点(PMH)和下死点(PMB)之间移动。活塞8借助于连杆14驱动曲轴12的曲柄10旋转。曲轴12借助于一个未示出的机构驱动诸如轮子16的汽车2驱动轮旋转。

汽缸6定义由活塞8上部和未示出的气缸盖限定的燃烧室18。新鲜空气吸入管道20借助于进气孔通入燃烧室18。进气门24可以在关闭位置和打开位置之间移位，在关闭位置上它对新鲜空气密封地关闭进气孔，而在打开位置上新鲜空气可以通过进气孔被吸入燃烧室18。气门24用进气门的气门摇臂26在其打开位置和其关闭位置之间移动。

在该描述中，每个气门摇臂都用凸轮轴移动。该气门摇臂可以是该凸轮轴的一个凸轮。该凸轮轴这时被称为“头部凸轮轴”。该气门摇臂还可以借助于一个本身被凸轮轴驱动移动的杠杆移动。

在这里表示的特定情况下，碳氢燃料喷嘴28设置在把碳氢燃料喷入被吸入燃烧室18内的新鲜空气中的管道20上。于是，新鲜空气/碳氢燃料混合物开始在空气进气管道内产生。

管道20在流体上连接至专门用来压缩被吸入燃烧室18的新鲜空气的涡轮压缩机32的压缩机30。这样被压缩的新鲜空气称为增压新鲜空气。

专门用来点燃新鲜空气/碳氢燃料混合物的火花塞34通入燃烧室18。该火花塞由点火装置36操纵。

排气管道40还借助于排气孔通往燃烧室18。该排气孔可以由一个可以在关闭位置和打开位置之间移位的气门44封闭，在关闭位置上它对燃烧气体密封地封闭排气孔，而在打开位置上燃烧室18内所含的燃烧气体可以通过管道40排出。气门44通过气门46的气门摇臂在这些打开位置和关闭位置之间移动。

管道40与通往燃烧室18的开孔相反的端部，在流体上连接涡轮压缩机32的涡轮机48。涡轮机48尤其允许废气在输送到排气管线50之前降压。

发动机能够接受控制的不同设备，诸如执行器、点火装置或者还有碳氢燃料喷嘴，均连接至亦用字首词ECU(发动机控制单元)表示的已知的发动机的控制单元60。为了简化图1，没有示出单元60和不同的受控设备之间的连接。

单元60还连接大量的传感器，例如，曲轴12位置传感器62、发动机冷却液体温度传感器63和发动机转速传感器64。在这里发动机转速定义为发动机驱动轴每分钟的转数。

图2更详细地表示气门一端66由气门摇臂67在其打开位置和关闭位置之间的移动。图2表示，在气门摇臂67用来顶在移动气门用的相应端66一个面上的面之间可能存在游隙J。该游隙用术语“分布游隙”表示，是已知的。一般该游隙每个气门都不相同。在这里，该游隙的存在是因为汽车2对游隙J没有补偿机构。

图3以曲线图的形式表示在一个发动机循环中气门24和44的位移与活塞8的位移的关系。在该曲线图上，横坐标轴70表示在该曲线图上，活塞8在分别标注为PMH和PMB的上死点和下死点之间的位移。纵坐标轴表示进气门和排气门的位移幅度。当进气孔或者排气孔封闭时这个幅度为零。当这些同一的孔完全打开时它是最大值。在这里，气门44的位移用曲线72表示，而气门24的位移用曲线74表示。

轴70用曲轴旋转角度的度数来刻度。该轴的原点与新鲜空气吸入的上死点互相重合。

如图3所示，排气门基本上在下死点附近的角度OE处开始打开，并在角度FE处关闭。在图2所示的特定情况下，角度FE位于吸气上死点之后。

该进气门在角度OA开始打开，并在角度FA关闭。

在这里，该曲线图是在存在气门重叠的特定情况下呈现的。事实上，角度OA在角度FE之前，这指明，在几度的时间周期中进气门和排气门同时打开。

图4更详细地表示用以估计质量Ma和总填充率rempl_tot的单元60可能的体系结构。

为此，单元60实现：

●汽车2进气门和排气门分布游隙估计装置78，

●穿过排气孔的燃烧气体的温度T_ECH估计装置80。

穿过排气孔的燃烧气体在气门重叠过程中穿过排气孔的气体压力P_ECH的估计装置82，

●借助于管道20吸入燃烧室18内的新鲜空气温度TADM估计装置84，和

●吸入燃烧室18的新鲜空气压力PADM估计装置86。

这些估计装置78，80，82，84和86连接至质量Ma和总填充率rempl_tot估计装置88。该估计装置88也连接至发动机控制块90。该块90尤其允许根据质量Ma和总填充率rempl_tot控制不同的执行器、喷嘴和发动机点火装置。例如，控制块90能够调节喷入的碳氢燃料量，并使喷入燃烧室18的新鲜空气/碳氢燃料混合物的点火时刻提前，或者调节允许调整吸入燃烧室18的新鲜空气量的蝶阀开度。

估计装置88包括：

●燃烧气体排放结束时含于燃烧室18内的燃烧气体质量Mb的估计模块92，

●气门重叠时吸向排气管的扫气气体的质量Mbal估计装置94，

●燃烧气体温度Tb估计装置96，

●吸入燃烧室18的新鲜空气质量Ma估计装置98，

●总填充率rempl_tot估计装置100，和

●根据估计的分布游隙修正角度OE，OA，FE和FA的修正器102。

模块92具有：

●估计排气结束时含于燃烧室18内的剩余燃烧气体质量Mb_resi的估计子模块102，和

●气门重叠时再吸入燃烧室18的燃烧气体质量Mb_{_reasp}估计子模块104。

单元60一般从能够执行记录在信息记录介质上的指令的可编程计算机出发实现。为此，在这里，单元60连接至存储器106，其中包含执行图7方法所需要的不同的指令和数据。具体地说，实现图7的方法所用不同的曲线图记录在该存储器106中。例如，这些曲线图是通过试验将估计值和实际值之间的误差减到最小而构建的。

更详细地描述每个模块92至102之前，首先描述一个从传感器的测量值出发提供质量Ma和总填充率rempl_tot的模型的一般原理。

在这里，该模型的一般原理是基于进、出该燃烧室18的气体在一个发动机循环上的质量平衡。该质量平衡分解为几个在整个发动机循环上执行的算法。

在第一时间，估计排气结束时燃烧室18内燃烧气体的质量Mb。在第二时间，估计吸气结束时含于燃烧室18内气体的总质量Mtot。

从这两个估计值出发，和由于气体总质量在一个发动机循环上保持不变，在一个发动机循环中含于燃烧室18内的空气质量Ma可以通过从质量Mtot减去质量Mb而获得。

更准确地说，在一个发动机循环中，在吸入和排出的气体质量平衡之后，质量Ma用以下关系给出：

Ma＝Mtot-Mb

式中：

●Mtot是吸气结束时燃烧室18内气体的总质量，而

●Mb是排气结束时燃烧室18内燃烧气体的总质量。

当气门重叠时燃烧气体的一部分被重新吸入的特定情况下，质量Mb的估计分解为排气结束时未借助于管道40排出的剩余燃烧气体质量Mb_resi的估计和在气门重叠过程中再吸入的燃烧气体质量Mb_reasp的估计。

这时燃烧气体的质量Mb用以下关系定义：

Mb＝Mb_resi+Mb_reasp

式中：

●Mb_resi是排气时未能排出的剩余燃烧气体质量，而

●Mb_reasp是气门重叠时再吸入的燃烧气体质量。

在发动机带有气门重叠增压的特定情况下，人们同样力求估计增压新鲜空气的总填充率rempl_tot。总填充率rempl_tot是在一个发动机循环中借助于进气孔吸入的新鲜空气总量。在发动机带有气门重叠增压的情况下，通过进气孔吸入的一部分新鲜空气立即经排气管排出(Mbal)。于是，总填充率rempl_tot，以第一近似由以下关系给出：

$\mathrm{rempl}\_t\hat{o}t=\mathrm{rempl}\_\mathrm{cyl}+\frac{\mathrm{Mbal}}{\mathrm{Mo}}$

式中：

●rempl_tot是总新鲜空气的总填充率，

●rempl_cyl是燃烧室18的新鲜空气填充率，

●Mbal是在气门重叠过程中向排气管吸气的扫气气体质量，而

●Mo是在正常温度和压力的条件下测量的空气基准质量。

新鲜空气的填充率rempl_cyl用以下关系定义：

$\mathrm{rempl}\_\mathrm{cyl}=\frac{\mathrm{Ma}}{\mathrm{Mo}}$

式中：

●Ma是吸气结束时燃烧室18中所含的空气质量，而

●Mo是基准质量。

在这里，温度和压力的正常条件对应于298.15K温度、1013Mbar压力和等于一个汽缸容积的容积。

变量rempl_tot、rempl_cyl和比例Mbal/Mo是无量度变量。

一般，质量Mb_reasp只存在于大气压发动机的情况下。反之，质量Mbal只存在于增压发动机的情况下。但是，以下模型的描述是在最完全的情况下，就是说，质量Mb_reasp和Mbal的两个估计都实现的情况下进行的。事实上，本领域技术人员可以轻易地简化下列模型，使之只适应大气压发动机的情况或者只适应增压发动机的情况。

现将详细地描述在这里利用的模型不同的方程式和不同的模块92至100。

子模块102借助于以下关系估计质量Mb_resi：

$\mathrm{Mb}\_\mathrm{resi}=\frac{P_{\mathrm{cyl}\_\mathrm{FE}}\×V_{\mathrm{cyl}\_\mathrm{FE}}}{\mathrm{rx}{T}_{\mathrm{EVH}}}=\frac{\left(A_{\mathrm{ECH}}{\×}_{^\mathrm{ECH}}\right)\×V_{\mathrm{Cyl}\_\mathrm{FE}}}{\mathrm{rx}{T}_{\mathrm{ECH}}}$

式中：

Pcyi_FE是在燃烧室18内的压力，

●PECH是气门重叠时穿过排气孔的燃烧气体压力，

●TECH是通过管道40排出的燃烧气体温度，

●r是等于R/M比例的常数，式中R是理想气体的万能常数，而M是燃烧气体的克分子质量g.mol-1，

●AECH是允许修正用来获得接近PcyiFE的压力PECH的修正系数，其中该数值由曲线图根据角度FE和发动机转速给出，而

●Vcy，FE是排气结束时，就是说对于角度FE的燃烧室18的几何容积。

容积V_CYLFE由以下关系给出：

$\mathrm{Vcy}{i\_}_{\mathrm{FE}}\left(\mathrm{FE}\right)=\frac{\mathrm{Cu}}{\mathrm{\ϵ}-1}+\frac{\mathrm{Cu}}{2}(1+\mathrm{\λ}-\cos \left(\mathrm{FE}\right)-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{\sin }^2\left(\mathrm{FE}\right)})$

式中：

●A是连杆/曲柄比，

●Cu是汽缸6的单位汽缸工作容量，而

●ε是发动机的压缩比。

比例A和比例ε是发动机已知的特征。这里要简单地提醒，比例A是连杆14的长度除以曲柄18长度一半之间的比例。

在上列关系和下列关系中，压力PECH和PADM和温度TECH和TADM是估计装置80，82，84和86从该发动机中测量的物理量出发估计的压力和温度。

子模块104估计气门重叠时再吸入的燃烧气体质量Mb_reasp。在这里，这个估计由以下关系给出：

Mb_reasp＝Mb_reasp/K

式中：

●Mb_reasp是用kg/h表示的再吸入燃烧气体的流量，而

●K是一个系数，允许把流量转变为发动机循环吸入燃烧室18的质量。

例如，系数K由以下关系给出：

$K=\mathrm{N\χ}{\·}_{\mathrm{Nbre}\_\mathrm{revolutioncycle}}^{\mathrm{Nbre}\_\mathrm{cylindre}}\×60$

式中：

●N是发动机转速

●“Nbre_cylindre”是发动机汽缸数，

●“Nbre_revolutioncycle”是一个发动机循环中曲轴的转数，而

●“60”允许把以转/分给出的发动机转速N转换为每小时转数。

例如，对于一个配备四个汽缸的四冲程发动机，该系数K等于K＝Nx2x60。

再吸入的燃烧气体流量Mb_reasp是从考虑气门重叠过程而修正的Barre SaintVenant定律出发计算的：

$\stackrel{\·}{\mathrm{Mb}\_\mathrm{reasp}}=\frac{P_{\mathrm{ECH}}}{\sqrt{r\×T_{\mathrm{ECH}}}}\×[\mathrm{Sbase}+\mathrm{Scor}\×(\mathrm{\Γ}\left(\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}\right)-{\mathrm{\Γ}}_0\left(\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}\right))]\×\mathrm{POND}$

式中：

●P_ECH是穿过排气孔的燃烧气体压力，

●P_ADM是通过管道20吸入的新鲜空气压力，

●T_ECH是吸入燃烧室18的燃烧气体温度，

●Sbase是预定的曲线图，它根据角度FE和OA之间的差值和发动机转速给出第一修正值，

●Scor是预定的曲线图，它根据角度FE和OA之间的差值和发动机转速给出第二修正值，

●POND是预定的曲线图，它根据气门的重叠位置和发动机转速给出第三修正值。

气门重叠位置由以下关系给出(FE+OA)/2。

Γ(P_ADM/P_ECH)用以下关系定义：

$\mathrm{Si}\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}>{\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}}\⇒\mathrm{\Γ}\left(\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}\right)=\sqrt{\frac{2\×\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}\×[{\left(\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\γ}}}-{\left(\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}+1}{\mathrm{\γ}}}]}$

$\mathrm{Si}\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}<{\left(\frac{2}{\mathrm{\&gamma;}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&gamma;}-1}}\&DoubleRightArrow;\mathrm{\&Gamma;}\left(\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}\right)=\sqrt{\mathrm{\&gamma;}\&times;{\left(\frac{2}{\mathrm{\&gamma;}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\&gamma;}+1}{\mathrm{\&gamma;}-1}}}$

式中γ是燃烧气体恒定压力下的热容与燃烧气体恒定容积下的热容的比例。例如，该比例等于1.4。

上列方程式区分区分亚音速流动和音速流动。

Γ0(P_ADM/P_ECH)用以下关系定义

${\mathrm{\&Gamma;}}_0\left(\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}\right)=\sqrt{\mathrm{\&gamma;}\&times;{\left(\frac{2}{\mathrm{\&gamma;}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\&gamma;}+1}{\mathrm{\&gamma;}-1}}}$

模块94估计气门重叠过程中吸气和排气之间扫气气体的总质量Mbal_tot。

质量Mbal_tot是借助于以下关系获得的：

Mbal_tot＝Mbal_tot/K

式中：

●Mbal_tot是在气门重叠过程中以kg/h表示的从吸气向排气管的扫气气体流量，而

●K是与先前针对发动机循环中把吸入燃烧室18的流量转变为质量而定义的同一系数。

流量Mbal_tot是从为考虑气门重叠而进行修正的Barre Saint Venant定律出发估计的：

$\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{Mbal}\_\mathrm{tot}}=\frac{P_{\mathrm{ADM}}\&times;S}{\sqrt{r\&times;T_{\mathrm{ADM}}}}\&times;\left(\frac{P_{\mathrm{ECH}}}{P_{\mathrm{ADM}}}\right)\&times;\mathrm{POND}$

式中：

●PECH是穿过排气孔的燃烧气体压力，

●TADM是吸入燃烧室18的空气温度

●S是预定的曲线图，允许根据角度FE和OA之间的差值和发动机转速获得一个修正值，而

●POND是预定的曲线图，允许根据气门重叠位置和发动机转速获得一个修正值。

比率r(P_ECH/P_ADM)在上面已经定义。

气门重叠位置等于以下数值：(FE+OA)/2。

模块96估计燃烧气体的温度Tb。为此，这个温度Tb是通过计算剩余气体和再吸气燃烧气体之间的热焓混合物获得的。例如，该温度Tb是从以下关系出发获得的：

$\mathrm{Tb}\stackrel{-}{-}\frac{\mathrm{Mb}-\mathrm{reasp}\&times;\mathrm{cpb}\_\mathrm{reasp}\&times;\mathrm{Tb}\_\mathrm{reasp}+\mathrm{Mb}\_\mathrm{resi}\&times;\mathrm{cpb}\_\mathrm{resi}\&times;\mathrm{Tb}\_\mathrm{resi}}{\mathrm{Mb}\_\mathrm{reasp}\&times;\mathrm{cpb}\_\mathrm{reasp}+\mathrm{Mb}\_\mathrm{resi}\&times;\mathrm{cpb}\_\mathrm{resi}}$

式中：

●Mb_resi是先前估计的剩余燃烧气体质量，

●Mb_reasp是气门重叠时再吸入的燃烧气体质量，

●cpb_resi是剩余燃烧气体在恒定压力下的单位质量热容，

●cpb_reasp是恒定压力下再吸入燃烧气体的单位质量热容，

●Tb_reasp是气门重叠时再吸入的燃烧气体温度，而

●Tb_resi是从绝热降压计算出发获得的剩余燃烧气体温度。

为简化起见，例如，假定热容cpb_resi和cpb_reasp相等。

温度Tb_reasp假定等于温度

温度Tb_resi是从以下关系出发计算的：

$\mathrm{Tb}\_\mathrm{resi}=T_{\mathrm{ECH}}\&times;[\frac{1}{\mathrm{\&gamma;}}+\left(\frac{\mathrm{\&gamma;}-1}{\mathrm{\&gamma;}}\right)\&times;\frac{P_{\mathrm{ADM}}}{P_{\mathrm{ECH}}}]$

式中所有变量在前面均已定义。

模块98通过求解下列方程组估计的：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Ma}=\mathrm{Mtot}-\mathrm{Mb}\\ \mathrm{Mtot}=\frac{(A_{\mathrm{ADM}}\&times;P_{\mathrm{ADM}})\&times;V_{\mathrm{cyl}\_\mathrm{IA}}}{{(r\&times;T_{\mathrm{melange}})}^n}\\ T_{m\stackrel{\&prime;}{e}\mathrm{lange}}=\frac{\mathrm{MaxcpaxTa}+\mathrm{MbxcpbxTb}}{\mathrm{Maxcpa}+\mathrm{Mbxcpb}}\end{array}\right.$

式中：

●PADM，Mb，Ma前面均已定义。

●Vcy_FA是在角度FA下计算的燃烧室18的几何容积，

●A_ADM是一个修正系数，

●r是一个等于比例R/M的常数，式中R是理想气体的万能常数，而M是混合气体的克分子质量，g.mol-1，

●T_melange是燃烧室18中所含的新鲜空气和燃烧气体混合物的温度，而

●指数“n”选定等于1，

●cpa和cpb分别为新鲜空气和燃烧气体在恒定压力下单位质量的热容，而

●Ta和Tb分别为新鲜空气和燃烧气体的温度。

容积V_cyLFA借助于以下关系计算：

${\mathrm{Vcyi}}_{\_\mathrm{FA}}\left(\mathrm{FA}\right)=\frac{\mathrm{Cu}}{\mathrm{\&epsiv;}-1}+\frac{\mathrm{Cu}}{2}(1+\mathrm{\&lambda;}-\cos \left(\mathrm{FA}\right)-\sqrt{{\mathrm{\&lambda;}}^2-{\sin }^2\left(\mathrm{FA}\right)})$

修正系数A_ADM是借助于以下关系获得的：

$A_{\mathrm{ADM}}\underset{~}{-}{A}_{\mathrm{ADM}\_\mathrm{ATMO}}+k_{\mathrm{ATMO}\_\mathrm{TURBO}}\&times;(A_{\mathrm{ADM}\_\mathrm{TURBO}}{-}_{^\mathrm{ADM}\_\mathrm{ATMO})}$

式中：

●A_{ADM_ATMO}是根据角度FA和发动机转速从预定的曲线图出发获得的修正值，

●A_{ADM_TURBO}是一个根据角度FA和发动机转速从预定的曲线图出发获得的修正值，

●系数k_{ATMo_TURBo}是一个由以下关系给出的修正系数：

$k_{\mathrm{ATMO}\_\mathrm{TURBO}}=\max (0;\min (1;\frac{P_{\mathrm{ADM}}-f_A(N,\mathrm{FA})\&times;\frac{P_{\mathrm{ATMO}}}{\mathrm{Po}}}{f_B\left(N\right)\&times;\frac{P_{\mathrm{ATMO}}}{\mathrm{Po}}}))$

式中：

●PATMO是大气压力，

●Po是温度和压力的正常条件的基准压力，就是说1013Mbar，

●f_A(N，FA)是一个根据发动机转速和角度FA从预定的曲线图出发获得的修正值，而

●f_B(N)是根据发动机转速从预定的曲线图获得的修正值。

定义温度T_melange的关系是通过计算含于燃烧室18的燃烧气体质量和新鲜空气质量之间的热焓混合物获得的。

上面描述的方程组是一个有三个未知数和三个方程式的方程组。解该方程组便可以获得质量Ma，温度T_melange和总质量Mtot的估计。

更准确地说，质量Ma的估计是在cpb和cpa相等而且n等于1的特定情况下用以下关系给出的：

$\mathrm{Ma}=\frac{1}{\mathrm{Ta}}\&times;(\frac{(A_{\mathrm{ADM}}\&times;P_{\mathrm{ADM}})\&times;V_{\mathrm{cyl}\_\mathrm{FA}}}{r}-\mathrm{MbxTb})$

必要时，求解该方程组之后获得的质量Ma的估计值可根据新鲜空气的温度Ta修正。例如，质量Ma借助于以下关系修正：

$\mathrm{Ma}=f\left(\frac{1}{\mathrm{Ta}}\right)\mathrm{Ma}$

式中：

●f(1/Ta)是一个修正系数，其中该数值是根据温度Ta的倒数从给出该修正系数值的已经录制好的曲线图出发获得的。

模块100估计新鲜空气总填充率rempl_tot。例如，该总填充率rempl_tot是借助于以下关系获得的：

式中：

●该关系的所有变量都前面均已定义，

●Max(...)和Min(...)分别为返回最大值和最小值函数，而

●|...|是绝对值。

为了获得这后一个关系，认为从吸气向排气的扫气气体在气门重叠过程中在接着直接从吸气转向排气之前首先填充燃烧室18的整个容积。于是，只要扫气气体的质量Mbal_tot小于燃烧气体的质量Mb，就认为没有扫气。反之，若质量Mbal_tot大于燃烧气体质量Mb，则认为只在吸气和排气之间进行气体的扫气。在该描述开始时定义的质量Mbal只对应于上述关系的最后一项。

先前针对模块92至100描述的模型涉及大量参数，还有由估计装置80至84估计的物理量。这些参数，例如，系数A_ECH，λ，Cu，ε等等。这些参数值在标定阶段上校准。例如，测量或估计这些值，以便把质量Ma和总填充率Rempl_tot的估计误差减到最小。

估计误差是该模型给出的估计值和真正观测的数值之间的误差。例如，在标定阶段上，参数不同的值是在包括待标定的发动机的试验台上测量的。

在这个阶段上，这些参数是针对汽车发动机2运行的标称温度Tn校准的。在这里，该温度Tn对应于发动机热时的温度。该温度Tn等于90℃。

一旦在测试台上校准，这些参数值便在模块92至100中实现为常数。例如，它们在汽车发动机2的整个使用寿命过程中不再改变。

在这些不同的参数中间，为了获得吸入汽缸的新鲜空气量的良好估计，角度OE，OA，FE和FA的数值特别重要。

这些角度OE，OA，FE和FA的数值取决于每个气门和它的气门摇臂之间存在的分布游隙J。除分布游隙J外在发动机运行时变化。例如，由于气门的热膨长现象，游隙J随着发动机温度而变化。同样，该发动机温度离该模型标定时的温度Tn越远，估计误差就越大。这个问题在发动机冷起动之后几秒中，就是说冷起动之后小于3.5或10秒的时间间隔过程中特别关键。事实上，在该时间间隔过程中，气门温度离标定阶段期间的温度非常远，而且该游隙比在发动机在该温度Tn下运行时测量或者估计的大得多。

游隙J和气门打开和关闭角度之间的关系示于图5。更准确地说，图5表示从一个气门求出的规律。横坐标轴表示以度表示的曲轴角度位置。纵坐标轴表示从气门求出的以毫米为单位的高度。求出的高度在气门关闭时为零，并随着气门打开而增大。该高度表示气门打开和关闭时相隔的距离。

在图5上表示分布游隙J不是零。该游隙J存在的后果是应该在气门未打开之前加以弥补。因而，这改变该气门的打开角度和关闭角度。事实上，打开和关闭角度相隔的距离L是个常数。

所求出的规律的两端由根据曲轴角度向前非常小处求出的高度的区域结束。这些区域称为斜坡R。因而这些斜坡非常平。因而，在对应于斜坡R的区域中，所求出的规律的微分是小的。反之，从这些对应于斜坡R的区域出来，所求出的规律的微分大得多，例如，在这里至少超过两倍。

由于这些斜坡R，精确地测量打开和关闭角度变得困难。估计装置78和修正器102起的作用是纠正在角度OE，OA，FE和FA上这些不精确性问题。

估计装置78估计每个气门和它的气门摇臂之间的游隙J。例如，在这里，游隙估计Jes是从发动机起动时冷却液体的实测温度和从汽车2发动机起动时起过去的时间ts出发获得的。估计装置78还使用已经录制好的曲线图，例如，在存储器106中的。该已经录制好的曲线图允许把估计游隙Jes与每个温度和过去的时间ts结合起来。一般，这个曲线图是在为每个气门标定的阶段上建立的。

修正器102根据对应于由估计装置78估计的游隙Jes，修正每个角度OE，OA，FE或FA。例如，在这里，修正器102在在标定阶段期间测量的打开角度加上或减去一个修正角度β。例如，修正角β由一个允许把每个估计值J_es与角度值β结合起来的预定的曲线图给出。例如，这个曲线图记录在存储器106中。

这样一个曲线图的实施例示于图6。在该图上，横坐标轴表示以毫米表示的估计游隙J_es，而纵坐标轴表示修正角度值β。当发动机运行温度等于温度Tn时测得的修正角β为零。事实上，该游隙已经在标定阶段期间当测量气门的打开和关闭角度时考虑了。

另外，为了纠正在打开角度上由于斜坡R位置上不精确性的问题，修正器102在这里在角度O_m上减去一个恒定的偏置量Os，以便接近气门真实的打开角度。在这里，偏置量Os是为了获得基本上在对应于斜坡R的角度范围中间的打开角度而选定的。更准确地说，在标定阶段上，为了得到一个精确的测量值，角度O_m是在斜坡R以外测量的。例如，角度O_m对应于当求出的气门高度等于1mm时曲轴的角度位置。在这里，人们认为当求出的气门高度等于1mm时便处于斜坡R以外。对于在斜坡R以外求出高度数据的角度位置测量值比在对应于斜坡R的区域中实现的精确，因为在斜坡以外求出的规律的微分大得多。

因而，在这里，修正器102借助于下列关系获得用于上述模型的气门打开角度：

OE＝OE_m-OE_s+β_OE，

OA＝OA_m-OA_s+β_OA

式中：

●OE和OA分别为针对该新鲜空气量估计值修正的进气门和排气门打开角度，

●OE_m和OA_m分别为在标定阶段期间在斜坡R以外测量的进气门和排气门的打开角度，

●OEs和OAs是允许使打开角度接近其实际位置的恒定的偏置量，而

●β_OE和β_OA是从估计的分布游隙出发计算的修正角度。

在这里，在上面所描述的模型中使用的排气门或进气门的关闭角度从下列关系出发估计：

FE＝FE_m+FE_S-β_FE

FA＝FA_m+FA_S-β_FA

式中：

●FE_m和FA_m分别为在标定阶段上测量的排气和吸气关闭角度，

●FE_S和FA_S是恒定的偏置量，允许使该关闭角度接近其实际位置，是从分布游隙出发计算的修正角度。

角度OE_m和FA_m可以用角度FE_m和OA_m的关系借助于下列关系表达：

OE_m＝FE_m+L_LE，

FA_m＝OA_m+L_LA，

式中L_LE和L_LA分别为进气门和排气门求出规律宽度。

2-这些宽度L_LE和L_LA是在标定阶段上测量的。

现将针对图7的方法更详细地描述汽车2单元60的运行。

开始，进到吸入汽缸的新鲜空气量估计模型的标定阶段120。在阶段120上，测量和校准不同的模型参数。具体地说，测量每个气门的角度OE_m，FE_m，OA_m和FA_m。

在阶段120上，建立允许根据冷却液体温度和时间ts建立游隙估计值Jes的曲线图，和允许根据游隙估计值Jes建立修正角度值β的曲线图。

在步骤122，一旦标定了该模型，便在模块92至102的代码中实现不同的参数值。

接着，在发动机运行时，用单元60估计吸入汽缸的新鲜空气质量Ma。

更准确地说，在步骤124，测量发动机起动时的冷却液体温度和时间ts，而估计装置78从这些测量值出发估计游隙Jes。

接着，在步骤126，修正器102修正为了获得质量Ma估计模型用的角度OE，FE，OA和FA而在阶段120上测量的角度OE_m，FE_m，OA_m和FA_m。

接着，在步骤128，模块92至100利用在步骤126修正的气门打开角度和关闭角度，计算质量Ma和总填充率的估计值。

在步骤130，例如，把估计的质量Ma和在步骤128估计的总填充率Rempl_tot用来控制吸入汽车2发动机汽缸的空气。

大量其他的实施方式是可能的。

上面已经描述的同样可以应用于在吸气或排气凸轮轴上没有凸轮轴移相器的发动机。

3-最后，上面已经描述的同样可以适应于不存在气门重叠的情况。在这种情况下，质量Mb_reasp和质量Mbal_tot为零，这简化了上述关系。

气门的分布游隙可以以不同的方式，具体地说，从不同的测量物理量或额外测量的物理量出发，进行估计。例如，气门的位置可以用来估计分布游隙。

上面描述的其他模型可以用来估计吸入汽缸的新鲜空气量。但是，这些模型是带有气门打开角度和关闭角度的所有参数，以便可以实施打开和关闭角度的估计装置和修正器。打开角度和关闭角度的修正同样可以只针对进气门或者只针对排气门或者针对这两者很好地实施。

上面已经描述的可以适应有三个、四个或者6个汽缸或者其他汽缸数的发动机的情况。

上面已经描述的同样可以适应增压发动机或者非增压发动机的情况。

上面已经描述的同样可以应用于：

●配备或没有配备吸气凸轮轴移相器的发动机，

●配备用字首词EGR(废弃循环)相称的已知的废气循环回路的发动机，或者

●带有或不带有向排气管喷射空气。

Claims (9)

1.从带有进气门和排气门打开角度和关闭角度的参数模型出发估计在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的方法，该方法包括在发动机运行标称温度下模型的标定(120)，该标定还包括打开角度和关闭角度数值的校准，

其特征在于，发动机在不同于标称温度的温度下运行时，该方法包括根据气门与其气门摇臂之间分布游隙的估计值对校准的打开角度和关闭角度的修正(126)。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，该修正包括：

i.借助于预定的曲线图把估计的每个分布游隙变换为修正角度，和

ii.在标定阶段上校准的打开角度或者关闭角度中至少一个上加上或减去修正角。

3.按照上列权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该方法包括估计在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气质量Ma的估计步骤(128)，这个估计步骤包括：

●估计新鲜空气吸入结束时燃烧室内所含气体的总质量Mtot，

●估计燃烧气体排放结束时燃烧室内所含燃烧气体的质量Mb，和

●从估计的总质量Mtot和燃烧气体质量Mb之间的差值出发估计新鲜空气的质量Ma。

4.按照上列权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该修正(126)还包括在标定阶段上在校准的打开或关闭角度上加上或减去一个恒定的偏置量。

5.按照上列权利要求中任何一项的方法，其特征在于，分布游隙的估计(124)是从代表发动机温度和从发动机起动起过去的时间出发实现的。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，该方法包括测量(164)发动机起动时刻的发动机冷却液体温度，这个测量包括代表发动机温度的变量。

7.信息记录介质(106)，其特征在于，它包括一些指令，以便当这些指令由电子计算机执行时执行按照上述权利要求中任何一项的方法。

8.在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的估计装置(60)，该估计装置包括：

iii.带有进气门和排气门打开角度和关闭角度的参数模型，允许估计新鲜空气量，和

iv.当发动机标称温度下工作时在标定阶段上校准打开角度和关闭角度，

其特征在于，该估计装置包括一个修正装置(102)，它能够修正根据发动机在不同于标称温度的温度下运行时气门与其气门摇臂之间分布游隙的估计值校准的打开角度和关闭角度。

9.一种汽车(2)，其特征在于，它包括按照权利要求8的估计装置。

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