CN106662028B - 用于控制内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃发动机(1)的控制，其中，‑在第一工作点(R；C)处获取特征参数的值，并且由此推导出用于液体冷却剂第一设定点温度(CTl1)以及允许进入该发动机的空气/燃料混合物的富余度第一设定点(Cr1)。如果在经过第二工作点时第二设定点温度低于该第一设定点温度，则准备进行以下步骤：a)确定有待添加到第二富余度设定点的附加富余度(Ar)，b)获取已燃烧气体温度(Tgb)，以及c)根据所获取的已燃烧气体温度逐渐减小该富余度余量。

Description

用于控制内燃发动机的方法

技术领域

本发明总体上涉及内燃发动机领域。

更具体地，本发明涉及一种用于控制内燃发动机的方法，其中，

-在该内燃发动机的第一工作点处获取所述工作点的第一特征参数的值，并且由此推导出该内燃发动机中的第一液体冷却剂温度设定点以及允许进入该内燃发动机的空气和燃料的混合物的第一富余度设定点，

-在经过不同于该第一工作点的第二工作点时，获取所述参数的值，并且由此推导出第二温度设定点和第二富余度设定点。

本发明还涉及一种内燃发动机，该内燃发动机包括：发动机缸体，用于将新鲜空气引入该发动机缸体中并配备有用于控制新鲜空气流量的阀的进气管线，用于从该发动机缸体排放已燃烧气体的排气管线，用于将燃料喷射到该发动机缸体中并配备有至少一个用于将燃料喷射到该发动机缸体中的喷射器的管线，以及配备有恒温器的发动机缸体的冷却剂回路。

具体地，本发明涉及具有受控点火的发动机。

背景技术

当驾驶员压下加速器踏板时，控制内燃发动机受到控制从而改变该工作点。

为此，此内燃发动机的计算机计算有待喷射到发动机汽缸中的空气和燃料的新量。

为了使此发动机正常工作，不得超过某些热机械极限，如发动机驱动轴的转速阈值或发动机缸体的允许温度阈值。

当内燃发动机在驾驶员加速之后从一个工作点转换到另一个工作点时，已燃烧气体的温度上升。

然后必须限制这种温度上升，以便防止该发动机过热。

文献EP 1320669描述了一种方法，其中提供了根据发动机的新的工作点来控制该内燃发动机的液体冷却剂的温度。

具体地，提供了当该发动机在重负荷下运行时降低该液体冷却剂温度。

尽管如此，该发动机的液体冷却剂温度不随着施加的新的温度设定点而立即改变。该发动机缸体本身的冷却具有一定的等待期。这两种现象结合导致了该发动机缸体的温度暂时上升超过所允许的温度阈值的风险。

发明内容

为了弥补上述的现有技术的缺陷，本发明提出了巧妙地控制液体冷却剂的温度以及喷射到该发动机缸体的汽缸中的燃料的量，以便限制此发动机缸体的温度变化。

更具体地，根据本发明，提出一种用于控制如最初定义的内燃发动机的方法，其中，如果该第二温度设定点严格低于该第一温度设定点，则准备执行以下步骤：

a)确定要添加到该第二富余度设定点的附加富余度，

b)获取已燃烧气体温度，以及

c)根据获取的已燃烧气体温度逐渐减小该附加富余度。

如果该液体冷却剂温度设定点下降，即如果存在该发动机缸体的温度超过所允许的阈值的风险，则实施步骤a)至步骤c)。

由于本发明，在步骤a)中喷射到汽缸中的附加燃料富余度具有快速阻止已燃烧气体温度升高的作用。

因此，消耗了更多的燃料。出于此原因，在步骤c)中，在将液体冷却剂的温度降低到其设定点所需的持续时间内逐渐减小该附加富余度。

以这种方式，限制了发动机缸体的温度的上升，并且降低了燃料消耗。

根据本发明的控制方法的进一步的非限制性的和有利的特征如下：

-在步骤c)中，从根据已燃烧气体温度的图谱中读取减小的附加富余度的值；

-在步骤c)中，使用控制器根据该已燃烧气体温度来计算减小的附加富余度的值；

-该控制器是比例积分微分控制器；

-从预定图谱中读取每个液体冷却剂温度设定点；

-从第一组单独值选择每个液体冷却剂温度设定点；

-该第一组包括至多五个单独值；

-该第一组包括三个单独值，即80℃、90℃和100℃；

-当该内燃发动机外部的温度大于预定阈值时，从第二组值中选择每个液体冷却剂温度设定点，这个第二组的最低值大于该第一组的最低值。

本发明还提出了一种如最初限定的内燃发动机，该内燃发动机包括计算机，该计算机能够实现根据本发明的控制方法并根据该液体冷却剂温度和富余度的设定点并考虑到所述附加富余度来控制所述控制阀、每个喷射器以及所述恒温器。

附图说明

以下关于附图给出的描述仅仅是非限制性的示例，并且将清楚地展示本发明的内容并且示出其可以如何实现。

在这些附图中：

-图1是根据本发明的内燃发动机的示意图，并且

-图2是展示用来控制图1中的内燃发动机的方法的步骤的图。

具体实施方式

在本说明书中，术语“上游”和“下游”是根据始于从大气吸入新鲜空气的点、终于已燃烧气体排出到大气中的气体流动方向来使用的。

图1示意性地示出了机动车辆的内燃发动机1，该内燃发动机包括配备有曲轴的发动机缸体10以及容纳在四个汽缸11中的四个活塞(未示出)。

此处的发动机具有受控点火。也可以具有压缩点火。

在汽缸11的上游，内燃发动机1包括进气管线20，该进气管线从大气中获取新鲜空气并通向空气分配器25，该空气分配器被配置成将新鲜空气分配到发动机缸体10的四个汽缸11中的每一个汽缸。这个进气管线20在新鲜空气的流动方向上包括：对从大气中获取的新鲜空气进行过滤的空气过滤器21，对由空气过滤器21过滤的新鲜空气进行压缩的压缩机22，对所压缩的新鲜空气进行冷却的主空气冷却器23，以及用于控制新鲜空气流量Qair的阀24，该阀通向空气分配器25中并在以下称为“进气阀24”。

在汽缸11的出口处，内燃发动机1包括从排气歧管31延伸到排气消声器37的排气管线30，先前在汽缸11中燃烧的气体被递送到该排气歧管中，该排气消声器允许已燃烧气体在被排出到大气中之前膨胀。在已燃烧的气体的流动方向中，内燃发动机还包括涡轮机32以及用于处理已燃烧气体的催化转化器33。

涡轮机32由离开排气歧管31的已燃烧气体流驱动旋转，并且由于诸如单个传动轴的机械联接装置，其允许压缩机22被驱动旋转。

内燃发动机1还包括用于将燃料喷射到汽缸11中的管线50。这个喷射管线50包括喷射泵52，该喷射泵被配置成从储存器51中提取燃料以便在压力下将其递送到分配轨道53中。这个喷射管线50还包括四个喷射器54，这些喷射器的入口与分配轨道53连通，并且这些喷射器的出口分别通向四个汽缸11中。

该内燃发动机1还包括用于发动机缸体10的冷却剂回路40，该冷却剂回路尤其允许液体冷却剂围绕四个汽缸11循环。这个冷却剂回路40包括：至少一个对该液体冷却剂的温度施加设定点的恒温器41，在环境空气和液体冷却剂之间的通常被称为散热器42的的热交换器42，以及允许液体冷却剂在冷却剂回路40中强制循环的泵43。

关于流体的循环，当该发动机启动时，经由进气管线20从大气中获取的新鲜空气被空气过滤器21过滤，被压缩机22压缩，被主空气冷却器23冷却，然后与喷射到汽缸11中的燃料一起燃烧。

该液体冷却剂被设定为通过泵43在冷却剂回路40中连续循环。根据液体冷却剂温度设定点CTI，通过散热器42中的热交换将该液体冷却至由恒温器41施加的温度。

当离开汽缸11时，已燃烧气体在涡轮机32中膨胀，在催化转化器33中被处理和过滤，然后在排放到大气中之前在排气消声器37中再次膨胀。

为了控制内燃发动机1的各种元件，特别是四个喷射器54、恒温器41和进气阀24，提供了计算机100，该计算机包括处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、模数转换器(A/D)以及各种输入和输出接口。

由于其输入接口，计算机100能够从各种传感器接收与该发动机的操作和气候条件有关的输入信号。

计算机100因此在其随机存取存储器中连续存储：

-内燃发动机1上的瞬时负荷C，

-内燃发动机1的瞬时速度R，

-环境温度Ta，即车辆外部的温度，

-已燃烧气体的温度Tgb，即在这里是排气歧管31内部的温度。

使用位于空气过滤器21下游的入口管线20的开口处的温度传感器来测量环境温度Ta。

已燃烧气体温度Tgb是由温度传感器测量的，或者是基于负荷C、速度R和环境温度Ta，例如通过经由状态观测器的近似法来计算的。

负荷C对应于由该发动机递送的功与在给定速度下可由此发动机产生的最大功的比率。通常使用被称为有效平均压力PME的变量来进行近似。

速度R对应于用每分钟转数表示的曲轴的旋转速度。

在这里，由负荷C和速度R这对值来定义该发动机的工作点。

作为变型，可以根据附加参数(例如根据新鲜气体温度)或根据不同参数(例如根据富余度以及经过进气阀24的新鲜空气流量Qair)来定义该发动机的工作点。

使用存储在只读存储器中的软件和图谱(在测试台上预定义的)，计算机100能够为该发动机的每个工作点生成输出信号。

这些输出信号特别是用于将要喷射到该发动机中的燃料的液体冷却剂温度设定点CTI和富余度设定点Cr。

最后，由于其输出接口，计算机100能够将这些输出信号传输到该发动机的各种元件，特别是进气阀24、喷射器54和恒温器41。

如图2所展示的，当该机动车辆的发动机启动时，为了使其在第一工作点稳定(步骤E1)，计算机100计算第一液体冷却剂温度设定点CTI1和富余度设定点Cr1(步骤E2)。

这些设定点与表征该第一工作点的两个参数(速度R和扭矩C)组合，允许恒温器41、进气阀24和喷射器54的控制。

实际上对恒温器41进行控制，以便使通过该恒温器的液体冷却剂的温度稳定在设定点值CTI1(步骤E3)。

实际上，这个设定点CTI1具有从第一组三个单独的预定值(即80℃、90℃和100℃)中选择的值。

然而，如果环境温度Ta大于阈值温度(这里是40℃)，则将从第二限制组(在这里仅包括90℃和100℃的两个值)中选择设定点，使得在考虑了气候条件以及散热器42的性能时仍然是可实现的。

在此，我们考虑第一液体冷却剂温度设定点CTI1是100℃的情况。

就其本身而言，对喷射器54和进气阀24进行控制，使得该曲轴以速度R转动并产生对应于所需负荷C的扭矩。获取的新鲜空气和喷射到汽缸11中的燃料的比例被设置成等于第一固定富余度设定点Cr1。

计算机100检测驾驶员是否在该加速器踏板上进行动作(步骤E4)。

当驾驶员没有对加速器踏板采取动作时，保持这些控制设定点。

然而，如果驾驶员作用于该加速器踏板，则要到达的工作点改变，并且计算机100计算新的输出信号。

在这里，我们考虑到驾驶员希望加速到第二工作点的情况。然后设定喷射器54以便将更多的燃料引入汽缸11中。并行地，进气阀24被设定为增加引入到这些相同汽缸11中的空气流量Qair。

为了到达第二工作点，计算机100确定第二富余度设定点Cr2和第二液体冷却剂温度设定点CTI2(步骤E5)，并相应地设定喷射器54、恒温器41以及进气阀24(步骤E6)。

在这个步骤E6中，存在的风险是工作点的变化将导致排气歧管31中的已燃烧气体温度Tgb增加到所允许的温度阈值Tthreshold之上。为了限制这种温度上升，可以将第二液体冷却剂温度设定点CTI2选择为低于第一液体冷却剂温度设定点CTI1的值。可以例如选择等于90℃。

应当理解，该液体冷却剂的温度不会突然下降，而是将根据散热器42的性能而逐渐减小。

直到该液体冷却剂的温度达到其设定点，为了限制已燃烧气体温度Tgb的上升，本发明提出通过将附加富余度Δr的燃料喷射到汽缸11中来富足喷射到汽缸11中的混合物。

因此，根据本发明的特别有利的特征，准备执行以下步骤：

-确定要添加到第二富余度设定点Cr2的附加富余度Δr，

-获取已燃烧气体温度Tgb，以及

-根据获取的已燃烧气体温度Tgb逐渐减小附加富余度Δr。

更精确地，如图2所示，计算机100确定第二液体冷却剂温度设定点CTI2是否低于第一液体冷却剂温度设定点CTI1(步骤E7)。如果不是这种情况(这意味着液体冷却剂温度设定点CTI不变或其升高)，则根据步骤E6继续遵循第二富余度设定点Cr2来控制该发动机的元件。

然而，如果第二液体冷却剂温度设定点CTI2低于第一液体冷却剂温度设定点CTI1，则计算机100确定将要喷射到该发动机的汽缸11中的燃料的附加富余度Δr(步骤E8)。

这个附加富余度Δr可以从计算机中的图谱读取或者可以计算出来(如以下本说明书中将要描述的)。

然后，计算机100确定在步骤E8中确定的燃料的附加富余度Δr是否为零(步骤E9)。

如果在步骤E8中确定的燃料的附加富余度Δr为零，则继续遵循第二温度设定点CTI2和第二富余度设定点Cr2来控制该发动机的元件。

如果在步骤E8中确定的燃料的附加富余度Δr不为零，则计算机100控制喷射器54和进气阀24，使得所喷射的混合物的富余度等于富余度设定点Cr，该富余度设定点等同于第二富余度设定值Cr2和附加富余度Δr之和(步骤E10)。

然后，通过计算机100获取已燃烧气体温度Tgb(步骤E11)。

然后，计算机100确定已燃烧气体温度Tgb是否小于或等于固定温度阈值Tthreshold(步骤E12)。

只要是已燃烧气体温度Tgb保持大于此温度阈值Tthreshold(这意味着存在发动机过热的风险)，则所喷射的混合物的富余度Cr保持等于第二富余度设定点Cr2和初始附加富余度Δr之和。

然而，一旦已燃烧气体温度下降到低于温度阈值Tthreshold(这意味着该液体冷却剂的温度下降开始起作用)，则目的是通过减小附加富余度Δr的值来限制燃料消耗。

为此，计算机100返回到步骤E8并且重新计算附加富余度Δr。

这个新的附加富余度Δr可以被选择为等于被指配了固定值的初始附加富余度Δr。

然而，也可以从根据已燃烧气体温度Tgb(以及在适用情况下是负荷C和速度R)的图谱中读取。

也可以使用比例积分微分控制器PID来计算，将在测试台上预定义这些常数。

然后，计算机重复步骤E9至E12，直到附加富余度Δr为零(在该冷却剂回路足以冷却该发动机而使得其温度不超过允许值的情况下)。

一旦驾驶员再次作用于加速器踏板，它就中断上述过程，使得该发动机到达新的工作点(步骤E13)。在这种情况下，计算机100返回到方法的步骤E5。

该方法在内燃发动机1切断时结束。

本发明不限于所描述和描绘的实施例，但是本领域技术人员将能够添加其选择的任何变体。

因此，可以提供的是，液体冷却剂温度设定点CTI选自包括多于三个值(例如，包括值80℃、85℃、90℃、95℃和100℃)的第一组值。

根据另一个变体，在步骤E7中，可以提供的是，计算机100不是将新的液体冷却剂温度设定点CTI2与旧的液体冷却剂温度设定点CTI1进行比较，而是与测得的液体冷却剂的温度进行比较。

Claims (10)

1.一种用于控制内燃发动机(1)的方法，其中，

-在该内燃发动机(1)的第一工作点处获取所述工作点的特征参数(R；C)的值，并且由此推导出该内燃发动机(1)中的第一液体冷却剂温度设定点(CTI1)以及允许进入该内燃发动机(1)的空气和燃料的混合物的第一浓度设定点(Cr1)，

-在经过不同于该第一工作点的第二工作点时，获取所述特征参数(R；C)的值，并且由此推导出第二液体冷却剂温度设定点(CTI2)和第二浓度设定点(Cr2)，

其特征在于，如果第二液体冷却剂温度设定点(CTI2)严格低于第一液体冷却剂温度设定点(CTI1)，则准备执行以下步骤：

a)确定有待添加到该第二浓度设定点(Cr2)的附加浓度(Δr)，

b)获取已燃烧气体温度(Tgb)，以及

c)根据获取的该已燃烧气体温度(Tgb)逐渐减小该附加浓度(Δr)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤c)中，从根据已燃烧气体温度(Tgb)的图谱中读取减小的附加浓度(Δr)的值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤c)中，使用控制器根据已燃烧气体温度(Tgb)来计算减小的附加浓度(Δr)的值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，该控制器是比例积分微分控制器(PID)。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，从预定图谱中读取每个液体冷却剂温度设定点(CTI1；CTI2)。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，从第一组单独值中选择每个液体冷却剂温度设定点(CTI1；CTI2)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，该第一组单独值包括至多五个单独值。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，该第一组单独值包括三个单独值，即80℃、90℃和100℃。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，当环境温度Ta大于预定阈值时，从第二组值中选择每个液体冷却剂温度设定点(CTI1，CTI2)，这个第二组值的最低值大于该第一组单独值的最低值。

10.一种内燃发动机(1)，包括：发动机缸体(10)，用于将新鲜空气引入该发动机缸体(10)中并配备有用于控制新鲜空气流入该发动机缸体(10)的阀(24)的进气管线(20)，用于从该发动机缸体(10)排出已燃烧气体的排气管线(30)，用于将燃料喷射到该发动机缸体(10)中并配备有至少一个用于将燃料喷射到该发动机缸体(10)中的喷射器(54)的管线(50)，配备有恒温器(41)的该发动机缸体(10)的冷却剂回路(40)，其特征在于，该内燃发动机包括计算机(100)，该计算机能够实施以上权利要求中任一项所述的方法并根据第一和第二液体冷却剂温度设定点(CTI1，CTI2)以及第一和第二浓度设定点(Cr1，Cr2)且考虑所述附加浓度(Δr)来控制所述阀(24)、每个喷射器(54)以及所述恒温器(41)。