CN107076035B - 用于估算机动车辆的可变配气热力发动机汽缸的燃烧室中所包含的空气的质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于估算机动车辆的可变配气热力发动机汽缸的燃烧室中所包含的空气的质量的方法，该方法包括以下步骤：测量汽缸的阀中的每一个的可变配气致动器的当前位置；根据所测量的当前位置来预测排气阀关闭(FE)的时刻以及进气阀打开和关闭(OA，FA)的时刻；以及基于所预测的时刻来估算空气的质量(P masse air)，其中，在预测步骤中，根据致动器的每一个的位置设定值(Pos VTT cons sat filt)来校正所述可变配气致动器中的每一个的当前位置。

Description

用于估算机动车辆的可变配气热力发动机汽缸的燃烧室中所 包含的空气的质量的方法

技术领域

本发明涉及机动车辆的热力发动机的操纵控制并且尤其涉及可变气门正时致动器的位置的控制以允许非常精确地估算热力发动机汽缸的燃烧室中所包含的空气的质量。

更具体地，本发明涉及一种用于估算机动车辆的可变配气热力发动机汽缸的燃烧室中所包含的空气的质量的方法。

背景技术

已经提出开发燃料喷射的可变配气以替代常规凸轮系统，该常规系统称为固定配气。可变配气在这里表示允许改变进气阀和排气阀的相位的技术。因此，使用可变配气或可变气门正时致动器，根据英文名称可变气门正时的缩写通常称为VVT致动器。这些致动器在下文中将表示为可变配气致动器。这些致动器可以例如是电磁类型、气动类型或液压类型的。

可变配气是允许改变发动机中的基本为进气阀和排气阀的正时、打开持续时间和/或升程的多个参数的技术。这些参数基本是根据车辆驾驶员通过将其脚压在加速器上所提供的转速、负载和加速需求而变化。

在固定配气发动机中，空气填充由取决于速度和进气压力的静态关系来提供。在VVT类型的可变配气发动机中，填充还取决于进气阀和排气阀打开和关闭时间。

对汽油发动机的喷射控制是基于对包含在燃烧室中的新鲜空气的质量的估算。所喷射的燃料的质量与所包含的新鲜空气的质量并与丰度设定值成比例。

为了遵循丰度设定值，需要对燃烧室中所包含的新鲜空气的质量的估算尽可能准确。由于所包含的新鲜空气的质量直接取决于可变配气致动器的定位，因此需要可变配气致动器的位置信息最符合其在这些致动器的过渡移动时的有效位置。

实际上，例如，在间接喷射时由于经常在排气阶段进行喷射，所以需要预测将来所包含的新鲜空气的质量。目前，为达到该目的，在发动机的操纵控制中，仅使用可变配气致动器的当前位置。

根据最近的现有技术的操纵控制的重大缺点在于，使用可变配气致动器的当前位置来计算新鲜空气的质量预测不允许在可变配气过渡时遵循预期的精确度。该对空气的质量的精确度的缺乏导致不遵循丰度设定值，从而在新鲜空气贫乏的情况下使污染排放、驾驶消耗或体验劣化并且缺乏发动机响应。

文献FR-A-2941266描述了一种热力发动机的控制方法，该发动机包括至少一个汽缸，该汽缸配备有由可变配气致动器所驱动的至少一个进气阀，该控制方法具有以下步骤：获取进气阀打开和关闭的角度设定值的步骤，制定与由处于进气阀打开或关闭的角度的汽缸所吸入的空气的质量相关联的汽缸填充模型的步骤，通过填充模型确定所吸入的空气的质量设定值以及打开的角度和模型逆转的设定值的步骤以便将关闭的角度关联到所吸入的空气的质量以及打开的角度，通过填充模型确定关闭的角度的调整设定值并通过进气阀关闭的调整设定值和打开设定值确定所吸入的空气的质量的设定值的步骤以及致动器控制和打开的角度的设定值的步骤。

然而，该文献并未示出根据可变配气致动器的位置对所吸入的空气的质量的估算，此位置已相对于经常使用的当前位置进行校正。

因此，基于本发明的问题是，根据相对于可变配气致动器的当前位置进行调整的可变配气致动器的位置来增加机动车辆的热力发动机汽缸的燃烧室中将来所包含的空气的质量的精确度。

发明内容

为了实现该目的，提出了一种用于估算机动车辆的可变配气热力发动机汽缸的燃烧室中所包含的空气的质量的方法，该汽缸包括各自由特定的可变配气致动器所致动的进气阀和排气阀，该方法包括以下步骤：

-测量汽缸的阀中的每一个的可变配气致动器的当前位置，

-根据所测量的当前位置来预测排气阀关闭的时刻以及进气阀打开和关闭的时刻，

-基于所预测的排气阀关闭的时刻以及进气阀打开和关闭的时刻来估算空气的质量，

其特征在于，在预测步骤中，根据致动器的每一个的位置设定值(Pos VTT conssat filt)来校正所述可变配气致动器中的每一个的当前位置。

技术效果是，获得对所包含的空气的质量的最接近实际的估算。这种估算对应于燃烧室中实际所包含的空气的质量，使用基于对所包含的空气的质量的这种估算而计算出的待喷射的燃料量，大大改善了热力发动机的运行，其中待喷射的燃料量与所包含的新鲜空气的质量成比例并与丰度设定值成比例。

有利地，对所测量的当前位置的校正包括对位置设定值的梯度的计算以及对使计算的时刻分别与汽缸排气阀关闭的时刻以及进气阀打开和关闭的时刻间隔的持续时间的计算。

有利地，通过分别给出计算的角度，排气阀关闭的角度以及进气阀打开和关闭的角度，其中这些角度是发动机曲轴在上述时刻的角度，使得计算的时刻、排气阀关闭的时刻以及进气阀打开和关闭的时刻以发动机曲轴的角度为参照。

有利地，对于在排气阶段的汽缸，以固定频率计算排气阀关闭的时刻以及进气阀打开和关闭的时刻。

有利地，对排气阀关闭的角度以及进气阀打开和关闭的角度进行当前测量，将位置设定值的梯度和将计算的时刻分别与排气阀关闭的时刻或进气阀打开和关闭的时刻间隔的对应烦人持续时间的乘积加到这些当前测量中，以分别获得预测的排气阀关闭的时刻以及预测的进气阀打开和关闭的时刻。

有利地，每个致动器的位置设定值是经饱和且经滤波的位置设定值。

有利地，通过允许使致动器的最大速度模型化的斜率限制并通过允许使致动器关于其位置的控制模型化的二阶滤波器来对每个致动器的位置设定值进行饱和和滤波。

本发明还涉及一种热力发动机，其是间接喷射的，其包括用于发动机的进气阀和发动机汽缸的排气阀的可变配气致动器，热力发动机由包括计算机的发动机控制装置来控制，其特征在于，计算机被配置为实施这种方法。

有利地，热力发动机包括至少一个进气阀致动器以及至少一个排气阀致动器，进气阀致动器在恒定的(constant)进气阀打开以及进气阀关闭时允许进气阀打开距离的至少两次变化，排气阀致动器在恒定的排气阀打开以及排气关闭时仅允许排气阀打开距离的一次变化。

本发明还涉及一种机动车辆，其特征在于，其包括这种热力发动机。

附图说明

通过阅读下文的描述并参照作为示例给出的非限定性附图以使本发明的其它特征、目的和优点得以显现，在这些附图中：

-图1是示出了对进气阶段结束时所包含的空气的质量的预测关于时间的曲线的示图，该预测可以遵循根据本发明的方法来建立，

-图2是示出了对排气阀关闭的角度以及进气阀打开和关闭的角度的预测以预测所包含的空气的质量关于时间的曲线的示图，这些预测可以遵循根据本发明的方法来建立，

-图3是可变配气致动器的位置关于时间的分别为未经处理、经饱和、经饱和并经滤波的三个曲线的示图，这些设定值可以从根据本发明的方法中考虑，

-图4是经饱和并经滤波的可变配气致动器的位置设定值的梯度关于时间的曲线的示图，这种位置的梯度可以从根据本发明的方法中考虑，

-图5是对预测范围的计算关于时间的示图，持续时间将计算的时刻与应该预测特定可变配气致动器的位置的曲轴角度分开，这种预测范围可以从根据本发明的方法中考虑，

-图6分别示出了一方面排气阀关闭和进气阀打开交错而另一方面进气阀关闭的预测范围关于时间的两个曲线，这两个曲线可以从根据本发明的方法中考虑。

具体实施方式

应该注意到，附图是作为示例给出的且并不限制本发明。

现在在燃料间接喷射的热力发动机的优选但非限制性的情况下描述本发明。这种发动机包括内部具有活塞的至少一个汽缸，汽缸定义了燃烧室。燃料喷射器设置在管道中以将燃料喷射到进入燃烧室中的新鲜空气中。因此，新鲜空气/燃料的混合在进气管道内开始发生。

新鲜空气的进气管道通过进气阀进气口通向燃烧室，该进气口具有可在气密地关闭进气口的关闭位置和新鲜空气可以进入室中的打开位置之间移动的进气阀。进气阀通过进气阀致动器在其打开位置和其关闭位置之间移动。在间接喷射的情况下，该致动器是VTT致动器，也称为可变配气致动器。在下文中，VTT致动器将被称为可变配气致动器。

在热力发动机汽缸的燃烧室的排气侧，设置有配备有其专有的可变配气致动器的排气阀。

在本发明的优选实施方式中，进气阀致动器允许可变上升规律(loi de levée)，也就是在恒定的进气阀打开和进气阀关闭时允许进气阀打开距离的多于一次的变化。

相反，排气阀致动器不允许可变上升规律，也就是说在恒定的排气阀打开和关闭时，仅可能有阀打开距离的单一变化。在排气阀关闭的时刻与进气阀打开的时刻之间，可能发生阀的交错。

参照所有附图，本发明涉及一种用于预测机动车辆的可变配气热力发动机汽缸的燃烧室中所包含的空气的质量P masse air的方法。如前所述，汽缸包括由特定可变配气致动器各自驱动的进气阀和排气阀。

在该方法中，根据分别对排气阀关闭FE的时刻和进气阀打开和关闭OA，FA时刻的预测来估算所包含的空气的质量并根据汽缸的阀中的每一个的可变配气致动器的当前位置来实现所包含的空气的质量。

为了尤其在可变配气致动器的过渡运行期间提高预测的填充估算的精度，根据致动器中每一个的位置设定值Pos VTT cons sat filt来校正所述可变配气致动器中的每一个的当前位置。

实际上，在这种热力发动机中，由于在排气阶段计算燃料的质量并喷射燃料，因此需要在排气阶段预测所考虑的汽缸的下一进气阶段结束时进入的新鲜空气的质量。该新鲜空气的质量允许计算待喷射的燃料的质量并因此获得具有所期望的丰度的空气/燃料混合物。

为了以足够的精度度预测在下一个进气阶段结束时将进入的新鲜空气的质量，在进气阶段时知道致动器在处理气体移注的物理现象时的位置是非常有利的。

如图1，2和5所示，术语Ech，Adm，Com分别表示发动机汽缸的燃烧室中的排气、进气和燃烧，而inj表示燃料喷射到图1和2的室中的时间段且汽缸n表示热力发动机的一个汽缸。符号P OA FE表示进气阀打开时刻OA和排气阀关闭时刻FE的预测值P，而符号P FA表示进气阀关闭时刻FA的预测值P。

因此，在第一时间中，需要预测排气阀关闭FE的时刻和进气阀打开OA的时刻，以便确定阀的交错。因此，这两个的角度的预测范围将处于阀的交错之中且在排气阶段结束时。

在第二时间中，需要预测在进气阶段结束时进气阀关闭FA的时刻，以便确定进气的声学特性对填充到与机动车辆的热力发动机相关燃烧室中空气的质量的影响。

为了能够预测OA，FE和FA的时刻的将来位置，这些时刻可以根据曲轴角度来测量，本发明提出基于可变配气致动器的每一个的位置设定值，以便能够根据其当前位置来实现对这些致动器将来位置的映射。

如图3所示，基于可变配气致动器的模型来计算位置设定值，优选地是每个致动器计算经饱和并经滤波的称为Pos VTT cons sat filt的位置设定值，此设定值表示致动器实际运行的更为准确的模型。该图的三条曲线示出了未经处理的位置设定值，即诸如由例如驾驶员所要求设定值；经饱和的位置设定值，即在最大致动速度时致动器所遵循的设定值；以及经饱和并经滤波的位置设定值，即考虑到致动器的调节对其动态变化影响的经饱和的位置设定值，这些曲线以不同的虚线表示。

所使用的滤波器可以由斜率限制和二阶滤波器组成。斜率限制允许使可变配气致动器的最大速度模型化，而二阶滤波器允许使致动器及其位置的控制模型化。

如图4所示，图3中参考标记为Pos VTT cons sat filt的经饱和且经滤波的位置设定值随后用于确定在位置测量中尚未观测到的位置的动态变化。因此，计算位置设定值的梯度，该位置设定值的梯度在此为图4中参考标记为Grad pos VTT cons sat filt的经饱和且经滤波的位置设定值的梯度。

如图5所示，与经饱和且经滤波的位置设定值的梯度计算并行地计算预测范围，该预测范围是将计算的时刻与应当预测特定致动器位置的时刻间隔的持续时间，可以根据曲轴角度来测量这些时刻。

因此，这与位置设定值的滤波同时进行，并且包括将计算的时刻分别与汽缸的排气阀关闭FE的时刻和进气阀打开和关闭OA，FA的时刻间隔的持续时间的确定。

在该图5中，缩写词P OA FE表示进气阀打开和排气阀关闭的预测值，P OA FA则表示进气阀打开和关闭的预测值，H P OA FE表示进气阀打开和排气阀关闭的预测范围，并且H P FA表示进气阀关闭的预测范围，线条Calcul表示计算开始的时刻。

对目前处于排气阶段的汽缸以例如5至10毫秒的固定频率实施对预测范围的计算。对于四缸发动机，两个预测范围可以具有图6所示的行为，虚线曲线表示对于进气阀关闭的预测范围且实线曲线表示对于进气阀打开且排气阀关闭的预测范围。

如上文所提到的，如在图2中所示，通过分别给出计算的角度、排气阀关闭FE的角度以及进气阀打开和关闭OA，FA的角度，其中这些角度为发动机曲轴在上述时刻的角度，使得计算的时刻、排气阀关闭FE的时刻以及进气阀打开和关闭OA，FA的时刻可以以发动机曲轴的角度作为参照。

参照所有附图，可以对排气阀关闭的角度以及进气阀打开和关闭的角度的进行当前测量。参考标记为Grad pos VTT cons sat filt的经饱和且经滤波的位置设定值的梯度与将计算的时刻分别与汽缸的排气阀关闭FE的时刻或进气阀打开和关闭OA，FA的时刻分开的对应的持续时间的乘积加到这些当前测量中，以获得校正的排气阀关闭的时刻以及进气阀打开和关闭的时刻。

因此，预测范围与在此为经饱和且经滤波的位置设定值的位置设定值的梯度的乘积允许确定所考虑的配气的角度中每一个的移动预测值。然后，将这些移动预测值的每一个加到所考虑的配气的角度的当前测量位置上以分别重建预测的OA，FE或FA的角度。

作为本发明的变型例，可以使用在当前策略和本申请的主要实施方式所公开策略之间的中间策略，即通过减少的但不为零的提前结合使用较高的致动器动态变化来实现能够保持扭矩的运行。

本发明也涉及间接喷射的热力发动机，其包括用于发动机的进气阀和发动机汽缸的排气阀的可变配气致动器，热力发动机由包括计算机的发动机控制装置所控制，该计算机设置为实施如上所述的方法，且该计算机也位于本发明所涉及的机动车辆中。

发动机可以利用如前所述阀的上升规律来运行。

使用更快的可变配气致动器可以允许显著减少车辆的燃料消耗，例如超过2％。此外，改善了发动机体验。对发动机结构的影响可能有限，因为它仅涉及由例如液压或更可能地是由电动的致动器的更快的致动器来替换当前的液压可变配气致动器。与预期的消耗增长相比，该技术的额外成本更加有节制。

这种预测方法的优点是改善了过渡时期的丰度控制。这允许在源头处减少污染排放，并且因此允许可以例如减小消除污染系统的尺寸，特别是一个或多个催化器的尺寸，或者允许可以例如通过避免过渡期间的发动机贫乏来减少消耗，该发动机贫乏在这种情况下会导致系统性富集。

本发明决不限于仅作为示例给出的所描述和说明的实施方式。

Claims (9)

1.一种用于估算机动车辆的可变配气热力发动机汽缸的燃烧室中所包含的空气的质量的方法，所述汽缸包括各自由可变配气致动器所致动的进气阀和排气阀，所述方法包括以下步骤：

-测量所述汽缸的阀中的每一个的所述可变配气致动器的当前位置，

-根据所测量的当前位置来预测排气阀关闭(FE)的时刻以及进气阀打开和关闭(OA，FA)的时刻，

-基于所预测的排气阀关闭(FE)的时刻以及进气阀打开和关闭(OA，FA)的时刻来估算空气的质量，

其特征在于，在预测步骤中，根据所述致动器的每一个的位置设定值来校正所述可变配气致动器中的每一个的当前位置，

其中，对所测量的当前位置的校正包括对所述位置设定值的梯度的计算以及对将计算的时刻分别与所述汽缸的排气阀关闭(FE)的时刻以及进气阀打开和关闭(OA，FA)的时刻间隔的持续时间的计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过分别给出计算的角度，所述排气阀关闭(FE)的角度以及所述进气阀打开和关闭(OA，FA)的角度，其中角度是发动机曲轴在上述时刻的角度，使得所述计算的时刻、所述排气阀关闭(FE)的时刻以及所述进气阀打开和关闭(OA，FA)的时刻以发动机曲轴的角度为参照。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，对于在排气阶段的汽缸，以固定频率计算所述排气阀关闭(FE)的时刻以及所述进气阀打开和关闭(OA，FA)的时刻。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，对所述排气阀关闭的角度以及所述进气阀打开和关闭的角度进行当前测量，将所述位置设定值的梯度与将所述计算的时刻分别与所述排气阀关闭(FE)的时刻或所述进气阀打开和关闭(OA，FA)的时刻间隔的对应的所述持续时间的乘积加到这些当前测量中，以分别获得预测的排气阀关闭的时刻以及预测的进气阀打开和关闭的时刻。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，每个致动器的所述位置设定值是经饱和且经滤波的位置设定值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过允许使所述致动器的最大速度模型化的斜率限制并通过允许使所述致动器关于其位置的控制模型化的二阶滤波器来对每个致动器的所述位置设定值进行饱和和滤波。

7.一种热力发动机，其是间接喷射的，其包括用于所述发动机的进气阀和所述发动机汽缸的排气阀的可变配气致动器，所述热力发动机由包括计算机的发动机控制装置来控制，其特征在于，所述计算机被配置为实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

8.根据权利要求7所述的热力发动机，所述热力发动机包括至少一个进气阀致动器以及至少一个排气阀致动器，所述进气阀致动器在恒定的进气阀打开以及进气阀关闭时允许所述进气阀的打开距离的至少两次变化，所述排气阀致动器在恒定的排气阀打开以及排气阀关闭时仅允许所述排气阀的打开距离的一次变化。

9.一种机动车辆，其特征在于，其包括根据权利要求7或8所述的热力发动机。

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