CN1096552C - 控制内燃机中通过节气阀气体流的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及控制通过内燃机中节气阀气体流的方法及装置。本发明尤其可应用于机动车内燃机中。本发明的目的在于，提供一种方法及装置，它能在小的装置成本及调节技术成本的情况下快速且精确地控制气体流。该目的由控制通过节气阀进入内燃机的燃烧室的气体流的方法来解决，它具有步骤：由气体流给定值(mssol)计算节气阀给定调节值(wdks)，使用节气阀给定调节值(wdks)控制节气阀，及确定气体流的实际值(mshfm)，其特征在于以下步骤：根据节气阀调节实际值(wdkba)计算通过节气阀的气体流(msdk)，求出计算的通过节气阀的气体流(msdk)及气体流实际值(mshfm)的差值(msdif)，及在计算节气阀给定调节值(wdks)时考虑求得的差值(msdif)。
Description
本发明涉及控制内燃机中通过节气阀气体流的方法及装置。本发明尤其涉及在机动车中应用的这样的方法及装置。
在内燃机的燃烧室中，为了产生发动机转矩将对空气/燃料混合物点火。引入到燃烧室中的气体量应尽可能被精确地控制及测量，因为主要由它确定发动机转矩、待喷入的燃油量及点火时间点。
在现代发动机控制中使用了一种所谓“电子油门踏板”，将踏板位置解译为转矩所需量。该转矩所需量再被换算成用于空气质量流量的给定值。一种“进气量控制”函数根据转矩所需量计算给定空气质量流量并由此计算用于节气阀门控制的给定值。一个调节元件将节气阀阀门调节到给定值上。一个连接其后的热膜空气量传感器(HFM)测量空气质量流量实际值。由于HFM中及通过节气阀阀门的空气流量计算路径中的误差形成空气质量流量的实际值及给定值之间的差值以及实际转矩与转矩所需量之间的差值。
为消除这种不精确性，由EP0375710B1公知了一种调节系统，它不仅可支配单个调节单元，而且也可支配二个调节单元。在公知的装置中，第一调节单元将调节信号发送给调节区段，而第二调节单元则用于对第一调节单元定标。在公知装置中，借助基于节气阀阀门的进气量信号控制喷射量，其中在稳定状态中相对快的调节信号借助空气量测量器定标。
本发明的目的在于，提供一种控制内燃机中通过节气阀气体流的方法及装置，它能快速且精确地调节气体流。此外，该方法应能成本合理地实施并且其装置应能成本合理地制造和运行。
具体地，该目的借助控制通过节气阀进入一个内燃机的燃烧室的气体流的方法来达到，它具有步骤：由气体流给定值计算节气阀给定调节值，使用节气阀给定调节值控制节气阀，及确定气体流的实际值，其特征在于以下步骤：根据节气阀实际调节值计算通过节气阀的气体流，求出计算的通过节气阀的气体流及气体流实际值的差值，在计算节气阀给定调节值时考虑求得的差值，尤其通过气体流给定值的适配。这种方法的优点是，在一个步骤中将燃烧室中的空气量给定值换算成节气阀给定值，其中为了确定气体流实际值以所使用传感器的精确度调节空气量的实际值。作为确定气体流实际值的传感器尤其考虑使用热膜空气量传感器(HFM)。此外，有利的是，相对现有技术取消了一个用于追加调节给定及实际量的附加进气量调节器。由此降低了制造、维护、及运行成本。另外的优点是，通过单级的调节使节气阀门变化过程变得平稳，由此改善了整个内燃机单元的运行性能。此外，有利的是，该方法可实现所需空气质量流量非常快及精确的调节。尤其在稳定的状态下，不会形成给定进气量与由热膜空气量传感器测出的实际进气量之间的差别。
在本发明的一个专门的实施形式中，本方法的特征在于：在考虑到通过节气阀的节气阀门的气体流与实际气体流之间的差值的情况下确定至少两个校正量。它的优点在于，通过至少两个校正量的确定，可实现快速及精确的调节特性。此外，其优点在于，通过至少两个校正量的确定，可以分开地处理和补偿各个误差量及干扰影响，由此可使该调节方法的精确度及速度进一步改善。
在本发明的另一个专门的实施形式中，本方法的特征在于：在加法上考虑至少一个第一校正量及在乘法上考虑至少一个第二校正量，其中同时地或交替地考虑第一及第二校正量，尤其是首先对较小气体流的情况考虑第一校正量或与其相关，及特别对较大气体流的情况考虑第二校正量或与其相关。在该实施形式的另一构型中，第一校正量对由通过节气阀的漏空气引起的误差进行校正，及第二校正量对由节气阀上压力的有误求值引起的误差进行校正。这是有利的，因为由此可相对其相应的误差特征对这两个误差进行处理，这样可提高该调节方法的精确度，尤其有利的是，由漏空气引起的误差可被相应地处理，该误差在每种工作状态中通过附加误差会显得可观，并尤其在小气体流的情况下关系较大。相对地，由压力的有误求值引起的误差可被相应地处理，该误差在每种工作状态中是可观的，并尤其在大气体流的情况下关系较大。这两个校正量最好同时地被考虑，由此可实现高调节精度。总之，这种构型可实现既非常快速且非常精确、又可靠的调节性能，其中不但在装置技术上而且在计算技术上同时地减少了调节成本。
在本发明的另一专门实施形式中，当内燃机运行结束时存储至少一个校正量。由此可有利地实现：当内燃机重新开始工作时能立即地提供全部调节精度。校正量的存储可通过相应的电子器件来实现，例如通过SRAM器件或通过磁存储元件来实现。
在本发明的另一专门实施形式中，当内燃机开始运行时，对于至少一个校正量使用一个预定值作为起始值。这是有利的，因为由此能以简单方式对于一定的校正量确定一个预定的冷起动值。此外，提供预定值是有利的，因为由此对于内燃机较长的工作中止或是出现数据或信息丢失的情况鉴于以前确定的校正量亦可保证可靠的调节性能。
在本发明的另一专门实施形式中，根据至少对内燃机转矩的一个要求来求得给定气体流。这是有利的，因为由此譬如在一个设有内燃机的机动车中不仅可考虑转矩对油门踏板的要求，而且可考虑由机动车的自动变速装置或机动车防打滑调节装置引起的转矩要求。
本发明的目的也借助控制通过节气阀进入一个内燃机的燃烧室的气体流的装置来达到，它具有：设有用于气体流给定值的输入信号及用于阀调节器的输出信号的节气阀控制器，用于确定气体流实际值的量值传感器，其特征在于：该节气阀控制器具有计算装置，这些计算装置根据节气阀调节值计算通过节气阀的气体流，接着求出计算的通过节气阀的气体流与气体流实际值的差值，其中在计算输出信号时考虑该差值，尤其通过气体流给定值的适配。根据本发明的这种装置具有与以上对于根据本发明的方法所述的优点相同的优点。这种装置是尤其有利的，因为它能保证快及精确的调节性能。其中在装置技术上及在计算技术上的要求降低，以致这种装置可成本合理的制造，维护和工作。
在本发明的一个专门的实施形式中，在求解差值的情况下确定至少两个校正量。它的优点在于，可快速及相对小成本地检测出复合的误差量及干扰影响，并可实现稳定及精确的调节性能。这尤其适合于：对于这至少两个校正量分开地检测并最好同时地考虑具有加法及乘法误差特征的误差源。
本发明的构思还包括一种实施以上所述的、根据本发明的控制方法的装置。在此情况下，通过根据本发明的装置使快速及精确控制方法的优点与成本合理的实施相结合。
并且，本发明的构思还包括一种机动车，它具有如上所述的装置。
此外，本发明还包括数据载体，它包含用于实施上述根据本发明的控制方法的控制程序，或包含用于实施上述根据本发明的方法所必需的或有利的参数。在此情况下，数据载体可用任意形式、尤其是以机械、磁、光或电的形式存储这些信息。尤其有利的是电子载体，例如ROM、PROM、EPROM或EEPROM器件，它们可有利地被插入到相应的控制装置中。通过这种数据载体控制参数及控制程序可简单地交换，由此通过简单地插入相应的数据载体可以构成譬如用于不同机动车型的统一控制装置。
本发明的其它优点、特征及特点可由以下的说明中得出，其中将参照附图详细地描述多个实施例。在此情况下，本发明的各特征其本身可单独地或任意组合地作为本发明的实质部分。
以下借助附图详细地描述实施本发明的一种途径。
图1表示使用热膜空气量传感器(HFM)测量进气量及确定两个校正量的结构图；
图2表示用于确定通过节气阀的气体质量流量的结构图；
图3表示用于本发明进气量控制及节气阀门角度计算的结构图；
图4表示根据本发明的用于控制通过节气阀的气体流的装置。
在以下附图说明及权利要求书中所使用的缩写及标记将概括地分别以简短的说明列在本说明书末尾。
图1表示使用热膜空气量传感器(HFM)测量进气量及确定两个校正量msndko及fkmsdk的结构图。在图1中上边的信号路径中，由HFM测量的空气质量流量mshfm被换算成一个汽缸的已校正相对进气量rl。为此，首先使由HFM测量的空气质量流量mshfm换算成一个汽缸的未校正相对进气量rlroh。这通过由HFM测量的空气质量流量mshfm除以一个值的除法111来达到，这个值由发动机特定常数KUMSRL乘以发动机转数nmot的乘法112来得到。通过使用气体方程式及相应的积分113，由未校正相对进气量rlroh求得进气管压力ps。通过对关于进气管中流动比率的其它影响量的考虑114由进气管压力ps计算出气缸的校正的相对进气量rl。由进气管压力ps结合涉及节气阀门开度的节气阀门(Drosselklappe)角度wdkba和用于将标准空气质量流量转换为当前温度下空气质量流量的吸入空气温度校正系数ftvdk，在115处计算通过节气阀的空气量。通过节气阀的该空气量msdk的计算被详细描述在图2中。通过减法116构成测量的空气质量流量mshfm与计算的空气质量流量msdk之差msdif。通过对该差值msdif的积分117求得第一加法校正量msndko。以相应的方式，通过对该差值msdif积分118计算出第二乘法校正量fkmsdk。在此情况下，积分117，118的区别尤其在于积分常数或者所产生的物理单位。该加法校正量msndko可直接地反馈到节气阀气体流的计算115。该乘法校正量fkmsdk通过为了确定节气阀前面的有效压力pvdk的乘法120与由压力传感器测量的环境压力pvdkds相乘并同样反馈到节气阀气体流的计算。通过在计算流过节气阀的气体流时考虑到校正系数msndko及fkmsdk，使流过节气阀的气体流的计算值msdk接近测量值mshfm。由此使该系统的精度这样得到改善，即在必要时、如当热膜空气量传感器HFM故障的情况下，相对进气量rl的计算可以仅依赖于计算出的气体质量流量msdk。这是通过由相应的转换信号B_ehfm对开关119的转换来实现的。
在乘法校正时譬如假设，来自环境压力传感器的压力值pvdk带有误差，以致形成计算的气体质量流量msdk及测量的气体流量mshfm之间的差值。该校正用乘法校正量fkmsdk的调节一直响应该差值，直到msdk等于mshfm为止。当另外的影响量不具有误差时，参数pvdk在稳定化适配后与节气阀门前的真实压力相同。在标准情况下，适配量中包括了出现在HFM路径及节气阀路径中的所有误差，以致参数pvdk与节气阀前的真实压力有偏差。但该适配仍能满足其目的，即基于节气阀的空气质量流量计算与基于热膜空气量传感器的空气质量流量计算相适配。
参数pvdkds可在无增压发动机中由环境压力传感器导出，及在增压式发动机中由节气阀前的增压压力传感器导出。在具有热膜空气量传感器及进气管上压力传感器的无增压发动机中可通过高度匹配从进气管压力获得压力pvdkds。当没有压力传感器时，将pvdkds的值置为1并将fkmsdk置为等于pvdk，及在无增压发动机中环境压力信息包含在fkmsdk中并具有节气阀及HFM系统中误差的不精确性。
图2示出根据图1中计算单元115确定通过节气阀的气体质量流量msdk的结构图。首先提供节气阀的节气阀门给定角度wdkba作为输入信号。该给定角度wdkba最好涉及节气阀门的开度。通过使用在空气试验台上求得的传递函数MSNWDK 201计算出节气阀后的质量流量msndk。该质量流量msndk在加法点202上与加法校正量msndko相加，该校正量最好与在标准条件下通过节气阀的泄漏空气量有关。由该加法202产生的值在乘法点203上与吸入空气温度校正系数ftvdk相乘，以将标准空气质量流量换算为当前温度下的空气质量流量。与此并列地，由节气阀的节气阀门前的压力值pvdk借助除法204除以标准压力值1013hpa求得一个校正系数fpvdk，它用于使节气阀前标准压力下的空气质量流量适配于当前条件。在此情况下该值pvdk由被压力传感器测得的环境压力pvdkds与乘法校正系数fkmsdk相乘得到，如图1中所示。此外与此并列地，通过由进气管压力ps与节气阀的节气阀门前的压力pvdk的求商205及随后的传递函数206求出校正系数KLAF(ps/pvdk)，该传递函数被称为流出量曲线并用于使超临界流速时测得的节气阀标准流量适配于欠临界流速。这两个求得的校正系数fpvdk及KLAF(ps/pvdk)分别在与质量流量的乘法207，208时考虑。概括起来，空气质量流量的计算如下：
msdk＝msndk×ftvdk×fpvdk×KLAF(ps/pvdk)。
图3表示根据本发明的借助由空气质量流量的给定值mssol计算节气阀的节气阀门给定角度wdks的进气量控制。在此情况下，空气质量流量的给定值mssol首先根据不同的校正量而改变。这里，根据本发明的进气量控制在很大部分上与图1中所示进气量检测相反。尤其是，在根据本发明的进气量控制中使用了在进气量检测过程中求得的校正量msndko及fkmsdk。类似于图1，首先进行发动机转数nmot及KUMSRL参数的乘法112。给定值mssol除以所产生的积，由此得到燃烧室中的给定进气量rlsol。在另一与“相对进气中的进气管压力”的换算系数fupsrl的除法302及随后与校正系数pirg的加法303后得到进气管中的给定压力pssol，该校正系数pirg考虑排出气体内部回馈的部分压力。该值pssol借助除法304除以节气阀的节气阀门前的压力pvdk来改变并过渡到一个传递函数305，该传递函数也被称为流出量曲线并用于使超临界流速时测得的节气阀标准流量适配于欠临界流速。值pvdk通过乘法306由被压力传感器测得的环境压力pvdkds及乘法校正系数fkmsdk求得，与图1中的计算类似。由该流出量曲线305求得的值接着通过乘法307与将标准空气质量流量换算成当前温度下空气流量的吸入空气温度校正系数ftvdk相乘，并随后通过乘法308与用于使节气阀前标准压力时的空气质量流量适配于当前条件的校正系数fpvdk相乘，使其适配于当前的温度及压力关系。在此情况下，校正系数fpvdk通过除法309由节气阀的节气阀门前的压力值pvdk除以标称压力值1013 hpa求得。由上述计算得到的值在除法310中与空气质量流量的给定值mssol相除。由除法310产生的值接着减去加法校正值msndko，后者考虑在标准条件下通过节气阀的漏空气量。这样得到的值msnwdks被传送给传递函数WDKMSN 311，该传递函数为图2中传递函数MSNWDK的逆函数，并由此从空气质量流量的校正及适配后的给定值msnwdks得到节气阀的节气阀门的给定角度wdks。
图4示出根据本发明的用于控制通过节气阀的气体流的装置。由油门踏板401的位置确定出空气质量流量的给定值mssol。进气量控制器402如图3中所示由该给定值求出节气阀门403的给定角度wdks。节气阀门的实际角度wdkba被求得并用作进气量检测器404的输入量。该进气量检测器404如图1中所示地由值wdkba求出通过节气阀的质量流量msdk。在进气管400中接在后面的热膜空气量传感器405测得空气质量流量mshfm。在一个比较及积分级406中，如图1中所示地由值msdk及mshfm求出加法校正值msndko及乘法校正值fkmsdk。这两个校正值既传送到进气量控制器402又传送到进气量检测器404并在那里作为输入量。其优点是，在根据本发明的该装置上不仅进气量控制器402无需通过一个相对慢的调节器的再校正便能调节节气阀门角度，其中，给定值与热膜空气量传感器的测量值相一致；而且，在进气阀前以预储量喷射时，进气阀关闭时间点上的空气质量流量必需知道，在该较后时间点上调节到的节气阀门角度要比将来的基于热膜空气量传感器信号的空气质量流量易于估计。基于该将来的节气阀门角度可以计算出将来的空气质量流量并由此可有利地校正当前的喷射持续时间，其中，基于校正系数的预计具有热膜空气量传感器的精确度。
缩写符号表
B_ehfm误差信号，转换信号
fkmsdk乘法校正量
fpvdk用于使节气阀前标称压力时的空气质量流量适配于当前条件的校正系数＝pvdk/1013hpa
ftvdk用于将标准空气质量流量转换为当前温度下空气质量流量的吸入空气温度校正系数
fupsrl相对进气时的进气管压力的换算系数
KLAF用于使超临界流速时测得的标准流量适配于欠临界流速的流出量曲线
KUMSRL由空气质量流量，发动机转数及汽缸工作容积确定汽缸相对进气量的参数
msdif计算的及测量的气体质量流量之差＝mshfm-msdk
msdk计算的通过节气阀的空气质量流量
mshfm由HFM测量的空气质量流量
msndk节气阀后的质量流量
msndko加法校正量，在标准条件下通过节气阀的漏空气
msndks在标准条件下空气质量流量的给定值
MSNWDK(wdkba)在空气试验台上测得的通过节气阀的标准化的空气质量流量
msnwdks通过节气阀的适配给定气体流
mssol在当前条件下的空气质量流量给定值
nmot发动机转数
pirg考虑排出气体回馈、排出气体内部回馈的部分压力的进气管压力校正系数
ps进气管中的压力
pssol进气管中的给定压力
pvdk节气阀的节气阀门前的压力＝pvdkds×fkmsdk
pvdkds由压力传感器测量的环境压力
rlroh流入进气管的空气量，一个汽缸未校正的相对进气量
rl从进气管排出的空气量，一个汽缸的校正的相对进气量
wdkba节气阀的节气阀门的实际角度，相应于开度
wdks节气阀的节气阀门的给定角度，相应于开度＝
WDKMSN(msnwdk)
WDKMSNMSNWDK的逆曲线
Claims (13)
1.控制通过一个节气阀进入内燃机的一个燃烧室的气体流的方法，它具有步骤：由气体流给定值(mssol)计算节气阀给定调节值(wdks)，借助节气阀给定调节值(wdks)控制节气阀，及确定气体流的实际值(mshfm)，其特征在于以下步骤：根据节气阀实际调节值(wdkba)计算通过节气阀的气体流(msdk)，求出计算的通过节气阀的气体流(msdk)与气体流实际值(mshfm)之间的差值(msdif)，及在计算节气阀给定调节值(wdks)时考虑求得的差值(msdif)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：在考虑差值(msdif)的情况下确定至少两个校正量(msndko，fkmsdk)。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于：在加法上考虑至少一个第一校正量(msndko)，及在乘法上考虑至少一个第二校正量(fkmsdk)。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：第一校正量(msndko)对由通过节气阀的漏空气引起的误差作校正，及第二校正量(fkmsdk)校正通过对节气阀前压力有误的求值引起的误差。
5.根据权利要求2至4中一项的方法，其特征在于：当内燃机运行结束时存储至少一个校正量(msndko，fkmsdk)。
6.根据权利要求1至4中一项的方法，其特征在于：在内燃运行进行中，对于至少一个校正量(msndko，fkmsdk)使用一个预定值作为起始值。
7.根据权利要求1至4中一项的方法，其特征在于：根据对内燃机转矩的至少一个要求来求得给定气体流(mssol)。
8.控制通过一个节气阀(403)进入内燃机的一个燃烧室的气体流的装置，它具有：带有用于气体流给定值(mssol)的输入信号及用于阀调节的输出信号(wdks)的节气阀控制器(402)，及用于确定气体流实际值(mshfm)的量值传感器(404)，其特征在于：设有节气阀控制的计算装置(403，404)，它根据节气阀调节值(wdks，wdkba)计算(403)通过节气阀的气体流(msdk)，另外求出(404)计算的通过节气阀的气体流(msdk)与气体流实际值(mshfm)的差值(msdif)，其中，在计算输出信号(wdks)时考虑该差值(msdif)。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于：在求解差值(msdif)时，计算装置(404)确定至少两个校正量(msndko，fkmsdk)。
10.根据权利要求8或9的装置，其特征在于：该装置实施根据权利要求1至7中一项的方法。
11.机动车，其特征在于：它具有根据权利要求8至10中一项的装置。
12.数据载体，其特征在于：它含有用于实施根据权利要求1至7中一项的方法的控制程序。
13.数据载体，其特征在于：该数据载体含有对于实施权利要求1至7中一项的方法所必需的或有利的参数。
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