CN110392773A - 用于内燃发动机的阀行程切换控制的方法和装置 - Google Patents

用于内燃发动机的阀行程切换控制的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于由具有废气门阀的涡轮增压器充气的内燃发动机的阀行程切换控制的方法和装置。在根据本发明的阀行程切换控制中，执行以下步骤：确定当前操作点处的充气压力相对于废气门阀位置变化的当前灵敏度，在所述当前操作点处存在当前阀行程、当前废气门阀位置和当前充气压力；考虑到所确定的充气压力的当前灵敏度，确定设定期望操作点所需的最小阀行程；以及如果将内燃发动机设定到扩展的期望操作点范围所需的最小阀行程不同于当前阀行程，则切换阀行程。所述措施增加了内燃发动机的燃料节约操作范围。

Description

用于内燃发动机的阀行程切换控制的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于内燃发动机的阀行程切换控制的方法和装置。
背景技术
现代内燃发动机通常装有涡轮增压器，并且越来越多地装有用于切换阀行程的致动器，以便能够协调高比功率和低比燃料消耗。在这种情况下，利用了这样的事实，即当减小入口阀的阀行程时，为了能够获得相同的气缸空气质量，可以升高绝对进气歧管压力，从而减小经由发动机的入口阀的体积流量，并因此减小发动机的功率耗散。这里，“较大的阀行程”是指阀控制的配置，其中在阀打开期间，受控气体交换阀的打开横截面对曲柄角的积分大于被称为“较小的阀行程”的不同配置的情况。
为了有利的燃料消耗，以这种方式设计的发动机应该尽可能经常和尽可能长地在经由入口阀的小体积流量的阀行程下操作。然而，存在一个极限，超过该极限，发动机只能在满阀行程或次最大阀行程下提供驾驶员所需的动力。除了这一物理确定的极限之外，还可能存在由于不平稳运行、噪音、驾驶性能受损等造成的可能操作范围的限制。
迄今为止，已经通过应用措施确定了到满阀行程或次最大阀行程的切换阈值，使得即使具有限制部件的发动机，例如效率降低的排气涡轮增压器，也能够可靠地实现具有期望的气缸空气质量的期望的新操作点。
发明内容
本发明涉及的目的是指示用于内燃发动机的阀行程切换控制的改进方法。
这个问题通过具有权利要求1中给出的特征的方法来解决。从属权利要求2-14中规定了本发明的有利实施例和改进。权利要求15涉及用于内燃发动机的阀行程切换控制的装置。
在权利要求1所述的用于由具有废气门阀的排气涡轮增压器充气的内燃发动机的阀行程切换控制的方法中，执行以下步骤：
-确定具有当前气缸空气质量的当前操作点处的充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度，在当前操作点处存在当前阀行程、当前废气门阀位置和当前充气压力，
-考虑到所确定的充气压力的当前灵敏度，确定设定具有期望气缸空气质量的期望操作点所需的最小阀行程，以及
-如果设定期望操作点所需的最小阀行程不同于当前阀行程，则切换阀行程。
本发明的优点尤其在于，通过估计充气压力的累积，可以预测在所考虑的特定发动机中，在具有当前阀行程的当前操作点处，是否仅通过改变充气压力就可以达到期望的操作点，或者切换到修改的阀行程是必要的还是可能的。因此，可以用小的阀行程来扩展所考虑的特定发动机的操作范围，因为在确定切换阈值时不需要关注限制部件。这对应于燃料节约发动机操作模式的扩展。
权利要求1所述的方法既适用于切换到较大的阀行程，也适用于切换到较小的阀行程。
在切换到较大的阀行程的情况下，利用所确定的充气压力的当前灵敏度，执行在废气门阀关闭情况下当前操作点处可能的最大充气压力的估计，以便确定设定期望操作点所需的最小阀行程，并且如果所估计的最大可能充气压力低于设定期望操作点所需的充气压力，则执行阀行程的增加。
当前阀行程可以是部分行程或零行程，其中零行程实现气缸关闭。
废气门阀的当前位置可以是废气门阀的完全打开或部分打开位置。
阀行程被切换到大于当前阀行程的阀行程，例如，切换到满行程。
在切换到较小的阀行程的情况下，利用所确定的充气压力的当前灵敏度，执行在废气门阀完全关闭情况下具有该潜在较小阀行程的当前操作点处可能的最大充气压力的估计，以便确定设定期望操作点所需的最小阀行程，并且如果所估计的最大可能充气压力高于设定期望操作点所需的充气压力，则执行阀行程的减小。
这里，当前阀行程可以是部分行程或满行程。
废气门阀的当前位置可以是废气门阀的部分或完全关闭位置。
阀行程被切换到小于当前阀行程的阀行程，例如，切换到零行程。
可以使用存储的模型来执行充气压力的当前灵敏度的确定。
附图说明
从下面参照图1给出的说明性解释中，本发明的进一步有利特性将变得显而易见，图1示出了用于由具有废气门阀的排气涡轮增压器增压的内燃发动机的阀行程切换控制的装置的框图。
具体实施方式
该装置包含传动系100，传动系100包含由排气涡轮增压器20增压的内燃发动机10。内燃发动机10具有一个或多个气缸11，每个气缸都分配有入口阀12。这些入口阀中的每一个具有多个阀行程，该阀可以在这些阀行程之间进行切换。
排气涡轮增压器20包括涡轮21和压缩机22。压缩机22在入口侧连接到新鲜空气导管1，并在出口侧提供压缩的新鲜空气。该空气经由充气空气冷却器40供应到充气空气部段2，并且从那里经由节流阀30转移到进气歧管3。压缩空气从进气歧管经由相应的入口阀12转移到相应的气缸11。在那里，被引入气缸的燃料与这种新鲜空气一起燃烧。
在该燃烧过程中形成的排气经由排气歧管4，到达排气涡轮增压器20的涡轮21。在那里，它们驱动涡轮叶轮，涡轮叶轮通过轴连接到压缩机叶轮，压缩机叶轮布置在压缩机中，因此经由所述轴由涡轮叶轮驱动。
此外，所示的装置具有废气门导管，其可以借助于废气门阀50在完全打开状态和关闭状态之间连续调节。
此外，图1所示的装置具有发动机控制装置60，其被设计成控制内燃发动机10或内燃发动机10的多个致动器。该发动机控制装置60被提供有多个传感器信号se1,...,sen。使用这些传感器信号、存储的操作程序和存储在存储器62中的附加数据，发动机控制装置60确定控制信号st1,...,sty，这些控制信号被提供用于控制内燃发动机的所述致动器。存储在存储器62中的数据包括空气路径模型的数据，该数据包含关于与多个空气压力相关联的致动器的设置的信息。关于致动器设置的该信息包括关于气缸11的入口阀12的不同阀行程的信息。
发动机控制装置60被设计成执行用于所示内燃发动机的阀行程切换控制的方法，该内燃发动机由具有废气门阀50的排气涡轮增压器增压。
为了执行该方法，发动机控制单元控制以下步骤的执行：
-确定当前操作点处的充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度，在当前操作点处存在当前阀行程、当前废气门阀位置和当前充气压力，
-考虑到所确定的充气压力的当前灵敏度，确定设定期望操作点所需的最小阀行程，以及
-如果设定期望操作点所需的最小阀行程不同于当前阀行程，则切换阀行程。
根据本发明的第一实施例，如果在当前操作点可以达到的最大充气压力不足以设定期望的操作点，则执行阀行程的增加。
在该实施例中，为了确定设定期望操作点所需的最小阀行程，利用所确定的充气压力的当前灵敏度，执行在废气门阀关闭情况下当前操作点处可能的最大充气压力的估计，并且如果所估计的最大可能充气压力低于设定期望操作点所需的充气压力，则执行阀行程的增加。
当前阀行程可以是部分行程或零行程，其中零行程实现气缸关闭。
废气门阀的当前位置可以是废气门阀的完全打开或部分打开位置。
在该实施例中，如果在当前操作点可以达到的最大充气压力不足以设定期望的操作点，则执行阀行程到大于当前阀行程的阀行程的切换。
例如，如果当前阀行程是零行程或部分行程，则可以执行阀行程到满行程的切换。
此外，如果当前阀行程是零行程或部分行程，则执行阀行程切换到更大的部分行程是可能的，如果该更大的部分行程足以设定期望的操作点的话。
当废气门关闭时，具有废气门的排气涡轮增压器在各自当前的操作点产生可达到的最大充气压力。因此，在该实施例中，在废气门关闭的情况下，对于所考虑的特定发动机，对该特定发动机在当前操作点可以产生什么充气压力进行确定。该确定考虑了关于发动机的特定操作行为的信息，包括适应值和/或可用的测量值，例如用于排气温度的涡轮增压器速度。
从具有相关联的废气门阀位置和相关联的充气压力的当前操作点开始，考虑充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度，使用以下关系式估计废气门关闭时的充气压力：
Pmax = p0 + dp/ds • (sWG_geschl – s0).
这里，pmax是当前操作点处可达到的最大充气压力，p0是当前操作点处的充气压力，dp/ds是充气压力对当前操作点处废气门阀位置变化的灵敏度，sWG_geschl是在废气门的关闭状态下的废气门阀位置，并且s0是当前操作点处的废气门阀位置。
充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度可以使用充气压力传感器来确定，该传感器布置在充气空气部段2中。所述确定可以通过递增地关闭废气门阀至位置s1来执行，从而导致充气压力递增地小幅度上升至压力p1。充气压力的这种上升可以通过布置在充气空气部段2中的充气压力传感器来测量，并且可以用于确定充气压力对废气门阀位置变化的灵敏度：
dp/ds = (p1 – p0) / (s1-s0).
在灵敏度的这种确定过程中，要考虑所考虑的相应发动机的具体特性。由于废气门阀的这种增量关闭对存在于进气歧管3中的进气歧管压力有影响，因此也对气缸填充有影响，所以必须通过适当的对策(例如节流阀的增量关闭)来抵消这种压力上升，以便保持气缸空气质量恒定。
作为替代，充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度也可以使用存储在存储器62中的模型来确定，其中存储了充气压力对废气门阀位置的依赖性。如果这种类型的模型可用，则充气压力对废气门阀位置变化的灵敏度dp/ds可以借助于用于确定设定点废气门阀位置的函数来确定。在该过程中，除了为期望的设定点充气压力p0计算当前的设定点废气门阀位置s0之外，在对不同于p0的设定点充气压力p1的第二函数调用中，对实现所述设定点充气压力p1的设定点废气门阀位置s1进行确定。通过考虑迄今为止为特定发动机的当前操作点学习到的适应值，在该计算中可以考虑特定发动机的特性。
在上述实施例中，发动机控制装置可以决定所考虑的特定内燃发动机是否可以在当前阀行程设定确定的期望气缸空气质量，或者是否需要切换到更大的阀行程。为此，发动机控制装置确定所考虑的特定内燃发动机是否可以产生足够的绝对进气歧管压力，以用于对应于期望操作点的气缸空气质量，并且可以产生为此目的所需的充气压力。如果不是这种情况，发动机控制装置必须控制入口阀的阀行程致动器，使得阀行程增加，例如增加到满行程。
如果阀行程的这种必要切换没有及时发生，而是仅在较晚的时间点发生，那么这种较晚的切换可能会导致不平稳的驾驶行为。
根据本发明的第二实施例，如果在潜在的较小阀行程处可以达到的最大充气压力大于设定期望操作点所需的充气压力，则执行阀行程的减小。
在该实施例中，为了确定设定期望操作点所需的最小阀行程，利用所确定的充气压力的当前灵敏度，执行在废气门阀完全关闭的情况下在潜在的较小阀行程下可能的充气压力的估计，并且如果估计的最大可能充气压力高于设定期望操作点所需的充气压力，则执行阀行程的减小。
当前阀行程可以是部分行程或满行程。
当前废气门阀位置可以是废气门阀的部分或完全关闭位置。
在该实施例中，如果在潜在的较小阀行程处可以达到的最大充气压力高于设定期望操作点所需的充气压力，则执行阀行程到小于当前阀行程的阀行程的切换。
例如，如果当前阀行程是满行程或部分行程，则可以执行阀行程到零行程的切换。后者实现气缸关闭。
此外，如果当前阀行程是满行程或部分行程，则执行阀行程切换到较小的部分行程是可能的，如果该较小的部分行程适于设定期望操作点的话。
当废气门完全关闭时，具有废气门的排气涡轮增压器在各自存在的当前操作点产生可达到的最大充气压力。因此，在该实施例中，在废气门完全关闭的情况下，对于所考虑的特定发动机，对该特定发动机在当前操作点可以产生什么充气压力进行确定。该确定考虑了关于发动机的特定操作行为的信息，包括适应值和/或可用的测量值，例如用于涡轮增压器速度或排气温度。
从具有相关联的废气门阀位置和相关联的充气压力的当前操作点开始，考虑充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度，使用以下关系式估计废气门完全关闭时的充气压力：
Pmax = p0 + dp/ds • (sWG_geschl – s0).
这里，pmax是当前操作点处可达到的最大充气压力，p0是当前操作点处的充气压力，dp/ds是充气压力对当前操作点处废气门阀位置变化的灵敏度，sWG_geschl是在废气门的关闭状态下的废气门阀位置，并且s0是当前操作点处的废气门阀位置。
如在上述实施例中，不可能使用布置在充气空气部段2中的充气压力传感器来确定充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度，因为实际上必须为此目的设定潜在的较小阀行程。
在该实施例中，充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度必须使用存储在存储器62中的模型来确定，其中存储了充气压力对废气门阀位置的依赖性。如果这种类型的模型可用，充气压力对废气门阀位置变化的灵敏度dp/ds可以借助于用于确定设定点废气门阀位置的函数来确定。在该过程中，除了为设定点充气压力p0计算当前的设定点废气门阀位置s0之外，在对不同于p0的设定点充气压力p2的第二函数调用中，对实现所述设定点充气压力p2的设定点废气门阀位置s2进行确定：
dp/ds = (p2 – p0)/(s2 – s0).
通过考虑迄今为止为特定发动机的当前操作点学习到的适应值，在该计算中可以考虑特定发动机的特性。
在上述实施例中，发动机控制装置可以决定对于所考虑的特定内燃发动机是否可能切换到较小的阀行程。为此，在当前操作点处并在考虑到潜在的较小阀行程和充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度的情况下，发动机控制装置估计在潜在的较小阀行程处可能的最大充气压力是否高于在潜在的较小阀行程处设定期望操作点所需的充气压力，并且如果是这种情况，则执行阀行程到较小阀行程的切换。
通过到较小阀行程的这种切换，以有利的方式确保了所考虑的特定发动机的操作范围可以在具有较低体积流量的阀行程下或者甚至在阀停用的情况下扩展，因为在确定切换阈值时不需要考虑限制部件。因此，可以扩展所考虑的特定发动机的燃料节约操作范围。

Claims (15)

1.一种用于内燃发动机的阀行程切换控制的方法，所述内燃发动机由具有废气门阀的排气涡轮增压器增压，所述方法具有以下步骤：
-确定当前操作点处的充气压力对废气门阀位置变化的当前灵敏度，在所述当前操作点处存在当前阀行程、当前废气门阀位置和当前充气压力，
-考虑到所确定的所述充气压力的当前灵敏度，确定设定期望操作点所需的最小阀行程，以及
-如果设定所述期望操作点所需的所述最小阀行程不同于所述当前阀行程，则切换所述阀行程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定设定所述期望操作点所需的所述最小阀行程，利用所确定的所述充气压力的当前灵敏度，执行在所述废气门阀关闭情况下所述当前操作点处可能的最大充气压力的估计，并且如果所述估计的最大可能充气压力低于设定所述期望操作点所需的充气压力，则执行所述阀行程的增加。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前阀行程是部分行程或零行程。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述当前废气门阀位置是所述废气门阀的完全或部分打开位置。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，执行所述阀行程到大于所述当前阀行程的阀行程的切换。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，执行到满行程的切换。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述废气门阀关闭的情况下，在所述当前操作点处可能的所述最大充气压力使用以下关系式来估计：
Pmax = p0 + dp/ds • (sWG_geschl – s0)，
其中，pmax是所述当前操作点处可达到的最大充气压力，
p0是所述当前操作点处的充气压力，
dp/ds是充气压力对所述当前操作点处废气门阀位置变化的灵敏度，
sWG_geschl是废气门关闭状态下的废气门阀位置，并且
s0是所述当前操作点的废气门阀位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定设定所述期望操作点所需的所述最小阀行程，利用所确定的所述充气压力的当前灵敏度，执行在所述废气门阀完全关闭情况下在潜在较小阀行程下可能的最大充气压力的估计，并且如果所述估计的最大可能充气压力高于设定所述期望操作点所需的充气压力，则执行所述阀行程的切换。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述当前阀行程是部分行程或满行程。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述废气门阀的所述当前位置是所述废气门阀的部分或完全关闭位置。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，执行了所述阀行程到小于所述当前阀行程的阀行程的切换。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，执行了到零行程的切换。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于，在所述废气门阀关闭的情况下，在所述潜在的较小阀行程处可能的最大充气压力使用以下关系式来估计：
Pmax = p0 + dp/ds • (sWG_geschl – s0)，
其中，pmax是所述当前操作点处可达到的最大充气压力，
p0是所述当前操作点处的充气压力，
dp/ds是所述当前操作点处充气压力对废气门阀位置变化的灵敏度，
sWG_geschl是废气门关闭状态下的废气门阀位置，并且
s0是所述当前操作点处的废气门阀位置。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，存储的模型用于确定所述充气压力的所述当前灵敏度。
15.一种用于内燃发动机的阀行程切换控制的装置，所述内燃发动机由具有废气门阀的排气涡轮增压器充气，其特征在于，所述装置具有发动机控制装置(60)，所述发动机控制装置(60)被设计用于控制根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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