CN111971465B

CN111971465B - 用于火花点火内燃机的设备和控制方法

Info

Publication number: CN111971465B
Application number: CN201980024722.1A
Authority: CN
Inventors: 马尔切洛·卡罗; 布鲁诺·艾马尔; 阿尔多·布鲁卡托
Original assignee: FPT Industrial SpA
Current assignee: FPT Industrial SpA
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2039-04-12
Also published as: EP3775520A1; CN111971465A; BR112020020873A2; ES2923439T3; EP3775520B1; IT201800004431A1; WO2019198047A9; WO2019198047A1

Abstract

一种用于火花点火内燃机(E)的控制方法，该控制方法基于对内燃机的进气处的估计空气质量的计算，该估计空气质量是基于所述测量空气的便利压力信号计算的。本发明使得能够以先前被低通滤波的测量压力信号与借助于模型估计且先前被高通滤波的的压力信号的总和的形式获得所述便利压力信号。

Description

用于火花点火内燃机的设备和控制方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2018年4月12日提交的意大利专利申请第102018000004431号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及控制内燃机的设备和方法的领域。

背景技术

根据被称为“基于扭矩”的架构开发了发动机控制系统。

这意味着：

-发动机被视为扭矩致动器；

-发动机的电子控制装置(下文称为“控制装置”)接收来自交通工具，例如来自驾驶员、伺服机构、变速器、制动器等的扭矩请求。

-对发动机旋转的请求也在控制装置内部被转换为等效扭矩，以达到每分钟所请求的转数。

发动机控制根据一些预定的标准在接收到的不同请求之间进行仲裁，并相应地调整发动机的供给。例如，根据优先级系统或基于请求的扭矩或等效扭矩的值。

在火花点火发动机中，根据化学计量比控制装置调节蝶阀沿着进气歧管的位置，并且因此，调节要注入到气缸中的燃料的质量。

在压缩点火发动机中，控制装置调节要注入到气缸中的燃料质量的注入。

驾驶员不直接控制扭矩的传递，而是仅向控制装置发出扭矩传递的请求，并且后者基于发动机的运行条件和所有其他交通工具装置的请求引起发动机的扭矩传递。

对于火花点火内燃机，适用以下等式：

扭矩＝K＊Massa_aria (1)

其中K是一个参数，该参数考虑了一些物理常数，其中有燃料性质，并且还考虑内燃机的几何特征，其中有压缩比、气缸数目、冲程数目。

此外，K考虑了内燃机的容积效率，该容积效率是工作点(因此，是内燃机的旋转速度和所传递的扭矩)的函数。

因此，为了达到预定的目标扭矩“Coppia_Obj”，根据相同的等式(1)需要目标空气质量“Massa_aria_Obj”：

Coppia_Obj＝K＊Massa_aria_Obj (2)

为了获得Massa_aria_Obj，必须调节进入发动机的空气流量。该流量通常通过电动蝶阀的打开、根据目标空气质量Massa_aria_Obj设定目标打开角度来调节，而目标空气质量又根据目标扭矩Coppia_Obj而变化。

在该打开之后，Massa_aria_Obj被截留在气缸的燃烧室中。

通过在具有这种Massa_aria_Obj的情况下燃烧燃料来获得Coppia_Obj。

为了确保燃烧的化学计量，并且因此优化燃烧本身并遵守污染排放法规，必须基于发动机吸入的实际空气质量Massa_aria_stim来计算燃料质量的注入。

因此，必须以精确且可靠的方式测量空气质量。

为了这样做，通常使用被称为“速度-密度”的算法，该算法根据吸入的空气的压力和温度以及根据与内燃机的旋转速度相对应的内燃机的容积效率来计算进入内燃机的空气质量，假设流入内燃机的空气像理想气体那样起作用。

该算法可以由以下等式来简化：

其中Massa_aria_stim是进入内燃机的估计空气质量，Press_aria_Mis和Temp_aria_Mis分别是在进气歧管中测量的空气压力和温度，并且Speed_Mis是所测量的内燃机的旋转速度。

图1的现有技术控制图基于前述等式(3)。

然后使用估计空气质量信号Massa_aria_stim作为参考信号以控制蝶阀的打开角度，并且因此控制进入气缸的燃料的注入。

优选地，借助于相对角度传感器，基于所述目标角度与测量的同一蝶阀的打开角度之间的误差来反馈控制蝶阀的打开角度。

在瞬时条件下，气压传感器的响应慢，使得对实际进入发动机的空气质量的计算产生变化或误导的值。

这导致在瞬时状态期间内燃机的非理想行为情况下燃料剂量的误差。

如果未被以下详细描述具体地排除，则应将该部分中包含的信息视为详细描述本身的组成部分。

发明内容

本发明的目的是改善瞬时状态期间的发动机控制。

当借助于作为进气歧管中的空气压力的函数的速度密度算法来处理测量空气质量的估计时，本发明的基本思想是使用以下各项的总和作为进气歧管中的空气压力的信号：

-在进气歧管中实际测量并在之前被低通滤波的压力信号，

-在进气歧管中估计并在之前被高通滤波的压力信号。

所述压力信号的估计是借助于模型(该模型优选地使用相同的速度密度算法)将其与要由内燃机传递的目标扭矩的信号相组合而获得的。

由于该方法以连续方式执行，前述测量的和估计的压力由相应的电信号或数字信号表示。

该高通滤波和低通滤波优选地以相同的截止频率来执行，使得发动机控制在内燃机的理想行为下显得连续。

实际上，压力估计信号与测量压力信号完美地邻接。

因此，本发明涉及一种根据上述描述的控制火花点火内燃机的方法。

本发明还涉及被编程为执行前述方法的处理单元。

此外，本发明涉及一种火花点火内燃机，该内燃机提供有控制其运行的前述处理单元。

此外，本发明涉及一种包括前述内燃机的交通工具或固定设备。

权利要求描述了本发明的优选的实施方式，从而形成说明书的整体部分。

附图说明

根据本发明的实施方式(以及相关变体)的以下详细描述并且根据提供仅用于说明性和非限制性目的的附图，将最好地理解本发明的另外的目的和优点，在附图中：

图1示出了基于速度密度算法的现有技术控制图；

图2示出了根据本发明改变的前述控制图；

图3详细示出了图2的控制图的一部分；

图4示出了提供有被编程以实现图2的控制图的处理单元的内燃机。

在图中，相同的附图标记指示相同的元件或部件。

为了本发明的目的，术语“第二”部件并不意味着存在“第一”部件。实际上，这些术语仅用于更清楚，而不应以限制的方式解释。

包含在不同的优选实施方式、所包括的附图中的元件和特征可以相互组合，而不因此超出本专利申请的保护范围，如下文所述。

具体实施方式

参照图4，火花点火内燃机E：被提供有喷射器J以将燃料注入到至少一个相关的气缸1-4中；被提供有进气歧管IN，蝶阀V沿该进气歧管安装；被提供有温度传感器T和压力传感器P。

图3中蝶阀V、温度传感器T以及压力传感器P布置的顺序不是限制性的，且仅作为示例提供。

发动机由处理单元ECU控制，该处理单元ECU包括静态存储器以稳定地存储要执行的指令。

处理单元ECU操作地连接至所述温度和压力传感器，以操作内燃机的连续的控制，特别是控制蝶阀V的打开以及借助于喷射器J的燃料注入。

此外，发动机速度传感器SP被设计成测量所述速度并且操作地连接至所述处理单元。

通常使用具有60-2齿的音轮，但也可以使用其它传感器。

根据本发明，之前的等式(1)和(2)得出

其中Massa_aria_Obj明显是目标扭矩Coppia_Obj的函数，使得等式(4)是具有一个单个未知数(该未知数是Pressione_aria_Obj)的等式，并且可以重写如下：

如已知的，符号“f”指示用于处理内燃机的模型的本领域技术人员已知的数学函数。

借助于图3的块(5)，根据等式(4)或等式(5)来计算该目标空气压力信号pressione_aria_Obj，图3详细示出了图2的宏块CALC。

所述目标空气压力信号在稳定状态中是不可靠的。

相反，测量压力信号Press_aria_Mis在瞬时状态中是不可靠的，使得所述信号分别被FPA高通滤波和FPB低通滤波，并且相加以产生压力的“组合信号”，其在图2和图3中被示为Press_aria_comb。

截止频率优选地对于低通滤波和高通滤波二者是相同的。

因此，获得即用等式(4)计算出测量压力信号与目标压力信号之间的理想的邻接。

在以离散时间工作的处理单元ECU中，可以实现具有预定截止频率的FPB低通滤波，并且所述组合压力信号可以获得为：

Press_aria_comb＝Pressione_aria_Obj-FPB(Pressione_aria_Obj)+FPB(Pressione_aria_Mis)。

换言之，从目标压力信号的整个频谱内容中减去低通滤波器所允许的低频内容，即，根据等式4来计算。

优选地，截止频率等于1/TT，其中TT为压力传感器的延迟时间。所述延迟取决于传感器的制造特征。

然后将估计的空气质量信号用作参考信号以控制燃料向气缸中的注入。

本发明可以有利地借助于计算机程序来执行，该计算机程序包括编码装置，用于当程序在计算机上运行时执行方法的一个或更多个步骤。因此，保护范围扩展到所述计算机程序，并且进一步扩展到包括记录的消息的计算机可读装置，所述计算机可读装置包括程序编码装置，用于当所述程序在计算机上运行时执行方法的一个或更多个步骤。

以上描述的非限制的示例可以进行变型，而不因此超出本发明的保护范围，其包括对于本领域技术人员而言等同于权利要求的内容的所有实施方式。

在阅读以上描述时，本领域技术人员可以在不引入其他的制造细节的情况下实施本发明的主题。

Claims

1.一种用于火花点火内燃机(E)的控制方法，该控制方法基于对内燃机的进气处的空气的估计质量(Massa_aria_stim)的计算，其中所述空气的估计质量是以下项的函数：

-所述空气的测量空气温度(Temp_aria_mis)，

-所述内燃机的测量旋转速度(Speed_Mis)，

-所述空气的组合压力，

该方法包括将所述空气的所述组合压力(Press_aria_comb)估计为以下各项的和的步骤：

--所述空气的测量压力(Press_aria_Mis)，被初步低通滤波

--所述空气的目标压力((Pressione_aria_Obj)，被初步高通滤波并且作为以下项的函数计算得到：

+从所述内燃机所需的目标扭矩(Coppia_Obj)，

+所述测量空气温度(Temp_aria_mis)

+所述测量旋转速度(Speed_Mis)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述低通滤波和所述高通滤波具有相同的截止频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述截止频率被计算为用于测量所述空气的所述测量压力(Press_aria_Mis)的压力传感器(P)的延迟时间的倒数。

4.根据权利要求1所述的方法，包括根据所述空气的估计质量(Massa_aria_stim)将燃料注入到所述内燃机中的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述内燃机的蝶阀(V)的目标孔径角度被计算为从所述内燃机所需的所述目标扭矩(Coppia_Obj)的函数。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，表示所述蝶阀的所述目标孔径角度的所述函数是目标空气质量(Massa_aria_Obj)的函数，而所述目标空气质量又是所述目标扭矩(Coppia_Obj)的函数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，借助于相对角度传感器，基于所述蝶阀的所述目标孔径角度与测量孔径角度之间的误差来反馈控制所述目标孔径角度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在内燃机的进气处的所述空气的估计质量(Massa_aria_stim)是借助于本身已知的速度-密度算法被计算为以下项的函数的：

-所述空气的所述测量空气温度(Temp_aria_mis)，

-所述内燃机的所述测量旋转速度(Speed_Mis)，

-所述空气的所述组合压力。

9.一种火花点火内燃机(E)的控制设备(ECU)，

所述内燃机(E)包括

-进气歧管(IN)，用于将空气输送至所述内燃机的进气处，在所述进气歧管上容纳有以下部件：

+蝶阀(V)，

+压力传感器(P)和温度传感器(T)，分别适于测量所述空气的测量压力(Press_aria_mis)和测量温度(Temp_aria_mis)，

-驱动轴，速度传感器(SP)与所述驱动轴相关联以测量所述内燃机的测量旋转速度(Speed_Mis)，

所述控制设备(ECU)包括处理单元，所述处理单元操作地连接到所述蝶阀(V)、所述压力传感器(P)、所述温度传感器(T)以及所述速度传感器(SP)，并且所述处理单元被配置成借助于速度密度算法基于以下各项来计算所述内燃机的进气处的所述空气的估计质量(Massa_aria_stim)：

-所述空气的测量空气温度(Temp_aria_mis)，

-所述内燃机的测量旋转速度(Speed_Mis)，

-所述空气的组合压力，

其中，所述处理单元还被配置为将所述空气的所述组合压力(Press_aria_comb)估计为以下各项的和：

-第一信号(Press_aria_Mis)，所述第一信号由所述压力传感器(P)产生，被初步低通滤波，

-所述空气的目标压力的第二信号(Pressione_aria_Obj)，被初步高通滤波，作为以下项的函数而产生：

+从所述内燃机所需的目标扭矩的第三信号(Coppia_Obj)，

+测量空气温度的第四信号(Temp_aria_Mis)，

+所述内燃机的测量旋转速度的第五信号(Speed_Mis)。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述处理单元被配置成执行权利要求2至8中任一项所述的所有步骤。

11.一种火花点火内燃机，包括：

-进气歧管(IN)，用于将空气输送至内燃机的进气处，在所述进气歧管上容纳有以下部件：

+蝶阀(V)，

-根据权利要求9所公开的所述控制设备(ECU)。

12.一种包括根据权利要求11所述的火花点火内燃机的交通工具或固定设备。