CN112930435B - 用于控制内燃机的蝶形阀的装置和包括所述装置的内燃机 - Google Patents

Abstract

一种当内燃机运行时对所述内燃机的蝶形阀(F)的控制方法，其中，所述蝶形阀通过指示所述阀的角度位置(α)的控制信号来进行控制，该方法包括以下步骤：当蝶形阀下游的目标压力(压力_空气_目标)与蝶形阀上游的测量压力(P1)之间的比率大于第一预定阈值(S1)(步骤3：是)时，应用所述控制信号的梯度的第一限制滤波器(步骤4)。

Description

用于控制内燃机的蝶形阀的装置和包括所述装置的内燃机

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2018年10月17日提交的意大利专利申请第102018000009528号的优先权，该意大利专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及发动机控制的领域，特别地涉及用于控制内燃机的蝶形阀的装置和包括所述装置的内燃机。

背景技术

火花点火内燃机在进气管道中设置有蝶形阀，蝶形阀使得能够阻塞对内燃机的气缸的填充。

蝶板通常是圆形或椭圆形的薄板，并且通过延伸通过其形状的对称轴的轴铰接至内燃机的进气管道。

该板围绕所述轴的旋转允许调节流入内燃机的空气流速。

给定内燃机每分钟的固定转数，空气流量相对于阀的角度位置的变化是强烈非线性的，这取决于蝶形阀的板的角度位置。

例如，当阀几乎完全关闭时，阀上的微小角度变化会导致空气流量的巨大变化。

反之亦然，当阀几乎完全打开时，阀上的微小角度变化会导致空气流量的微小变化。

因为在火花点火发动机中，空气流量的巨大变化对应于显著的扭矩变化，因此这意味着蝶形阀的板的角度位置的变化需要被适当地控制，以便获得足够的扭矩传递。

当车辆设置有自动变速器时，在管理传递的扭矩时会考虑换档；因此，在换档时，接连执行以下步骤：

-通过打开离合器，使发动机与变速器分离，

-在期望的转数下将发动机设定到零传递扭矩值，

-换挡，

-通过关闭离合器，将发动机耦接至变速器，

-通过发动机传递扭矩。

当发动机达到零传递扭矩值时，阀可以关闭到最小开度。

零传递扭矩是指允许发动机保持在所需的每分钟转数而没有传递有用扭矩的扭矩，因为在燃烧期间气缸中产生的扭矩的唯一目的是克服发动机内部的内部摩擦。

反之亦然，当发动机传递预定的扭矩时，阀打开到对应于所需空气流量的位置。

因此，为了达到预定的目标扭矩“Coppia_Obj”，需要根据以下等式(1)的目标空气质量“Massa_aria_Obj”：

Coppia_Obj＝K*Massa_aria_Obj (1)

为了获得Massa_aria_Obj，必须调节进入发动机的空气流量。该流量通过蝶形阀进行调节。

蝶形阀的关闭和打开操作导致扭矩传递的显著变化，尤其是与发动机的特定传递特征和可能的涡轮增压器装置的响应相关的变化。

扭矩传递的这些变化可能会在离合器关闭阶段中在换档期间引起拖曳(tug)。这些拖曳可能会损坏自动变速器。

如果内燃机传递的扭矩过大，则手动变速器也可能会损坏。

发明内容

本发明的目的是在不会危及车辆的总体性能的情况下在换挡期间解决前述的拖曳问题。

本发明所基于的思想是，由于蝶形阀致动器的非线性特性以及由于进气歧管的电容效应导致的系统的典型延迟，仅在所传递的扭矩的变化变得太突然的工作点中减少蝶形阀的位置的梯度的限制器的应用。

根据本发明，当蝶形阀下游的目标压力与蝶形阀上游的测量压力之间的比率超过预定阈值时，应用限制器。

当阀完全打开时，该比率趋于单位值，而当阀完全关闭时，该比率减小至所谓的泄漏值。

优选地，上述策略仅在阀被打开控制时实施，即将蝶形阀的打开速度限制成高于上述比率。

根据当阀被关闭控制时实施的本发明的优选变型，至少当前述压力比率小于第二预定阈值时并且对于接近完全关闭的蝶板位置(α＝0°)，施加低于负梯度的限制。换句话说，即使在这种情况下，当蝶形阀接近完全关闭时，该蝶形阀的移动速度也受到限制。

这意味着，至少在阀关闭的最后阶段，阀的移动会减慢，以避免在行程结束时受到机械撞击。

有利地，由于限制仅针对接近完全关闭的蝶板位置进行干预，所以可以保证蝶形阀的快速关闭，使得实现期望的快速发动机制动，同时没有损坏或磨损蝶形阀的风险。

应当指出的是，应用于蝶形阀的打开的梯度限制器不同于应用于蝶形阀的关闭的限制器。

实际上，在第一种情况下避免了传递扭矩的峰值(在正梯度以上的限制)，而在第二种情况下避免了蝶形阀的损坏(在负梯度以下的限制)。

在打开蝶形阀以获得传递扭矩的正梯度的情况下，所述压力比率的预定值识别流过蝶形阀的空气流的音速与亚音速之间的转变的状况。

本发明的目的是根据权利要求1所述的内燃机的蝶形阀的控制装置。

内燃机的蝶形阀的控制方法也形成了本发明的目的。

本发明的另一目的是一种包括所述装置的内燃机。

权利要求描述了本发明的优选实施方式，因此形成了说明书的组成部分。

附图说明

在参照仅示出非限制性示例的附图来仔细阅读本发明的实施方式(和相关变型)的以下详细描述之后，将最佳地理解本发明的其他目的和优点，在附图中：

图1示意性示出了火花点火发动机的蝶形阀；

图2示意性示出了根据本发明优选变型的流程图。

在附图中，相同的数字和相同的附图标记指示相同的元件或部件。

在本说明书中，术语“第二”部件并不暗指存在“第一”部件。实际上，这些术语仅用于更清楚起见，而不应当以限制的方式解释。

具体实施方式

图1示意性地示出了相关阀体内的内燃机的蝶形阀F，其具有管状形状。

X指示阀体的轴线。另一方面，A指示限定阀的板的轴线。

角度α对应于轴线A与X之间的角度。

气流由大箭头指示。根据气流的方向，在阀F的上游，存在第一压力传感器P1。在阀的下游存在第二压力传感器P2。

通常，伺服控制(在本文中未示出)与阀F相关联，伺服控制根据阀相对于轴线X所取的角度位置α来控制，该角度位置α表示位置α。当α＝90°时，这对应于蝶形阀的完全开启。在该位置中，气流不被阻塞，并且发动机呈现出关于其特定工作点的最大扭矩。

另一方面，零扭矩传递状况指的是这样的状况：在所述状况下，流经阀的新鲜空气流是当发动机与传动系统断开连接时将发动机保持在预定速度所严格需要的。显然，这种状况并不要求阀完全关闭，但是这个位置表示与α＝90°时阀完全打开的状况相对的状况。

通常，允许识别阀相对于X的角度α的角度传感器SA安装在阀的轴上。

将在下文中描述作为本发明的目的的允许在换档阶段期间解决上述拖曳问题的方法。

根据本发明，当蝶形阀被打开控制以获得由内燃机传递的扭矩的增加时，计算蝶形阀下游的目标压力Pressione_aria_Obj与由布置在蝶形阀F上游的传感器P1测量的压力之间的比率。当该比率超过预定阈值S1时，应用阀的位置梯度的限制器。

这样的限制器可以是应用于对蝶形阀的位置进行控制的伺服机构的控制信号的导数(derivative)的饱和器(saturator)。

目标压力可以用以下等式(2)表示：

Pressione_aria_Obj＝f(Massa_aria_Obj,Temp_aria_Mis,Speed_Mis) (2)

如已知的，符号“f”源自圣维南方程，并且指示本领域技术人员已知的用于处理内燃机的模型的数学函数。

Massa_aria_Obj显然是目标扭矩Coppia_Obj的函数；因此，关系式(2)表示具有单个未知值的方程，该未知值为Pressione_aria_Obj并且可以改写如下：

Pressione_aria_Obj＝f(Coppia_Obj,Temp_aria_Mis,Speed_Mis) (3)

因此，一旦已经获得目标扭矩，例如获得加速器踏板的位置，则目标空气压力可以通过前述等式来计算。

前述压力的比率通常在0.5至1的范围内，其中，1是在阀完全打开且处于运行状况下获得的。

例如，限制器抑制伺服控制每10毫秒将蝶形阀打开超过2度。

优选地，仅针对阀的打开并且仅当前述压力比率超过前述阈值S1时，应用限制器。

从等式(2)可以理解，除了取决于测量的空气温度之外，应用限制器的角度位置的间隔还取决于发动机的转速Speed_Mis。

通常，流入内燃机的空气的温度通过内置在空气质量测量器中的传感器来测量，该空气质量测量器被布置在空气过滤器与蝶形阀之间。然而，可以识别其他合适的配置，特别是如果内燃机被增压。在这种情况下，例如，温度传感器可以优选地安装在中间冷却器的下游，如所已知的，该中间冷却器被布置在压缩机与蝶形阀之间。

即使在蝶形阀的下游存在压力传感器P2，也优选地不使用它来确定位置梯度限制器的应用。

图2示出了实施本发明的优选实施方式的流程图，只要内燃机启动，该实施方式就运行。

在步骤中：

-(步骤1)开始控制，

-(步骤2)检查控制蝶形阀的位置的信号是否存在正变化(打开)，在肯定回答(步骤2＝是)的情况下，

-(步骤3)检查与目标压力Pressione_aria_Obj(P_OBJ)与蝶形阀上游的所述测量压力之间的比率对应的比率P_OBJ/P1是否超过第一预定阈值S1，而在否定答案(步骤2＝否)的情况下，过程从起点(步骤1)重新开始，

-(步骤4)如果所述比率P_OBJ/P1>S1(步骤3＝是)，则应用蝶形阀的位置梯度的第一限制器，

-(步骤5)否则，相反，如果所述比率P_OBJ/P1<＝S1(步骤3＝否)，则不应用位置梯度限制器，或者应用第二更宽松——即与应用所述第一限制器时的情况相比允许蝶形阀更快移动的梯度——的限制器。

根据本发明的优选变型，在内燃机所需的扭矩急剧减小的情况下，针对接近关闭的蝶板位置并且当前述比率P_OBJ/P1<S2时，可以应用梯度限制器，S2为不同于或等于第一阈值S1的第二阈值。

可以选择接近关闭的蝶板位置，以避免由于猛烈撞击相对限位挡块而损坏它。

当阀基于蝶形阀的板的角度位置被关闭控制时，另外独立于前述压力比率，位置梯度限制器可以被激活。

例如，如果在某些情况下，前述比率在20°开度处小于S2，则当板到达10°开度时，直到完全关闭(α＝0)，限制器可以被激活。

本发明可以有利地以控制发动机的处理单元(ECU)实现，并且因此，它可以通过包括用于当程序在计算机上运行时执行该方法的一个或更多个步骤的编码装置的计算机程序来实现。

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用于当程序在计算机上运行时执行该方法的一个或更多个步骤的程序编码装置。

根据本发明，表述“上游”和“下游”涉及当内燃机启动并由蝶形阀调节时新鲜空气通过蝶形阀的循环方向。

对本领域技术人员而言，可以对上述非限制性示例进行变型，而不会因此而超出包括所有等同实施方式的本发明的保护范围。

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。不同的优选实施方式中包含的包括附图的元素和特征可以彼此组合，不会因此而超出本专利申请的保护范围。与现有技术有关的部分中包含的信息仅用于更好地理解本发明的目的，并不表示声明存在所描述的项。此外，如果没有被具体实施方式明确地排除，则在与现有技术有关的部分中包含的信息应当被认为是本发明的组成部分。

Claims (7)

1.一种当内燃机运行时对所述内燃机的蝶形阀(F)的控制方法，其中，所述蝶形阀通过指示所述阀的角度位置(α)的控制信号来进行控制，所述方法包括以下步骤：当所述蝶形阀下游的目标压力与所述蝶形阀上游的测量压力(P1)之间的比率大于第一预定阈值(S1)时，应用所述控制信号的梯度的第一限制滤波器，并且如果所述比率小于或等于所述预定阈值，则不应用梯度限制滤波器，或者应用更宽松的第二限制滤波器。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括检查所述控制信号是否足以确定所述蝶形阀的打开的初步步骤，并且其中，仅当所述检查是肯定的并且所述比率大于所述第一预定阈值时，执行所述应用所述第一限制滤波器的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，当检查所述控制信号是否足以确定所述蝶形阀的打开的所述初步步骤为否定的时，则所述方法包括以下步骤：当所述比率小于第二阈值(S2)和/或当所述蝶形阀(F)相对于与所述蝶形阀的主体同轴的参考方向(X)的角度位置小于第三预定阈值(S3)时，激活所述控制信号的梯度的第二限制滤波器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述位置梯度的所述第一限制滤波器和所述第二限制滤波器适于随着时间限制来自所述蝶形阀的扫描度。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一限制滤波器和所述第二限制滤波器包括针对所述控制信号的导数的饱和器。

6.一种内燃机的蝶形阀(F)的控制装置(ECU)，所述控制装置(ECU)被布置成对根据前述权利要求1至5中任一项所述的蝶形阀的位置的控制信号进行滤波。

7.一种内燃机，包括在相关吸入管道上的蝶形阀(F)、布置在所述蝶形阀上游的第一压力传感器(P1)、布置在所述蝶形阀的紧上游或紧下游的温度传感器、用于所述蝶形阀的致动器以及适于测量所述蝶形阀相对于参考位置(X)的位置的位置传感器(SA)，其中，所述内燃机包括根据权利要求6所述的控制装置。