CN1873204A - 基于模型的进气动态状态表征 - Google Patents
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Abstract
一种用于内燃机的进气动态(IAD)表征控制系统,包括估计未来点火事件歧管绝对压力(MAP)的第一模块,和基于该未来点火事件MAP和先前循环MAP而确定MAP循环差的第二模块。第三模块基于该MAP循环差表征IAD状态。
Description
技术领域
本发明涉及发动机,尤其涉及表征发动机的进气动态状态(dynamics state)以改善燃料控制。
背景技术
内燃机在气缸内燃烧燃料和空气的混合物以驱动活塞产生驱动转矩。更特别地,空气通过节气门被吸入发动机的进气歧管。该空气被分配到发动机的气缸内并与燃料以预期的空气燃料(A/F)比混合。该A/F混合物在气缸内燃烧以驱动活塞。
各个气缸内的燃料量是使用例如端口燃料注入(port fuelinjection)控制的。为了提供预期的A/F比,必须准确估计每个气缸的相应空气率。为了准确估计该气缸空气率,将发动机进气动态的状态表征为瞬态或稳态。对应的气缸空气率估计方法是基于该发动机进气动态表征来实现的。
当在稳态时,歧管绝对压力(MAP)在预定时间周期内是基本恒定的。在这种情况下,使用设置在发动机进气路径中的常规质量气流(MAF,mass air flow)传感器提供精确的气缸进气率估计。在稳态时,不存在任何显著的歧管填充或排空,从而使得MAF和气缸进气率直接对应。
当在瞬态时,在MAF和气缸进气率之间没有直接的对应。因此,该MAF传感器不能准确表征气缸进气率。这主要是由于与歧管填充或排空相关联的显著时间恒定和MAF传感器滞后的原因。瞬态条件会在发动机工作期间快速出现。节气门位置(TPS)的实质变化或任何其他干扰MAP的条件都会导致这种瞬态条件。在稳态工作条件下的任何显著干扰会向气缸进气率的MAF估计快速引入误差。因此,如果要对于气缸空气率使用MAF传感器,就必须对于发动机是否工作在稳态或瞬态条件下进行可靠的确定。
将进气动态表征为稳态或瞬态的常规方法包括某些缺点。例如,一种方法使用单个发动机参数(例如MAP)检测进入和离开稳态。然而,当使用单个参数来表征进气动态状态时,信号噪声会导致不准确的状态检测。而且,瞬态检测尤其与稳态不同,在等待详细分析时会被延迟,例如设计用来减少噪声敏感度的分析。如果瞬态检测被延迟,就会降低气缸进气率估计的准确性。
发明内容
因此,本发明提供一种用于内燃机的进气动态(IAD)表征拉制系统。该IAD表征控制系统包括估计未来点火事件歧管绝对压力(MAP)的第一模块,和基于该未来点火事件MAP和先前循环MAP而确定MAP循环差的第二模块。第三模块基于该MAP循环差表征IAD状态。
在一个特征中,该IAD状态是瞬态和稳态之一。
在另一特征中,基于当前MAP、先前MAP、当前歧管气流(MAF,manifold air flow)和先前MAF中的至少一个来确定该未来点火事件MAP。
在另一特征中,该第三模块通过比较该MAP循环差和MAP循环差阈值来表征该IAD状态。
在另一特征中,第四模块基于该MAP循环差确定移动均值MAP循环差。该IAD状态还基于该移动均值MAP循环差。第三模块通过比较该MAP循环差和MAP循环差阈值以及比较该移动均值MAP循环差和移动均值MAP循环差阈值来表征该IAD状态。如果该MAP循环差和移动均值MAP循环差均小于其各自的阈值,则IAD状态是稳态的。
在另一特征中,该第三模块基于该IAD状态来确定气缸空气率估计例程。
根据下文中提供的详细说明,本发明的其他应用领域将变得清楚。应当理解,该详细说明和特定实施例虽然描述了本发明的优选实施例,但是仅用于例示性目的而不是要限制本发明的范围。
附图说明
根据该详细说明和附图,本发明将变得更容易理解,其中:
图1是使用根据本发明的进气动态(IAD)表征控制来调节的示例性发动机系统的功能性框图;
图2是显示由本发明的IAD表征控制所执行的示例性步骤的流程图;和
图3是执行本发明的IAD表征控制的示例性模块的功能性框图。
具体实施方式
以下详细说明实质上仅仅是示范性的,而不是用于限制本发明或本发明的应用和用途。为了清楚起见,在附图中使用相同的参考数字标识相似的元件。如这里所使用的,术语模块是指特殊应用集成电路(ASIC)、电子电路、用于执行一个或多个软件或固件例程的处理器(通用、专门或一组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他适当部件。
现在参照图1,示出了示例性发动机系统10。该发动机系统10包括在N个气缸14内燃烧空气和燃料混合物的发动机12。虽然示出了两个气缸(即N=2),但是可以理解,发动机12可以包括更多或更少的气缸(例如N=1,3,4,5,6,8,10,12)。空气通过节气门18进入进气歧管16。空气被分配到气缸内并且与燃料混合。该空气/燃料混合物被燃烧以在气缸14内相互驱动活塞(未示出)。该活塞可旋转地驱动向动力系(未示出)传输驱动转矩的曲轴19。燃烧气体从气缸14通过排气歧管20排出到排气后处理系统(exhaust after-treatment system)。
控制模块22基于多个发动机工作参数调节发动机系统10的工作。更特别地,质量气流(MAF)传感器24生成MAF信号,而节气门位置传感器26生成节气门位置信号(TPS)。进气歧管绝对压力(MAP)传感器28生成MAP信号,而歧管空气温度(MAT)传感器30生成MAT信号。发动机速度传感器32基于曲轴19的旋转速度生成发动机RPM信号。该各种信号被传送到控制模块22,其在此基础上紧接着调节发动机工作。例如,控制模块22可以调节节气门18的位置以控制进入发动机12的气流。此外,控制模块22可以调节气缸14的供给燃料以提供预期的空气燃料(A/F)比。
控制模块22基于该发动机进气动态的状态(即瞬态或稳态)估计气缸空气率。更特别地,控制模块22基于本发明的I AD表征控制确定该进气动态(IAD)是瞬态或是稳态。控制模块22基于该IAD表征执行相应的气缸空气率估计例程。例如,如果该IAD是稳态,则基于下式使用由质量气流传感器24测量的MAF来估计进入气缸14的空气质量:
然而,如果IAD是瞬态,则根据下式使用该“速度密度(speeddensity)”方法来获得对于进入气缸14的空气质量的估计:
其中ηv是发动机12的容积效率(volumetric efficiency),Vd是发动机的工作容量(displacement volume),R是通用气体常数,Tc是进入气缸的空气温度(以开氏度表示)。
本发明的IAD表征控制基于以下关系式估计用于未来气缸点火事件的MAP:
MAPEST(k+1)=kMAP0MAPEST(k)+kMAP1MAPEST(k-N)+kMAP2MAPEST(k-2N)
+kAIR0MAF(k)+kAIR1MAF(k-1)+kAIR2MAF(k-2)+kTHR0TPS(k)
+kTHR1TPS(k-1)+kTHR2TPC(k-2)-kESTGAIN[MAPEST(k)-MAPACT(k)]
其中:kMAP0...2是MAP系数;
kAIR0...2是气缸空气系数;
kTHR0...2是节气门系数;
kESTGAIN是增益系数;
MAPACT(k)是基于该MAP信号的实际MAP;和
N是气缸数量。
k是当前气缸点火事件。kMAP0...2、kAIR0...2和kTHR0...2是使用一种适当的发动机系统辨识方法来确定的,包括但不限于,基于相应发动机测试数据的最小平方数据拟合(least-squares data fit)。使用与计算Kalman滤波器增益相似的过程来确定kESTGAIN,并且基于先前值中的误差(即MAPEST(k)对MAPACT(k))调节MAPEST(k+1)。
MAP循环差(MAPCD)被确定为MAPEST(k+1)和对于先前发动机循环所估计的MAP(MAPEST(k-N))之间的差。根据下式计算MAPCD(MAPCDAVG)的移动均值:
MAPCDAVG(k)=MAPCDAVG(k-1)+[MAPCD(k)-MAPCD(k-2N)]/2N
以这种方式,将当前MAPCD加到MAPCDAVG并且减去来自两个先前发动机循环的MAPCD。
该IAD表征控制将MAPCD(k)和MAPCDAVG(k)与各自的阈值MAPCDTHR和MAPCDAVGTHR相比较以确定IAD是瞬态或是稳态。更特别地,如果MAPCD(k)的绝对值大于MAPCDTHR,或者MAPCDAVG(k)的绝对值大于MAPCDAVGTHR,则IAD被表征为瞬态。如果MAPCD(k)的绝对值小于MAPCDTHR,并且MAPCDAVG(k)的绝对值小于MAPCDAVCTHR,则IAD被表征为稳态。
现在参照图2,示出了由IAD表征控制所执行的示例性步骤。在步骤200,控制基于上面详细说明的关系确定MAPEST(k+1)。在步骤202,控制计算MAPCD。在步骤204,控制计算MAPCDAVG。在步骤206,控制确定MAPCD的绝对值是否大于MAPCDTHR。如果MAPCD的绝对值不大于MAPCDTHR,控制继续到步骤208。如果MAPCD的绝对值大于MAPCDTHR,则控制继续到步骤210。
在步骤208,控制确定MAPCDAVG的绝对值是否大于MAPCDAVGTHR。如果MAPCDAVG的绝对值不大于MAPCDAVGTHR,控制继续到步骤212。如果MAPCDAVG的绝对值大于MAPCDAVGTHR,则控制继续到步骤210。在步骤210,控制将IAD表征为瞬态。在步骤212,控制将IAD表征为稳态。然后基于该IAD表征来调节该车辆的工作。更特别地,基于该IAD表征执行相应的气缸空气率估计方法以获得预期的A/F比。
现在参照图3,将详细说明执行本发明的IAD表征控制的示例模块。该示例模块包括MAP估计模块300,循环差模块302,移动均值模块304和表征模块306。如上所详细描述的,该map估计模块基于MAPACT和MAF确定MAPEST(k+1)。该循环差模块302基于MAPEST(k+1)和MAPEST(k-N)计算MAPCD。该移动均值模块如上所详细描述的确定MAPCDAVG。该表征模块306基于MAPCD和MAPCDAVG将IAD表征为稳态(SS)或瞬态(TRNS)
现在,根据前述说明,本领域普通技术人员可以理解,本发明的宽泛教导可以以各种形式实现。因而,虽然本发明是结合其特定示例进行说明的,但是本发明的真实范围不应当仅限于此,因为在学习附图、说明书和所附权利要求的基础上,其他修改对于熟练技术人员来说是显而易见的。
Claims (20)
1.一种用于内燃机的进气动态(IAD)表征控制系统,包括:
估计未来点火事件歧管绝对压力(MAP)的第一模块;
基于所述未来点火事件MAP和先前循环MAP而确定MAP循环差的第二模块;和
基于该MAP循环差表征IAD状态的第三模块。
2.如权利要求1所述的IAD表征控制系统,其中所述IAD状态是瞬态和稳态之一。
3.如权利要求1所述的IAD表征控制系统,其中所述未来点火事件MAP是基于当前MAP、先前MAP、当前歧管气流(MAF)和先前MAF中至少之一而确定的。
4.如权利要求1所述的IAD表征控制系统,其中所述第三模块通过比较所述MAP循环差和MAP循环差阈值来表征所述IAD状态。
5.如权利要求1所述的IAD表征控制系统,还包括基于所述MAP循环差确定移动均值MAP循环差的第四模块,其中所述IAD状态还基于所述移动均值MAP循环差。
6.如权利要求5所述的IAD表征控制系统,其中所述第三模块通过比较所述MAP循环差和MAP循环差阈值以及比较所述移动均值MAP循环差和移动均值MAP循环差阈值来表征所述IAD状态。
7.如权利要求6所述的IAD表征控制系统,其中如果所述MAP循环差和所述移动均值MAP循环差小于其各自的阈值,则所述IAD状态是稳态。
8.如权利要求1所述的IAD表征控制系统,其中所述第三模块基于所述IAD状态确定气缸空气率估计例程。
9.一种表征内燃机的进气动态(IAD)的方法,包括:
估计未来点火事件歧管绝对压力(MAP);
基于所述未来点火事件MAP和先前循环MAP而确定MAP循环差;和
基于所述MAP循环差表征IAD状态。
10.如权利要求9所述的方法,其中所述IAD状态是瞬态和稳态之一。
11.如权利要求9所述的方法,其中所述未来点火事件MAP是基于当前MAP、先前MAP、当前歧管气流(MAF)和先前MAF中至少之一而确定的。
12.如权利要求9所述的方法,其中所述表征所述IAD状态的步骤包括比较所述MAP循环差和MAP循环差阈值。
13.如权利要求9所述的方法,还包括基于所述MAP循环差确定移动均值MAP循环差,其中所述IAD状态还基于所述移动均值MAP循环差。
14.如权利要求13所述的方法,其中所述表征所述IAD状态的步骤包括比较所述MAP循环差和MAP循环差阈值以及比较所述移动均值MAP循环差和移动均值MAP循环差阈值。
15.如权利要求14所述的方法,其中如果所述MAP循环差和所述移动均值MAP循环差小于其各自的阈值,则所述IAD状态是稳态。
16.一种基于进气动态(IAD)调节发动机工作的方法,包括:
估计未来点火事件歧管绝对压力(MAP);
基于所述未来点火事件MAP和先前循环MAP而确定MAP循环差;
基于所述MAP循环差确定移动均值MAP循环差;
基于所述MAP循环差和所述移动均值MAP循环差表征IAD状态;和
基于所述IAD状态选择气缸空气率估计例程。
17.如权利要求16所述的方法,其中所述IAD状态是瞬态和稳态之一。
18.如权利要求16所述的方法,其中所述未来点火事件MAP是基于当前MAP、先前MAP、当前歧管气流(MAF)和先前MAF中至少之一而确定的。
19.如权利要求16所述的方法,其中所述表征所述IAD状态的步骤包括比较所述MAP循环差和MAP循环差阈值以及比较所述移动均值MAP循环差和移动均值MAP循环差阈值。
20.如权利要求19所述的方法,其中如果所述MAP循环差和所述移动均值MAP循环差小于其各自的阈值,则所述IAD状态是稳态。
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