專利名稱：確定內燃發動機的氣缸空氣充量的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃發動機。
背景技術：
本部分說明僅提供關于本發明的背景信息。因此，這些陳述不用來構成對現有技術的承認。已知的內燃發動機系統在氣缸中燃燒空氣和燃料的混合物，以驅動活塞，從而產生轉矩。發動機控制系統控制發動機操作以產生發動機功率，其響應操作者的轉矩請求，同時解決燃料經濟性和排氣需求。已知的發動機控制系統監測控制和操作參數來估計或以其他方式確定發動機質量空氣流量并控制發動機供料。 發動機供料通過這樣被控制確定發動機質量空氣流量；基于此確定單個氣缸的氣缸空氣充量；在考慮燃料經濟性和排氣需求的情況下，計算對應氣缸空氣充量的優選的燃料質量以滿足操作者的轉矩請求。
發明內容
—種用于估計內燃發動機的氣缸空氣充量的方法，包括確定與在打開的排氣再循環閥時的發動機操作對應的第一容積效率；確定與在關閉的排氣再循環閥時的發動機操作對應的第二容積效率；使用所述第一容積效率和第二容積效率中的所選擇的一個確定氣缸
空氣充量。
下面結合附圖通過舉例方式描述一個或多個實施方案，其中
圖I示意性地描述根據本發明的內燃發動機的進氣歧管，包括進氣系統和廢氣再循環(EGR)系統；
圖2圖示地表示根據本發明的確定容積效率的多區非線性模型的結構；
圖3圖示地表示根據本發明的代表性發動機中容積效率與進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例的關系；
圖4示意性地表示根據本發明的用于在正在進行的發動機操作期間的容積效率的控制方案；
圖5圖示地表示根據本發明的與進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例和發動機速度對應的第一初始容積效率；
圖6圖示地表示根據本發明的在EGR閥關閉時與進氣空氣充量密度和發動機速度對應的第二初始容積效率；以及
圖7圖示地表示根據本發明的估計容積效率和實際容積效率之間的比較。
具體實施方式
現在參考附圖，其中圖示僅用于解釋某些代表性實施方案，而不用于限制這些代表性實施方案，圖I不意性地描述內燃發動機的進氣歧管10,包括進氣系統20和廢氣再循環(EGR)系統30。輸入和操作參數包括進氣流速22、進氣溫度24、EGR流速32和EGR溫度34。正如所意識到的，輸入和操作參數可使用車載傳感器直接地監測，或可以其他方式來確定。例如，發動機速度、節氣門位置、溫度和壓力(包括對于進氣歧管和排氣歧管以及周圍環境的)可以通過本領域公知的部件直接感測。其他發動機參數可通過這些感測量的各種關系來很好地確定。進氣系統20可自然進氣，或者可使用如渦輪增壓器或增壓機的空氣壓縮機裝置以及伴隨的用于冷卻進氣歧管10的上游進氣溫度的中間冷卻器。與進氣歧管10中的進氣充量關聯的參數包括歧管空氣壓力12和進氣空氣充量溫度14。進氣和再循環廢氣穿過進氣歧管10被引導至發動機氣缸40的一個或多個，并由氣缸空氣充量流42來表征。廢氣再循環(EGR)系統30可以是構造成控制廢氣從廢氣系統到進氣歧管10的外部再循環的任何適當系統。進氣歧管10中的壓力動態特性可通過基于系統熱焓導出的由如下等式I表示的 以下等式來表達
yR τ_ vR τ ,口 YR τ
P. — ■ τ · + ■ T * \\! —— ■ τ. · \\r ^
T aefi cprΑι cIj
其中Pi是歧管空氣壓力12，
與是歧管空氣壓力12中的變化率，
Vi是進氣歧管10的排出氣體體積，
Ta是進氣溫度24，包括在如此裝配的系統上的中間冷卻器后的進氣溫度，
Tegr 是 EGR 溫度 34，
Wa是進氣流量22，
Wegr 是 EGR 流速 32，
Ti是進氣空氣充量溫度14，
We是氣缸空氣充量流量，
R是理想氣體常數，和 Y是氣體的比熱。式I可以變形為速度密度公式以估計氣缸空氣充量流量％，如下
V p.
Wc = η..j^— -N『r|
1 ν Ti 丁L^-J
i -i. V Λ * I j
其中vd是發動機氣缸的容積排量，
N是發動機的轉速,和 Jlv是發動機的容積效率。確定在使用渦輪增壓器或增壓機以及關聯的中間冷卻器的系統上的氣缸空氣充量流量We與自然吸氣式發動機的區別可在于進氣空氣流速由壓縮機來增壓并且質量空氣溫度由中間冷卻器降低，EGR流速可變，進氣歧管壓力可被提高并可大于環境氣壓，以及排氣壓力基于渦輪增壓器或增壓機的操作狀態如可變門渦輪增壓器的位置高度地可變，其可影響發動機換氣動態特性。因此，容積效率可取決于包括排氣溫度和排氣壓力的排氣參數。排氣溫度和排氣壓力可受與排氣后處理系統的交互作用相關聯的因素的影響，如本領域人員所明白。容積效率用于量化空氣引入的效率。對于以化學計量操作的自然吸氣式發動機，容積效率可關于發動機速度和進氣歧管壓力來建模。對于其他發動機系統，如以通過EGR系統的高速率的再循環廢氣的渦輪增壓柴油機，容積效率可關于發動機操作參數以如下表達來建模，這些發動機操作參數包括發動機速度N、歧管空氣壓力P,、進氣空氣充量溫度凡、排氣歧管壓力Px和排氣歧管溫度Tx，模型如下所示
Γ|ν = i (N. P. .T^Px .T1J)[3]
包括進氣空氣充量密度X1、發動機增量壓力X2和發動機速度X3的發動機輸入參數，可通過使用包括發動機速度N、進氣歧管壓力Pi、進氣歧管溫度Ti和排氣歧管壓力Px的發動機操作參數對于容積效率模型來形成，所述發動機輸入參數如下面等式4到6計算
權利要求
1.一種用于估計內燃發動機的氣缸空氣充量的方法，包括 確定與在打開的排氣再循環閥時的發動機操作對應的第一容積效率； 確定與在關閉的排氣再循環閥時的發動機操作對應的第二容積效率；以及 使用所述第一容積效率和第二容積效率中的所選擇的一個確定氣缸空氣充量。
2.根據權利要求I所述的方法，其中確定第一容積效率包括 確定進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例；和 根據發動機速度和進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例確定第一容積效率。
3.根據權利要求2所述的方法，其中確定進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例包括 根據排氣再循環閥的位置和排氣歧管壓力與進氣歧管壓力的比，確定廢氣再循環閥的有效流動面積； 確定與排氣再循環閥的有效流動面積對應的排氣再循環流速；和確定進氣空氣充量的比例，其為排氣再循環流速與排氣再循環流速與進氣空氣流速之和的比。
4.根據權利要求3所述的方法，其中確定排氣再循環閥的有效流動面積包括參考查詢表格。
5.根據權利要求I所述的方法，其中確定第二容積效率包括根據進氣空氣充量密度和發動機速度確定第二容積效率。
6.根據權利要求5所述的方法，其中確定第二容積效率包括參考查詢表格。
7.—種估計內燃發動機的氣缸空氣充量的方法,包括 確定進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例； 根據發動機速度和進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例確定第一容積效率； 根據進氣空氣充量密度和發動機速度確定第二容積效率；和 使用所述第一容積效率和第二容積效率中的所選擇的一個確定氣缸空氣充量。
8.根據權利要求7所述的方法，其中確定進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例包括 根據排氣再循環閥的位置和排氣歧管壓力與進氣歧管壓力的比，確定廢氣再循環閥的有效流動面積； 確定與排氣再循環閥的有效流動面積對應的排氣再循環流速；和確定進氣空氣充量的比例，其為排氣再循環流速與排氣再循環流速與進氣空氣流速之和的比。
9.一種估計內燃發動機的氣缸空氣充量的方法,包括 根據排氣再循環閥的位置和排氣歧管壓力與進氣歧管壓力的比，確定廢氣再循環閥的有效流動面積； 確定與排氣再循環閥的有效流動面積對應的排氣再循環流速； 確定進氣空氣充量的比例，其為排氣再循環流速與排氣再循環流速與進氣空氣流速之和的比； 根據發動機速度和進氣空氣充量的作為再循環廢氣的比例確定第一容積效率； 根據進氣空氣充量密度和發動機速度確定第二容積效率；和使 用所述第一容積效率和第二容積效率中的所選擇的一個確定氣缸空氣充量。
全文摘要
本發明涉及確定內燃發動機的氣缸空氣充量的方法和裝置，具體地，一種用于估計內燃發動機的氣缸空氣充量的方法，包括確定與在打開的排氣再循環閥時的發動機操作對應的第一容積效率；確定與在關閉的排氣再循環閥時的發動機操作對應的第二容積效率；使用所述第一容積效率和第二容積效率中的所選擇的一個確定氣缸空氣充量。
文檔編號F02M25/07GK102787947SQ20121015316
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者I.哈斯卡拉, Y-Y.王 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司