本發(fā)明大體涉及一種用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的總壓力的方法。本發(fā)明還涉及對待噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料量的控制。

本發(fā)明尤其應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛領(lǐng)域，且更確切地，應(yīng)用于直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)氣缸，使用噴射器將燃料噴射到該氣缸中?；钊跉飧字幸苿?dòng)，并壓縮位于氣缸內(nèi)部的氣體混合物。為了更好地管理發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，必須以非常精確的方式控制待噴射的燃料量，以便一方面避免噴射過少的燃料，這將導(dǎo)致活塞上的燃燒作用低于預(yù)期，并且另一方面避免噴射過多的燃料，這將不必要地增加燃料的消耗。由噴射器噴射的燃料量一方面取決于供給噴射器的燃料的壓力，且另一方面取決于噴射器的打開時(shí)間。然而，氣缸中的壓力阻礙燃料的噴射，并影響噴射燃料量。從噴射器的角度來看，氣缸中的壓力或反壓力是通過活塞進(jìn)行的空氣壓縮以及由于噴射燃料的燃燒引起的“過壓”所同時(shí)造成的。

近年來，對于控制噴射器而言，大多數(shù)直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)沒有考慮氣缸中普遍存在的壓力。實(shí)際上，忽略該參數(shù)是因?yàn)楣烙?jì)其對燃料的噴射影響很小。然而，新的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)使得噴射到氣缸中的燃料量變得對所述氣缸中普遍存在的壓力更加敏感。實(shí)際上，待噴射到氣缸中的燃料量與供給軌道的壓力和氣缸中的壓力之間的差值相關(guān)，供給軌道的壓力例如對于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載在200巴到2000巴之間變化，而氣缸中的壓力在0巴到100巴之間變化。發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載越大，因此供給軌道的壓力越高，并且氣缸中的壓力相對于噴射燃料的壓力越是可忽略的。相反，負(fù)載較小的區(qū)域，并因而壓力較低的區(qū)域?qū)飧字衅毡榇嬖诘膲毫Ψ浅Ｃ舾?。因此，新的發(fā)動(dòng)機(jī)因此必須考慮氣缸中的壓力，以便獲得非常精確的噴射。

文獻(xiàn)US 6,782,737提出一種用于估計(jì)氣缸中的壓力的最大峰值的系統(tǒng)，其包括壓力傳感器、溫度傳感器、用于確定負(fù)載和噴射的燃料量之間的比率的裝置以及確定噴射開始的控制計(jì)算機(jī)。壓力的最大峰值的估計(jì)是根據(jù)壓力和燃料溫度、所述比率和噴射的開始來進(jìn)行的。此估計(jì)用作以便限制氮氧化物（NO_x）的排放的數(shù)據(jù)。

該文獻(xiàn)關(guān)注在對應(yīng)于主噴射的壓力最大峰值的估計(jì)上。然而，目前的發(fā)動(dòng)機(jī)包括多噴射系統(tǒng)，其中每次噴射影響隨后的噴射。因此，能夠提高由該文獻(xiàn)的系統(tǒng)所提供的估計(jì)精度。

此外，由該文獻(xiàn)公開的壓力估計(jì)系統(tǒng)使用了事后測量壓力的傳感器。因此，由該文獻(xiàn)提出的解決方案不能有效地用作預(yù)測性估計(jì)模型。

此外，該系統(tǒng)包括不適于進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)的復(fù)雜計(jì)算。

文獻(xiàn)WO2005/103640A2，F(xiàn)R2892459A3，DE102012221245A1和DE102008044013A1也是已知的，它們涉及用于評(píng)估內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中的壓力的??方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在消除或至少減少上述的現(xiàn)有技術(shù)的所有缺點(diǎn)或一部分缺點(diǎn)。

因此，本發(fā)明的目的是提出一種用于精確地并且預(yù)測性地確定在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的至少一部分期間氣缸中的總壓力的值的方法。

有利地，本發(fā)明還將允許實(shí)時(shí)工作，以便根據(jù)氣缸中普遍存在的壓力水平來精確地控制待噴射的燃料量。

根據(jù)本發(fā)明的方法還將優(yōu)選地易于校準(zhǔn)和/或具有較大的可靠性和/或具有合理的成本。

為此，本發(fā)明提出了一種用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的總壓力的方法，其是根據(jù)曲軸的角位置以及從在可能的幾次噴射中待噴射的燃料量來進(jìn)行確定。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括以下步驟：

·確定沒有燃燒時(shí)的所述氣缸中的壓力，所述壓力稱作無燃燒時(shí)的壓力，

·對于每次噴射，確定由在所考慮的噴射期間所噴射的燃料量的燃燒引起的壓力子變化的曲線，所述曲線的形狀是根據(jù)待噴射的燃料量和相對應(yīng)噴射的噴射開始的角位置所估計(jì)的，

·通過將所述無燃燒時(shí)的壓力于由每次噴射的壓力子變化的曲線所給出的壓力相加來確定所述氣缸中的總壓力。

因此，該方法允許在直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)中可靠地確定氣缸中的總壓力。所進(jìn)行的測試已經(jīng)表明，這種方法尤其適合于精確地預(yù)測氣缸中的壓力并且特別適合于裝載在發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)中。

此外，該方法有利地允許消除一些計(jì)算，例如熱力學(xué)計(jì)算或焓平衡計(jì)算或能量平衡計(jì)算或質(zhì)量平衡計(jì)算，其過長且與實(shí)時(shí)計(jì)算不兼容。

根據(jù)允許簡化計(jì)算而不明顯影響精度的有利的實(shí)施方式，通過考慮包含在氣缸中的氣體混合物的壓縮和膨脹是絕熱的并且將所述混合物視為理想氣體來確定無燃燒時(shí)的壓力，根據(jù)冷卻溫度和排氣再循環(huán)率來線性地校正所述確定。

此外，在優(yōu)選實(shí)施方式中，每個(gè)壓力子變化的曲線的確定由燃燒效率、待噴射的燃料量、氣缸的相對于曲軸的角位置的體積、壓力子變化的曲線的燃燒開始的斜率、曲軸的燃燒開始的角位置、壓力子變化的曲線的燃燒結(jié)束的斜率和曲軸的燃燒結(jié)束的角位置之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。

對于多次噴射系統(tǒng)，考慮到所有噴射的影響的該方法有利地允許對氣缸中的壓力的經(jīng)驗(yàn)性的確定方式。

以單獨(dú)的或結(jié)合的方式根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每個(gè)壓力子變化的此類確定步驟例如可以是：

·由基值實(shí)現(xiàn)燃燒效率的確定，根據(jù)燃料的冷卻溫度和待噴射的燃料的壓力來校正該基值，

·由基值實(shí)現(xiàn)每個(gè)燃燒開始的斜率的確定，根據(jù)待噴射的燃料量、排氣再循環(huán)率以及前一次噴射與相對應(yīng)噴射之間的時(shí)間來校正該基值，

·通過將噴射開始的角位置和時(shí)間常數(shù)的相加來實(shí)現(xiàn)曲軸的燃燒開始的角位置的確定，由基值來確定該時(shí)間常數(shù)，根據(jù)待噴射的燃料量和排氣再循環(huán)率來線性地校正該基值，

·由根據(jù)噴射開始的角位置的線性關(guān)系來實(shí)現(xiàn)燃燒結(jié)束的斜率的確定，

·由燃燒開始的角位置、燃燒速率和待噴射的燃料量來實(shí)現(xiàn)燃燒結(jié)束的角位置的確定。

此處提出的計(jì)算的線性允許以簡單且快速的方式確定氣缸中的壓力，因此降低了成本。

本發(fā)明還涉及一種用于根據(jù)曲軸的角位置來確定發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的總壓力的裝置，其包括用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟的機(jī)構(gòu)。直接裝載在用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)中的該裝置允許有利地提高估計(jì)計(jì)算的快速性。實(shí)際上，該裝置允許在噴射之前實(shí)時(shí)并預(yù)測性地估計(jì)氣缸中的總壓力。有利地，該裝置不需要在氣缸內(nèi)部的壓力傳感器。

最后，本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)氣缸中的總壓力來控制待噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的燃料量的控制裝置，其包括上文描述的用于確定氣缸中的總壓力的裝置。由于對氣缸中的總壓力的估計(jì)，該控制裝置有利地允許實(shí)現(xiàn)更精細(xì)并可控的噴射。因此，這允許獲得發(fā)動(dòng)機(jī)更適合且更接近期望性能的燃燒，這樣降低了損失并因此減少燃料的消耗。

附圖說明

通過參照所附示意圖來閱讀下文的描述，本發(fā)明的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚，其中：

- 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的確定裝置的框圖，

- 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的根據(jù)曲軸的角位置的氣缸中的壓力的大體圖示，

- 圖3是本發(fā)明的驗(yàn)證圖示，

- 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了確定裝置10的實(shí)施方式的大體結(jié)構(gòu)，其允許根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸14的角位置crk來確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣缸內(nèi)的壓力P_cyl。

圖1還示意性地示出了控制裝置11的實(shí)施方式的大體結(jié)構(gòu)，其根據(jù)氣缸中的壓力P_cyl來控制待噴射到所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的燃料量。

控制裝置11包括控制單元12，例如微處理器，控制單元中嵌入有確定裝置10?？刂蒲b置11通過命令13（例如車輛踏板）從用戶接收信息，這些信息被傳輸?shù)娇刂茊卧?2。這些信息允許確定發(fā)動(dòng)機(jī)所需的扭矩，并因此用于管理各種模塊，例如噴射器15，以及可選地用于管理進(jìn)氣閥16和排氣閥17。此外，控制單元12包括單元18，布置該單元用于限定對于每次噴射inj_i待噴射到氣缸中的燃料量MF_i。

確定裝置10包括：

·單元19，其布置成通過計(jì)算來確定對應(yīng)于一次燃燒對于每次噴射inj_i的壓力的子變化（sous-variation）ΔP_{comb_i}的曲線，

·單元20，其布置成通過計(jì)算來確定氣缸中在沒有燃燒時(shí)的壓力，稱為無燃燒時(shí)的壓力P_{cyl_m}，以及

·單元22，其布置成根據(jù)由上述單元提供的信息通過計(jì)算來確定氣缸中的壓力P_cyl。

單元19優(yōu)選地由若干模塊形成，每個(gè)模塊允許確定對于壓力子變化ΔP_{comb_i}的曲線的確定所必需的參數(shù)。因此，其包括：

·模塊23，其布置來確定燃燒效率η，

·模塊24，其布置來確定對于每次噴射inj_i燃燒開始時(shí)曲軸14的角位置SOC_i，

·模塊25，其布置來確定對于每次噴射inj_i燃燒結(jié)束時(shí)曲軸14的角位置EOC_i，

·模塊26，其布置來確定對于每次噴射inj_i所述曲線的燃燒開始斜率σ_i，以及

·模塊27，其布置來確定對于每次噴射inj_i所述曲線的燃燒結(jié)束斜率α_i。

圖2示出了實(shí)現(xiàn)確定裝置10的示例的結(jié)果。因此，此圖2示出了根據(jù)曲軸14的角位置crk（以度為單位）的氣缸中總壓力P_cyl（以bar為單位）以及待噴射的燃料量MF_i（MF₁=0.8mg，MF₂=0.8mg，MF₃=14.2mg）（以mg為單位）的圖。角位置的范圍經(jīng)選擇，使得其僅表示關(guān)于燃料噴射的循環(huán)。因此，在該圖2中（圖3同樣如此），曲軸14的角位置從-40°到+40°變化，且點(diǎn)0°對應(yīng)于與所考慮的氣缸對應(yīng)的活塞的上死點(diǎn)（PMH）。

曲線30表示氣缸中的總壓力P_cyl，該壓力在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)運(yùn)行之前由確定裝置10所估計(jì)。引入到氣缸中的氣體混合物通過活塞進(jìn)行壓縮并且噴射燃料。在本示例性實(shí)施例中，假 設(shè)存在三次連續(xù)噴射：第一先導(dǎo)預(yù)噴射inj₁，第二先導(dǎo)預(yù)噴射inj₂，然后是主噴射inj₃。容易注意到，氣缸中的總壓力P_cyl隨著每次噴射燃料增加，并且特別是在主噴射期間，然后在燃燒結(jié)束且活塞下降時(shí)減小，曲線30趨向于最小壓力。

曲線30的估計(jì)是基于由曲線32示出的無燃燒時(shí)的壓力P_{cyl_m}的計(jì)算以及基于由每次噴射所引起的壓力子變化ΔP_{comb_i}的曲線的計(jì)算。

圖2的每次噴射在燃燒時(shí)產(chǎn)生不可忽略的壓力子變化。每次噴射inj₁、inj₂、inj₃在曲軸14的特定角位置處開始，它們分別對應(yīng)于噴射開始的各個(gè)角位置SOI₁、SOI₂、SOI₃。在每次噴射之后不久，燃燒分別開始于燃燒開始的各個(gè)角位置SOC₁、SOC₂、SOC₃，隨著壓力增加到特定點(diǎn)，然后燃燒結(jié)束，分別在燃燒結(jié)束的各個(gè)角位置EOC₁、EOC₂、EOC₃，壓力逐漸降低直到趨向于零。曲線33、34、35示出了由于噴射inj_i引起的壓力子變化ΔP_{comb_i}。

由于噴射燃料的最大量，曲線35具有較大的壓力變化。因此，主噴射對氣缸中的壓力P_cyl的??狀態(tài)具有更大的影響。然而注意到，在主噴射inj₃期間，曲線33、34的壓力子變化不為零。因此，曲線33、34仍影響此次噴射，并因此影響氣缸中的總體壓力P_cyl。

為了計(jì)算氣缸中的總壓力P_cyl，在此提出一種用于確定該壓力的方法45，其借助圖4進(jìn)行描述。

如該圖4中所示，從待噴射的燃料量MF_i開始，第一步驟37是用于確定無燃燒時(shí)的壓力P_{cyl_m}的步驟，接著是用于確定每個(gè)壓力子變化ΔP_{comb_i}曲線的步驟38。步驟37和步驟38之間的時(shí)間次序可以變化：因?yàn)檫@些步驟是獨(dú)立的，它們甚至可以并行進(jìn)行。此外，根據(jù)曲軸14的角位置crk計(jì)算無燃燒時(shí)的壓力P_{cyl_m}和壓力子變化ΔP_{comb_i}的曲線。

步驟37旨在基于對應(yīng)于絕熱壓縮和絕熱膨脹的關(guān)系式50以及線性校正關(guān)系式51來計(jì)算無燃燒時(shí)的壓力P_{cyl_m}。

關(guān)系式50考慮拉普拉斯系數(shù)γ，并且取決于所述氣缸的進(jìn)氣口壓力P_intake和與角位置crk相關(guān)的體積。在關(guān)系式50中，值V_IVC是指進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)燃燒室的體積，并且值V（crk）是指與角位置crk相關(guān)的體積V。

關(guān)系式51由從對應(yīng)于關(guān)系式50的結(jié)果的基值通過增加若干線性校正所形成。這些線性校正可以分別由常數(shù)和從與噴射inj_i參數(shù)相關(guān)的系數(shù)形成。此處，第一校正cor_TCO取決于冷卻溫度TCO，并且第二校正cor_EGR取決于排氣再循環(huán)率EGR。

每個(gè)步驟38旨在計(jì)算壓力子變化ΔP_{comb_i}的曲線，并且更確切地，旨在確定相對應(yīng)曲線的形狀。為此，由關(guān)系式52以相同的方式估計(jì)每條曲線，關(guān)系式52取決于燃燒效率η、待噴射的燃料量MF_i、與角位置crk相關(guān)的體積V、活塞處于上死點(diǎn)時(shí)的氣缸體積V_PMH和所述曲線的燃燒開始斜率σ_i，燃燒開始角位置SOC_i，所述曲線的燃燒結(jié)束斜率α_i和燃燒結(jié)束角位置EOC_i。

方法45然后在每個(gè)步驟38內(nèi)包括若干子步驟，每個(gè)子步驟旨在計(jì)算關(guān)系式52的參數(shù)之一。

子步驟39旨在根據(jù)線性關(guān)系式53計(jì)算以bar/mg為單位的燃燒效率η。該關(guān)系式包括增加了若干線性校正的基值cste_η。每個(gè)校正可以由常數(shù)和與噴射inj_i的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)形成。此處，第一校正cor_FUP取決于噴射時(shí)的燃料壓力FUP_i，并且第二校正cor_TCO取決于冷卻溫度TCO_i。實(shí)際上，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻程度越大，燃燒效率η減小越多，即未完全燃燒物的數(shù)量增加。

在該示例中，首先以秒為單位估計(jì)關(guān)系式55、關(guān)系式56、57以及關(guān)系式58的參數(shù)，以便簡化計(jì)算，然后變換成角度。為此，在此由關(guān)系式54實(shí)現(xiàn)變換，其中N是指發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

燃燒開始的角位置SOC_i由關(guān)系式55確定，其中τ_i表示燃料的自點(diǎn)燃時(shí)間周期，如圖2所示。

自點(diǎn)燃時(shí)間周期τ_i可以由關(guān)系式56以線性方式以秒為單位進(jìn)行估計(jì)，關(guān)系式56包括增加了若干線性校正的基值cste_τ。每個(gè)校正可以由與噴射inj_i的參數(shù)相關(guān)的常數(shù)和系數(shù)形成。對于自點(diǎn)燃時(shí)間周期τ₁，第一校正cor_MF取決于燃料量MF_i，并且第二校正cor_EGR取決于排氣再循環(huán)率EGR_i。這兩個(gè)校正各自大約占總校正值的40％。自點(diǎn)燃時(shí)間周期τ_i還包括取決于前一次噴射inj_i-1和噴射inj_i之間的時(shí)間T_DIFFi的第三校正cor_TDIFF，取決于噴射時(shí)的燃料壓力FUP_i的第四校正cor_FUP以及取決于冷卻溫度TCO_i的第五校正cor_TCO。

為了計(jì)算燃燒開始的角位置SOC_i，關(guān)系式56的自點(diǎn)燃時(shí)間周期τ_i可以通過關(guān)系式54變換成以度為單位。

用于確定燃燒結(jié)束的角位置EOC_i的子步驟41由關(guān)系式57確定，其中λ表示最初以mg.s ^-1為單位的燃燒速率并轉(zhuǎn)換為以°crk.s ^-1為單位。

子步驟42旨在確定在燃燒開始時(shí)所考慮的子變化曲線的斜率σ_i。該斜率可以由關(guān)系式58以線性方式以秒為單位來進(jìn)行估計(jì)，關(guān)系式58包括增加了若干線性校正的基值cste_σ。這些線性校正可以分別由與噴射inj_i的參數(shù)相關(guān)的常數(shù)和系數(shù)形成。此處，這些校正取決于燃料量MF_i、排氣再循環(huán)率EGR_i以及前一次噴射inj_i-1和噴射inj_i之間的時(shí)間T_DIFFi。

子步驟43允許計(jì)算斜率α_i。該斜率根據(jù)用于所考慮的噴射inj_i的噴射開始的角位置SOI_i而變化。實(shí)際上，進(jìn)行噴射的位置離活塞的位置PMH越遠(yuǎn)，則燃燒結(jié)束時(shí)的斜率α_i就越平緩。因此斜率α_i是可校準(zhǔn)的。例如，借助插值表來計(jì)算該斜率。

然后，步驟44允許根據(jù)關(guān)系式59將無燃燒時(shí)的壓力P_{cyl_m}和每個(gè)壓力子變化ΔP_{comb_i}相加來估計(jì)最終壓力，在關(guān)系式59中n是指噴射inj_i的總次數(shù)。

對于類似于圖2的噴射，圖3示出利用上述確定方法所獲得的結(jié)果。然而，圖3的噴射inj₁、噴射inj₂、噴射inj₃與圖2的噴射略有不同。曲線28示出不同的噴射。如對于圖2而言，該示例包括三次噴射：第一先導(dǎo)預(yù)噴射、第二先導(dǎo)預(yù)先噴射，然后是主噴射。

曲線29示出了用于驗(yàn)證所提出的方法的氣缸中的壓力P_cyl的??測量結(jié)果。曲線30示意性地示出了在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)運(yùn)行之前由確定裝置10所估計(jì)的氣缸中的總壓力P_cyl（預(yù)測性估計(jì)）。注意到曲線30非常接近曲線29。實(shí)際上，這兩個(gè)曲線之間的差值在預(yù)噴射區(qū)域（又稱為壓縮區(qū)域）中不超過+/-5巴的閾值（在圖中以區(qū)間31示出），并且在燃燒區(qū)域中不超過+/- 10巴的閾值。

因此，本發(fā)明允許簡單地預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的壓力，同時(shí)獲得非常好的精度。

本發(fā)明還允許在考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的所有噴射（即，預(yù)噴射、主噴射或甚至在主噴射之后的噴射）的情況下來估計(jì)氣缸中的壓力。

在進(jìn)行噴射命令時(shí)估計(jì)氣缸中的壓力允許通過例如作用于噴射器的打開持續(xù)時(shí)間來有效調(diào)節(jié)對噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料量的控制。

本發(fā)明可應(yīng)用于例如實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置中，例如又稱為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，或還應(yīng)用于又稱為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，本發(fā)明可易于配合不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。

上文所描述的校正參數(shù)取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和期望的精度水平。因此，通過增加校正系數(shù)用以考慮到在此未陳述的參數(shù)并不偏離本發(fā)明的范圍。

當(dāng)然，本發(fā)明不限于通過以非限制性示例的方式在上文給出的實(shí)施方式。本發(fā)明還涉及本領(lǐng)域技術(shù)人員在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)所做出的變型實(shí)施例。