專利名稱：依據(jù)模型確定流入內(nèi)燃機(jī)氣缸中的空氣量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及依據(jù)模型確定流入權(quán)利要求1前序部分所述的內(nèi)燃機(jī)氣缸中的空氣量的方法。
用燃料噴射進(jìn)行工作的內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)需要將發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣量mzy1作為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的一個(gè)參數(shù)。這個(gè)參數(shù)構(gòu)成實(shí)現(xiàn)要求的燃料-空氣比例地基礎(chǔ)。由于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)不斷增加的要求，例如要求減少汽車有害物質(zhì)的排放量，所以確定的穩(wěn)定和不穩(wěn)定過(guò)程的負(fù)荷參數(shù)必須保持很小的容許誤差。除上述運(yùn)行情況外，內(nèi)燃機(jī)熱態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的精確的負(fù)荷檢測(cè)提供了減少有害物質(zhì)的很大可能性。
在空氣量控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中，在不穩(wěn)定運(yùn)行情況下，作為內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷信號(hào)用的、布置在進(jìn)氣管上游的空氣流量計(jì)的信號(hào)不是表示氣缸實(shí)際充氣的尺度，因?yàn)楣?jié)流閥下游的進(jìn)氣管的容積起著必須充滿和排空的空氣存儲(chǔ)器的作用。但對(duì)計(jì)算噴射時(shí)間起決定性作用的空氣量是從進(jìn)氣管流出并流入相應(yīng)汽缸中的空氣量。
在用進(jìn)氣管壓力控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中，雖然壓力傳感器的輸出信號(hào)反映進(jìn)氣管中的實(shí)際壓力狀況，但有時(shí)由于必要對(duì)測(cè)量值進(jìn)行平均計(jì)算，所以只有在時(shí)間上相對(duì)推遲以后才提供出測(cè)量值。
引用變化的吸氣系統(tǒng)和變化的閥門調(diào)節(jié)時(shí)，用測(cè)量信號(hào)得出的負(fù)荷參數(shù)對(duì)經(jīng)驗(yàn)獲得的模型出現(xiàn)很多的影響因素，它們影響著相應(yīng)的模型參數(shù)。
建立在物理假設(shè)條件基礎(chǔ)上的、用模型支持的計(jì)算方法是精確地確定空氣量mzy1的良好開端。
DE 39 19 448 C2公知了一種調(diào)節(jié)和預(yù)先確定進(jìn)氣管壓力控制的內(nèi)燃機(jī)吸氣量的裝置，該裝置將節(jié)流閥開度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)作為內(nèi)燃機(jī)燃燒室吸入空氣的現(xiàn)時(shí)值的計(jì)算根據(jù)，然后把這個(gè)計(jì)算出的現(xiàn)時(shí)吸氣量作為對(duì)進(jìn)行計(jì)算到一定時(shí)間點(diǎn)吸入內(nèi)燃機(jī)燃燒室中的吸氣量的預(yù)先確定值的計(jì)算根據(jù)。在節(jié)流閥下游測(cè)出的壓力信號(hào)用理論的關(guān)系式修正，這樣就達(dá)到了吸入的空氣量的計(jì)算改進(jìn)，從而可能比較精確地計(jì)算噴射時(shí)間。
但在內(nèi)燃機(jī)不穩(wěn)定的運(yùn)行中，最好對(duì)流入氣缸中的空氣量進(jìn)行更精確地確定。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種能以高精度確定流入內(nèi)燃機(jī)氣缸中的實(shí)際空氣量的方法。此外，還可補(bǔ)償由于燃料推進(jìn)和在計(jì)算噴射時(shí)間時(shí)計(jì)算時(shí)間可能出現(xiàn)的系統(tǒng)引起的無(wú)效時(shí)間。
這個(gè)任務(wù)是按權(quán)利要求1所述的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
其他的有利改進(jìn)將在從屬權(quán)利要求中敘述。
根據(jù)一種已知的假設(shè)條件得出一種建立在一個(gè)非線性微分方程基礎(chǔ)上的模型描述。下面將演示這個(gè)非線性方程的近似計(jì)算法。在這種近似計(jì)算的結(jié)果中可用一個(gè)雙線性方程來(lái)描述系統(tǒng)特性，該方程可快速求解在實(shí)時(shí)條件下汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的關(guān)系式。在這種情況下，選擇的模型假設(shè)條件包含變化進(jìn)氣系統(tǒng)和變化閥門調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模型化。由于這種假設(shè)和由于氣態(tài)補(bǔ)充充氣亦即由于壓力波的反射在進(jìn)氣管中所引起的效應(yīng)便可通過(guò)模型穩(wěn)態(tài)確定的參數(shù)選擇來(lái)予以很好地考慮。全部模型參數(shù)一方面用在物理方面是可以解釋的，而另一方面又必須從穩(wěn)態(tài)的測(cè)量中獲得。
描述這里使用模型的特點(diǎn)的微分方程的時(shí)間離散解所用的大多數(shù)計(jì)算法大都需要在節(jié)流閥很小壓差即在滿負(fù)荷情況下有一個(gè)很小的計(jì)算步距才能得出穩(wěn)定的數(shù)字。其結(jié)果是，在確定負(fù)荷參數(shù)時(shí)勢(shì)必導(dǎo)致不可接受的計(jì)算費(fèi)用。由于負(fù)荷探測(cè)系統(tǒng)通常是按分段同步工作的，即在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，全部180°曲軸轉(zhuǎn)角都取樣一個(gè)測(cè)值，所以模型方程同樣也是分段同步求解的。下面用一個(gè)絕對(duì)穩(wěn)定的差分法來(lái)求解微分方程，該差分法保證任意計(jì)算步距時(shí)數(shù)值的穩(wěn)定性。
此外，本發(fā)明建立在模型基礎(chǔ)上的計(jì)算方法可提供一個(gè)按可選擇的取樣信號(hào)數(shù)得出負(fù)荷信號(hào)預(yù)測(cè)的可能性，亦即提供一個(gè)具有變化預(yù)測(cè)范圍的負(fù)荷信號(hào)的預(yù)測(cè)。在恒定轉(zhuǎn)數(shù)情況下，如果與預(yù)測(cè)范圍成比例的預(yù)測(cè)時(shí)間不太長(zhǎng)，則可得出一個(gè)高精度的預(yù)測(cè)負(fù)荷信號(hào)。
因?yàn)樵谙嚓P(guān)測(cè)量值的探測(cè)和負(fù)荷值的計(jì)算之間存在一個(gè)無(wú)效時(shí)間，所以這樣的預(yù)測(cè)是必要的。此外，由于混合處理的原因，在相應(yīng)氣缸吸氣階段實(shí)際開始前必須通過(guò)噴射閥盡可能精確地計(jì)算在即將進(jìn)行的吸氣階段的過(guò)程中與空氣量mzy1保持要求比例的燃料量。在不穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，一個(gè)變化的預(yù)測(cè)范圍可改善燃油計(jì)量的質(zhì)量。由于在不斷增加轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)分段時(shí)間減少，所以噴射過(guò)程必須比在低轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)大量分段之前開始。為了能夠盡可能精確地確定待計(jì)量的燃料量，負(fù)荷變量的預(yù)測(cè)需按燃料推進(jìn)的分段數(shù)進(jìn)行，以便在這種情況中保持要求的燃料-空氣比例。所以在不穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，顯著改善的要求的燃料空氣比例的保持有助于負(fù)荷變量的預(yù)測(cè)。依據(jù)模型的這個(gè)負(fù)荷探測(cè)系統(tǒng)在已知的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中即在空氣量控制的或進(jìn)氣管壓力控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中，在下面以模型調(diào)整回路的形式提出一個(gè)修正計(jì)算法。這個(gè)修正計(jì)算法在模型參數(shù)出現(xiàn)不精確的情況下可實(shí)現(xiàn)精確度的永久改善，亦即可實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定和不穩(wěn)定運(yùn)行情況下的模型調(diào)整。
下面結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例。附圖表示
圖1表示四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)的示意圖，包括相應(yīng)的模型變量和測(cè)試變量；
圖2表示氣流函數(shù)和相應(yīng)的多邊形折線近似法；
圖3表示空氣量控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)的模型調(diào)整回路方框圖4表示進(jìn)氣管壓力控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)的模型調(diào)整回路方框圖。
在依據(jù)模型的負(fù)荷變量
的計(jì)算是以圖1所示的原理圖為根據(jù)的。為清晰起見，圖中只示出了內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)氣缸。標(biāo)號(hào)10表示內(nèi)燃機(jī)的一根進(jìn)氣管，在該進(jìn)氣管中布置有一個(gè)節(jié)流閥11。節(jié)流閥11與一個(gè)用來(lái)確定節(jié)流閥開度的節(jié)流閥位置傳感器14連接。在空氣量控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中，節(jié)流閥11上游布置一個(gè)空氣流量計(jì)12，而在進(jìn)氣管壓力控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中則在進(jìn)氣管內(nèi)配置一個(gè)進(jìn)氣管壓力傳感器13。所以根據(jù)負(fù)荷探測(cè)的類型只用這兩個(gè)元件12和13中的一個(gè)?？諝饬髁坑?jì)12，節(jié)流閥位置傳感器14和代替空氣流量計(jì)12的進(jìn)氣管壓力傳感器13的輸出端都與圖中未示出的內(nèi)燃機(jī)電子控制裝置的輸入端連接。此外，圖1中還示出了一個(gè)進(jìn)氣閥15、排氣閥16和在氣缸17中運(yùn)動(dòng)的活塞18。
圖1中還標(biāo)出了進(jìn)氣系統(tǒng)選出的變量和參數(shù)。其中，在變量的上方加有一個(gè)脫字符“＾”的變量表示模型變量，而沒(méi)有加脫字符“＾”的變量則表示測(cè)試變量。詳細(xì)表示為
PU-環(huán)境壓力，PS-進(jìn)氣管壓力，TS-進(jìn)氣管內(nèi)的空氣溫度，VS-進(jìn)氣管的容積。
帶有一個(gè)圓點(diǎn)符號(hào)的變量表示相應(yīng)變量的一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)。所以
是節(jié)流閥的空氣流量，
是實(shí)際流入內(nèi)燃機(jī)氣缸中的空氣流量。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷情況依據(jù)模型計(jì)算的基本任務(wù)是，求解進(jìn)氣管壓力的微分方程
這個(gè)微分方程在進(jìn)氣管空氣溫度TS恒定的前提下可從理想氣體的狀態(tài)方程中導(dǎo)出。
式中RL叫做一般氣體常數(shù)。負(fù)荷變量
通過(guò)對(duì)氣缸氣流
進(jìn)行積分來(lái)確定。由(2.1)式描述的工況適用于帶有擺管(開關(guān)進(jìn)氣管)和/或共振進(jìn)氣系統(tǒng)的多缸內(nèi)燃機(jī)，而無(wú)需結(jié)構(gòu)的改變。
對(duì)燃料計(jì)量由多個(gè)噴射閥進(jìn)行的多點(diǎn)噴射系統(tǒng)，(2.1)式描述的工況比單點(diǎn)噴射即燃料用唯一的一個(gè)燃料噴射閥進(jìn)行計(jì)量時(shí)精確。在前一種燃料計(jì)量時(shí)，幾乎整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)都被空氣充滿。只有進(jìn)氣閥前面的一個(gè)小的區(qū)段內(nèi)充滿燃料-空氣混合氣。而在單點(diǎn)噴射系統(tǒng)時(shí)，由于噴射閥布置在節(jié)流閥之前，所以從節(jié)流閥至進(jìn)氣閥的整個(gè)進(jìn)氣管都充滿燃料-空氣混合氣。在這種情況中，理想氣體的假定比多點(diǎn)噴射時(shí)更接近。在單點(diǎn)噴射時(shí)，燃料計(jì)量按
進(jìn)行，而在多點(diǎn)噴射時(shí)則按
進(jìn)行。
下面將較詳細(xì)描述空氣流量
和
的計(jì)算。在節(jié)流閥處的空氣流量的模型變量
通過(guò)節(jié)流點(diǎn)的理想氣體的流量方程來(lái)描述。在節(jié)流點(diǎn)產(chǎn)生的流動(dòng)損失用減小的流通橫截面來(lái)考慮。所以空氣流量
按下式計(jì)算
式中為超臨界壓力比例
或
Ψ＝常數(shù)，為臨界壓力比例。節(jié)流閥處的空氣流量的模型變量減小的流通橫截面
K絕熱指數(shù)
RL一般氣體常數(shù)
TS進(jìn)氣管內(nèi)的空氣溫度環(huán)境壓力的模型變量進(jìn)氣管壓力的模型變量
Ψ流量函數(shù)
在節(jié)流點(diǎn)亦即在節(jié)流閥處產(chǎn)生的流動(dòng)損失通過(guò)適當(dāng)選擇
來(lái)考慮。在節(jié)流點(diǎn)前后已知壓力和已知通過(guò)節(jié)流點(diǎn)的空氣流量的情況下，從穩(wěn)態(tài)測(cè)量中可在由節(jié)流閥位置傳感器14測(cè)得的節(jié)流閥角度和相應(yīng)減小的橫截面
之間得出一個(gè)對(duì)應(yīng)值。
如果在節(jié)流閥處的空氣流量
用式(2.2)描述，則在微分方程(2.1)的數(shù)字正確求解時(shí)出現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算。為了減少運(yùn)算工作，可用多邊形折線近似計(jì)算流量函數(shù)Ψ。
圖2表示流量函數(shù)Ψ的曲線和所用的近似原理。在區(qū)段i＝(1…k)，流量曲線為一條直線。所以用可接受的直線段數(shù)目便可達(dá)到令人滿意的接近。通過(guò)這種假設(shè)，在i＝1…k時(shí)用來(lái)計(jì)算節(jié)流閥處的空氣流量
的方程(2.2)可按下式近似計(jì)算
此式中的mi描述該直線段的斜率，ni描述絕對(duì)項(xiàng)。斜率值和絕對(duì)項(xiàng)的值作為進(jìn)氣管壓力與環(huán)境壓力比
的函數(shù)存儲(chǔ)在表中。圖2的橫坐標(biāo)繪出壓力比
，縱坐標(biāo)繪出流量函數(shù)Ψ的函數(shù)值(0-0.3)。
在壓力比
時(shí)，Ψ＝常數(shù)，即節(jié)流點(diǎn)的流動(dòng)只與橫截面有關(guān)而不再與壓力比有關(guān)。流入內(nèi)燃機(jī)相應(yīng)汽缸中的空氣量是很難用分析法確定的，因?yàn)樗c換氣密切相關(guān)。氣缸的充氣在很大程度上是由進(jìn)氣管壓力、轉(zhuǎn)數(shù)和閥門調(diào)節(jié)時(shí)間來(lái)確定的。
所以為了盡可能精確計(jì)算相應(yīng)氣缸中的空氣流量
，一方面需要用偏微分方程來(lái)描述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣沖程的比例，另一方面又需按流量方程作為必要的邊界條件來(lái)計(jì)算進(jìn)氣閥處的空氣流量。只有這種復(fù)雜的近似法才可考慮主要受轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)氣管幾何尺寸、氣缸數(shù)和閥門調(diào)節(jié)時(shí)間影響的動(dòng)態(tài)補(bǔ)充充氣效應(yīng)。
由于按上述假設(shè)條件不可能在內(nèi)燃機(jī)的電子控制裝置中進(jìn)行計(jì)算，所以用進(jìn)氣管壓力
和氣缸空氣流量
之間的簡(jiǎn)單關(guān)系來(lái)進(jìn)行可能的近似計(jì)算。為此，在意義重大的閥門調(diào)節(jié)時(shí)間的一個(gè)大的范圍內(nèi)都可按下式獲得很好的一次近似，即
式(2.4)的斜率r1和絕對(duì)項(xiàng)r0在考慮全部重要影響因素的情況下為轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)氣管幾何尺寸、氣缸數(shù)、閥門調(diào)節(jié)時(shí)間和進(jìn)氣管中的空氣溫度Ts的函數(shù)。此時(shí)與轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)氣管幾何尺寸、氣缸數(shù)和閥門調(diào)節(jié)時(shí)間及閥門上升曲線這些影響因素有關(guān)的r1和r0的值可通過(guò)靜態(tài)測(cè)定求得。通過(guò)這種數(shù)值確定同樣可清楚反映出擺管和/或共振進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)吸入的空氣量的影響。數(shù)值r1和r0存儲(chǔ)在電子的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的特性曲線族中。
選擇進(jìn)氣管壓力PS作為確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的待確定的變量。用模型微分方程可盡可能精確和快速估算這個(gè)變量。估算
需要求解方程(2.1)。
借助于結(jié)合式(2.2)和(2.3)引用的簡(jiǎn)化，在i＝(1…k)時(shí)式(2.1)可用下式近似計(jì)算
根據(jù)推導(dǎo)方程式(2.1)的前提，進(jìn)氣管中的空氣溫度TS作為緩慢變化的測(cè)試變量和
作為輸入值，則微分方程式(2.1)的非線性形式可用雙線性方程(2.5)近似計(jì)算。
為了求解方程(2.5)，必須將此式變換成一個(gè)適當(dāng)?shù)牟罘址匠獭?br>
下面提出待形成的差分方程的求解特點(diǎn)的原則要求作為適當(dāng)?shù)牟罘指袷降倪x擇標(biāo)準(zhǔn)
1.即使在極端的動(dòng)態(tài)要求情況下，也必須保持差分格式，即差分方程的解必須符合微分方程的解；
2.在取樣時(shí)間盡可能符合分段時(shí)間的情況下，必須保證整個(gè)工作范圍內(nèi)進(jìn)氣管壓力的數(shù)字穩(wěn)定性。
要求1可用隱函數(shù)計(jì)算法來(lái)滿足。由于非線性微分方程(2.1)用雙線性方程進(jìn)行近似計(jì)算，所以待形成的隱函數(shù)法解算不用迭代法即可求解，因?yàn)椴罘址匠炭勺儞Q成一種顯函數(shù)的形式。
由于微分方程(2.1)的處理及其近似計(jì)算式(2.5)所以只通過(guò)一個(gè)運(yùn)算規(guī)則來(lái)形成運(yùn)算絕對(duì)穩(wěn)定的差分方程便可滿足第二要求。這種方法也叫做絕對(duì)穩(wěn)定法。這種絕對(duì)穩(wěn)定法的特點(diǎn)是，計(jì)算法的特性在取樣時(shí)間即分段時(shí)間TA任意值時(shí)的穩(wěn)定的初始問(wèn)題在數(shù)值上都是穩(wěn)定的。用來(lái)數(shù)字求解微分方程的一個(gè)可能的、滿足上述兩個(gè)要求的運(yùn)算規(guī)則為梯形規(guī)則。
在這種情況中，當(dāng)N＝(1…∞)時(shí)，通過(guò)動(dòng)用梯形規(guī)則產(chǎn)生的差分方程可定義成
將這個(gè)規(guī)則應(yīng)用到式(2.5)，即得下式
式中N＝(1…∞)，i＝(1…k)。此式用于計(jì)算作為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷度量標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)氣管壓力 在這里表示現(xiàn)在分段或現(xiàn)在計(jì)算步距，[N+1]表示下一個(gè)分段或下一個(gè)計(jì)算步距。
下面來(lái)描述現(xiàn)在和預(yù)測(cè)負(fù)荷信號(hào)的計(jì)算。從算出的進(jìn)氣管壓力
可通過(guò)式(2.4)計(jì)算流入氣缸中的空氣流量
用一個(gè)簡(jiǎn)化的積分運(yùn)算則得N＝(1…∞)時(shí)在一個(gè)進(jìn)氣沖程中被內(nèi)燃機(jī)吸入的空氣量的計(jì)算式
這里假定負(fù)荷變量的初始值為零。在分段同步的負(fù)荷探測(cè)時(shí)，分段時(shí)間隨轉(zhuǎn)數(shù)的不斷上升而下降，而燃料推進(jìn)所需的分段數(shù)則必須增加。由于這個(gè)原因，必須設(shè)計(jì)變化的預(yù)測(cè)范圍H即一定的、主要取決于轉(zhuǎn)數(shù)的分段數(shù)H的負(fù)荷信號(hào)的預(yù)測(cè)。在考慮這個(gè)變化的預(yù)測(cè)范圍H的情況下，可將N＝(1…∞)時(shí)的方程(2.8)寫成下式
在進(jìn)一步的考慮中，假定用于由進(jìn)氣管壓力
確定空氣流量
所需的方程式(2.4)的分段時(shí)間TA、參數(shù)r1和r0在整個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)都不變化。
在這個(gè)前提下，通過(guò)相應(yīng)壓力值
的預(yù)測(cè)而可達(dá)到對(duì)
值的預(yù)測(cè)，從而可將N＝(1…∞)的方程式(2.9)假設(shè)成下式
由于在上述方法中進(jìn)氣管壓力
的時(shí)間變化是以分析的形式出現(xiàn)的，所以下面通過(guò)H次應(yīng)用梯形規(guī)則便可得出壓力值
的預(yù)測(cè)。在這種情況下得出N＝(1…∞)時(shí)的關(guān)系式為
如用類似的方式確定壓力
，則可列出N＝(1…∞)時(shí)的預(yù)測(cè)負(fù)荷信號(hào)的方程式為
如果預(yù)測(cè)范圍H值選定為1…3分段數(shù)量級(jí)，則可用式(2.12)得出一個(gè)滿意的預(yù)測(cè)負(fù)荷信號(hào)。
下面說(shuō)明空氣量控制和進(jìn)氣管壓力控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)用的模型調(diào)整原理。
由于采用變化的閥門調(diào)節(jié)和/或變化的進(jìn)氣管幾何尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)、由于制造誤差和老化現(xiàn)象以及由于溫度影響，引起了r1和r0值一定程度的不可靠性。如上所述，用來(lái)確定氣缸中空氣流量的方程式的參數(shù)是各種影響因素的函數(shù)。其中，只有最重要的影響因素可以進(jìn)行探測(cè)。
在計(jì)算節(jié)流閥處的空氣流量時(shí)，節(jié)流閥角度探測(cè)時(shí)的測(cè)量誤差和流量函數(shù)Ψ的多邊形折線近似法引起的近似計(jì)算誤差對(duì)模型參數(shù)有影響。特別是，在小的節(jié)流閥角度時(shí)，系統(tǒng)對(duì)前面提到的誤差特別敏感。由此而產(chǎn)生這樣的結(jié)果節(jié)流閥位置的微小變化都會(huì)對(duì)空氣流量或進(jìn)氣管壓力產(chǎn)生巨大的影響。為了減少這種影響的后果，下面提出一種方法來(lái)對(duì)模型計(jì)算有影響的一些參數(shù)進(jìn)行這樣的修正，即對(duì)穩(wěn)態(tài)和不穩(wěn)態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行都可進(jìn)行改善精確度的模型匹配。用來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷變量用的模型的主要參數(shù)的匹配可通過(guò)由測(cè)出的節(jié)流閥角度確定的減小橫截面
用修正值
進(jìn)行修正來(lái)實(shí)現(xiàn)。
所以用于計(jì)算修正的進(jìn)氣管壓力的輸入值
可用下式描述
然后用
代替方程(2.2)中和以后公式中的
為了改進(jìn)調(diào)節(jié)回路的跟蹤特性，把從節(jié)流閥角度的測(cè)量值中推導(dǎo)出的減小的節(jié)流閥橫截面
考慮在模型計(jì)算中。修正值
通過(guò)模型調(diào)節(jié)回路的實(shí)現(xiàn)來(lái)構(gòu)成。
在空氣量控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中，用節(jié)流閥處的空氣流量計(jì)測(cè)出的空氣流量
作為這個(gè)調(diào)節(jié)回路的基準(zhǔn)參數(shù)，而在進(jìn)氣管壓力控制的系統(tǒng)中則用測(cè)出的進(jìn)氣管壓力PS作為基準(zhǔn)參數(shù)。通過(guò)一個(gè)跟蹤調(diào)節(jié)來(lái)這樣確定
的值，即把基準(zhǔn)參數(shù)和相應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)之間的調(diào)節(jié)誤差減小到最低限度。
為了在動(dòng)態(tài)運(yùn)行中也能用上述方法達(dá)到改善精確度，必須盡可能精確地模擬基準(zhǔn)參數(shù)的測(cè)量值的探測(cè)。在大多數(shù)情況中，必須考慮傳感器的動(dòng)態(tài)特性，亦即必須考慮空氣流量計(jì)或進(jìn)氣管壓力傳感器的動(dòng)態(tài)特性和隨后進(jìn)行的平均值計(jì)算。
相應(yīng)傳感器的動(dòng)態(tài)特性可用一次近似作為具有可能與工作點(diǎn)有關(guān)的滯后時(shí)間T1的一階系統(tǒng)。在空氣量控制的系統(tǒng)情況中，描述傳感器特性的一個(gè)可能的方程式為
環(huán)境壓力
是一個(gè)在選擇假設(shè)條件時(shí)對(duì)最大可能的空氣流量
且有顯著影響的一個(gè)變量。由于這個(gè)原因，不可能根據(jù)這個(gè)變量的一個(gè)恒定值，而是按下述的方式方法來(lái)進(jìn)行匹配。
當(dāng)修正值ΔARED的值超過(guò)一定的閾值時(shí)，或當(dāng)壓力比
大于一個(gè)可選擇的恒定值時(shí)，環(huán)境壓力
的值產(chǎn)生變化。這樣就保證了在部分負(fù)荷范圍內(nèi)和滿負(fù)荷范圍內(nèi)都可進(jìn)行環(huán)境壓力匹配。
下面來(lái)說(shuō)明空氣量控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)的模型調(diào)整。對(duì)這個(gè)系統(tǒng)可用圖3所示的模型結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明。
節(jié)流閥位置傳感器14(圖1)發(fā)出一個(gè)與節(jié)流閥11開度一致的信號(hào)例如一個(gè)節(jié)流閥打開角度。在電子的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的一個(gè)特性曲線族中存儲(chǔ)了與這個(gè)節(jié)流閥打開角度的不同數(shù)值對(duì)應(yīng)的節(jié)流閥的減小橫截面值
這種對(duì)應(yīng)通過(guò)圖3和圖4的“靜態(tài)模型”的方框圖來(lái)表示。圖3和圖4的部分系統(tǒng)“進(jìn)氣管模型”表示式(2.7)描述的特性。這個(gè)模型調(diào)節(jié)回路的基準(zhǔn)參數(shù)是節(jié)流閥上整個(gè)分段平均得出的空氣流量的測(cè)量值
如果在這個(gè)模型調(diào)節(jié)回路中用比例積分調(diào)節(jié)器作為調(diào)節(jié)器，則剩余調(diào)節(jié)誤差為零，亦即節(jié)流閥處空氣流量的模型變量和測(cè)試變量完全相等。節(jié)流閥中空氣流量的脈動(dòng)現(xiàn)象會(huì)在顯示數(shù)值的空氣流量計(jì)上導(dǎo)致明顯的正測(cè)量誤差，所以會(huì)導(dǎo)致一個(gè)具有明顯誤差的基準(zhǔn)參數(shù)。特別是四缸發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)這種脈動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)節(jié)器的斷開，亦即調(diào)節(jié)器參數(shù)的減少可過(guò)渡成調(diào)節(jié)的以模型支持的運(yùn)行。所以在產(chǎn)生上述脈動(dòng)的范圍內(nèi)，例如那些存在一個(gè)幾乎無(wú)擾動(dòng)的基準(zhǔn)參數(shù)的范圍內(nèi)可用相同的方法在考慮動(dòng)態(tài)關(guān)系的情況下來(lái)進(jìn)行處理。當(dāng)只考慮在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)相應(yīng)測(cè)量值的方法比較，上述系統(tǒng)幾乎保持不受限制的運(yùn)行能力。在空氣量信號(hào)或節(jié)流閥位置傳感器信號(hào)失效時(shí)，該系統(tǒng)可構(gòu)成一個(gè)相應(yīng)的等效信號(hào)。在基準(zhǔn)變量失效時(shí)可實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)行，而在另一種情況中，調(diào)節(jié)運(yùn)行則保證系統(tǒng)幾乎不受影響地完成功能的能力。
“進(jìn)氣管模型”方框圖表示用方程(2.7)描述的工況，因此作為輸出變量有模型變量
以及時(shí)間導(dǎo)數(shù)
和變量
在傳感器傳遞特性模型化以后，亦即在空氣流量計(jì)的傳遞特性和取樣模型化以后，進(jìn)行模型變量
的平均值計(jì)算，所以將平均變量
和由空氣流量計(jì)測(cè)得的平均氣流量
輸入一個(gè)比較器中。兩個(gè)信號(hào)的差得出減小的流量橫截面ARED的變化
于是可進(jìn)行穩(wěn)定和不穩(wěn)定的模型調(diào)整。
對(duì)進(jìn)氣管壓力控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)則用圖4所示的模型結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明，其中，與圖3相同的方框用相同的符號(hào)表示。與空氣量控制的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)一樣，部分系統(tǒng)“進(jìn)氣管模型”表示用差分方程(2.7)描述的特性。這個(gè)模型調(diào)節(jié)回路的基準(zhǔn)變量為通過(guò)一個(gè)分段平均得出的進(jìn)氣管壓力Ps-s的測(cè)量值。如果也象圖3那樣用比例積分調(diào)節(jié)器，則在穩(wěn)定情況下進(jìn)氣管的壓力測(cè)量值與模型變量
完全相等。如上所述，這個(gè)系統(tǒng)也保持幾乎不受限制的工作能力，因?yàn)樵谶M(jìn)氣管壓力信號(hào)或節(jié)流閥開度的測(cè)量值失效時(shí)可形成一個(gè)相應(yīng)的等效信號(hào)。
通過(guò)進(jìn)氣管模型獲得的模型變量
被輸入一個(gè)“預(yù)測(cè)”方框中。由于用模型也可計(jì)算出進(jìn)氣管中的壓力變化，所以可用這種壓力變化來(lái)估算進(jìn)氣管中的將來(lái)的壓力變化，從而也可用來(lái)估算下一個(gè)分段[N+1]或下面的分段[N+H]的氣缸空氣量。然后變量
或變量
用來(lái)精確計(jì)算燃料噴射的噴射時(shí)間。
權(quán)利要求
1.確定流入內(nèi)燃機(jī)氣缸中的空氣量的方法，具有
-一個(gè)吸氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一根進(jìn)氣管(10)和設(shè)置在該管中的一個(gè)節(jié)流閥(11)以及一個(gè)探測(cè)節(jié)流閥(19)的開度的節(jié)流閥位置傳感器(14)，
-一個(gè)產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷信號(hào)(
)的傳感器(12；13)；一個(gè)根據(jù)測(cè)得的負(fù)荷信號(hào)(
)和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算基本噴射時(shí)間的電子控制裝置，其特征是
-用一個(gè)進(jìn)氣管充氣模型來(lái)模擬進(jìn)氣系統(tǒng)中的工況，其中用節(jié)流閥(11)的開度、環(huán)境壓力PU和表示閥門位置的參數(shù)作為模型的輸入變量；
-用通過(guò)節(jié)流點(diǎn)的理想氣體的流量方程(方程(2.2))來(lái)描述節(jié)流閥(11)的空氣的流量(
)的模型變量；
-用空氣流量(
)的質(zhì)量平衡作為進(jìn)氣管壓力(
)的線性函數(shù)來(lái)描述進(jìn)入氣缸(17)中的空氣流量(
)的模型變量(方程2.1)；
這些模型變量通過(guò)一個(gè)微分方程(方程2.5)組合，從中算出進(jìn)氣管壓力(
)作為計(jì)算內(nèi)燃機(jī)實(shí)際負(fù)荷的確定變量(方程2.7)；
-從計(jì)算出的進(jìn)氣管壓力(
)與流入一個(gè)或多個(gè)氣缸(17)中的空氣流量(
)的模型變量之間的線性關(guān)系(方程2.4)中通過(guò)積分求出流入一個(gè)或多個(gè)氣缸(17)中的空氣量(
)。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，用負(fù)荷傳感器(12；13)測(cè)得的負(fù)荷信號(hào)(
)來(lái)修正和調(diào)整閉合調(diào)節(jié)回路中的模型變量(
)，其中負(fù)荷信號(hào)(
)作為調(diào)節(jié)回路的基準(zhǔn)變量。
3.按權(quán)利要求2的方法，其特征是，在內(nèi)燃機(jī)的穩(wěn)定和/或不穩(wěn)定運(yùn)行中進(jìn)行調(diào)整，并考慮負(fù)荷傳感器(12；13)的傳遞特性。
4.按權(quán)利要求2的方法，其特征是，節(jié)流閥的一個(gè)減小橫截面的一個(gè)值(
)對(duì)應(yīng)節(jié)流閥開度的一個(gè)測(cè)量值，并通過(guò)修正變量(
)修正的減小橫截面(
)來(lái)調(diào)整模型變量，使基準(zhǔn)變量和相應(yīng)模型變量之間的調(diào)整誤差減小到最低限度。
5.按權(quán)利要求4的方法，其特征是，減小的橫截面(
)由發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的穩(wěn)定測(cè)量來(lái)確定，并存儲(chǔ)在電子控制裝置的一個(gè)存儲(chǔ)器的一個(gè)特性曲線族中。
6.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，在表示節(jié)流閥(11)中的空氣流量(
)的模型變量時(shí)，將流量方程(方程2.2)中的流量函數(shù)(Ψ)分成單獨(dú)的區(qū)段(i＝1…k)，這些區(qū)段用直線段近似，其中相應(yīng)直線段的斜率(mi)和絕對(duì)項(xiàng)(ni)作為進(jìn)氣管壓力(
)和環(huán)境壓力(
)之比的函數(shù)來(lái)確定，并存儲(chǔ)在一個(gè)特性曲線族中。
7.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，相應(yīng)氣缸中的空氣流量的模型變量(
)的線性函數(shù)的斜率(r1)和絕對(duì)項(xiàng)(r0)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)、氣缸數(shù)、進(jìn)氣管幾何尺寸、進(jìn)氣管(10)空氣溫度(TS)和閥門調(diào)節(jié)信號(hào)這些參數(shù)中的至少一個(gè)來(lái)確定。
8.按權(quán)利要求7的方法，其特征是，這些參數(shù)由發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行穩(wěn)定測(cè)量來(lái)確定，并存儲(chǔ)在特性曲線族中。
9.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，流入氣缸中的空氣量(
)用下式計(jì)算
式中TA取樣時(shí)間或分段時(shí)間；
在現(xiàn)時(shí)取樣步距或分段過(guò)程中的空氣流量的模型變量；
在過(guò)去取樣步距或分段過(guò)程中的空氣流量的模型變量。
10.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，流入一個(gè)或多個(gè)氣缸中的空氣量(
)在一個(gè)相對(duì)于現(xiàn)時(shí)負(fù)荷探測(cè)在取樣時(shí)刻(N)位于將來(lái)確定的預(yù)測(cè)范圍(H)通過(guò)相應(yīng)壓力值的估算用下式進(jìn)行估算式中TA取樣時(shí)間或分段時(shí)間；H預(yù)測(cè)范圍，位于將來(lái)的取樣步距數(shù)；r1線性方程的斜率；
r0確定
的絕對(duì)項(xiàng)；
N現(xiàn)時(shí)取樣步距。
11.按權(quán)利要求10的方法，其特征是，用于估算將來(lái)負(fù)荷信號(hào)的分段數(shù)(H)根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)變化進(jìn)行確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及依據(jù)模型確定流入內(nèi)燃機(jī)氣缸中的空氣量的方法。計(jì)算流入氣缸中的實(shí)際空氣量用一個(gè)進(jìn)氣管充氣模型來(lái)進(jìn)行,該模型由節(jié)流閥開度、環(huán)境壓力和表示閥門調(diào)節(jié)的參數(shù)的輸入變量中提供一個(gè)負(fù)荷變量,并根據(jù)該負(fù)荷變量來(lái)確定噴射時(shí)間。此外,這個(gè)負(fù)荷變量用來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè),以便估算在此噴射時(shí)間現(xiàn)時(shí)計(jì)算遲后至少一個(gè)取樣步距的時(shí)刻的負(fù)荷變量。
文檔編號(hào)F02D41/14GK1181124SQ9619324
公開日1998年5月6日 申請(qǐng)日期1996年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月10日
發(fā)明者S·特雷尼斯, M·恩格, G·羅塞爾 申請(qǐng)人:西門子公司