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基于扭矩的每气缸空气量和容积效率确定.pdf

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基于 扭矩 气缸 气量 容积 效率 确定
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摘要
申请专利号:

CN200710196149.1

申请日:

2007.11.28

公开号:

CN101220780A

公开日:

2008.07.16

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效|||公开
IPC分类号: F02D41/18 主分类号: F02D41/18
申请人: 通用汽车环球科技运作公司
发明人: M·利夫什茨; J·M·凯泽; L·K·维金斯; J·A·雅各布斯; R·B·杰斯; J·L·沃尔兴
地址: 美国密执安州
优?#28909;ǎ?/td> 2006.11.28 US 60/861494; 2007.4.19 US 11/737190
专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 彭 武;赵 辛
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法律状态
申请(专利)号:

CN200710196149.1

授权公告号:

101220780B||||||

法律状态公告日:

2010.06.23|||2008.09.10|||2008.07.16

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

一种用于调节内燃机操作的方法,包括:监测所述发动机的歧管绝对压力(MAP);基于所述MAP确定发动机扭矩;基于所述扭矩估计每气缸的空气量(APC);基于所述APC确定所述发动机的容积效率;以及基于所述容积效率调节所述发动机的操作。

权利要求书

权利要求书
1.  一种用于调节内燃机操作的方法,包括:
监测所述发动机的歧管绝对压力(MAP);
基于所述MAP确定发动机扭矩;
基于所述扭矩估计每气缸的空气量(APC);
基于所述APC确定所述发动机的容积效率;以及
基于所述容积效率调节所述发动机的操作。

2.  如权利要求1所述的方法,其中所述发动机的操作还基于所述APC进行调节。

3.  如权利要求1所述的方法,还包括:
基于实际APC确定修正因子;以及
基于所述修正因?#26377;?#27491;所述APC。

4.  如权利要求3所述的方法,还包括确定所述发动机是否操作于稳定状态,其?#26800;?#25152;述发动机操作于稳定状态时执行修正所述APC的所述步骤。

5.  如权利要求1所述的方法,还包括监测进气温度,其中所述容积效率还基于所述MAP和所述进气温度。

6.  如权利要求1所述的方法,其中确定发动机扭矩的所述步骤包括通过基于MAP的扭矩模型处理所述MAP。

7.  如权利要求1所述的方法,其中估计APC的所述步骤包括通过逆的基于APC的扭矩模型处理所述发动机扭矩。

8.  一种用于调节内燃机操作的系统,包括:
基于所述发动机的歧管绝对压力(MAP)确定发动机扭矩的第一模块;
基于所述扭矩估计每气缸的空气量(APC)的第二模块;
基于所述APC确定所述发动机的容积效率的第三模块;以及
基于所述容积效率调节所述发动机的操作的第四模块。

9.  如权利要求8所述的系统,还包括监测所述发动机的所述MAP的MAP传感器。

10.  如权利要求8所述的系统,其中所述发动机的操作还基于所述APC进行调节。

11.  如权利要求8所述的系统,还包括:
基于实际APC确定修正因子的第五模块;以及
基于所述修正因?#26377;?#27491;所述APC的第六模块。

12.  如权利要求11所述的系统,还包括确定所述发动机是否操作于稳定状态的第七模块,其?#26800;?#25152;述发动机操作于稳定状态时,所述第六模块修正所述APC。

13.  如权利要求8所述的系统,还包括监测进气温度的传感器,其中所述容积效率还基于所述MAP和所述进气温度。

14.  如权利要求8所述的系统,其中所述第一模块通过用基于MAP的扭矩模型处理所述MAP来确定所述发动机扭矩。

15.  如权利要求8所述的系统,其中所述第二模块通过用逆的基于APC的扭矩模型处理所述发动机扭矩来估计所述APC。

16.  一种用于调节内燃机操作的方法,包括:
监测所述发动机的歧管绝对压力(MAP)、实际的每气缸的空气量(APC)和进气温度;
通过用基于MAP的扭矩模型处理所述MAP,来基于所述MAP确定发动机扭矩;
通过用逆的基于APC的扭矩模型处理所述发动机扭矩,来基于所述扭矩计算估计的APC;
基于所述估计的APC确定所述发动机的容积效率;以及
基于所述容积效率调节所述发动机的操作。

17.  如权利要求16所述的方法,其中所述发动机的操作还基于所述估计的APC进行调节。

18.  如权利要求16所述的方法,还包括:
基于所述实际APC确定修正因子;以及
基于所述修正因?#26377;?#27491;所述估计的APC。

19.  如权利要求18所述的方法,还包括确定所述发动机是否操作于稳定状态,其?#26800;?#25152;述发动机操作于稳定状态时执行修正所述估计的APC的所述步骤。

20.  如权利要求16所述的方法,其中所述容积效率还基于所述MAP和所述进气温度。

说明书

说明书基于扭矩的每气缸空气量和容积效率确定
本申请要求于2006年11月28日提交的美国临时申请No.60/861,494的优?#28909;ā?#19978;述申请的内容通过参考包含于此。
技术领域
本发明涉及发动机,尤其涉及发动机基于扭矩的控制。
背景技术
内燃机在气缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞,该活塞产生驱动扭矩。进入发动机的空气流通过节气门调节。更具体地,节气门调节节流面积,其增加或减少进入发动机的空气流。当节流面积增加时,进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调节燃料喷射率,以向气缸提供所需的空气/燃料混合物。应当理解,增加气缸的空气和燃料会提高发动机的扭矩输出。
已经研制了发动机控制系统来精确地控制发动机速度输出,以获得所需的发动机速度。但是,传统的发动机控制系统无法按需要精确地控制发动机速度。另外,传统发动机控制系统无法按需要提供对控制信号的快速响应,或者无法在影响发动机扭矩输出的各种装置中协调发动机扭矩控制。
发明内容
因此,本发明提供了一种调节内燃机操作的方法。该方法包括:监测所述发动机的歧管绝对压力(MAP);基于所述MAP确定发动机扭矩;基于所述扭矩估计每气缸的空气量(APC);基于所述APC确定所述发动机的容积效率;以及基于所述容积效率调节所述发动机的操作。
在另一方面,所述发动机的操作还基于所述APC进行调节。
在另一方面,所述的方法还包括:基于实际APC确定修正因子;以及基于所述修正因?#26377;?#27491;所述APC。另外,所述方法还包括确定所述发动机是否操作于稳定状态。当所述发动机操作于稳定状态时执行修正所述APC的步骤。
在另一方面,所述方法还包括监测进气温度。所述容积效率还基于所述MAP和所述进气温度。
在另一方面,确定发动机扭矩的步骤包括通过基于MAP的扭矩模型处理所述MAP。
在再一方面,估计APC的步骤包括通过逆基于APC的扭矩模型处理所述发动机扭矩。
根据下文中所提供的详?#35813;?#36848;,本发明适用性的其它优点和方面也是显而易见的。应当理解,尽管示出了本发明的实施例,但是其详?#35813;?#36848;和具体实例仅仅是示意?#38405;?#30340;,而不是限制本公开的范围。
附图说明
从下面的详?#35813;?#36848;和附图可全面理解本发明,其中:
图1为根据本发明的典型发动机系统的示意图;
图2为示出由本发明的基于扭矩的容积效率(VE)和每气缸的空气量(APC)确定控制所执行的步骤的流程图;以及
图3为示出执行本发明的基于扭矩的VE和APC确定控制的模块的框图。
具体实施方式
实质上,下列优选实施例的描述仅仅是示意性的,而绝不是限制本发明及其应用或使用。为简便起见,附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的,术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或?#24067;?#31243;序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组?#19979;?#36753;电路或提供所述功能的其它合?#20160;考?
现在参考图1,发动机系统10包括燃烧空气与燃料混合物以产生驱动扭矩的发动机12。空气通过节气门16吸入进气歧管14。节气门16调节进入进气歧管14的空气流量。进气歧管14内的空气分配到气缸18中。尽管只示出?#35828;?#20010;气缸18,但是应当理解,本发明的联合扭矩控制系统可在具有多个气缸(包括,但不限于2、3、4、5、6、8、10和12个气缸)的发动机内执行。
当空气通过进气口吸入气缸18时,燃料喷射器(未示出)喷射与空气混合的燃料。燃料喷射器可为与电子式或机械式燃料喷射系统20相关的喷射器、汽化器或将燃料与进气混合的其它系统的喷嘴或喷口。燃料喷射器控制为在各气缸18内提供所需的空气燃料(A/F)比。
进气门22有选择地打开和关闭,以使空气燃料混合物能够进入气缸18。进气门位置通过进气凸?#31181;?4来调节。活塞(未示出)在气缸18内压缩空气燃料混合物。火花塞26引发空气燃料混合物的燃烧,驱动气缸18内的活塞。从而活塞驱动曲轴(未示出)以提供驱动扭矩。当排气门28处于打开位置时,气缸18内的燃烧废气排出排气口。排气门位置通过排气凸?#31181;?0来调节。废气在排气系?#25345;?#36827;行处理,再释放到大气中。尽管只示出?#35828;?#20010;进气门22和排气门28,但是应当理解,发动机12每个气缸18可包括多个进气门22和排气门28。
发动机系统10可包括分别调节进气凸?#31181;?4和排气凸?#31181;?0的旋转正时的进气凸轮相位器32和排气凸轮相位器34。更具体地,进气凸?#31181;?4和排气凸?#31181;?0的正时或相位角?#19978;?#23545;于彼此,或者相对于活塞在气缸18内的位置或曲轴位置来延迟或提前。这样,进气门22和排气门28的位?#27599;上?#23545;于彼此,或者相对于活塞在气缸18内的位置来调节。通过调节进气门22和排气门28的位置,可调节摄入气缸18的空气燃料混合物的量,从而调节了发动机扭矩。
发动机系统10还可包括废气再循环(EGR)系统36。EGR系统36包括调节流回进气歧管14的废气流的EGR阀38。通常执行EGR系统以调节排放。但是,循环回进气歧管14的废气量也影响发动机扭矩输出。
控制模块40基于本公开的基于扭矩的发动机控制来操作发动机。更具体地,控制模块40基于所需的发动机速度(RPMDES)产生节流控制信号和点火提前控制信号。节气门位置传感器(TPS)42产生节气门位置信号。操作员输入件43(例如,加速踏板)产生操作员输入信号。控制模块40指令节气门16至获得所需节流面积(ATHRDES)的稳定状态位置,并指令点火正时以获得所需的点火正时(SDES)。节气门致动器(未示出)基于节流控制信号调节节气门位置。
进气温度(IAT)传感器44响应于进气流的温度并产生进气温度(IAT)信号。质量气流(MAF)传感器46响应于进气流的质量产生MAF信号。歧管绝对压力(MAP)传感器48响应于进气歧管14内的压力产生MAF信号。发动机冷却液温度传感器50响应于冷却液温度并产生发动机温度信号。发动机速度信号52响应于发动机12的转速(即,RPM)并产生发动机速度信号。传感器产生的各信号由控制模块40接收。
发动机系统10还可包括由发动机12或发动机废气驱动的增压?#26032;只?#22686;压器54。增压?#26032;?4压缩从进气歧管14吸入的空气。更特别地,空气吸入增压?#26032;?4的中间室。中间室内的空气吸入压缩机(未示出),并在其中压缩。压缩的空气通过管路56流回到进气歧管14以在气缸18内燃烧。在管路56内设有旁通阀58,用以调节流回进气歧管14的压缩空气流。
本发明的基于扭矩的VE和APC确定控制基于测量的或实际的MAP(MAPACT)确定估计的发动机每气缸的空气量(APCEST)和容积效率(VE)。更具体地,执行基于MAP的扭矩模型以确定基于MAP的扭矩(TMAP),其关系如下:
TMAP=(aP1(RPM,I,E,S)·MAPACT+aP0(RPM,I,E,S)
                                                   (1)
     +aP2(RPM,I,E,S)·B)·η(IAT)
其中:
S-点火正时
I-进气凸轮相位角
E-排气凸轮相位角
B-大气压力
η-基于IAT确定的热效率因子
系数aP为预定值。基于APC的扭矩模型可用于确定基于APC的扭矩(TAPC),其关系如下:
TAPC=aA1(RPM,I,E,S)·APC+aA0(RPM,I,E,S)    (2)
系数aA为预定值。因为TMAP等于TAPC,所以基于APC的扭矩模型可求逆以根据下列关系基于MAPACT计算APCEST:
APCEST=aP1·η·MAPACT+(aP0+aP2·B)·η-aA0aA1---(3)]]>
如果发动机运行在稳定状态,那么基于测量的或实际APC(APCACT)修正APCEST,以提供修正的APCEST。APCEST根据下列关系修正:
APCEST=APCEST+kI·∫(APCEST-APCACT)dt    (4)
kI为预定修正系数。监测MAPACT以确定发动机是否操作于稳定状态。例如,如果当前MAPACT与前面记录的MAPACT之间的差小于阈值差,那么发动机运行于稳定状态。随后根据下列关系基于APCEST确定VE:
VE=APCESTMAPACT·k(IAT)---(5)]]>
k为使用如预存查寻表基于IAT确定的系数。然后基于VE和APCEST操作发动机。
现在参考图2,对由基于扭矩的VE和APC确定控制所执行的典型步骤进行详?#35813;?#36848;。在步骤200中,控制确定发动机是否在运行。如果发动机未在运行,那么控制结束。如果发动机在运行,那么在步骤202中,控制监测MAP。在步骤204中,控制使用基于MAP的扭矩模型确定TMAP,如上面所详?#35813;?#36848;的。控制使用逆APC扭矩模型基于TMAP确定APCEST,如上面所详?#35813;?#36848;的。
在步骤208中,控制确定发动机是否操作于稳定状态。如果发动机操作于稳定状态,那么控制继续至步骤210。如果发动机未操作于稳定状态,那么控制继续至步骤212。在步骤210中,控制基于APCACT修正APCEST,如上面所详?#35813;?#36848;的。在步骤212中,控制基于APCEST、MAP和IAT确定VE,如上面所详?#35813;?#36848;的。在步骤214中,控制基于VE和APCEST调节发动机操作,控制结束。
现在参考图3,对执行基于扭矩的VE和APC确定控制的典型模块进行详?#35813;?#36848;。典型模块包括基于MAP的扭矩模型模块300、逆的基于APC的扭矩模型模块302、修正模块304、稳定状态确定模块306、加法器模块308、VE模块310和发动机控制模块(ECM)314。基于MAP的扭矩模型模块300使用上述基于MAP的扭矩模型确定TMAP。逆的基于APC的扭矩模型模块302使用逆的基于APC的扭矩模型确定APCEST。
修正模块304基于APCEST、APCACT和稳定状态确定模块306的信号确定APCCORR。更具体地,稳定状态确定模块306基于MAPACT确定发动机是否操作于稳定状态。如果发动机操作于稳定状态,修正模块304输入修正因子。如果发动机未操作于稳定状态,那么修正因子设定为等于零。加法器模块308将APCEST和修正因子加起来以提供修正的APCEST。VE模块310基于APCEST、MAPACT和IAT确定VE,如上面所详?#35813;?#36848;的。ECM 314基于APCEST和VE产生发动机控制信号,以调节发动机操作。
基于扭矩的VE和APC确定控制能够从已知数据集确定VE和APC值。该数据集在发动机研发期间使用工具(例如,DYNA-AIR)产生。在发动机研发期间,当发动机在测功机上运行时,因为这些值可从已知值确定,无需确定VE和APC值,所以减少了测功机的时间量。这利于?#26723;?#21457;动机研发的总时间和成本。另外,基于扭矩的VE和APCE确定控制提供用于估计VE和APC值的自动化处理。
本领域的技术人员从前面的描述应当理解,本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此,尽管根据其特定实施例描述了本发明,但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究,其它修改对于技术人?#24065;?#26159;显而易见的,所以本发明的实际范围不应当这样限制。

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本文标题:基于扭矩的每气缸空气量和容积效率确定.pdf
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