CN103282626A - 用于在过渡状态对机动车辆内燃发动机进行控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对柴油内燃发动机进行控制的系统，该内燃发动机配备有用于部分再循环排气的一个回路，该控制系统包括用于对多个进气参数的设定值进行估算的一个装置（3），其特征在于该控制系统包括：用于估算该排气的浓度的一个装置，用于根据这些进气参数的设定值来确定该进气浓度的设定值的一个装置（6），以及用于根据该排气浓度的估算和该浓度设定点值的估算来对这些进气参数的设定值中的至少一个进行修正的一个装置（7）。

Description

用于在过渡状态对机动车辆内燃发动机进行控制的系统和方法

本发明涉及带有部分再循环排气的内燃发动机顺序控制的领域，并且更具体地涉及在过渡状态下对此类发动机控制的领域。

内燃发动机由工厂开发的控制系统进行控制。这些系统是通过扫掠多个离散控制幅值来开发的。因此是在稳定状态下（即，在控制参数不发生改变的一个运行阶段中）进行开发。

然而，当车辆移动时，内燃发动机经过了由多个过渡运行阶段分开的一系列稳定运行阶段。

在内燃发动机的多个过渡运行阶段，内燃发动机不是在与校准过程中应用的相类似的状态下来运行的。如果该系统没有时间去与这些新的运行条件相适配的话，这些不同的控制过程是无效的。在换挡情况下或者在减速继之以加速的事件中这是值得注意的。

为能够在这些阶段中对内燃发动机的运行进行控制，有必要使系统的响应时间提速。

在本发明的一个实施例中，提出了一种用于装备有用于部分再循环排气的回路的柴油机型内燃发动机的控制系统，该系统包括用于对多个进气参数设定点值进行估算的装置。该控制系统包括用于估算排气浓度的装置、用于根据多个进气参数设定点值来确定一个进气浓度设定点值的装置、以及用于根据该排气浓度的估算以及该进气浓度设定点值的估算对这些进气参数设定点值中的至少一个进行修正的装置。

该控制系统具有的优点是：易于整合到车辆的进气控制结构中、使用车辆上通常存在的传感器、以及能够与所有类型的部分排气再循环回路相适配。该控制系统还具有的优点是对内燃发动机的过渡运行阶段进行控制以便使该系统响应时间提速，这具有减少污染物排放的作用。

用于确定一个进气浓度设定点值的装置可以包括一个容积效率图谱和一个储存装置，该储存装置包含该内燃发动机的理论配比浓度值、气体常数和排量。

该控制系统可以包括用于测量进气歧管中的温度的装置、用于测量发动机转速的装置、以及用于估算排气浓度的装置。用于对这些进气参数设定点值中的至少一个进行修正的装置可以被适配成根据这个排气浓度的估算、该进气浓度设定点值的估算、该进气歧管中的温度的估算、该发动机的转速以及该排气浓度的估算来对用于这些进气参数设定点值中的至少一个的一个修正设定点值进行确定。

用于估算排气浓度的装置可以是一个测量传感器。

这个修正的进气流量设定点值在该内燃发动机的稳定运行期间可以与这个进气流量设定点值相对应。

用于部分再循环排气的回路可以被分接在以下位置：

-在该发动机与该涡轮压缩机之间，或者

-一方面在该涡轮压缩机与该冷空气入口之间并且另一方面在该涡轮压缩机与该排气口之间，或者

-这两个回路的一个组合。

用于估算这些进气参数设定点值的装置可以是一个图谱。

这些进气参数可以包括进气压力和进气流量。

在另一个实施例中，提出的是一种对机动车辆装备的内燃发动机进行控制的方法，该内燃发动机配备有用于部分再循环排气的一个回路，该控制方法包括对多个进气参数设定点值进行估算。该控制方法进一步包括以下步骤：

-估算该排气浓度，

-根据这些进气参数设定点值来确定一个进气浓度设定点值，并且

-根据该排气浓度的估算和该进气浓度设定点值的估算对这些进气参数设定点值中的至少一个进行修正。

可以根据该发动机的转速、进气温度和排气浓度来对这些进气参数设定点值中的至少一个进行修正。

对这些进气参数设定点值中的至少一个的修正是在该内燃发动机的稳定运行期间可以使所述进气参数设定点值保持不变。

这些进气参数可以包括进气压力和进气流量。

通过阅读以下仅以非限定性实例给出的说明并且参照附图，其他目的、特征和优点将变得清楚，在附图中这个单一的图展示了根据本发明的一个控制系统的多个主要元件。

一个柴油机型内燃发动机普遍配备有一个涡轮压缩机，该涡轮压缩机的压缩机是位于冷空气入口与该发动机的进气歧管之间。该涡轮压缩机的涡轮机是位于该发动机的排气歧管与排气管之间。为了对吸入汽缸中的气体的组合物进行控制，一些内燃发动机配备有用于部分再循环排气的一个回路。用于部分再循环排气的一个回路使得这些排气中的一部分能够再喷射到汽缸中以便修改进气混合物的化学计量。用于部分再循环排气的一个回路（被称为一个排气再循环（EGR）回路）可以位于该发动机的低压部分（即在压缩机的上游侧）中、或者位于该高压部分（在压缩机的下游侧）中。

一个低压EGR回路一方面被分接在该涡轮压缩机的压缩机与冷空气入口之间并且另一方面被分接在该涡轮压缩机的涡轮机与排气口之间。

一个高压EGR回路一方面被分接在该涡轮压缩机的压缩机与进气歧管之间并且另一方面被分接在该涡轮压缩机的涡轮机与排气歧管之间。

最后，一些内燃发动机配备有一个低压EGR回路和一个高压EGR回路。

在这个单一的图中，可看出根据本发明的一个控制系统。控制系统1的输入被连接到多个传感器2上。控制系统1包括一个估算器装置3。估算器装置3的输入通过该连接件8接收一个大气压值、通过该连接件9接收一个燃料流量值、通过该连接件10接收一个环境温度值、并且通过该连接件11接收一个内燃发动机转速值。

这个估算器装置3通过该连接件16输出一个进气流量设定点值并且通过该连接件15输出一个进气压力设定点值。估算器装置3包括该进气流量的图谱5以及该进气压力的图谱4。

该进气压力设定点值使得能够对在发动机的低压部分与高压部分之间的压缩机的转速进行控制。

一个确定装置6的输入通过该连接件16接收这个进气流量设定点值并且通过该连接件15接收这个进气压力设定点值，并且通过连接件18输出来用于在进气歧管中的组合物的一个设定点值。这个用于在进气歧管中的组合物的设定点值也被称作进气组合物设定点值。

这个进气组合物设定点值F_isp是通过应用以下方程来确定的：

$F_{\mathrm{isp}}=\frac{(\mathrm{PCO}+1)\·{\stackrel{\·}{m}}_{f\_\mathrm{sp}}\·({\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{in}\_\mathrm{sp}}-{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{air}\_\mathrm{sp}})}{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{in}\_\mathrm{sp}}\·({\stackrel{\·}{m}}_{r\_\mathrm{sp}}+{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{air}\_\mathrm{sp}})}---(\mathrm{Eq}.1)$

其中

PCO等于理论配比的浓度值，柴油机为14.5，

等于燃料流量设定点值，

等于由汽缸吸入的空气的流量设定点值，

等于空气流量设定点值。

用于进气组合物F_isp的方程具有的特别特征是不包括排气浓度设定点值。

由汽缸吸入的空气的流量是通过标准填充方程来计算的：

${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{in}\_\mathrm{sp}}={\mathrm{\η}}_{\mathrm{vol}}\·\frac{\mathrm{Ne}}{120}\mathrm{Vd}\frac{P_{i-\mathrm{sp}}}{R\·T_{11}}---(\mathrm{Eq}.2)$

其中

η_vol等于容积效率

Ne等于发动机转速

Vd等于发动机汽缸的排量

P_i-sp约等于进气压力设定点值

R等于理想气体常数

T₁₁等于RAS下游的温度

在内燃发动机配备有低压部分排气再循环的情况下，可以假定进气温度T_i等于RAS下游的温度Tu。

该修正装置7的输入通过该连接件18接收这个进气组合物设定点值、通过来自连接件15的一个分支连接件17接收这个进气压力设定点值、通过来自连接件11的分支连接件12接收这个发动机转速、通过连接件13接收进气温度、并且通过连接件14接收排气浓度。该修正装置7通过连接件20输出一个修正的初始空气流量设定点值。

该修正装置7使得能够在过渡运行期间通过强迫致动器控制多个输入而对用于使EGR回路控制的响应提速的多个设定点值进行确定。

进气歧管的状态通过以下系统的两个一阶微分方程来进行描述：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{P}}_{i\_\mathrm{sp}}=\frac{R\·T_1}{V_1}\·({\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{air}\_\mathrm{sp}}+{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{egr}\_\mathrm{sp}}-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{vol}}\·\frac{\mathrm{Ne}}{120}\mathrm{Vd}\frac{P_{i\_\mathrm{sp}}}{R\·T_{11}})\\ {\stackrel{\·}{F}}_1=\frac{R\·T_1}{P_{i\_\mathrm{sp}}\·V_1}\·({\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{egr}\_\mathrm{sp}}\·(F_2-F_1)-{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{air}\_\mathrm{sp}}\·F_1)\end{array}---(\mathrm{Eq}.3)\right.-$

如果Гoη被展开并且这个系统的方程的F被转化的话，能获得以下形式的一个解：

${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{air}\_\mathrm{sp}.\mathrm{corr}}={\stackrel{\·}{m}}_{T1}+{\stackrel{\·}{m}}_{T2}+{\stackrel{\·}{m}}_{T3}+{\stackrel{\·}{m}}_{T4}---(\mathrm{Eq}.4)$

其中 ${\stackrel{\·}{m}}_{T1}=f(T_1,F_2,{\stackrel{\·}{F}}_{i\_\mathrm{sp}},P_{i\_\mathrm{sp}})$

${\stackrel{\·}{m}}_{T2}=f(T_1,F_2,F_{i\_\mathrm{sp}},{\stackrel{\·}{P}}_{i\_\mathrm{sp}})$

${\stackrel{\·}{m}}_{T3}=f(T_1,{\stackrel{\·}{P}}_{i\_\mathrm{sp}})$

${\stackrel{\·}{m}}_{T4}=f(T_1,F_2,F_{i\_\mathrm{sp}},P_{i\_\mathrm{sp}},\mathrm{Ne})$

并且F₂等于排气浓度测量值。

最前面的三项包含了压力设定点值的或用于在进气歧管中的组合物的设定点值的导数。在稳定条件下，这些项都为零。于是通过这个第四项给出了这个修正的设定点值的稳态值。

这个在进气歧管中的温度、发动机转速以及浓度是对这个修正的设定点值进行确定中所包括的主要测量值。该浓度测量值可由一个估算值来替代。

控制系统1输出这个进气压力设定点值以及一个修正的进气流量设定点值。

因此该控制系统使得能够对一台内燃发动机的这些控制设定点值进行修正以便优于用于稳定运行的多个控制设定点值并且对过渡运行进行改善。因此在稳定运行期间以及在过渡运行期间减少了污染物和烟的排放。

Claims (12)

1.一种用于装备有部分再循环排气的回路的柴油机型内燃发动机的控制系统，该控制系统包括用于对多个进气参数设定点值进行估算的装置（3），其特征在于该控制系统包括：

-用于估算该排气浓度的装置，

-用于根据多个进气参数设定点值来确定一个进气浓度设定点值的装置（6），以及

-用于根据这个排气浓度的估算以及这个进气浓度设定点值的估算对这些进气参数设定点值中的至少一个进行修正的装置（7）。

2.如权利要求1所述的控制系统，其中，用于确定一个进气浓度设定点值的装置包括该容积效率的一个图谱以及一个储存装置，该储存装置包含该内燃发动机的理论配比浓度值、气体常数和排量。

3.如以上权利要求中任一项所述的控制系统，包括用于测量该进气歧管中的温度的装置、用于测量该发动机转速的装置、以及用于估算该排气浓度的装置，其中，用于对这些进气参数设定点值中的至少一个进行修正的装置（7）被适配成根据该排气浓度的估算、该进气浓度设定点值的估算、该进气歧管中温度的估算、该发动机转速以及该排气浓度的估算来确定用于这些进气参数设定点值中的至少一个的一个修正设定点值。

4.如以上权利要求中任一项所述的控制系统，其中，用于估算该排气浓度的装置是一个测量传感器。

5.如以上权利要求中任一项所述的控制系统，其中，这个修正的进气流量设定点值在该内燃发动机稳定运行期间与这个进气流量设定点值相对应。

6.如以上权利要求中任一项所述的控制系统，其中，这个用于部分再循环排气的回路被分接在以下位置：

-在该发动机与该涡轮压缩机之间，或者

-一方面在该涡轮压缩机与冷空气入口之间并且另一方面在该涡轮压缩机与该排气口之间，或者

-这两个回路的一个组合。

7.如以上权利要求中任一项所述的控制系统，其中，用于估算这些进气参数设定点值的装置是一个图谱。

8.如以上权利要求中任一项所述的控制系统，其中，这些进气参数包括进气压力和进气流量。

9.一种对机动车辆装备的内燃发动机进行控制的方法，该内燃发动机配备有用于部分再循环排气的一个回路，该控制方法包括估算多个进气参数设定点值，其特征在于该方法包括以下步骤：

-估算该排气浓度，

-根据这些进气参数设定点值来确定一个进气浓度设定点值，并且

-根据该排气浓度的估算以及该进气浓度设定点值的估算来对这些进气参数设定点值中的至少一个进行修正。

10.如权利要求9所述的方法，其中，这些进气参数设定点值中的至少一个是根据该发动机的转速、该进气温度以及该排气浓度来进行修正的。

11.如权利要求9和10中的任一项所述的方法，其中，这些进气参数设定点值中的至少一个的修正是在该内燃发动机的稳定运行期间使所述进气参数设定点值保持不变。

12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，这些进气参数包括该进气压力和该进气流量。

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