專利名稱：新鮮空氣量的估計方法、該方法用的記錄介質(zhì)和估計裝置、配備該估計裝置的汽車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在一個發(fā)動機循環(huán)中吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)的新鮮空氣量的估計方法和估計裝置。本發(fā)明同樣涉及實現(xiàn)該方法用的信息記錄介質(zhì)和估計裝置以及配備該估計裝置的汽車。
背景技術：
一個發(fā)動機循環(huán)依次包括從燃燒室排出燃燒氣體、把新鮮空氣和碳氫燃料吸入燃燒室和混合物在該燃燒室中燃燒。在四沖程發(fā)動機的情況下，一個發(fā)動機循環(huán)對應于活塞在汽缸中在其行程的兩個最終位置，就是說上死點(PMH)和下死點(PMb)之間的兩個來回。
燃燒氣體排放的持續(xù)時間就是該一個或多個排氣門門打開的時間。類似地，吸入新鮮空氣的持續(xù)時間等于該一個或多個進氣門打開的時間。
如所周知，內(nèi)燃機所提供的功率是吸入該發(fā)動機燃燒室內(nèi)空氣量的函數(shù)。該空氣量本身與該空氣的密度成正比。因此，在要求大功率的情況下，要考慮借助于空氣在未被吸入該燃燒室之前的壓縮來增大空氣量。這個操作更一般地被稱為增壓，并可以通過作為渦輪 壓縮機或者諸如螺桿壓縮機等被驅(qū)動的壓縮機的增壓裝置實現(xiàn)。
為了進一步增大吸入汽缸的空氣量，可以規(guī)定實現(xiàn)一種用剩余燃燒氣體清掃的吸氣模式。這清掃允許抽空目前在燃燒室中的燃燒氣體，以便用增壓的空氣代替。
正如這在美國專利4217866中說明的，這掃氣是通過在曲軸幾度至幾十度旋轉(zhuǎn)角度的過程中同時打開同一燃燒室的排氣門和進氣門獲得的。一般，這是在燃燒氣體排氣結(jié)束和在新鮮空氣吸氣開始時產(chǎn)生的。實際上，在開打的進氣門水平上空氣壓力高于在排氣門水平上的壓力這一事實，建立一股空氣流，從吸氣直接通到排氣，帶動一部分目前在該燃燒室中存在的剩余燃燒氣體通過。進氣門和排氣門同時打開的這個時期稱為“氣門重疊”。
在大氣壓發(fā)動機，就是說沒有增壓的發(fā)動機的情況下，同樣可以設置氣門重疊。在這種情況下，在該氣門重疊的過程中，新鮮空氣和燃燒氣體吸入燃燒室。人們說燃燒氣體被再吸入。這個被稱為IGR(氣體內(nèi)部循環(huán))或者內(nèi)部廢氣循環(huán)的功能是已知的。
吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)新鮮空氣流量的估計方法是已知的。例如，在一個發(fā)動機循環(huán)中吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)的新鮮空氣量的估計方法。該估計是從進氣門和排氣門打開和關閉角度的參數(shù)模型出發(fā)實現(xiàn)的。
氣門的打開和關閉角度對應于在發(fā)動機循環(huán)中氣門分別打開和關閉的時刻。
這些方法包括在發(fā)動機運行的標稱溫度下標定模型，這個標定還包括校準打開和關閉角度的數(shù)值。
一般，該標稱溫度是發(fā)動機熱時的工作溫度。在這里，若該發(fā)動機冷卻液體的溫度是90°C，則認為該發(fā)動機是熱的。
但是，當該發(fā)動機不在其標稱溫度下工作時，具體地說，在發(fā)動機冷起動時，空氣量的估計誤差增大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種允許估計吸入燃燒室內(nèi)新鮮空氣量更精確的估計方法，糾正這個缺點。
因而，其目標在于提供一種估計方法，其中該方法包括在發(fā)動機在不同于標稱溫度的溫度下運行時，修正根據(jù)這些氣門與其氣門搖臂之間或者該氣門和凸輪軸的凸輪之間的分布游隙的估計值校準的打開和關閉角度。
上述方法允許限制當發(fā)動機不在其標稱溫度下工作時新鮮空氣量的估計誤差，因為氣門的打開和關閉角度在考慮到不同的分布游隙數(shù)值的情況下加以修正。
該估計方法的實施方式可以包括一個或幾個下列特征
■該修正是在進氣門和排氣門打開或關閉角度上減去一個恒定偏移量。
■該修正包括
i.借助于預定的曲線圖把每個估計的分布游隙變換為修正角度，和
ii.在標定階段上校準的打開和關閉角度中至少一個上加上或減去修正角；
■該方法包括估計在一個發(fā)動機循環(huán)中吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)的新鮮空氣質(zhì)量Ma的步驟,該步驟包括
iii.估計新鮮空氣吸入結(jié)束時燃燒室內(nèi)所含氣體的總質(zhì)量Mtot，
iv.估計燃燒氣體排放結(jié)束時燃燒室內(nèi)所含燃燒氣體的質(zhì)量Mb，和
V.從估計的總質(zhì)量Mtot和燃燒氣體質(zhì)量Mb之間的差值出發(fā)，估計新鮮空氣的質(zhì)量Ma ；
■該修正還包括在標定階段期間校準的打開或關閉角度上加上或減去一個恒定的偏置量;
■分布游隙的估計是從一個代表發(fā)動機溫度和從發(fā)動機起動起過去的時間的物理量出發(fā)實現(xiàn)的；
■該方法包括測量發(fā)動機起動時刻發(fā)動機冷卻液體溫度,這個測量組成代表發(fā)動機溫度的變量。
該方法的這些實施方式還有下列優(yōu)點
i.可以更準確地建立燃燒氣體的總質(zhì)量Mtot和質(zhì)量Mb的估計值，而不必測量燃燒室內(nèi)的壓力或溫度，這允許獲得一個對質(zhì)量Ma更精確的估計；
ii.在標定階段上測量的打開或關閉角度上減去或加上一個預定的偏置量，允許更準確地接近氣門打開或關閉的準確值。
本發(fā)明的目的還在于提出一種信息記錄介質(zhì)，包括一些指令，當這些指令由電子計算機執(zhí)行時執(zhí)行上述方法。
本發(fā)明的目的同樣在于提出一種在一個發(fā)動機循環(huán)中對吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)的新鮮空氣量的估計裝置，該估計裝置包括
i.帶有進氣門和排氣門打開和關閉角度的允許估計該新鮮空氣量的參數(shù)模型，和
ii.當發(fā)動機在標稱溫度下工作時在標定階段上校準的打開和關閉角度，
iii. 一種修正器，發(fā)動機在不同于標稱溫度的溫度下運行時能夠修正根據(jù)氣門和其氣門搖臂之間的分布游隙的估計值校準的打開和關閉角度。
最后，本發(fā)明的目的還在于提出一種包括上述估計裝置的汽車。


閱讀只作為示例而非限制性給出的和參照附圖所作的下文的描述，將會更好地理解本發(fā)明，附圖中
圖I是估計質(zhì)量Ma和總填充率rempl tot的汽車示意 圖2是圖I汽車分布游隙示意 圖3是示意地說明在一個發(fā)動機循環(huán)中進氣門和排氣門位移的曲線 圖4是更詳細地說明實現(xiàn)質(zhì)量Ma和總填充率rempl_tot估計裝置的電子計算機的體系結(jié)構(gòu)的圖解；
圖5是說明圖I汽車氣門測出的規(guī)律的曲線 圖6是說明把分布游隙變換為修正角的曲線圖；而
圖7是圖I汽車中質(zhì)量Ma和總填充率rempl_tot估計方法的流程圖。
具體實施方式
在這些圖中，同一引用號用來表示同一要素。
在下文的描述中本領域技術人員眾所周知的特征和功能不再贅述。
圖I示意地表示配備內(nèi)燃機的汽車2。例如，該汽車2是一個諸如小汽車的轎車。
汽車發(fā)動機2配備幾個汽缸。但是，為了簡單明了起見，圖I所示的內(nèi)燃機只畫出一個汽缸6。在汽缸6內(nèi)部，活塞8裝配得可以移位，在上死點(PMH)和下死點(PMB)之間移動。活塞8借助于連桿14驅(qū)動曲軸12的曲柄10旋轉(zhuǎn)。曲軸12借助于一個未不出的機構(gòu)驅(qū)動諸如輪子16的汽車2驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)。
汽缸6定義由活塞8上部和未示出的氣缸蓋限定的燃燒室18。新鮮空氣吸入管道 20借助于進氣孔通入燃燒室18。進氣門24可以在關閉位置和打開位置之間移位，在關閉位置上它對新鮮空氣密封地關閉進氣孔，而在打開位置上新鮮空氣可以通過進氣孔被吸入燃燒室18。氣門24用進氣門的氣門搖臂26在其打開位置和其關閉位置之間移動。
在該描述中，每個氣門搖臂都用凸輪軸移動。該氣門搖臂可以是該凸輪軸的一個凸輪。該凸輪軸這時被稱為“頭部凸輪軸”。該氣門搖臂還可以借助于一個本身被凸輪軸驅(qū)動移動的杠桿移動。
在這里表示的特定情況下，碳氫燃料噴嘴28設置在把碳氫燃料噴入被吸入燃燒室18內(nèi)的新鮮空氣中的管道20上。于是，新鮮空氣/碳氫燃料混合物開始在空氣進氣管道內(nèi)產(chǎn)生。
管道20在流體上連接至專門用來壓縮被吸入燃燒室18的新鮮空氣的渦輪壓縮機 32的壓縮機30。這樣被壓縮的新鮮空氣稱為增壓新鮮空氣。
專門用來點燃新鮮空氣/碳氫燃料混合物的火花塞34通入燃燒室18。該火花塞由點火裝置36操縱。
排氣管道40還借助于排氣孔通往燃燒室18。該排氣孔可以由一個可以在關閉位置和打開位置之間移位的氣門44封閉，在關閉位置上它對燃燒氣體密封地封閉排氣孔，而在打開位置上燃燒室18內(nèi)所含的燃燒氣體可以通過管道40排出。氣門44通過氣門46的氣門搖臂在這些打開位置和關閉位置之間移動。
管道40與通往燃燒室18的開孔相反的端部，在流體上連接渦輪壓縮機32的渦輪機48。渦輪機48尤其允許廢氣在輸送到排氣管線50之前降壓。
發(fā)動機能夠接受控制的不同設備，諸如執(zhí)行器、點火裝置或者還有碳氫燃料噴嘴， 均連接至亦用字首詞ECU(發(fā)動機控制單元)表示的已知的發(fā)動機的控制單元60。為了簡化圖1，沒有示出單元60和不同的受控設備之間的連接。
單元60還連接大量的傳感器，例如，曲軸12位置傳感器62、發(fā)動機冷卻液體溫度傳感器63和發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器64。在這里發(fā)動機轉(zhuǎn)速定義為發(fā)動機驅(qū)動軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。
圖2更詳細地表示氣門一端66由氣門搖臂67在其打開位置和關閉位置之間的移動。圖2表不,在氣門搖臂67用來頂在移動氣門用的相應端66 —個面上的面之間可能存在游隙J。該游隙用術語“分布游隙”表示，是已知的。一般該游隙每個氣門都不相同。在這里，該游隙的存在是因為汽車2對游隙J沒有補償機構(gòu)。
圖3以曲線圖的形式表示在一個發(fā)動機循環(huán)中氣門24和44的位移與活塞8的位移的關系。在該曲線圖上，橫坐標軸70表示在該曲線圖上，活塞8在分別標注為PMH和PMB 的上死點和下死點之間的位移。縱坐標軸表示進氣門和排氣門的位移幅度。當進氣孔或者排氣孔封閉時這個幅度為零。當這些同一的孔完全打開時它是最大值。在這里，氣門44的位移用曲線72表示，而氣門24的位移用曲線74表示。
軸70用曲軸旋轉(zhuǎn)角度的度數(shù)來刻度。該軸的原點與新鮮空氣吸入的上死點互相重合。
如圖3所示，排氣門基本上在下死點附近的角度OE處開始打開，并在角度FE處關閉。在圖2所示的特定情況下，角度FE位于吸氣上死點之后。
該進氣門在角度OA開始打開，并在角度FA關閉。
在這里，該曲線圖是在存在氣門重疊的特定情況下呈現(xiàn)的。事實上，角度OA在角度FE之前，這指明，在幾度的時間周期中進氣門和排氣門同時打開。
圖4更詳細地表示用以估計質(zhì)量Ma和總填充率rempl_tot的單元60可能的體系結(jié)構(gòu)。
為此，單元60實現(xiàn)
汽車2進氣門和排氣門分布游隙估計裝置78，
穿過排氣孔的燃燒氣體的溫度Teqi估計裝置80。
穿過排氣孔的燃燒氣體在氣門重疊過程中穿過排氣孔的氣體壓力Peqi的估計裝置 82,
借助于管道20吸入燃燒室18內(nèi)的新鮮空氣溫度TADM估計裝置84，和
吸入燃燒室18的新鮮空氣壓力PADM估計裝置86。
這些估計裝置78，80，82，84和86連接至質(zhì)量Ma和總填充率rempl_tot估計裝置 88。該估計裝置88也連接至發(fā)動機控制塊90。該塊90尤其允許根據(jù)質(zhì)量Ma和總填充率 rempl_tot控制不同的執(zhí)行器、噴嘴和發(fā)動機點火裝置。例如，控制塊90能夠調(diào)節(jié)噴入的碳氫燃料量，并使噴入燃燒室18的新鮮空氣/碳氫燃料混合物的點火時刻提前，或者調(diào)節(jié)允許調(diào)整吸入燃燒室18的新鮮空氣量的蝶閥開度。
估計裝置88包括
燃燒氣體排放結(jié)束時含于燃燒室18內(nèi)的燃燒氣體質(zhì)量Mb的估計模塊92，
氣門重疊時吸向排氣管的掃氣氣體的質(zhì)量Mbal估計裝置94，
燃燒氣體溫度Tb估計裝置96，
吸入燃燒室18的新鮮空氣質(zhì)量Ma估計裝置98，
總填充率rempl_tot估計裝置100,和
籲根據(jù)估計的分布游隙修正角度0E，0A, FE和FA的修正器102。
模塊92具有
估計排氣結(jié)束時含于燃燒室18內(nèi)的剩余燃燒氣體質(zhì)量Mb_resi的估計子模塊 102，和
氣門重疊時再吸入燃燒室18的燃燒氣體質(zhì)量Mb Masp估計子模塊104。
單元60 —般從能夠執(zhí)行記錄在信息記錄介質(zhì)上的指令的可編程計算機出發(fā)實現(xiàn)。為此，在這里，單元60連接至存儲器106，其中包含執(zhí)行圖7方法所需要的不同的指令和數(shù)據(jù)。具體地說，實現(xiàn)圖7的方法所用不同的曲線圖記錄在該存儲器106中。例如，這些曲線圖是通過試驗將估計值和實際值之間的誤差減到最小而構(gòu)建的。
更詳細地描述每個模塊92至102之前，首先描述一個從傳感器的測量值出發(fā)提供質(zhì)量Ma和總填充率rempl_tot的模型的一般原理。
在這里，該模型的一般原理是基于進、出該燃燒室18的氣體在一個發(fā)動機循環(huán)上的質(zhì)量平衡。該質(zhì)量平衡分解為幾個在整個發(fā)動機循環(huán)上執(zhí)行的算法。
在第一時間，估計排氣結(jié)束時燃燒室18內(nèi)燃燒氣體的質(zhì)量Mb。在第二時間，估計吸氣結(jié)束時含于燃燒室18內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mtot。
從這兩個估計值出發(fā)，和由于氣體總質(zhì)量在一個發(fā)動機循環(huán)上保持不變，在一個發(fā)動機循環(huán)中含于燃燒室18內(nèi)的空氣質(zhì)量Ma可以通過從質(zhì)量Mtot減去質(zhì)量Mb而獲得。
更準確地說，在一個發(fā)動機循環(huán)中，在吸入和排出的氣體質(zhì)量平衡之后，質(zhì)量Ma 用以下關系給出
Ma = Mtot-Mb
式中
· Mtot是吸氣結(jié)束時燃燒室18內(nèi)氣體的總質(zhì)量，而
· Mb是排氣結(jié)束時燃燒室18內(nèi)燃燒氣體的總質(zhì)量。
當氣門重疊時燃燒氣體的一部分被重新吸入的特定情況下，質(zhì)量Mb的估計分解為排氣結(jié)束時未借助于管道40排出的剩余燃燒氣體質(zhì)量Mb_resi的估計和在氣門重疊過程中再吸入的燃燒氣體質(zhì)量Mb_reasp的估計。
這時燃燒氣體的質(zhì)量Mb用以下關系定義
Mb = Mb_r e s i +Mb_r e a sp
式中
· Mb_resi是排氣時未能排出的剩余燃燒氣體質(zhì)量,而
· Mb_reasp是氣門重疊時再吸入的燃燒氣體質(zhì)量。
在發(fā)動機帶有氣門重疊增壓的特定情況下，人們同樣力求估計增壓新鮮空氣的總填充率rempl_tot。總填充率rempl_tot是在一個發(fā)動機循環(huán)中借助于進氣孔吸入的新鮮空氣總量。在發(fā)動機帶有氣門重疊增壓的情況下，通過進氣孔吸入的一部分新鮮空氣立即經(jīng)排氣管排出(Mbal)。于是，總填充率rempl_tot，以第一近似由以下關系給出
權(quán)利要求
1.從帶有進氣門和排氣門打開角度和關閉角度的參數(shù)模型出發(fā)估計在一個發(fā)動機循環(huán)中吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)的新鮮空氣量的方法，該方法包括在發(fā)動機運行標稱溫度下模型的標定(120)，該標定還包括打開角度和關閉角度數(shù)值的校準，其特征在于，發(fā)動機在不同于標稱溫度的溫度下運行時，該方法包括根據(jù)氣門與其氣門搖臂之間分布游隙的估計值對校準的打開角度和關閉角度的修正(126)。
2.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，該修正包括i.借助于預定的曲線圖把估計的每個分布游隙變換為修正角度，和 .在標定階段上校準的打開角度或者關閉角度中至少一個上加上或減去修正角。
3.按照上列權(quán)利要求中任何一項的方法，其特征在于，該方法包括估計在一個發(fā)動機循環(huán)中吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)的新鮮空氣質(zhì)量Ma的估計步驟(128)，這個估計步驟包括 估計新鮮空氣吸入結(jié)束時燃燒室內(nèi)所含氣體的總質(zhì)量Mtot， 估計燃燒氣體排放結(jié)束時燃燒室內(nèi)所含燃燒氣體的質(zhì)量Mb，和 從估計的總質(zhì)量Mtot和燃燒氣體質(zhì)量Mb之間的差值出發(fā)估計新鮮空氣的質(zhì)量Ma。
4.按照上列權(quán)利要求中任何一項的方法，其特征在于，該修正(126)還包括在標定階段上在校準的打開或關閉角度上加上或減去一個恒定的偏置量。
5.按照上列權(quán)利要求中任何一項的方法，其特征在于，分布游隙的估計(124)是從代表發(fā)動機溫度和從發(fā)動機起動起過去的時間出發(fā)實現(xiàn)的。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該方法包括測量(164)發(fā)動機起動時刻的發(fā)動機冷卻液體溫度，這個測量包括代表發(fā)動機溫度的變量。
7.信息記錄介質(zhì)(106)，其特征在于，它包括一些指令，以便當這些指令由電子計算機執(zhí)行時執(zhí)行按照上述權(quán)利要求中任何一項的方法。
8.在一個發(fā)動機循環(huán)中吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)的新鮮空氣量的估計裝置(60)，該估計裝置包括iii.帶有進氣門和排氣門打開角度和關閉角度的參數(shù)模型，允許估計新鮮空氣量，和iv.當發(fā)動機標稱溫度下工作時在標定階段上校準打開角度和關閉角度，其特征在于，該估計裝置包括一個修正裝置(102)，它能夠修正根據(jù)發(fā)動機在不同于標稱溫度的溫度下運行時氣門與其氣門搖臂之間分布游隙的估計值校準的打開角度和關閉角度。
9.一種汽車(2)，其特征在于，它包括按照權(quán)利要求8的估計裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從進氣門和排氣門打開和關閉角度的參數(shù)模型出發(fā)估計一個發(fā)動機循環(huán)中吸入發(fā)動機汽缸燃燒室內(nèi)的新鮮空氣量的方法，該方法包括標定(120)在發(fā)動機運行的標稱溫度下的模型，該標定還包括校準打開和關閉角度值。發(fā)動機在不同于標稱溫度的溫度下運行時，該方法包括修正(126)根據(jù)這些氣門與其氣門搖臂之間分布游隙的估計值校準的打開和關閉角度。
文檔編號F02D41/00GK102939453SQ201180023101
公開日2013年2月20日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者F·特雷勒 申請人:標致·雪鐵龍汽車公司