專利名稱：用于模型輔助地確定在廢氣外反饋的情況下流入發(fā)動機的氣缸中的新鮮空氣量的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及權利要求1地前序部分所述的一種用于模型輔助地確定在廢氣外反饋的情況下流入發(fā)動機的氣缸中的新鮮空氣量的方法。
噴射式發(fā)動機的發(fā)動機控制系統(tǒng)或者是用被發(fā)動機吸進的空氣量或者是用進氣管壓力作為衡量發(fā)動機負荷的標準。
因此，為了計算噴射時間，面向空氣量的發(fā)動機控制系統(tǒng)需要出自吸氣管進入相應的氣缸中的新鮮空氣量。如果發(fā)動機設有用以把一部分廢氣反饋入吸入側翼的廢氣外反饋裝置，則在譬如可通過廢氣外反饋速率的和/或節(jié)氣門位置的變化導致的、不穩(wěn)定的運行中，設在節(jié)氣門上游的空氣量測量儀的信號不是氣缸的實際充量的衡量標準。充量隨吸氣管中的混合氣分壓力的變化而發(fā)生變化，據(jù)此，為了精確地確定負荷的大小，吸氣管中的絕對壓力和分壓力必須是已知的。
面向吸氣管壓力的發(fā)動機控制系統(tǒng)通過壓力測量只可探測吸氣管中的絕對壓力。但因為通過新鮮氣體分壓力確定燃料計量，所以必須以適宜的方式確定新鮮氣體的分壓力并在廢氣反饋的情況下也確定殘余氣體的分壓力。
建筑在物體列式基礎上的、模型輔助的計算方法是精確確定空氣量的好的起點。
在同一申請人的未預先公布的德國專利申請P 195 13 601.2中描述了一種用于模型輔助地確定在無廢氣反饋的情況下流入發(fā)動機的氣缸中的空氣量的方法。其中，借助一個吸氣管充量模型，從節(jié)氣門開度和發(fā)動機轉速中得出吸氣管壓力、節(jié)氣門處的空氣流量和進入氣缸的空氣流量等數(shù)值并且計算負荷的大小，在負荷的基礎上確定噴射時間。
在負荷探測傳感器的，即空氣量測量儀的和吸氣管壓力傳感器的信號的基礎上，經(jīng)過一個模型調節(jié)回路最大限度地縮小被測參數(shù)和模型參數(shù)之間的誤差，從而減少吸氣管充量模型的參數(shù)誤差的效應。這種接近在發(fā)動機的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的運作中可使模型得到永久修正，據(jù)此，可很精確地估算出發(fā)發(fā)動機的負荷。
DE 39 19 488 C2公開了一種用于調節(jié)和預先確定面向吸氣管壓力的發(fā)動機的進氣量的設備，其中，節(jié)氣門開度和發(fā)動機轉速被用作計算被吸入發(fā)動機的燃燒室的空氣的當前值的基礎。該計算的、當前的進氣量被用作計算，從曾進行計算的時刻起在確定的時間可吸進發(fā)動機的燃燒室的吸氣量的預先確定的值的基礎。在節(jié)氣門下游被測量的壓力信號借助理論的關系式被修正，據(jù)此，可提高確定進氣量的精確度并從而可更精確地計算噴射時間。
發(fā)明的任務在于提供一種方法，用以在具有廢氣反饋裝置的發(fā)動機中，在發(fā)動機的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的運作中盡可能精確地確定吸氣管中的新鮮氣體的和殘余氣體的分壓力并可把其用作對噴射時間進行精確計算的基礎。
解決以上任務的技術方案在于權利要求1的特征。在從屬權利要求中描述了優(yōu)選的實施形式。
借助以下示意性的附圖描述本發(fā)明的方法的一個實施例。附圖所示為


圖1包括相應的模型參數(shù)和被測參數(shù)在內的汽油機吸氣系統(tǒng)的原理示意圖2流量函數(shù)及其所屬的折線近似，
圖3用于在廢氣反饋的情況下確定流入發(fā)動機的氣缸中的新鮮空氣量的模型調節(jié)回路的原理圖，
圖4用于在關斷廢氣反饋裝置期間修正吸氣管壓力和空氣量之間的關系的模型調節(jié)回路的原理圖。
從一公開的列式出發(fā)，得出建筑在一個非線性微分方程式上的模型描述。下面介紹對該非線性方程式的近似。在該近似的結果中，可借助一個雙線性的方程式描述系統(tǒng)特性，該雙線性的方程式在實時條件下可快速地解汽車的發(fā)動機控制裝置中的關系式。其中，所選擇的模型列式包括對廢氣外反饋裝置的模擬、對可變的吸氣系統(tǒng)及對具有可變的閥控制裝置的系統(tǒng)的模擬。通過這種設置并通過動態(tài)的后續(xù)掃氣，即通過在吸氣管中對壓力波的反射所引起的效應，可僅通過對模型的可穩(wěn)定確定的參數(shù)的選擇得到很好的考慮。所有的模型參數(shù)一方面是可物理解釋的并且另一方面可僅從穩(wěn)定的測量中取得。
用于吸氣系統(tǒng)的模型的、用以時間分立地解微分方程式的大部分算法特別是在節(jié)氣門上的壓降小時，即在滿負荷的情況下，要求很小的運算步幅，以便數(shù)值穩(wěn)定地工作。后果是在確定負荷的大小時會使計算費用變得不合理。因為負荷探測系統(tǒng)大多是弧段同步地工作的，即對四缸式發(fā)動機而言，每180°曲柄轉角有一個測量值被掃描，所以模型方程式也必須弧段同步地被解。下面，一個絕對穩(wěn)定的差分格式被用于解微分方程式，該差分格式在任何步幅時均保證數(shù)值的穩(wěn)定性。
用于模型輔助地采集負荷的該系統(tǒng)可用在公開的發(fā)動機控制系統(tǒng)中，即可用在面向空氣量的和面向吸氣管壓力的發(fā)動機控制系統(tǒng)中并且下面闡明以一個模型調節(jié)回路為表現(xiàn)形式的修正算法，在出現(xiàn)模型參數(shù)不精確度時，該模型調節(jié)回路在穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的運作中可永久地改善精確度，即可進行模型補償。
對流入發(fā)動機的氣缸中的新鮮空氣量的模型輔助計算是從圖1所示的原理設置出發(fā)的。為了清晰起見，在圖1中只示出了發(fā)動機的一個氣缸。在圖中，用標號10表示發(fā)動機的一個吸氣管，在該吸氣管內設有一個節(jié)氣門11。該節(jié)氣門11與一個測定節(jié)氣門11的開度的節(jié)氣門位置傳感器14相連。在吸氣管10中，在節(jié)氣門11的上游設有一個空氣量測量儀12并在節(jié)氣門11的下游設有一個吸氣管壓力傳感器13?？諝饬繙y量儀12的、節(jié)氣門位置傳感器14的和吸氣管壓力傳感器13的輸出信號、DKW、PS-SEN與發(fā)動機的圖中未示出的、本已公開的電子控制裝置的輸入端相連。此外，在圖1中還示意地示出了一個進氣門15、一個排氣門16以及一個在氣缸17中運動的活塞18。
為了沿用一個箭頭表示的方向對一部分廢氣進行反饋，設有一個廢氣反饋管路19，該廢氣反饋管路19使廢氣側翼20與吸氣管10連接，據(jù)此，廢氣可在節(jié)氣門11的下游被導入吸氣管10中。一個設在廢氣側翼20中的溫度傳感器32向發(fā)動機的控制裝置發(fā)出一個相當于廢氣溫度的信號。在廢氣反饋管路19中設有一個廢氣反饋閥21，該廢氣反饋閥或者為氣動閥結構并借助填充系數(shù)經(jīng)由一個電動氣動轉換器被驅動，或者為電動閥結構并通過發(fā)動機的電子控制裝置的相應的驅動信號改變廢氣反饋管路的開啟截面。廢氣反饋閥21配設有一個位置傳感器22，該傳感器向電子控制裝置發(fā)出一個相當于廢氣反饋閥21的開度的信號AGRW。
此外，在圖1中還示出了吸氣系統(tǒng)的選擇的數(shù)值和參數(shù)。其中，數(shù)值上方的屋脊符號“Λ”意味著該參數(shù)為一個模型參數(shù)，而沒有屋脊符號的參數(shù)表示被測數(shù)值。其具體情況為
RU表示環(huán)境壓力，PS表示吸氣管壓力，TS表示吸氣管中的空氣溫度，VS表示吸氣管容積，PA表示廢氣背壓，TA表示廢氣溫度，PRG表示吸氣管中的殘余氣體分壓力，PFG表示吸氣管中的新鮮氣體分壓力。
其上有點符號的數(shù)值表示相應參數(shù)的第一時間導數(shù)。據(jù)此，表示節(jié)氣門處的空氣流量，表示廢氣反饋閥處的殘余氣體流量，表示進入氣缸中的新鮮氣體流量，表示進入氣缸中的殘余氣體流量并且表示進入氣缸中的總流量。
如果廢氣背壓、廢氣反饋閥的開度和廢氣溫度是已知的，無論是借助萬有特性曲線通過與工作點有關的參數(shù)化，還是通過對相應的傳感器的信號的評價使以上參數(shù)變得已知，則可計算出通過廢氣反饋閥的流量。
假設吸氣管中的空氣溫度是恒定的，則可由用于計算吸氣管中的絕對壓力的理想氣體定律列出微分方程式(參見圖1)式中模型參數(shù)吸氣管壓力的時間導數(shù)
RL通用氣體常數(shù)
TS吸氣管中的空氣溫度
VS吸氣管容積節(jié)氣門處的模型空氣流量廢氣反饋閥處的模型殘余氣體流量進入氣缸的總流量的模型參數(shù)。
通過(1.0)描述的比例可沒有結構變化地用到具有振蕩管式吸氣系統(tǒng)和/或諧振吸氣系統(tǒng)的多缸式發(fā)動機上。
在通過多個噴嘴進行燃料計量的多點噴射系統(tǒng)中，方程式(1.0)比在單點噴射系統(tǒng)中，即在通過一個唯一的燃料噴嘴進行燃料計量的噴射系統(tǒng)中更精確地反映比例。在通過多點噴射系統(tǒng)進行的燃料計量中，幾乎整個吸氣系統(tǒng)是充滿空氣的。燃料空氣混合物只處在進氣門前的一個小的范圍內。與此相反，在單點噴射系統(tǒng)中，整個吸氣管從節(jié)氣門至進氣門是充滿燃料空氣混合物的，因為噴嘴設在節(jié)氣門之前。在該情況下，理想氣體的假設比在多點噴射時的理想氣體的假設更為近似。在單點噴射時，燃料計量是根據(jù)進行的，在多點噴射時，燃料計量是根據(jù)進行的。
下面詳細描述對流量和的計算。
節(jié)氣門處空氣流量的模型多數(shù)通過理想氣體的通過節(jié)氣點的流量方程式被描述。據(jù)此，空氣流量以用于超臨界壓比的流量函數(shù)?；蛘咭杂糜谂R界壓比的流量函數(shù)ψ=常數(shù)通過關系式被確定，式中節(jié)氣門處的空氣流量的模型參數(shù)縮小了的通流截面
K絕熱指數(shù)
RL通用氣體常數(shù)吸氣管中的空氣溫度環(huán)境壓力的模型參數(shù)
ψ流量函數(shù)
在節(jié)氣點上，即在節(jié)氣門11處出現(xiàn)的流動損失通過節(jié)氣門處的縮小的截面被考慮。在節(jié)氣點前、后的壓力已知和通過節(jié)氣點的流量已知的情況下，從穩(wěn)定的測量中可說明被節(jié)氣門位置傳感器14得出的節(jié)氣門角度DKW和相應的、縮小的截面之間的協(xié)調關系。
如果節(jié)氣門處的空氣流量通過關系式(2.0)被描述，則形成一個復雜的、用于以一個絕對穩(wěn)定的差分格式數(shù)值正確地解微分方程式(1.0)的算法。為了降低計算費用，流量函數(shù)ψ通過一折線被近似。
圖2示出了流量函數(shù)ψ的曲線和用到流量函數(shù)ψ上的近似原理。在段i,j(i,j=1…K)內，流量函數(shù)ψ是通過一條直線表示的。據(jù)此，在直線段的數(shù)目合理的情況下，流量函數(shù)通過可被良好地近似。
在該格式中，mi描述相應的直線段的斜率，ni描述相應的直線段的絕對項(偏移)。值mi、ni分別通用在線性化的各個段中。表示斜率和表示絕對項的值作為吸氣管壓力與環(huán)境壓力之比的函數(shù)被存入表中。
在圖2的橫座標上描繪的吸氣管壓力與環(huán)境壓力之比或者吸氣管壓力與廢氣背壓之比，在縱座標上描繪的是流量函數(shù)ψ的函數(shù)值(0-0.3)。
通過這一列式，用于計算節(jié)氣門處的空氣流量的方程式(2.0)可通過關系式。
被近似，式中，i=(1…k)。
對廢氣反饋閥處的殘余氣體流量的計算也是用理想氣體通過節(jié)氣點的流量方程式進行的。但在廢氣反饋閥處存在廢氣背壓PA和吸氣管壓力PS之間壓力落差以及廢氣溫度TA。在該情況下，為了對流量函數(shù)ψ進行近似，可考慮值mj和nj，因為環(huán)境壓力區(qū)別于廢氣背壓(圖2)。出現(xiàn)的流動損失通過節(jié)氣點廢氣反饋閥處的縮小的通流截面ARRG被描述。
以解析的方式難于計算流入發(fā)動機的相應的氣缸中的空氣量，因為該空氣量與充量更換有很大關系。氣缸的充填在很大程度上通過吸氣管壓力、轉速并通過氣門的控制時間被確定。
因此，為了盡可能精確地計算流入相應的氣缸中的流量，一方面，借助偏微分方程式描述發(fā)動機吸氣側翼中的比例，并且另一方面，按照流量方程式計算進氣門處的流量作為所需的邊界條件是必要的。首先是該復雜的列式允許考慮動態(tài)的、主要受轉速、吸氣管的幾何形狀、氣缸數(shù)及氣門的控制時間影響的后續(xù)掃氣效應。
由于按上述列式計算在發(fā)動機的電子控制裝置中是不能實現(xiàn)的，所以從吸氣管壓力和流入氣缸中的流量之間的簡單的關系出發(fā)進行可能的近似。而為了擴大合理的閥控制時間的范圍，可良好近似地從形式的一個線性列式
出發(fā)。
其中，關系式(4.0)的斜率γ1和絕對項γ0在考慮所有的主要影響因素的情況下是轉速的、吸氣管的幾何形狀的、氣缸數(shù)的、氣門控制時間的以及吸氣管中的空氣溫度Ts的函數(shù)。其中，通過穩(wěn)定的測量可得出γ1和γ0的值與影響因素轉速、吸氣管的幾何形狀、氣缸數(shù)和氣門控制時間及氣門升程曲線的關系。通過確定γ1和γ0的值，也很好地反映出振蕩管式吸氣系統(tǒng)和/或諧振吸氣系統(tǒng)對被發(fā)動機吸進的空氣量的影響。γ1和γ0的值在與轉速n有關的情況下存儲在發(fā)動機的電子控制裝置的特性曲線族中。
吸氣管壓力Ps被選作用以求得發(fā)動機負荷的確定數(shù)值。該數(shù)值應借助模型微分方程式盡可能精確地和盡可能快地被估算。估算需要解方程式(1.0)。
用方程式(2.3)、(3.0)和(4.0)，式(1.0)在i、j=(1…k)的情況下可通過關系式für i,j=(1…k)被近似。
為了解方程式(5.0)，該關系式被轉入一個適宜的差分方程式。
對待形成的差分方程的解法特性所提出的如下原則要求可被列為選擇適宜的差分格式的準則
1．在極端的、動態(tài)的要求的條件下，差分格式也必須是守恒的，即
差分方程的解法必須相當于微分方程的解法，
2．對于相當于最大可能的弧段時間的掃描時間，數(shù)值的穩(wěn)定性必須
在吸氣管壓力的整個工作范圍(動態(tài)范圍)中得到保證。
通過隱式的計算方法可滿足上述第一個要求。由于通過雙線性的方程式(5.0)對非線性的微分方程式(1.0)進行了近似，形成的隱式解法格式在不用迭代法的情況下是可解的，因為差分方程可轉入顯式。
由于對微分方程式(1.0)進行的條件化并對其進行了近似(5.0)，所以只通過用以形成差分方程的、絕對穩(wěn)定工作的計算規(guī)范就可滿足第二個要求。這些過程也被稱作絕對穩(wěn)定的過程。該絕對穩(wěn)定性的特性在于算法的特性，即在一個穩(wěn)定的源問題中，對于掃描時間的，即弧段時間TAB的任意的值是數(shù)值穩(wěn)定的。用于數(shù)值地解微分方程的、能滿足兩項要求的計算規(guī)范是梯形法則。
在本實施例中，在N=(1…∞)的情況下，通過應用梯形法則建立的差分方程式為
N=(1…∞)式中的TAB表示兩個掃描步N之間的時間。
如果微分方程式(5.0)借助梯形法則(5.1)被解，則在N=(1…∞)和i,j=(1…K)的情況下，為至掃描步N時的吸氣管壓力得出如下關系式
N=(1…∞)i,j=(1…k)(5.2)式中，〔N〕表示當前的弧段或者當前的運算步，〔N+1〕表示下個弧段或者下個運算步。
如果吸氣管中的總壓力是已知的，則按照下列關系式可計算吸氣管中的殘余氣體分壓力的變化用方程式(3.0)計算通過廢氣反饋閥的殘余氣體流量并且用
計算通過廢氣外反饋進入氣缸的殘余氣體流量。
如果把梯形法則(5.1)用于解計算吸氣管中的殘余氣體分壓力的微分方程式(6.0)，則得出用于計算時間點N時的殘余氣體分壓力的關系式此外，關系式成立。新鮮氣體分壓力則為
據(jù)此，在發(fā)動機的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的運作中，吸氣管中的新鮮氣體分壓力和殘余氣體分壓力是已知的。用新鮮氣體分壓力可計算進入相應的氣缸中的新鮮氣體流量
通過一種簡單的積分算法可計算出在進氣行程期間被發(fā)動機吸進的空氣量
通過在燃料計量時和在必要的燃料預存儲時系統(tǒng)決定的靜止時間，以可選的預測范圍預測被發(fā)動機吸進的空氣量是值得企望的，因為只有如此才能在不穩(wěn)定的運行中精確地保持所需的燃料空氣比。
在被描述的方法中，吸氣管中的分壓力的隨時間的變化的模型參數(shù)是以解析的形式存在的。通過H次地應用梯形法則，新鮮氣體分壓力可通過關系式
提前H個弧段地被預測。
如果從經(jīng)預測時間恒定的值γ1和γ0出發(fā)，則氣缸中的被預測了的新鮮空氣量可通過方程式被確定。
如果人們?yōu)轭A測范圍H選擇其大小為1…3的值，則用公式(10.3)可為被發(fā)動機吸進的新鮮氣體量取得高精確度的預測結果。
下面描述對面向空氣量的和面向吸氣管壓力的發(fā)動機控制系統(tǒng)的模型補償原理。
通過采用具有可變的閥控制裝置和/或可變的吸氣管幾何形狀的發(fā)動機，通過制造公差和老化現(xiàn)象，以及通過溫度影響，γ1和γ0的值有一定的不精確性。如前所述，用于確定進入氣缸中的流量的方程式的參數(shù)是多種影響因素的函數(shù)，在這些影響因素中，只可探測最主要的影響因素。
在計算節(jié)氣門處的流量時，探測節(jié)氣門角度時的測量誤差和折線近似流量函數(shù)ψ時的近似誤差影響到模型參數(shù)。特別是在節(jié)氣門角度小的情況下，系統(tǒng)對上述測量誤差的靈敏性很高。因此，節(jié)氣門位置的小的變化對流量和吸氣管壓力有很大影響。為了縮小這些影響的效應，下面建議一種方法，該方法可如此地修正影響到模型計算的某些參數(shù)，即為發(fā)動機的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的運作，可使改善精確性的模型擬合得以進行。
用以確定發(fā)動機負荷的模型的主要參數(shù)的擬合是通過修正量Δ對由測出的節(jié)氣門角度確定的、縮小了的通流截面的修正進行的
根據(jù)是哪個負荷探測傳感器被采用，對模型調節(jié)回路中的修正量Δ進行計算。在測量空氣量的情況下，對測量的節(jié)氣門處的空氣流量和節(jié)氣門處的模型空氣流量之間的調節(jié)誤差進行計算。
在測量吸氣管壓力的情況下，對模型吸氣管壓力和測量的吸氣管壓力之間的調節(jié)誤差進行計算。
所以，對于面向空氣量的發(fā)動機控制系統(tǒng)，借助設在節(jié)氣門處的空氣量測量儀測出的空氣流量是該調節(jié)回路的指令參數(shù)，而對于面向吸氣管壓力的發(fā)動機控制系統(tǒng)，借助吸氣管壓力傳感器測出的吸氣管壓力PS-SEN被用作指令參數(shù)。經(jīng)由跟蹤調節(jié)，Δ的值隨后被如此地確定，即使指令參數(shù)和相應的調節(jié)參數(shù)之間的調誤差最大限度地被縮小。
為了也在動態(tài)的運作中用所述的方法達到改善精確度的目的，指令參數(shù)的測量值采集必須盡可能精確地被模擬。其中，在大多情況下，傳感器的，即或者是空氣量測量儀的，或者是吸氣管壓力傳感器的動態(tài)特性和隨后進行的平均值計算可被考慮。
相應的傳感器的動態(tài)特性可一階近似地作為具有或許與工作點有關的延遲時間T1的一階系被模擬。
對于面向吸氣管壓力的發(fā)動機控制系統(tǒng)，一個可能的、用于描述傳感器特性的方程式為
而對于面向空氣質量的發(fā)動機控制系統(tǒng)，則可列出關系式T1表示相應的傳感器的延遲時間。
在控制裝置中進行的、對沿一個弧段的測量值的平均值計算可通過關系式或被模擬。
如果存在兩個負荷探測傳感器，則節(jié)氣門處的縮小了的通流截面積或者環(huán)境壓力可被用于使節(jié)氣門處的空氣流量與測出的空氣流量平衡。在廢氣反饋裝置運作的情況下，吸氣管壓力傳感器可被用于確定廢氣反饋閥處的縮小的通流截面或者廢氣背壓。
如果在模型吸氣管壓力和測出的的吸氣管壓力之間出現(xiàn)差別，則該差別通過殘余氣體流量的擬合經(jīng)由通過Δ的修正被消除(圖3)。如果調量Δ沿正的方向超過確定的門限，則對模型參數(shù)廢氣背壓進行提高，如果調量低過負的、可應用的門限，則對模型參數(shù)廢氣背壓進行降低。
在廢氣反饋閥閉合的情況下，吸氣管壓力和空氣量之間關系用吸氣管壓力傳感器借助參數(shù)γ1被修正(圖4)。修正量與轉速有關地被確定并被存儲在控制裝置的永久存儲器中。修正值被限定到最大值上。
在存在兩個負荷探測傳感器(空氣量測量儀和吸氣管壓力傳感器)的條件下，用于發(fā)動機控制系統(tǒng)的模型補償在下面被描述。可為該系統(tǒng)規(guī)定在圖3和4中所示的模型結構。
節(jié)氣門位置傳感器14(圖1)提供一個相當于節(jié)氣門11的開度的信號，即一個節(jié)氣門開啟角度DKW。節(jié)氣門的縮小的截面的配屬于節(jié)氣門開啟角度DKW不同的值的值存儲在發(fā)動機的電子控制裝置的第一個特性曲線族KF1中。圖3和4中的分系統(tǒng)“吸氣管模型”表示通過方程式(5.2)和(8.1)描述的特性。
模型調節(jié)回路的指令參數(shù)是節(jié)氣門處的空氣流量的吸氣管壓力的經(jīng)由一個弧段平均數(shù)的測量值和PS-SEN。如果把比例積分調節(jié)器用作模型調節(jié)回路中的調節(jié)器，則殘余的調節(jié)誤差是零，就是說，模型參數(shù)和相應的測量參數(shù)是等同的。
在使用構成調值的空氣量測量儀時，節(jié)氣門處的空氣流量的，首先是在四缸發(fā)動機中可觀察到的脈動現(xiàn)象導致顯著的、正的測量誤差并從而導致具有顯著的誤差的指令參數(shù)。通過關斷相應的調節(jié)器，即通過縮小調節(jié)器參數(shù)可過渡到可控的、模型輔助的運作。據(jù)此，在考慮動態(tài)關系的情況下，對在其內出現(xiàn)脈動的范圍與對那些在其內存在幾乎不受干擾的指令參數(shù)的范圍一樣，可以同一方法被處理。與考慮只在穩(wěn)定的工作點中的、相關的測量值的方法不同，描述的系統(tǒng)仍可幾乎不受限制地工作。在丟失空氣量測量儀的或節(jié)氣門位置傳感器的信號的情況下，描述的系統(tǒng)有能力形成一個相應的替代信號。在丟失指令參數(shù)的情況下，可控的運作必須被實現(xiàn)，在其它情況下，可調的運作保證系統(tǒng)的幾乎沒受損害的工作能力。
“吸氣管模型”塊表示方程式(5.2)和(8.1)所描述的關系并據(jù)此具有模型參數(shù)和以及被用作確定基本噴射時間的基礎的、進入發(fā)動機汽缸的新鮮氣體流量的值作為起始參數(shù)。在對空氣量測量儀的和吸氣管壓力傳感器的傳感器的傳輸特性進行模擬(方程式12.0和13.0)之后，模型參數(shù)和被平均(方程式12.1和13.1)，使平均數(shù)
和被吸氣管壓力傳感器測量的值PS-SEN及被空氣量測量儀測量的空氣流量可分別被輸往一個比較點23、24。
在圖3和圖4中，測量參數(shù)和節(jié)氣門處的平均流量的模型參數(shù)之間的、在比較點24處形成的差用作在調節(jié)器27中計算修正值Δ的基礎。縮小的截面的模型數(shù)值根據(jù)方程式(11.0)，被形成并在發(fā)動機的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的運作中使對節(jié)氣門處流量的模型數(shù)值的修正成為可能。
在圖3中，吸氣管壓力的平均的測量數(shù)值和吸氣管壓力的相應的模型數(shù)值之間的差被用于計算用以影響廢氣反饋閥處的殘余氣體流量的修正值Δ。如果修正量Δ超過在門限值級29中規(guī)定的門限，則根據(jù)Δ的符號沿正的或者負的方向對廢氣背壓進行修正。
在圖4中，吸氣管壓力的平均的測量數(shù)值和吸氣管壓力的相應的模型數(shù)值之間的差被用于通過γ1的影響修正進入氣缸的流量。
在圖3中介紹的方法的優(yōu)點在于，在用于估算負荷的模型的參數(shù)有誤差的情況下也可期待負荷的平滑的變化，因為調節(jié)作用和負荷之間的差分序(Differenzenordnung)為1?？墒?，需要根據(jù)Δ值和壓力比估算環(huán)境壓力。在圖4中介紹的方法的優(yōu)點在于，在壓比大的情況下也可在寬的范圍內改變進入氣缸的流量。用該方法可很好地修正進氣門的流量系數(shù)的變化。
權利要求
1．用于確定流入發(fā)動機的氣缸中的新鮮空氣量的方法，具有
-一個吸氣管(10)和一個設在該吸氣管中的節(jié)氣門(11)以及一個探測節(jié)氣門(11)的開度(DKW)的傳感器裝置(14)，
-一個具有一個廢氣反饋閥(21)的廢氣反饋裝置(19)及一個探測廢氣反饋閥(21)的開度(AGRW)的傳感器裝置(22)，
-一個產(chǎn)生發(fā)動機的負荷信號(；PS-SEN)的傳感器(12、13)，
-一個電子控制裝置，該裝置在測量的發(fā)動機負荷信號(PS-SEN)的和發(fā)動機轉速(n)的基礎上計算基本噴射時間，
其特征在于，
-吸氣管(10)中的狀況借助一個吸氣管充量模型(方程式5.2；8.1)被模擬，其中，至少節(jié)氣門(11)的開度(DKW)、廢氣反饋閥(21)的開度(AGRW)、環(huán)境壓力(PU)、廢氣溫度(TA)、吸氣管中的空氣溫度(TS)和表示閥位置的參數(shù)被用作模型的輸入?yún)?shù)，
-節(jié)氣門(11)處的空氣流量的模型參數(shù)()和廢氣反饋閥(21)處的殘余氣體流量的模型參數(shù)()分別被形成(方程式2.3、3.0)，
-進入氣缸的空氣流量的模型參數(shù)()和進入氣缸的殘余氣體流量的模型參數(shù)()作為吸氣管壓力()的和殘余氣體分壓力()的函數(shù)分別被形成(方程式4.0、7.0)，
-由模型參數(shù)節(jié)氣門處的空氣流量()、廢氣反饋閥處的殘余氣體流量()和作為求得發(fā)動機的實際負荷的確定參數(shù)的、進入氣缸中的空氣流量()計算吸氣管壓力()(方程式5.2)，
-由模型參數(shù)廢氣反饋閥處的殘余氣體流量()和進入氣缸中的殘余氣體流量()計算吸氣管中的殘余氣體分壓力()(方程式8.1)，
-由吸氣管壓力()和殘余氣體分壓力()確定新鮮氣體分壓力()并且
-從新鮮氣體分壓力()和進入氣缸中的新鮮空氣流量()之間的關系中通過積分求得流入氣缸(17)的空氣量()。
2．按照權利要求1所述的方法，其特征在于，
節(jié)氣門(11)處的空氣流量的模型參數(shù)()和廢氣反饋閥(21)處的殘余氣體流量的模型參數(shù)()借助通過節(jié)氣點的理想氣體的流量方程式被描述。
3．按照權利要求2所述的方法，其特征在于，
在節(jié)氣點(11、21)上出現(xiàn)的流動損失分別通過節(jié)氣點上的縮小的通流截面(
)的應用被考慮。
4．按照權利要求3所述的方法，其特征在于，縮小的截面(
)的值是在與廢氣反饋閥的開度有關的情況下由在發(fā)動機試驗臺上進行的穩(wěn)定的測量規(guī)定的并存儲在控制裝置的存儲器的特性曲線族(KF1、KF4)中。
5．按照權利要求2所述的方法，其特征在于，在描繪節(jié)氣門(11)處的空氣流量的模型參數(shù)()和廢氣反饋閥(21)處的殘余氣體流量的模型參數(shù)()時，在流量方程式中存在的流量函數(shù)(ψ)被分成單個的段(i、j=1…K)并且這些段通過直線段被近似，其中，相應的直線段的斜率(mi,j)的和絕對項(ni,j)的值是分別作為吸氣管壓力()與環(huán)境壓力()之比的或者吸氣管壓力()與廢氣背壓()之比的函數(shù)被確定的并存儲在控制裝置的存儲器的一個特性曲線族中。
6．按照權利要求1所述的方法，其特征在于，
進入氣缸的空氣流量的模型參數(shù)值()作為吸氣管壓力()的線性函數(shù)被描述(方程式4.0)并且該線性函數(shù)的斜率(γ1)和絕對項(γ0)是與發(fā)動機的轉速、氣缸數(shù)、吸氣管的幾何形狀、吸氣管(10)中的空氣溫度(Ts)和閥控制時間等參數(shù)中的至少一個參數(shù)有關地被規(guī)定的。
7．按照權利要求1所述的方法，其特征在于，進入氣缸的殘余氣體流量的模型參數(shù)()作為殘余氣體分壓力()的線性函數(shù)被描述(方程式7.0)并且該線性函數(shù)的斜率(γ1)是與發(fā)動機的轉速、氣缸數(shù)、吸氣管的幾何形狀、吸氣管(10)中的空氣溫度(Ts)和閥控制時間等參數(shù)中的至少一個參數(shù)有關地被規(guī)定的。
8．按照權利要求6或7所述的方法，其特征在于，
這些參數(shù)通過在發(fā)動機試驗臺上的穩(wěn)定的測量被測定并存儲在控制裝置的存儲器的特性曲線族(KF2、KF3)中。
9．按照權利要求1所述的方法，其特征在于，
被負荷傳感器(12、13)測出的負荷信號(；PS-SEN)被用于在模型調節(jié)回路中修正并從而被補償節(jié)氣門處的空氣流量的模型參數(shù)()和吸氣管壓力的模型數(shù)值()，其中，負荷信號(、PS-SEN)用作調節(jié)回路的指令參數(shù)。
10．按照權利要求9所述的方法，其特征在于，
該補償在發(fā)動機的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的運作中被進行并且負荷傳感器(12、13)的傳輸特性(方程式12.0、13.0)被考慮。
11．按照權利要求10所述的方法，其特征在于，
負荷傳感器(12、13)的傳輸特性，通過一個具有與工作點有關的延遲時間(T1)的一階系統(tǒng)被模擬。
12．按照權利要求10所述的方法，其特征在于，節(jié)氣門開度(DKW)的每個測量值配有節(jié)氣門的縮小的截面()的一個值，并且對節(jié)氣門處的空氣流量的模型參數(shù)()的補償是通過一個修正量(Δ)對縮小的截面()的修正進行的，據(jù)此，使指令參數(shù)()和模型參數(shù)()之間的調節(jié)誤差降至最小。
13．按照權利要求10所述的方法，其特征在于，
廢氣反饋閥(21)的開度(AGRW)的每個測量的值配有廢氣反饋閥的縮小的截面()的一個值并且對吸氣管壓力的模型參數(shù)()的補償是通過一個修正量(Δ)對縮小的截面()的修正進行的，據(jù)此，使指令參數(shù)(PS-SEN)和模型參數(shù)()之間的調節(jié)誤差降至最小。
14．按照權利要求12和13所述的方法，其特征在于，
在補償前，模型參數(shù)被平均(方程式12.1、13.1)。
15．按照權利要求13所述的方法，其特征在于，
如果修正量(Δ)沿正的方向超過預先給定的門限值，則提高廢氣背壓的模型參數(shù)()，如果修正量(Δ)低過負的、可應用的門限，則降低廢氣背壓的模型參數(shù)()。
16．按照權利要求1所述的方法，其特征在于，
流入氣缸空氣量()通過關系式被計算，式中，TA掃描時間或弧段時間[N]當前的掃描步或弧段期間的空氣流量的模型參數(shù)[N-1]上一掃描步或弧段期間的空氣流量的模型參數(shù)
17．按照權利要求1所述的方法，其特征在于，
在一個涉及在掃描時間點(N)時的當前負荷采集位于未來的、確定的預測范圍(H)內流入發(fā)動機的氣缸的新鮮氣體[N+H]在吸氣管(10)中的分壓力的模型參數(shù)(
)的隨時間的變化的基礎上被估算。
全文摘要
借助一個吸氣管充量模型計算實際上流入氣缸的新鮮空氣量,其中,對模型的描述建筑在一個非線性的微分方程上。其中,選擇的模型列式包括對廢氣外反饋的模擬、對可變的吸氣系統(tǒng)的模擬和對具有可變的閥控制裝置的系統(tǒng)的模擬。該模型輔助的負荷采集裝置可用在面向空氣量的和面向吸氣管壓力的發(fā)動機控制裝置中,在穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的運作中,以模型調節(jié)回路為表現(xiàn)形式的修正系統(tǒng)在模型參數(shù)具有不精確的情況下可永久地改善精確度,即可進行模型補償。
文檔編號F02D21/08GK1214104SQ9719309
公開日1999年4月14日 申請日期1997年3月14日 優(yōu)先權日1996年3月15日
發(fā)明者S·特雷尼斯, G·雷瑟爾, M·恩格爾 申請人:西門子公司