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1、10申请公布号CN102787947A43申请公布日20121121CN102787947ACN102787947A21申请号201210153166822申请日2012051713/10906220110517USF02M25/07200601F02D21/08200601F02D41/0020060171申请人通用汽车环球科技运作有限责任公司地址美国密执安州72发明人YY王I哈斯卡拉74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人崔幼平谭祐祥54发明名称确定内燃发动机的气缸空气充量的方法和装置57摘要本发明涉及确定内燃发动机的气缸空气充量的方法和装置，具体地，一种用于估计内燃发动机。
2、的气缸空气充量的方法，包括确定与在打开的排气再循环阀时的发动机操作对应的第一容积效率；确定与在关闭的排气再循环阀时的发动机操作对应的第二容积效率；使用所述第一容积效率和第二容积效率中的所选择的一个确定气缸空气充量。30优先权数据51INTCL权利要求书2页说明书6页附图7页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图7页1/2页21一种用于估计内燃发动机的气缸空气充量的方法，包括确定与在打开的排气再循环阀时的发动机操作对应的第一容积效率；确定与在关闭的排气再循环阀时的发动机操作对应的第二容积效率；以及使用所述第一容积效率和第二容积效率中的所选择的一个确定气缸空气。
3、充量。2根据权利要求1所述的方法，其中确定第一容积效率包括确定进气空气充量的作为再循环废气的比例；和根据发动机速度和进气空气充量的作为再循环废气的比例确定第一容积效率。3根据权利要求2所述的方法，其中确定进气空气充量的作为再循环废气的比例包括根据排气再循环阀的位置和排气歧管压力与进气歧管压力的比，确定废气再循环阀的有效流动面积；确定与排气再循环阀的有效流动面积对应的排气再循环流速；和确定进气空气充量的比例，其为排气再循环流速与排气再循环流速与进气空气流速之和的比。4根据权利要求3所述的方法，其中确定排气再循环阀的有效流动面积包括参考查询表格。5根据权利要求1所述的方法，其中确定第二容积效率包括。
4、根据进气空气充量密度和发动机速度确定第二容积效率。6根据权利要求5所述的方法，其中确定第二容积效率包括参考查询表格。7一种估计内燃发动机的气缸空气充量的方法，包括确定进气空气充量的作为再循环废气的比例；根据发动机速度和进气空气充量的作为再循环废气的比例确定第一容积效率；根据进气空气充量密度和发动机速度确定第二容积效率；和使用所述第一容积效率和第二容积效率中的所选择的一个确定气缸空气充量。8根据权利要求7所述的方法，其中确定进气空气充量的作为再循环废气的比例包括根据排气再循环阀的位置和排气歧管压力与进气歧管压力的比，确定废气再循环阀的有效流动面积；确定与排气再循环阀的有效流动面积对应的排气再循环。
5、流速；和确定进气空气充量的比例，其为排气再循环流速与排气再循环流速与进气空气流速之和的比。9一种估计内燃发动机的气缸空气充量的方法，包括根据排气再循环阀的位置和排气歧管压力与进气歧管压力的比，确定废气再循环阀的有效流动面积；确定与排气再循环阀的有效流动面积对应的排气再循环流速；确定进气空气充量的比例，其为排气再循环流速与排气再循环流速与进气空气流速之和的比；根据发动机速度和进气空气充量的作为再循环废气的比例确定第一容积效率；根据进气空气充量密度和发动机速度确定第二容积效率；和权利要求书CN102787947A2/2页3使用所述第一容积效率和第二容积效率中的所选择的一个确定气缸空气充量。权利要求。
6、书CN102787947A1/6页4确定内燃发动机的气缸空气充量的方法和装置技术领域0001本发明涉及内燃发动机。背景技术0002本部分说明仅提供关于本发明的背景信息。因此，这些陈述不用来构成对现有技术的承认。0003已知的内燃发动机系统在气缸中燃烧空气和燃料的混合物，以驱动活塞，从而产生转矩。发动机控制系统控制发动机操作以产生发动机功率，其响应操作者的转矩请求，同时解决燃料经济性和排气需求。已知的发动机控制系统监测控制和操作参数来估计或以其他方式确定发动机质量空气流量并控制发动机供料。0004发动机供料通过这样被控制确定发动机质量空气流量；基于此确定单个气缸的气缸空气充量；在考虑燃料经济性和。
7、排气需求的情况下，计算对应气缸空气充量的优选的燃料质量以满足操作者的转矩请求。发明内容0005一种用于估计内燃发动机的气缸空气充量的方法，包括确定与在打开的排气再循环阀时的发动机操作对应的第一容积效率；确定与在关闭的排气再循环阀时的发动机操作对应的第二容积效率；使用所述第一容积效率和第二容积效率中的所选择的一个确定气缸空气充量。附图说明0006下面结合附图通过举例方式描述一个或多个实施方案，其中图1示意性地描述根据本发明的内燃发动机的进气歧管，包括进气系统和废气再循环（EGR）系统；图2图示地表示根据本发明的确定容积效率的多区非线性模型的结构；图3图示地表示根据本发明的代表性发动机中容积效率与。
8、进气空气充量的作为再循环废气的比例的关系；图4示意性地表示根据本发明的用于在正在进行的发动机操作期间的容积效率的控制方案；图5图示地表示根据本发明的与进气空气充量的作为再循环废气的比例和发动机速度对应的第一初始容积效率；图6图示地表示根据本发明的在EGR阀关闭时与进气空气充量密度和发动机速度对应的第二初始容积效率；以及图7图示地表示根据本发明的估计容积效率和实际容积效率之间的比较。具体实施方式说明书CN102787947A2/6页50007现在参考附图，其中图示仅用于解释某些代表性实施方案，而不用于限制这些代表性实施方案，图1示意性地描述内燃发动机的进气歧管10，包括进气系统20和废气再循环（。
9、EGR）系统30。输入和操作参数包括进气流速22、进气温度24、EGR流速32和EGR温度34。正如所意识到的，输入和操作参数可使用车载传感器直接地监测，或可以其他方式来确定。例如，发动机速度、节气门位置、温度和压力（包括对于进气歧管和排气歧管以及周围环境的）可以通过本领域公知的部件直接感测。其他发动机参数可通过这些感测量的各种关系来很好地确定。进气系统20可自然进气，或者可使用如涡轮增压器或增压机的空气压缩机装置以及伴随的用于冷却进气歧管10的上游进气温度的中间冷却器。与进气歧管10中的进气充量关联的参数包括歧管空气压力12和进气空气充量温度14。进气和再循环废气穿过进气歧管10被引导至发动。
10、机气缸40的一个或多个，并由气缸空气充量流42来表征。废气再循环（EGR）系统30可以是构造成控制废气从废气系统到进气歧管10的外部再循环的任何适当系统。0008进气歧管10中的压力动态特性可通过基于系统热焓导出的由如下等式1表示的以下等式来表达其中PI是歧管空气压力12，是歧管空气压力12中的变化率，VI是进气歧管10的排出气体体积，TA是进气温度24,包括在如此装配的系统上的中间冷却器后的进气温度，TEGR是EGR温度34，WA是进气流量22，WEGR是EGR流速32，TI是进气空气充量温度14，WE是气缸空气充量流量，R是理想气体常数，和是气体的比热。0009式1可以变形为速度密度公式以。
11、估计气缸空气充量流量WE，如下其中VD是发动机气缸的容积排量，N是发动机的转速，和V是发动机的容积效率。0010确定在使用涡轮增压器或增压机以及关联的中间冷却器的系统上的气缸空气充量流量WE与自然吸气式发动机的区别可在于进气空气流速由压缩机来增压并且质量空气温度由中间冷却器降低，EGR流速可变，进气歧管压力可被提高并可大于环境气压，以及排气压力基于涡轮增压器或增压机的操作状态如可变门涡轮增压器的位置高度地可变，其可说明书CN102787947A3/6页6影响发动机换气动态特性。因此，容积效率可取决于包括排气温度和排气压力的排气参数。排气温度和排气压力可受与排气后处理系统的交互作用相关联的因素的。
12、影响，如本领域人员所明白。0011容积效率用于量化空气引入的效率。对于以化学计量操作的自然吸气式发动机，容积效率可关于发动机速度和进气歧管压力来建模。对于其他发动机系统，如以通过EGR系统的高速率的再循环废气的涡轮增压柴油机，容积效率可关于发动机操作参数以如下表达来建模，这些发动机操作参数包括发动机速度N、歧管空气压力PI、进气空气充量温度TI、排气歧管压力PX和排气歧管温度TX，模型如下所示包括进气空气充量密度X1、发动机增量压力X2和发动机速度X3的发动机输入参数，可通过使用包括发动机速度N、进气歧管压力PI、进气歧管温度TI和排气歧管压力PX的发动机操作参数对于容积效率模型来形成，所述发。
13、动机输入参数如下面等式4到6计算已发现包括进气空气充量密度X1、发动机增量压力X2和发动机速度X3的发动机输入参数支配容积效率模型，因此允许确定与这些发动机输入参数有关的容积效率值的范围。0012图2图示地表示确定容积效率的多区非线性模型。非线性模型被分成可基于发动机速度202和发动机负荷204可区分的两个区。根据EGR流量和EGR阀打开可区分这些区。区1210与打开的EGR条件和相应的EGR流量相关。区2230与关闭的EGR阀条件相关联，关闭的EGR阀条件对应没有EGR流。0013区1210中的发动机操作可与打开节气门条件下一组已知的燃烧模式如化学计量的或贫操作的发动机操作相关联。0014区。
14、2230中的发动机操作可与另一组已知的燃烧和发动机操作模式如高速高负荷条件的发动机操作关联。0015在各区1210和区2230中，容积效率模型被分解成两个阶段，其中每个阶段都展示出平滑表面。平滑表面允许估计容积效率的相对平滑过渡，从而最小化容积效率不连续性和相关的燃烧不稳定性。可以意识到，区1210和区2230的任一个可以进一步细分。例如，区1210可根据特定燃烧模式如预混合充气压缩点火式燃烧模式（PCCI）中的操作而被细分，这在使用EGR流中公知。0016当在与打开EGR阀条件相关的区210中操作时，容积效率可确定为EGR流量和发动机速度X3的函数，其表示如下其中X3是发动机速度，EGR是进。
15、气空气充量的作为再循环废气的比例。该关系如图3曲形地所示，示出Y轴上的容积效率280，以及X轴上作为再循环废气的进气空气充量的比例即EGR270。所绘的数据是与代表性发动机系统关联的容积效率数据275与进气空气说明书CN102787947A4/6页7充量的作为再循环废气的比例即EGR的关系。0017作为再循环废气的进气空气充量的比例EGR可计算如下其中WEGR是EGR流速,和WAIR是进气空气流速。0018EGR流速WEGR可计算为其中AEGR是EGR阀的有效流面积，XEGR是EGR阀的所指令的阀位置,PR是压力比，即利用式5计算得到的发动机增量压力X2，PX是排气压力,TX是排气温度,和PR。
16、是与压力比PR对应的修正项。0019压力比修正项PR计算如下10其中是比热比，和PRC是临界压力比，计算如下。0020图5图示地表示了校准500，其描述了在EGR阀打开时，与发动机速度X3316和进气空气充量的作为再循环废气的比例即EGR320对应的多个状态的第一容积效率342，还由下面关系来表达其中等式811用来计算进气空气充量的作为再循环废气的比例即EGR320。0021图6图示地表示了校准600，其描述了在EGR阀关闭时，与进气空气充量密度X1312和发动机速度X3316对应的多个状态的第二容积效率344，还由下面关系来表达图5和图6中描述的关系可以表格形式表达为在发动机控制模块中的二维。
17、查找表。0022图4示意性地表示了用于确定正在进行的发动机操作期间容积效率的控制方案300。关注的发动机参数包括进气歧管压力302、进气温度304、排气歧管压力306、排气温说明书CN102787947A5/6页8度305、发动机速度316、进气流速309和EGR阀位置310。进气歧管压力302和进气温度304被组合，如上式4，以确定进气空气充量密度X1312。进气歧管压力302和排气歧管压力306被组合，如上式5，以确定发动机增量压力X2314。发动机速度316是发动机速度X3316。0023进气空气充量密度312和发动机速度X3316被输入到关闭的EGR校准600，从而选择或以其他方式确定。
18、关闭的EGR阀容积效率344，其中关闭的EGR校准600是以表格形式或作为可执行公式在图6中所示关系的算法实施方式。当EGR阀位置310指示发动机当前运行在关闭的EGR阀位置时，关闭的EGR阀容积效率344选择作为优选容积效率350，以便例如使用此处描述的等式2计算气缸空气充量。0024同样，进气歧管压力302、排气歧管压力306、排气温度305和EGR阀位置310被输入给控制方案，从而使用将等式8和9还原成可执行代码的算法代码计算EGR流速320。控制方案400包括可执行形式的等式10和11，并且操作以使用进气歧管压力302和排气歧管压力306计算压力比修正项PR324。排气歧管压力306和。
19、排气温度305用来计算项321，其中部件287为增益系数，其用于将排气温度305转换成开氏温标，其由气体常数R倍增。EGR阀位置310和发动机增量压力X2314用来确定EGR阀AEGR323的有效流动面积，优选使用预定有效面积查找表315或另一适当方法来确定与EGR阀位置310和发动机增量压力X2314对应的EGR阀AEGR323的有效流动面积。0025这些项算术地组合来计算EGR流速WEGR325。EGR流速WEGR325使用等式8与进气空气流速309组合并乘以适当的增益系数100来计算进气空气充量的作为再循环废气的比例即EGR320。EGR320和发动机速度316输入给打开EGR阀校准50。
20、0，以确定打开EGR阀容积效率342，其中打开EGR阀校准500以表格形式或作为可执行公式在图5中所示关系的算法实施方式。0026当EGR阀位置310指示发动机目前在EGR阀命令打开操作时，打开EGR阀容积效率342被选作优选的容积效率350，以便例如使用此处所述的等式2计算气缸空气充量。0027控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语指的是，任何适当的一种或多种如下的组合专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理器（优选地微处理器）和相关储存器和存储器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、合适的信号调节和缓。
21、冲电路，以及提供所述功能的其他合适的部件。控制模块具有一组包括控制方案300的控制算法，包括储存在储存器中并执行成提供所述供能的驻存软件程序指令和校准。算法优选地在预设循环周期中执行。算法例如通过中央处理器执行，并且可操作以监测来自感测设备和其他联网控制模块的输入，并执行控制和诊断程序来控制致动器的操作。循环周期在正在进行的发动机和车辆操作中可以规则间隔来执行，如每3125、625、125、25和100微秒。替代地，算法可响应于事件的发生来执行。0028图7图示地表示Y轴上的容积效率700，其为X轴上的时间的函数，并描述了使用图4所述的控制系统在代表性发动机的正在进行的操作期间的所估计容积效率。
22、710和实际说明书CN102787947A6/6页9容积效率720之间的比较。0029本发明描述了特定的优选实施方案和对其的变形。其他变形和改变在阅读和理解说明书后可以发生。因此，本发明目的不是被限制到作为实施本发明而构思的最佳模式所公开的具体实施方案，而是本发明将包括落在随附权利要求范围内的所有实施方案。说明书CN102787947A1/7页10图1说明书附图CN102787947A102/7页11图2说明书附图CN102787947A113/7页12图3说明书附图CN102787947A124/7页13图4说明书附图CN102787947A135/7页14图5说明书附图CN102787947A146/7页15图6说明书附图CN102787947A157/7页16图7说明书附图CN102787947A16。