CN1070579C - 内燃机控制的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

推荐了一种用于内燃机控制的方法和装置，对于这种取决于各工作参数的装置计算了内燃机的转矩，并将预定的额定转矩转换为内燃机的控制参数。此外，在计算发动机实际转矩或将发动机额定转矩转换为内燃机控制参数时，除了发动机转速、发动机负荷和可能情况下的混合气体成分外，还要考虑混合气体的温度和/或排气回流率。

Description

内燃机控制的方法和装置
本发明涉及的是内燃机控制的方法和装置。
在DE 42 39 711 A1中公开道，为了控制驱动单元、特别是内燃机，将驱动单元转矩的额定值转换成点火角的修正值，转换成触发或者说关闭单个汽缸的燃料输入和/或转换成对内燃机的空气输入的影响。另外，从WO-A 95/24550还公开了燃油空气混合比对实现预先给定转矩值的影响。此外，在已经公开的方案中，考虑实际的内燃机调节(关系到进气，燃料计量和点火角)来计算内燃机实际转矩。其中考虑了内燃机转速、内燃机负荷，并且需要时要考虑排气成份。其它可以影响内燃机效率的参数，如点火前输入的空气/燃料混合气的温度和/或回流到燃烧室中的排气量的比率则没有被考虑。由于要考虑计算出的实际转矩来将要求的内燃机转矩转换为点火角调节、燃料作用和空气作用，因此，在调节内燃机转矩时和/或计算出也可供其它控制单元(如传动转差率调节单元或变速箱控制单元)使用的实际转矩方面，已经公开的方法在一些使用情况下可能是很不准确的。
EP 112 494 A1(美国专利4 856 465)公开了控制内燃机汽缸进气门和排气门的重叠时间。在这里，通过取决于内燃机转速和内燃机负载的凸轮轴的调节来调节气门重叠时间。
“博世，汽车行驶技术袖珍手册，第21版，1991,470和471页”中公开了一种排气回流***。在这一***中，通过一附加的管路来控制控制阀，使得预定量的排气顺节流阀回流到内燃机的进气侧。在进、排气门开启时间重叠时，要将这种外部排气回流与前面所述的内部排气回流区分开。同样，在这一过程中，有一定量的排气回流到燃烧室。
本发明的目的在于，提高已知解决方法的精度。
本发明的目的还在于，提高内燃机控制装置的控制精度。
按照本发明，提出了内燃机控制的方法，在该方法中根据工作参数计算内燃机的转矩和/或将给定的额定转矩转换为内燃机的控制参数，在计算内燃机实际转矩或将内燃机额定转矩转换为内燃机控制参数时，除了内燃机转速、内燃机负荷和可能情况下的混合气成分外，还要考虑至少一个影响内燃机效率或者说最优点火角位置的其它参数。
按照本发明，还提出了一种内燃机的控制装置，带有一个控制单元，内燃机的工作参数被输入该控制单元并且该控制单元控制内燃机的控制参数，其中该控制单元根据输入的工作参数计算内燃机转矩和/或将一个输入的额定转矩值转换为内燃机控制参数，该控制单元包含有一些装置，这些装置除了根据内燃机转速、内燃机负荷和可能情况下混合气成分外，还根据至少一个影响内燃机效率或者说影响内燃机最大效率位置的其它参数来修正转矩的计算或者说额定转矩的转换。
通过考虑影响内燃机效率并进而影响产生的转矩的附加参数，如点火前的混合气温度和/或排气回流率(无论是内部的还是外部的)，会提高将内燃机额定转矩转换为内燃机控制参数的精度。
此外，也为其它控制装置提供了更精确的转矩计算法。
更为突出的是，考虑了作为附加参数的点火前混合气温度和/或排气回流率，因为它们对内燃机的效率并进而对内燃机的转矩有显著影响。
优点还在于，将这些附加参数一起引入转矩计算和转矩转换的中心位置，即确定最优点火角时，而在最优点火角内燃机可发挥最大效率。用这一方法可通过修正一个参数来进行优化。
其它的优点从后续实施例描述中得知。
下面借助于附图中的实施例进一步对发明予以说明。
图1显示了内燃机控制***的基本结构，在这一***中，将额定转矩值转换为燃料供给、点火角、空气供给和/或混合气成分的控制参数，并且/或者从工作参数推算出内燃机转矩的实际值，
图2是确定转矩时、或者说转换额定转矩时，考虑混合气温度的第一实施例，
图3描述了通过考虑内部排气回流来补充或替代根据图2的第一
实施例的方案，
图4描述了考虑外部排气回流的情况，
图5描述的是考虑内部排气回流的第二实施例，
图6说明了考虑外部排气回流的第二实施例计算转矩或者说转换额定转矩值。
图1借助于方框简图显示了控制***的基本结构，在这一***中，将额定转矩值转换为内燃机的控制参数，并在内燃机工作参数的基础上确定内燃机的转矩。从简明性角度出发选择了框图描述。在优选的实施例中，控制单元中的组块用程序段或程序单元实现。
从测量内燃机转速Nmot的测量装置12中引出的输入线路14，从测定内燃机负荷(空气量，空气质量，进气管压力)TL的测量装置16中引出的线路18和从测量排气成分λ的测量装置20中引出的输入线路22通向控制单元10。另外，在优选的实施例中，线路26从另一控制单元24中传输额定转矩Msoll给控制单元10。此外，还设有至少一条另外的输入线路28，它从测量内燃机温度Tmot的测量装置30中引出。实施例中存在的、从测量吸入空气温度Tans的测量装置中引出的和从控制内燃机所必需的其它工作参数(汽车速度，凸轮轴位置等)的测量装置中引出的输入线路未加描述。控制单元10通过输出线路32,34和36影响内燃机的控制参数，即需喷射的燃料量Ti，需调整的点火角ZW和/或需调整的空气进气量α。此外，在优选的实施例中，计算出的实际转矩值Mist通过输出线路38传输给其它控制单元。
当然，除了在图中描述的元件外，控制单元10至少还有用于确定需喷射的燃料量，需调整的点火角和/或需调整的空气进气量的机构。同样，根据开头所述技术现状，用于凸轮轴控制和/或排气回流的方法在可能的情况下可以是控制单元10的一部分。
为了将通过线路26传输的额定转矩转换为内燃机的控制参数，使用了现有技术中已知的方法(图例中概括为组块40)。通过输入线路14～28传输所需的工作参数，通过线路42传输计算出的实际转矩Mist。根据现有技术中已知的方法，以传输来的参数为基础将额定转矩值转换为空气进气量α的调节量的修正值，需调整的点火角ZW的修正值，混合气成分λ的修正值和/或转换为预定的汽缸数目X(达到这一数值时中断喷射)。通过控制单元10的输出线路调整计算出的控制参数。
基本上同样按现有技术中已知的方法来确定实际转矩值。在第一特性曲线族44中确定最优燃烧转矩Mopt，而内燃机转速和内燃机负荷通过线路14和18传输给特性曲线族。该最优燃烧转矩是在测出的转速和负荷值的基础上算出的内燃机转矩，它在最优点火角时，即在最大效率时才产生。通过线路46将计算出的转矩值传输给连接点48。相应地，根据内燃机转速和内燃机负荷以及通过线路22传输来的排气成分，在特性曲线族50中确定最优点火角ZWopt，调节到该点火角时，内燃机以最大效率工作。最优点火角通过线路52在连接点54没有其它干预地与点火角ZW相结合。该点火角ZW主要是以通过线路14和18传输的工作参数为基础在特性曲线族56中得出的。这一点火角表示的是实际工作状况中的点火角，没有考虑其它干预，如实现额定转矩所需的修正。最优点火角和这一特性曲线族点火角之间的差异通过线路58传输给效率特性曲线60，它将这一差异转换为修正转矩值MZW。这一转矩值通过线路62传输给连接点48。
此外，还设有特性曲线64，线路22通向该特性曲线64，它将排气成分与化学计算值的偏差转换成转矩修正值Mλ。这一修正值通过线路66传输给连接点48。
在计算组块40中还有关于分选出的汽缸数目X的信息。这一信息通过线路68传输给计算组块70。按照由于分选导致的转矩降低的比例(1-X/Z,X选出的汽缸数，Z总数)，该计算组块根据分选出的汽缸得出转矩修正值MX，这一值通过线路72传输给连接点48。将最优内燃机转矩，点火角修正值，混合气成分修正值和分选修正值相乘得到实际转矩Mist，它通过线路38向外传输，或通过线路42传输给计算组块40。
如果内燃机只由化学计算得出的混合气驱动，那么可以不考虑排气的成分。
总之，根据下述关系式计算实际内燃机转矩：
Mist=Mopt[Nmot,T1]*MZW[zwopt-zw]*Mλ[1/λ]*MX(1-X/Z)(1)
最优燃烧转矩Mopt取决于转速、负荷和混合气成分，而最优点火角不仅取决于这些参数，而且还取决于其它影响点火角移动的参数，如压缩终了时的混合气温度和/或内部和/或外部排气回流率。这一依赖性在图1中示意出来，例如图1中的内燃机温度通过线路28表示出来，并在图2至6中详细介绍。
可以看出混合气温度是汽缸入口吸入空气温度和燃烧室壁温度的函数。后者可用内燃机温度来近似代替。在汽缸入口的吸入空气温度还取决于节流阀处的吸入空气温度和内燃机温度，即可以用内燃机温度和吸入空气温度来描述混合气温度。因此，根据本发明，相应地通过最优点火角的修正，考虑内燃机温度和吸入空气温度来提高确定转矩或者说转换额定转矩的精度。
根据下述关系式得到取决于混合气温度的最优点火角：
ZWopt=ZWopt(N,TL)+dzWλ(1/λ)+dZWTGM(Tmot,Tans)(2)
(dZWλ：混合气成分与化学计算值的偏差的修正值；dZWTGM：估算的混合气温度的修正值)。
根据关系式(2)计算最优点火角在图2中介绍。在第一特性曲线族100中，根据内燃机转速和内燃机负荷确定取决于这些参数的最优点火角。在特性曲线族102中，确定取决于排气成分倒数的修正值dZWλ，以考虑由于与化学计算的混合气的偏差引起的效率变化。此外，通过线路28传输内燃机温度的量值，通过线路104传输吸入空气温度Tans的量值。这些值在特性曲线族106中被转换为修正值dZWTGM，修正值考虑了由于混合气温度造成的效率变化。算出的参数通过线路108,112和114传输给连接点110，在这一点，将三个值相加得到最优点火角ZWopt，然后通过线路116给出。
在优选的实施例中，除了最优点火角对混合气温度依赖性之外，还考虑了内部和/或外部排气回流的作用。出于这一目的，线路116通向连接点118，在这一点，将另一修正值ΔZWopt加入到最优点火角值中。其它的点火角修正值的形成在图3或图4中详细阐述。连接点118的输出线路是线路52，通过它将最优点火角ZWopt传输给其它计算组块。
最优点火角对混合气温度的依赖性也可只通过内燃机温度极近似地描述，这样，在有利的实施例中，混合气温度修正值dZWTGM也可从取决于内燃机温度的特性曲线中获得。
在图3中首先描述了取决于内部排气回流的最优点火角的修正值。从现有技术中已知，这样控制凸轮轴，使其调节出预定的重叠角。这一凸轮轴控制信号存在于控制单元10中。调定的重叠角wnwue通过线路200传输给特性曲线族202，此外，内燃机转速也通过线路14传输给202。在这一根据实验得出的特性曲线族中，根据传输来的两个参数算出排气质量dtlrgz(0)，在气门重叠时，这样量的排气在一定的环境压力即大气压和一定的内燃机温度下，从排气侧出来流回到汽缸中。这一排气质量通过线路204传输给修正点206，在这一点，根据大气压力patm和内燃机转速Nmot得出排气量的修正值，大气压力和内燃机转速从相应的传感器通过线路28及208传输过来。修正后的排气量dtlrgz通过线路210传输给计算组块212以算出排气回流率frg。此外，还将内燃机负荷T1传输给212。将传输来的排气量dtlrgz除以内燃机负荷信号T1和排气量dtlrgz之和得到排气回流率frg，算出的排气回流率frg通过线路214传输给连接点216。在216点减去基本值frg0，这一基本值是通过线路218从特性曲线族220传输而来的，而传输给特性曲线族220的是内燃机负荷和内燃机转速。基本回流率frgo是在一个特定的凸轮轴位置wnwue0(不加控制时)根据内燃机转速和内燃机负荷给出的。算出的回流率和基本回流率之间的差值dfrg通过线路220传输给特性曲线222，该曲线将排气回流率中的变化转换为最优点火角ΔZWopt的变化。在连接点118将这一修正值加到最优点火角中。
由下述关系式得到取决于内部排气回流率的最优点火角的修正值：
ΔZWopt=f(dfrg)，而dfrg=frg-frg0(Nmot,T1)(3)
对于外部排气回流，通过预定参数的控制信号控制控制阀，该控制阀产生一个预定的排气回流率。控制信号tvagr的参数，优选工作比，供控制装置使用。因此，为修正转矩计算，特别是修正最优点火角，从控制信号参数出发并根据内燃机负荷和内燃机转速确定排气率frg。出于这一目的，在图4中将控制信号参数tvagr和内燃机转速传输给第一特性曲线族300。此外，还设有另一特性曲线族302，它包含了控制参数为0时从特性曲线族300得到的关系。在第三特性曲线族304中，由于调定了气门重叠时间，根据内燃机转速和内燃机负荷，求出无外部排气回流的情况下的排气回流率的数值。特性曲线族302和304的输出参数通过线路306或308传输给连接点310，在连接点310这两个参数相乘得到没有外部排气回流分量条件下的排气回流率frg0。这一基本排气回流率frg0从连接点310经线路312传输给连接点314，在点314将排气回流率的基本值frg0从含外部排气回流分量的排气回流率frg中减去得到差值dfrg。在连接点316处，将通过线路318传输的、由特性曲线族300中得出的值和通过线路320传输的、由特性曲线族304中得出的值相乘，得到带有外部排气回流的排气回流率frg。然后，将差值dfrg通过特性曲线322转换成最优点火角的修正值ΔZWopt，在连接点118将这一修正值加到最优点火角值中。
因此，对外部排气回流的点火角修正值ΔZWopt用下述公式计算：
ΔZWopt=f(dfrg)    (4)
其中，
dfrg=frg-frg0=[f1(Nmot,tvagr)-f1(Nmot,0)]*f2(Nmot,T1)
在图5中描述了用于修正取决于内部排气回流的最优点火角的第二实施例。当回流率只取决于内燃机转速、内燃机负荷和内燃机温度时，优先使用该图所描述的方法。而且，可以替换图3中的方法，在两种不同的内燃机温度Tmot0和Tmot1时，通过两个点火角特性曲线族计算点火角，点火角通过取决于内燃机温度的特性曲线FZWOPM(Tmot)而加权。
最优点火角Zwopt由下式得到：
ZWopt=dZWλ(1/λ)+FZWOPM(Tmot)*f3(Nmot,T1,Tmot0)
+[1-FZWOPM(Tmot)]*f3(Nmot,T1,Tmot1)(5)
当Tmot＜Tmot0时，FZWOPM(Tmot)=1；当Tmot＞Tmot0时，FZWOPM(Tmot)=0。
相应地，在图5中将内燃机转速和内燃机负荷传输给第一特性曲线族400。这一特性曲线族f3(Nmot,T1,Tmot0)适用于内燃机温度Tmot0。此外，将内燃机转速和内燃机负荷传输给第二特性曲线族402,它(f3(Nmot,T1,Tmot1))适用于内燃机温度Tmot1。将内燃机温度本身传输给特性曲线404(FZWOPM)，其输出信号在内燃机温度Tmot1=0之上，并且在Tmot0=1之下。在此值之间特性曲线主要表现为线性关系。其中，内燃机温度Tmot1大于内燃机温度Tmot0。从特性曲线族400中读出的参数通过线路406传输给修正点408，在该修正点将这一值利用通过线路410传输的、取决于内燃机实际温度的特性曲线值进行修正。这一修正根据上述公式通过相乘进行。相应地，从特性曲线402中读出的参数通过线路412传输给连接点414。另一参数通过线路416传输给连接点414，这一参数相应于线路410上的、在减法点418被从数字1中减出的特性曲线值。在这里，根据上述公式通过相乘进行修正。连接点408和414的输出信号通过线路420及422传输给连接点424，在此点将两个值相加。二者之和通过线路426传输给加法点428，在这一点，可能需要将其与取决于混合气成分、通过线路430传输的修正值相加。其结果便是最优点火角ZWopt,ZWopt通过线路52传输给其它计算组块。
图6显示了用于确定外部排气回流条件下最优点火角的第二实施例。对于有效排气回流，排气回流率主要取决于内燃机转速和内燃机负荷。在图6实施例中的有效排气回流情况下，最优点火角特性曲线族由另一特性曲线族代替。出于这一目的，在图6中设有第一特性曲线族f1 500和第二特性曲线族f2 502。将内燃机转速和内燃机负荷传输给两个特性曲线族。其中，用特性曲线族f1来求出无效排气回流时的最优点火角，用特性曲线族求出有效排气回流时的最优点火角。相应地，特性曲线族500和502的输出线路504和506通过开关元件508导通。在无效排气回流时，开关元件508连通线路504与线路510，而当有效排气回流时，开关元件508连通线路506并从而连通特性曲线族502与线路510。线路510通向连接点512，在这一点，可能需要将取决于混合气成分的修正值分量和/或取决于混合气温度的修正值分量加上。由此得到的最优点火角ZWopt通过线路52传输给其它计算组块。
因此，在无效排气回时由特性曲线族500来确定最优点火角，在有效排气回流时由特性曲线族502来确定最优点火角。在两个曲线族中分别考虑了排气回流的有效性对点火角的影响。
不必要同时考虑最优点火角以及计算出的内燃机转矩对混合气成分、内燃机温度、吸入空气温度和排气回流的依赖性，可以根据内燃机及实际需要放弃对一个或多个的依赖因素的考虑。
除了最优点火角的修正值外，在另一实施例中，还根据至少一个在前述方法中得出的修正参数修正了实际转矩值。该过程这样实现，将修正后的最优点火角和实际点火角之间的差值通过特性曲线直接转换为转矩修正值(点火角效率)，该特性曲线描述了取决于最优点火角和实际点火角之间差值的内燃机效率的变化过程。

Claims (12)

1．内燃机控制的方法，在该方法中根据工作参数计算内燃机的转矩和/或将给定的额定转矩转换为内燃机的控制参数，其特征是，在计算内燃机实际转矩或将内燃机额定转矩转换为内燃机控制参数时，除了内燃机转速、内燃机负荷和可能情况下的混合气成分外，还要考虑至少一个影响内燃机效率或者说最优点火角位置的其它参数。
2．根据权利要求1的方法，其特征是，这一参数是排气回流率。
3．根据权利要求1的方法，其特征是，这一参数是内燃机的温度。
4．根据权利要求1的方法，其特征是，这一参数是吸入空气的温度。
5．根据前述权利要求之一的方法，其特征是，所述考虑至少一个参数是通过对作为转矩计算之基础的最优点火角的修正来实现的。
6．根据权利要求1-4之一的方法，其特征是，在内部排气回流时，对计算转矩的修正或者说额定转矩的转换根据气门重叠角度进行。
7．根据权利要求1-4之一的方法，其特征是，在内部排气回流时，根据内燃机转速、内燃机负荷和内燃机温度确定回流率，并根据这样确定的回流率修正在给定点火角的基础上的转矩计算或者说额定转矩向点火角的转换。
8．根据权利要求1-4之一的方法，其特征是，在外部排气回流时，设置两个用于最优点火角的特性曲线族，它们在排气回流有效或无效时换接。
9．根据权利要求1-4之一的方法，其特征是，在外部排气回流时，对转矩的修正或者说额定转矩的转换根据排气回流阀控制信号的控制参数进行。
10．根据权利要求1的方法，其特征是，所述最优点火角是内燃机表现出最高效率时的点火角。
11、根据权利要求8的方法，其特征是，所述最优点火角是内燃机表现出最高效率时的点火角。
12、内燃机的控制装置，带有一个控制单元，内燃机的工作参数被输入该控制单元并且该控制单元控制内燃机的控制参数，其中该控制单元根据输入的工作参数计算内燃机转矩和/或将一个输入的额定转矩值转换为内燃机控制参数，其特征是，该控制单元包含有一些装置，这些装置除了根据内燃机转速、内燃机负荷和可能情况下混合气成分外，还根据至少一个影响内燃机效率或者说影响内燃机最大效率位置的其它参数来修正转矩的计算或者说额定转矩的转换。
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