CN107795389B - 用于控制内燃机操作的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种内燃机。控制内燃机包括在稳定状态发动机操作期间收集发动机操作数据，包括在处于PVO状态下的发动机的稳定状态操作期间收集与汽缸空气填充相关联的第一数据集及在处于NVO状态下的发动机的稳定状态操作期间收集与汽缸空气填充相关联的第二数据集。执行一种优化例行程序以基于第二数据集，确定与汽缸空气填充模型的第一关系相关联的参数的第一子集。还执行优化例行程序以基于第一数据集，确定与汽缸空气填充模型的第二关系相关联的参数的第二子集。在发动机操作期间基于汽缸空气填充模型及参数的第一和第二子集实时确定汽缸空气填充。

Description

用于控制内燃机操作的方法及装置
技术领域
本公开涉及内燃机的操作，包括确定汽缸空气填充。
背景技术
已知火花点火(SI)发动机将空气燃料混合物引入每个汽缸，经压缩冲程压缩，且由火花塞点火。已知压缩点火(CI)发动机将加压燃料喷射至在喷射时点火的压缩冲程的上死点(TDC)附近的燃烧汽缸中。SI发动机及CI发动机的燃烧涉及由流体力学控制的预混合或扩散火焰。
SI发动机可以以不同的燃烧模式操作，包括均匀SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可以配置为在预定速度/预定负载操作条件下，以均匀充气压缩点火(HCCI)燃烧模式操作，HCCI燃烧也被称为受控自动点火燃烧。HCCI燃烧是分布式、无火焰、动力学控制的自动点火燃烧程序，其中发动机以稀释的空气-燃料混合物操作，即化学计量稀疏的空气/燃料点，具有相对较低的峰值燃烧温度，产生低氮氧化物排放。以HCCI燃烧模式操作的发动机在进气阀关闭时具有成分、温度、残留排气优选为均匀的汽缸填充。均匀的空气-燃料混合物使得浓汽缸内燃烧区域形成微粒物质的发生情况减至最少。
发动机的气流可以由选择性调节节流阀的位置、进气阀和排气阀的打开和关闭进行控制。如此装备的发动机***，其进气阀的打开和关闭及排气阀可以使用可变阀制动***调节，该可变阀制动***包括可变凸轮相位及可选多级阀升程，例如，多级凸轮凸部提供两个或两个以上阀升程位置。与节流阀的位置变化相比，多级阀升程机构的阀位置的变化可以是离散的梯级变化。
当发动机以HCCI燃烧模式操作时，发动机优选地以稀薄或化学计量的空气/燃料比操作，其中节流阀大开以使发动机泵送损失最小。当发动机以SI燃烧模式操作时，发动机优选地以化学计量的空气/燃料比或接近化学计量的空气/燃料比操作，其中节流阀控制在大开位置的0％至100％位置范围，从而控制进气气流以达到化学计量的空气/燃料比。
发动机处于HCCI燃烧模式的操作期间的燃烧受到点火前在压缩之前或期间的汽缸填充气体温度及汽缸填充混合物的成分的影响。以自动点火燃烧模式操作的已知发动机使用校准表作为整体发动机控制方案的一部分说明周围环境及发动机操作条件的变化。已知HCCI发动机控制方案包括通过使用包括诸如发动机负荷、发动机转速和发动机冷却剂温度的输入参数来控制发动机参数的校准。汽缸填充气体温度可以经发动机阀重叠受控制热气体残留的影响，经废气再循环受控制冷气体残留的影响。汽缸填充气体温度、压力、成分可以受到包括诸如空气温度、湿度、高度及例如RVP、能量含量和质量的燃料参数的发动机环境因素的影响。汽缸空气填充受汽缸填充气体温度及其他因素的影响。
发明内容
本发明描述了直喷多汽缸内燃机，其包括布置成控制进入汽缸的进气气流和流出汽缸的排气的多个进气阀和排气阀。布置第一装置以控制多个进气阀的打开和关闭，布置第二装置以控制多个排气阀的打开和关闭。布置第一及第二装置以控制进气阀及排气阀处于正压阀重叠(PVO)状态和负压阀重叠(NVO)状态之一的状态。
控制内燃机包括在稳定状态发动机操作期间收集发动机的操作数据，其包括在处于PVO状态下的发动机的稳定状态操作期间收集与汽缸空气填充相关联的第一数据集以及在处于NVO状态下的发动机的稳定状态操作期间收集与汽缸空气填充相关联的第二数据集。执行一种优化例行程序以基于与处于NVO状态下的发动机的稳定状态操作相关联的第二数据集，来确定与汽缸空气填充模型的第一关系相关联的参数的第一子集。该优化例行程序的执行还基于与处于PVO状态下的发动机的稳定状态操作相关联的第一数据集，来确定与汽缸空气填充模型的第二关系相关联的参数的第二子集。在发动机操作期间基于汽缸空气填充模型及参数的第一及第二子集实时确定汽缸空气填充。
结合附图，如所附权利要求书限定，以上本教导的特征及优势及其他特征及优势很容易从以下用于实施本教导的最佳模式及其他实施例的详细描述中得出。
附图说明
现在将参考附图，通过举例描述一个或多个实施例，其中：
图1示意性地示出根据本公开的火花点火内燃机及附带控制器的横截面视图；
图2示意性地示出根据本公开的提供空气填充模型的实时调整的控制例行程序；
图3图示地示出根据本公开的与优化流程相关联的参数，包括横轴上示出的第一参数及纵轴上示出的第二参数。
具体实施方式
如本发明所描述和说明，公开的实施例的组件可以布置和设计成各种不同的配置。因此以下的详细说明并非如所要求保护的那样旨在限制本公开的范围，而仅是代表本公开可能的实施例。此外，尽管以下说明中列出许多详细的细节以便能更完整的理解本公开的实施例，一些实施例可以在这些细节一部分缺失或完全缺失的情况下实施。此外，为了清楚起见，一些相关领域已知的技术材料并未详述，以避免本公开不必要的语意不清。另外，附图是简化形式且并非精确比例。仅为了方便及清楚起见，方向术语如顶部、底部、左、右、上、在……之上、在……上方、下、在……之下、在……下方、后面、前面可以用于附图。这些及类似方向术语不能以任何方式理解为限制本发明的范围。
现在参照附图，其中，图示仅用于描述而非限制某些示例性实施例。图1示意性地示出内燃机10的横截面视图及根据本发明的实施例构造的附带控制器5。发动机10以多个可选燃烧模式中的一种模式操作，包括均匀充气压缩点火(HCCI)燃烧模式及火花点火(SI)燃烧模式。发动机10配置为以化学计量的空气/燃料比和主要是化学计量稀疏的空气/燃料比操作。本公开可以用于多种内燃机***和汽缸事件。
示例性发动机10包括多汽缸直喷射四冲程内燃机，其具有可在汽缸15中滑动的往复活塞14，其限定可变体积燃烧室16。每个活塞14与旋转曲轴12相联接，通过该旋转曲轴12将直线往复运动转换为旋转运动。进气***为进气歧管29提供进气，进气歧管29将空气引导并分配进燃烧室16的进气流道。进气***具有气流管道***及装置以监测及控制气流。进气装置优选地包括监测空气质量流量(MAF)33及进气温度(IAT)35的空气质量流量传感器32。节流阀34优选地包括电子控制装置，其用于响应来自控制器5的控制信号(ETC)120，而控制进入发动机10的气流。进气歧管29内的压力传感器36配置为监测歧管绝对压力(MAP)37及气压。外部流动通道具有流动控制阀，称为排气再循环(EGR)阀38，将来自发动机排气的废气再循环至进气歧管29。控制器5通过经EGR命令(EGR)139控制EGR阀38的打开来控制进入进气歧管29的排气质量流量。
从进气歧管29至燃烧室16的气流由一个或多个进气阀20与旋转地联接至曲轴12的进气凸轮轴21相互作用进行控制。从燃烧室16流出至排气歧管39的排气由一个或多个排气阀18与旋转地联接至曲轴12的排气凸轮轴23相互作用进行控制。发动机10装备有控制和调节进气、排气阀20、18的打开和关闭的***。在一个实施例中，可以通过分别控制进气和排气可变凸轮相位/可变升程控制(VCP/VLC)装置22、24来控制和调节进气、排气阀20、18的打开和关闭。进气和排气VCP/VLC装置22和24配置成分别控制和操作进气凸轮轴21及排气凸轮轴23。进气及排气凸轮轴21和23的旋转链接并致使曲轴12的旋转，因此将进气阀20和排气阀18的打开和关闭连接至曲轴12和活塞14的位置。
进气VCP/VLC装置22优选地包括一种机构，其响应于控制信号(iVLC)125而可操作地切换和控制进气阀20的阀升程并且响应于控制信号(iVCP)126而可变地调节和控制每个汽缸15的进气凸轮轴21的相位。排气VCP/VLC装置24优选地包括可控制机构，其响应于控制信号(eVLC)123而可操作地可变切换和控制排气阀18的阀升程，并且响应于控制信号(eVCP)124而可变地调节和控制每个汽缸15的排气凸轮轴23的相位。
进气和排气VCP/VLC装置22和24各自优选地包括可控两级VLC机构，其可操作以分别将进气阀和排气阀20和18的气阀升程或开度控制至两个离散梯级之一。两个离散梯级优选地包括低升程阀打开位置(在一个实施例中为约4-6mm)，其优选地用于低速、低负载操作，以及高升程阀打开位置(在一个实施例中为约8-13mm)，其优选用于高速和高负载操作。进气和排气VCP/VLC装置22和24各自优选地包括可变凸轮相位机构，以分别控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的相位(即相对正时)。调节相位是指相对于相应汽缸15中的曲轴12和活塞14的位置改变进气和排气阀20和18的打开时间。进气和排气VCP/VLC装置22和24的VCP机构各自优选地具有大约60°-90°的曲柄旋转的定相权限范围，从而允许控制器5相对于每个汽缸15的活塞14的位置推进或延迟进气或排气阀20和18其中之一的打开或关闭。定相权限范围由进气和排气VCP/VLC装置22和24限定和限制。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括凸轮轴位置传感器，其用于确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。VCP/VLC装置22和24响应于相应的控制信号VLC123、eVCP124、iVLC125和iVCP126，而由电液压、液压和电控制力其中之一致动。在本公开中，术语“正压阀重叠”或PVO是指在汽缸事件期间进气阀20在排气阀18关闭之前开始打开的发动机操作。在本公开中，术语“负压阀重叠”或NVO是指在汽缸事件期间仅在排气阀18关闭之后进气阀20开始打开的发动机操作。
发动机10采用直喷式燃料喷射***，其包括多个高压燃料喷射器28，该高压燃料喷射器配置为直接将大量燃料喷射到多个燃烧室16其中之一以响应来自控制器5的喷射器脉冲宽度命令(INJ_PW)112。燃料喷射器28由燃料分配***供应加压燃料。发动机10采用火花点火***，通过该火花点火***可以向火花塞26提供火花能，用于点燃或辅助点燃每个燃烧室16中的汽缸填充，以响应来自控制器5的火花指令(IGN)118。
发动机10装配有用于监测发动机操作的各种感测装置，包括曲柄传感器42，其具有指示曲柄旋转位置的输出，即曲柄转角和转速(RPM)43。温度传感器44配置成监测冷却剂温度45。汽缸内燃烧传感器30配置成监测燃烧，且在一个实施例中是汽缸压力传感器，其可操作地监测汽缸内燃烧压力31。排气传感器40配置成监测排气参数41，如空燃比(AFR)。燃烧压力31及RPM 43由控制器5监测以确定燃烧时间，即与每个汽缸事件中每个汽缸15的曲轴12的曲轴转角相关联的燃烧压力的时间。应该理解的是燃烧时间可以由其他方法确定。
燃烧压力31可以由控制器5监测以确定每个汽缸事件中每个汽缸15的指示平均有效压力(IMEP)。优选地，发动机10及控制器5配置成在每个汽缸点火事件期间监测及确定每个发动机汽缸15的IMEP状态。可以可选地使用其他感测***监测其他本公开范围内的燃烧参数的状态，比如离子感测点火***，EGR分数和非侵入式汽缸压力传感器。
术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元的任何一种或多种组合，例如微处理器、非暂时存储器组件57以及分别为第一和第二数据缓冲器58、59的暂时存储器组件。非暂时存储器组件57可以是存储器和存储设备(只读、可编程只读、随机访问、硬盘驱动等)的形式，且能够存储机器可读指令，机器可读指令的形式为一个或多个软件或固定程序或例行程序、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备，以及可被一个或多个处理器访问以提供描述的功能的其他组件。第一和第二数据缓冲器58、59可以包括可被一个或多个处理器访问以提供描述的功能的信号调节、缓冲器电路和其它组件。输入/输出电路及设备包括监测来自传感器的输入的模拟/数字转换器及相关联设备，其中输入以预设采样频率受检测或对触发事件响应。软件、固件、程序、指令、控制例行程序、代码、算法和类似术语是指包括校准和查找表在内的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例行程序以提供期望的功能，包括监测来自感测装置和其他联网控制器的输入，及执行控制和诊断指令以控制致动器的操作。例行程序可以每隔一段时间执行，如在操作进行期间每隔100微秒。或者，可以响应于触发事件的发生而执行例行程序。控制器之间的通信以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以通过使用直接有线点对点链路、网络通信总线链路、无线链路或其它任何合适的通信链路来实现。通信包括以任何适当形式交换数据信号，包括例如经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。数据信号可以包括离散的、模拟的或数字化的模拟信号，该信号表示来自传感器、致动器命令和控制器之间的通信的输入。术语“信号”是指传递信息的任何物理上可辨别的指示符，并且可以是任何例如DC、AC、正弦波、三角波、正方形波、振动等能够通过介质传播的合适的波形(例如电、光、磁、机械或电磁)。术语“模型”是指基于处理器或处理器可执行的代码以及与之相关联的校准，模拟装置或物理过程的物理存在。如本文所使用的，术语“动态”和“动态地”描述了实时执行的步骤或过程，且其特征在于监测或以其他方式确定参数的状态且在执行例行程序期间或在执行例行程序的迭代之间有规律地或周期性地更新参数的状态。如本文所使用的，术语“实时”用于指代预期在事件之后的预设响应时间内发生的响应，其中所述预设响应时间允许所述事件影响所述响应。通过非限定性示例，当控制器采用估计汽缸空气填充事件从而控制响应，且该相应以确定汽缸事件的燃料的量值为形式时，汽缸空气填充的估计可以称为“实时”。
控制器5将发动机操作转变为与以HCCI燃烧模式或SI燃烧模式操作发动机10相关联的优选燃烧模式，从而提高燃料效率和发动机的稳定性，和/或响应于操作员扭矩请求而减少排放。发动机参数之一的变化，如速度或负载，可能会引起优选燃烧模式的变化。
在处于火花点火燃烧(SI)模式的发动机的操作期间，可以控制节流阀34以调节气流。进气及排气阀20和18处于高升程阀打开位置，且进气和排气升程时间以PVO操作，则可以控制发动机10至理论空燃比。优选地，燃料喷射事件于发动机循环的进气或压缩相位期间执行，优选地基本上在TDC之前。火花点火优选地于燃料喷射之后的预正时间排出，即当汽缸空气填充基本上均匀时。当发动机10的操作处于SI燃烧模式时，进气回流不仅包括空气，还包括来自先前发动机循环的剩余排气质量的一部分和喷射在汽缸15中的燃料质量的一部分。由活塞14推入进气口的质量于下一个发动机进气循环期间被再次引入，因此汽缸气体体积的一部分一直由再次被引入的质量占据，其中不包括转换至SI模式后的第一次循环。
当发动机10在NVO状态下以HCCI燃烧模式操作时，燃烧及燃烧时间可以在汽缸事件期间在燃烧热释放的情况下描述，例如，在每个汽缸事件期间燃烧热释放的量值和定时。燃烧热释放的量值和定时可以由汽缸压力、质量燃烧分数或其他参数来表示。
在发动机10操作期间，控制器5执行指令集以确定每个汽缸事件的汽缸空气填充，考虑到可能与燃料经济、燃料排放有关的其他因素，采用此可以有利地响应于操作员的输出功率请求来控制发动机加燃料。每个汽缸事件的汽缸空气填充的确定基于下死点(或当进气阀关闭时)的汽缸体积与残留气体体积之间的差值。残留气体的体积可以通过采用如方程1和2描述的直接测量方法和/或估计方法来确定。每个汽缸事件的汽缸空气填充可以通过采用直接测量方法和/或估计方法来确定。一种估计方法包括基于物理的空气填充模型，其中与基于物理的空气填充模型相关联的参数可以以方程1和2阐述的以下关系表示，并可以减少至可执行代码。
进气口残留气体体积
Figure BDA0001385557030000101
代表推入进气口并于下一循环中被再次引入的残留气体体积，其可以根据以下关系确定：
Figure BDA0001385557030000102
其中，
Figure BDA0001385557030000103
是当活塞14位于当前发动机循环n的下死点位置时残留气体的总体积；
VIVC(n)是当进气阀20在当前发动机循环n中关闭时的汽缸体积；
VBDC(n)是当活塞14在当前发动机循环n中处于下死点位置时的汽缸体积；以及
Figure BDA0001385557030000104
是捕获在进气口25并将在下一发动机循环n+1中被再次引入汽缸15的残留气体的体积。
因此，如果在曲柄角度等于或小于180度之前进气口25关闭，则来自先前发动机循环的进气口中的残留气体的体积
Figure BDA0001385557030000105
为零。此外，如果进气口25在曲柄角度大于180度之后关闭，来自先前的发动机循环的进气口25中的残留气体的体积
Figure BDA0001385557030000106
基于，至少部分基于排气歧管压力和进气歧管压力。
当活塞14处于下死点位置时，可以估计每个发动机循环的残留气体的总体积
Figure BDA0001385557030000111
当活塞14处于下死点位置时，残留气体的总体积
Figure BDA0001385557030000112
基于，至少部分基于汽缸残留气体的体积Vres及进气口残留气体的体积
Figure BDA0001385557030000113
控制器5经特定编程以基于，至少部分基于汽缸残留气体的体积Vres及进气口残留气体的体积
Figure BDA0001385557030000114
确定残留气体总体积
Figure BDA0001385557030000115
具体而言，处于下死点的残留气体的总体积
Figure BDA0001385557030000116
可以根据以下等式确定：
Figure BDA0001385557030000117
其中：
n表示发动机循环(即当前发动机循环)，
Figure BDA00013855570300001110
是在先前发动机循环中被迫进入进气口25并在当前循环中被再次引入汽缸15的残留气体的体积，其可以通过使用方程1的关系得以确定，
PIM指进气歧管压力，
PEM指排气歧管压力，
γ是理想气体的比热率，
Vres(n)是来自当前发动机循环的汽缸15内的残留气体的体积，及
Figure BDA00013855570300001111
是当前发动机循环中当活塞14处于下死点位置时残留气体的总体积。
k1是标量，以解释由进气口25处的热传递导致并持续直到残留气体在下一循环(0<k1<1)中被再次引入汽缸15的残留气体的体积减少。
k2是标量，以解释由于汽缸壁热量损失造成的残留气体的体积减少。
k3是标量，其与质量与体积因子比相关联，
k4是标量，其与曲柄角度相关联，在PVO期间进气的流动于曲柄角度停止，及
k5、k6和k7是标量，其与阀正时偏置相关联。
控制器5可以基于从第一压力传感器36接收的输入信号来确定进气歧管压力PIM。同样地，控制器5可以接收来自第二压力传感器62的输入信号，并且基于从第二压力传感器62接收到的输入信号来确定排气歧管压力PEM。单原子气体的比热率γ约为1.67，双原子气体的比热率γ为1.4。控制器5可以在非暂时存储器组件57中储存比热率γ。因此当活塞14处于下死点位置时，基于，至少部分基于来自当前发动机循环的汽缸中的残留气体体积和来自先前发动机循环的汽缸中的残留气体体积，可以确定残留气体总体积。
当活塞14处于下死点位置VBDC时，汽缸空气填充可以通过计算当活塞14处于下死点位置时汽缸15中的汽缸体积与残留气体总体积
Figure BDA0001385557030000121
的差值确定，残留气体总体积
Figure BDA0001385557030000122
包括汽缸残留气体体积Vres及进气口残留气体体积
Figure BDA0001385557030000123
由使用方程2确定。
为了分解复杂的非线性多变量优化问题，对参数进行了分类。标量k1、k2、k5及k7表示与包括NVO的发动机操作相关联的参数第一子集，标量k3、k4及k6表示与包括PVO的发动机操作相关联的参数第二子集。可以在动力***的开发期间确定标量k1-k7的初始值。
可以有利地施用模型，使用方程1和2以及标量k1-k7，提供汽缸空气填充的实时估计。空气填充模型的标量k1-k7影响空气填充估计，尤其在从空气质量流量传感器32输出的信号可能无法准确地表示实际进气流的暂时发动机循环期间。汽缸空气填充模型是非线性的，并且具有多个变量，因此导致局部最小值和/或局部最大值。
图2示意性地示出已知实时优化例行程序200，其可以有利地用于确定和更新诸如包括方程1和2的汽缸空气填充模型的标量k1-k7参数集的可校准参数，其中，汽缸空气填充模型用于控制参照图1描述的直喷式多汽缸内燃机10的实施例，其中进气阀20及排气阀18在PVO状态和NVO状态之一的状态中是可控的。
总体而言，控制器5包括第一指令集，其可执行以在PVO状态的操作期间确定汽缸空气填充；以及第二指令集，其可执行以在NVO状态的操作期间确定汽缸空气填充。第一指令集包括第一关系，如以上的方程1，其包括第一组可校准参数，即包括标量k1、k2、k5及k7的参数的第一子集。第二指令集包括第二关系，如以上的方程2，其包括第二组可校准参数，即包括标量k3、k4及k6的参数的第二子集。实时优化例行程序200的形式是第三指令集，其可执行以确定第一组和第二组可校准参数，即标量k1-k7的优选状态。提供表1作为说明，其中对应于实时优化例行程序200的数字标记的块及相应的功能如下所述列出。本领域普通技术人员将认识到，可以用功能和/或逻辑框组件和/或各种处理步骤描述本发明的教导。该框组件可以包括任何数量的硬件、软件和/或固件组件并配置为执行指定功能。
表1
Figure BDA0001385557030000131
Figure BDA0001385557030000141
分类优化结构可以产生稳固的解决方案，同时减少计算负担。参数可以根据操作条件分类，其中一些参数仅与特定操作条件相关联。
实时优化例行程序200的执行可以以如下方式进行。实时优化例行程序200的步骤可以以任何适当的顺序执行，并且可以不受参考图2描述的顺序的限制。执行实时优化例行程序200以只更新及学习第一组及第二组可校准参数，即与发动机10的当前操作条件相关联的标量k1-k7的第一和第二子集，而不是同时一起学习所有的参数。
实时优化例行程序200是可执行的，以在内燃机10(202)的稳态状态操作期间收集发动机的操作数据。收集的发动机的操作数据用于在稳定状态操作期间填充第一和第二数据缓冲器58、59。第一数据缓冲器58可以包括与处于PVO状态下的发动机操作相关联的稳定状态发动机操作的数据，并且第二数据缓冲器59可以包括与处于NVO状态下的发动机操作相关联的稳定状态发动机操作的数据。这包括填充，即通过步骤204(0)、210(1)、210(0)、212、214(0)、214(1)和234(1)以及234(0)，将相关联的发动机操作数据存储在与PVO操作相关联的第一数据缓冲器58中，及通过步骤204(0)、220(0)和222将相关联的发动机操作数据存储在与NVO操作相关联的第二数据缓冲器59中。
评估NVO参数以确定其是否收敛(230)。当NVO参数没有收敛(230)(0)时，即执行NVO优化例行程序(232)。优化例行程序的实施例包括将参数分类为至少两个可以以层次结构显示的不同组，例如第一组，其包括与包括NVO的发动机操作相关联的标量k1、k2、k5和k7的第一子集，以及第二组，其包括与包括PVO的发动机操作相关联的标量k3、k4、和k6的第二子集。在此条件下，优化例行程序假设标量k3、k4和k6的第一子集是已知的，且可执行以寻找只涉及另一个子模型的其他参数。从具有最佳收敛机会的坐标方向中选择搜索方向，并且多变量成本函数沿坐标的一个方向最小化一次。参考图3对此详细描述。
当NVO参数收敛(230)(1)，且第一个数据缓冲器58被填充(234)(1)时，评估PVO参数以确定它们是否收敛(236)。当PVO参数未收敛(236)(0)时，执行PVO优化例行程序(238)。当PVO参数收敛(236)(1)时，该迭代结束(240)。更新的NVO参数和PVO参数可以用于包括方程1及2的可执行形式的指令集，以在每个汽缸事件期间估计汽缸空气填充。
在一个实施例中，参数包括第一组可校准参数，即与包括NVO的发动机操作相关联的标量k1、k2、k5和k7的第一子集，以及第二组可校准参数，即与包括PVO的发动机操作相关联的标量k3、k4和k6的第二子集。
将参数分类为可以以层次结构显示的不同组，例如第一组，其包括标量k1、k2、k5和k7的第一子集，以及第二组，其包括标量k3、k4、和k6的第二子集。例如，标量k3、k4和k6是仅涉及一个子模型的未知参数。优化例行程序可以假设标量k3、k4和k6是已知的，并且可以执行以确定仅涉及另一个子模型的其他参数。这些参数属于第二组，等。此处，每组是一个坐标方向。可以将实时数据分成对应于有序参数组的不同组，使得每组数据可以用于标识一组参数，其中数据存储在多个数据缓冲器之一中。一旦有足够的数据可用，相应的参数可以按照最佳机会顺序的顺序进行优化。从具有最佳收敛机会的坐标方向中选择搜索方向，并且多变量成本函数沿坐标的一个方向最小化一次。
该优化例行程序的一个实施例在参照图3图解示出，其包括第一参数302和第二参数304。第一及第二参数302、304可以从参数的第一子集中选择，第一参数302在水平轴上示出，第二参数304在垂直轴上示出。假定参数的第二个子集具有恒定值。指示初始状态301。可以对第一参数302执行第一搜索，其中第二参数304保持不变并采用多变量成本函数和单纯形搜索算法。单纯形搜索算法是已知的，此处不再描述。可以通过执行多变量成本函数来确定第一参数302的优选状态的收敛，以最小化成本，同时只改变第一参数302的状态。通过示例，存储在数据缓冲器58、59其中之一的稳定状态数据可以包括与由空气质量流量传感器32测量的MAF 33相关联的汽缸空气填充，以及若干其他发动机操作参数的多个时间对应状态。其他发动机操作参数的状态可以用于采用方程1和2的汽缸空气填充模型中，以估计汽缸空气填充。由多变量成本函数确定的成本优选为由空气质量流量传感器32测量的MAF33与估计的汽缸空气填充的差值的形式。优选地，在将第一参数302收敛为收敛状态303后，可以对第二参数304执行第二搜索，其中第一参数302在其收敛状态303保持恒定，并且采用多变量成本函数和单纯形搜索算法。可以通过执行多变量成本函数来确定第二参数304收敛为优选状态305，以便成本最小化，且仅改变第二参数304的状态。
因此，可以执行优化例行程序以确定标量k3、k4和k6的第二子集的优选状态，其与包括PVO且基于存储在第一数据缓冲器58中的发动机操作数据的发动机操作相关联，然后可以执行优化例行程序以确定标量k1、k2、k5和k7的第一子集的优选状态。其与包括NVO且基于存储在第二数据缓冲器59中的发动机操作数据的发动机操作相关联。
本发明描述的程序提供可以结合基于物理的空气填充模型使用的实时参数适配，同时适应发动机的变化。通过调整空气填充模型以适应发动机的变化，及随时间自动调节参数以调整发动机的磨损来改善控制性能。因此，尽管发动机具有潜在变化，发动机的性能可以稳定。该操作可以减少发动机的校准时间。
可以更新第一指令集的第一关系，即方程1，以基于与包括PVO的发动机操作相关联的标量k3、k4及k6的第二子集的优选状态，确定PVO状态下操作期间的汽缸空气填充。同样地，可以更新第二指令集的第二方程，即方程2，以基于与包括NVO的发动机操作相关联的标量k1、k2、k5及k7的第一子集的优选状态，确定NVO状态下操作期间的汽缸空气填充。
详细说明及附图或图标是本教导的支持和描述，但是本教导的范围仅由权利要求书限定。虽然已经详细描述了用于实施本教导的一些最佳模式和其他实施例，但是用于实施所附权利要求书限定的本教导的各种备选设计和实施例也存在。

Claims (8)

1.一种控制直喷内燃机的方法，所述直喷内燃机包括在上死点（TDC）位置和下死点（BDC）位置之间往复运动的多个可移动活塞、多个进气和排气阀、布置成控制多个进气阀打开和关闭的第一装置，以及布置成控制多个处于正压阀重叠（PVO）状态和负压阀重叠（NVO）状态之一的排气阀打开和关闭的第二装置，所述方法包括：
通过控制器在稳定状态发动机操作期间收集发动机的操作数据，包括在处于所述正压阀重叠（PVO）状态下的所述发动机的稳定状态操作期间收集与汽缸空气填充相关联的第一数据集，以及在处于所述负压阀重叠（NVO）状态下的所述发动机的稳定状态操作期间收集与汽缸空气填充相关联的第二数据集；
基于与处于所述负压阀重叠（NVO）状态下的所述发动机的稳定状态操作相关联的所述第二数据集，执行优化例行程序以确定与汽缸空气填充模型的第一关系相关联的参数的第一子集；
基于与处于所述正压阀重叠（PVO）状态下的所述发动机的稳定状态操作相关联的所述第一数据集，执行所述优化例行程序以确定与汽缸空气填充模型的第二关系相关联的参数的第二子集；以及
通过所述控制器基于所述汽缸空气填充模型及参数的第一和第二子集，在发动机操作期间实时确定汽缸空气填充，
其中，执行优化例行程序包括执行单纯形搜索算法。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述单纯形搜索算法包括执行多变量成本函数，以确定与估计汽缸空气填充和测量汽缸空气填充之间的差值相关联的成本。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，执行优化例行程序以基于与处于所述负压阀重叠（NVO）状态下的所述发动机的稳定状态操作相关联的所述第二数据集，确定与汽缸空气填充模型的第一关系相关联的参数的第一子集，其包括执行优化例行程序以使所述参数的第一子集的第一参数实现收敛状态，同时所述参数的第一子集的其他参数保持不变。
4.根据权利要求1的所述方法，其中，所述第一关系包括确定被推入进气口且再次被引入下一发动机循环的残留气体的体积，如下：
Figure 436332DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 993215DEST_PATH_IMAGE002
是当所述活塞位于当前发动机循环n的下死点（BDC）时残留气体的总体积，
Figure 56986DEST_PATH_IMAGE003
是当所述进气阀在所述当前发动机循环n中关闭时的汽缸体积，且k 5 是与进气阀和/或排气阀正时偏置相关联的标量；
Figure 990307DEST_PATH_IMAGE004
是当所述活塞在所述当前发动机循环n中处于下死点（BDC）时的汽缸体积；以及
Figure 455924DEST_PATH_IMAGE005
是捕获在所述进气口并将在所述下一发动机循环n+1中被再次引入所述汽缸的所述残留气体的所述体积。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二关系包括确定位于下死点（BDC）的残留气体的总体积
Figure 183708DEST_PATH_IMAGE006
，其根据以下方程确定：
Figure 734775DEST_PATH_IMAGE007
其中：
n表示当前发动机循环，
Figure 206208DEST_PATH_IMAGE008
(n)是在先前发动机循环中被迫进入进气口并在当前循环中被再次引入所述汽缸的所述残留气体的体积，
PIM指进气歧管压力，
PEM指排气歧管压力，
γ是理想气体的比热率，
Vres(n)是来自所述当前发动机循环的所述汽缸内的所述残留气体的体积，及
Figure 729593DEST_PATH_IMAGE009
（n）是所述当前发动机循环中所述活塞处于所述下死点位置时所述残留气体的总体积，其中
k 1 是标量，以解释由所述进气口处的热传递导致并持续直到所述残留气体在下一循环中被再次引入所述汽缸的所述残留气体体积的减少，
k 2 是标量，以解释由于汽缸壁热量损失造成的所述残留气体体积的减少，
k 3 是标量，其与质量与体积因子比相关联，
k 4 是标量，其与曲柄角度相关联，在正压阀重叠（PVO）期间进气的流动于曲柄角度处停止，及
k 6 和k 7 是标量，其与进气阀和/或排气阀正时偏置相关联。
6.一种直喷多汽缸内燃机，其包括：
多个可移动活塞，其可滑动地布置在多个相应的汽缸中，所述活塞在上死点（TDC）位置和下死点（BDC）位置之间往复运动；
多个进气阀，其布置成控制从进气口进入汽缸的进气气流；
第一装置，其布置成控制所述多个进气阀的打开和关闭；
多个排气阀，其布置成控制从所述汽缸排出的气流；
第二装置，其布置成控制所述多个排气阀的打开和关闭；
其中，所述第一装置和第二装置布置成分别控制所述多个进气阀和排气阀处于正压阀重叠（PVO）状态和负压阀重叠（NVO）状态之一；
控制器，其可操作地连接于所述第一装置和第二装置，且包括多个可执行指令集及第一及第二数据缓冲器，其包括：
第一指令集，其可执行以确定在处于所述正压阀重叠（PVO）状态下的操作期间的汽缸空气填充，所述第一指令集包括第一关系，所述第一关系包括可校准参数的第一子集，
第二指令集，其可执行以确定在处于所述负压阀重叠（NVO）状态下的操作期间的汽缸空气填充，所述第二指令集包括第二关系，所述第二关系包括可校准参数的第二子集，以及
第三指令集，其可执行以确定可校准参数的所述第一和第二子集的优选状态，所述第三指令集可执行为：
在内燃机稳定状态操作期间收集发动机的操作数据，
在所述内燃机的所述稳定状态操作期间，分别将所述发动机操作数据填充至与所述负压阀重叠（NVO）状态及正压阀重叠（PVO）状态的操作相关联的所述第一及第二数据缓冲器，
执行优化例行程序，以基于存储在所述第一数据缓冲器的所述发动机操作数据，确定与所述负压阀重叠（NVO）状态相关联的可校准参数的所述第二子集的优选状态，
执行所述优化例行程序，以基于存储在所述第二数据缓冲器的所述发动机操作数据，确定与所述正压阀重叠（PVO）状态相关联的可校准参数的所述第一子集的优选状态，
更新所述第一指令集的所述第一关系，以基于可校准参数的所述第一子集的所述优选状态，确定在处于所述正压阀重叠（PVO）状态的操作期间的所述汽缸空气填充，以及，
更新所述第二指令集的所述第二关系，以基于可校准参数的所述第二子集的所述优选状态，确定在处于所述负压阀重叠（NVO）状态的操作期间的所述汽缸空气填充，
其中，所述优化例行程序包括单纯形搜索算法。
7.根据权利要求6所述的内燃机，其中，执行优化例行程序以基于与处于负压阀重叠（NVO）状态的发动机的稳定状态操作相关联的所述第二数据集，确定汽缸空气填充模型的与第一关系相关联的参数的第一子集，其包括执行所述优化例行程序以实现所述参数的第一子集的第一参数的收敛状态，同时保持所述参数的第一子集的其他参数不变。
8.根据权利要求6所述的内燃机，其中，执行单纯形搜索算法包括执行多变量成本函数以确定与估计汽缸空气填充和测量汽缸空气填充的差值相关联的成本。
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