CN1178570A - 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
现有技术
根据各权利要求的大概念，发明涉及的是内燃机控制的方法和装置。
从DE 42 39 711 A1中了解驱动机组，特别是内燃机的控制，即将驱动机组转矩的额定值转换成点火角的修正值，转换成选出或者说单个汽缸的燃料输入和/或对内燃机的空气输入的影响。此外，从WO-A95/24550中还可了解油气比对实现前述转矩值的影响。进而，在方法已知的情况下，考虑实际的发动机调节(进气，燃料计量和点火角)来计算实际发动机转矩。不考虑其它可以影响内燃机效率的参数，如点火前输入的气体/燃料混合气体的温度和/或回流到燃烧室中的排气量的比率。由于考虑了计算出的实际转矩，以将要求的发动机转矩转化为点火角调节、燃料作用和气体作用，因此，当调节发动机转矩时和/或计算出也可供其它控制部件(如传动打滑调节或变速控制)使用的实际转矩时，已知的方法在一些使用情况下可能是不准确的。
因此，发明的任务在于提高已知解决方法的精度。
这可以通过专利要求中特有的特征来实现。
从EP 112 494 A1(美国专利4 856 465)可了解控制内燃机汽缸进气阀和出气阀的交叉时间。此外，通过取决于发动机转速和发动机负载的凸轮轴的调节来调节阀门的交叉时间。
从“博世，汽车行驶技术袖珍手册，第21版，1991，470和471页”中了解排气回流***。在这一***中，通过一附加的管线来控制控制阀，使得预定的排气量顺节流阀回流到内燃机的吸入翼。在进、排气阀开启时间重叠时，要将外部气体回流与上述内部气体回流区分开。同样，在这一过程中，有一定的排气量回流到燃烧室。发明的优点
通过考虑影响内燃机效率和由此产生的转矩的附加参数，如点火前的混合气体温度和/或排气回流率(无论是内部还是外部)，会提高将实际发动机转矩转换为内燃机控制参数的精度。
此外，为其它控制装置准备了更精确的转矩计算。
更为突出的是，考虑了作为附加参数的点火前混合气体温度和/或排气回流率，因为它们对内燃机的效率和由此产生的转矩有显著作用。
优点还在于，将转矩计算和转矩转换中心位置的附加参数，即在确定最优点火角时的附加参数包括在内，而在最优点火角内燃机可发挥最大效率。用这一方式可通过修正参数进行最优。
其它的优点从后续实施例描述中，或者说从专利要求中得知。附图
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/或混合气体成分的控制参数，并从工作参数中测定内燃机转矩的实际值。图2是确定转矩时，或者说转换实际转矩时，用于考虑混合气体温度的第一实施例。图3补充地或有选择地显示了根据图2的第一实施例来考虑内部排气回流的方法，图4考虑的是外部排气回流。图5描述的是考虑内部排气回流的第二实施例，图6说明了计算转矩时，或者说转换实际转矩值时，考虑外部排气回流的第二实施例。实施例描述
图1借助于简图显示了控制***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。在首先考虑的实施例中，将控制部件中的组块用作程序部分或程序元件。
从测量发动机转速Nmot的测量装置12中引出的输入线路14，从测定发动机负荷(空气量，空气重量，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12中引出的输入线路22通向控制部件10。另外，在首先给出的实施例中，线路26从另一控制部件24中传输额定转矩Mso11给控制部件10。此外，还至少预先规定另一条输入线路28，它从测量发动机温度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其它控制内燃机所必需的工作参数(汽车速度，凸轮轴位置等)中引出的输入线路未加描述。控制部件10通过输出线路32，34和36影响内燃机的控制参数，即被喷射的燃料量Ti，被调整的点火角ZW和/或被调整的空气进气量α。此外，在首先给出的实施例中，计算出的实际转矩值Mist通过输出线路38传输给其它控制部件。
当然，除了在图中描述的元件外，控制部件10至少还有用于确定被喷射的燃料量，被调整的点火角和/或被调整的空气进气量的元件。同样，根据前述技术现状，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部件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(用符号概括为组块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。根据现有技术中已知的方法，将以传输参数为基础的额定转矩值转换为空气传输调节的修正值，被调点火角ZW的修正值，混合气体成分的修正值和/或预定的汽缸数目X(达到这一数字时中断喷射)。通过控制部件10的输出线路使用计算出的控制参数。
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，而发动机转速和发动机负荷通过线路14和18传输给特性曲线族。最优燃烧转矩是在测出转速和负荷值的基础上测得的发动机转矩，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，在有发动机转速和发动机负荷以及通过线路22传输的排气成分的特性曲线族50中确定最优点火角ZWopt，即调节到该点火角时，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与无附加作用的点火角ZW相连。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中形成的。这一点火角是实际工作点上使用的点火角，没有考虑附加作用，如实现额定转矩的修正。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转矩修正值MZW。这一修正值通过线路62传输给连接点48。
此外，还预先规定了线路22通向特性曲线64，它将排气成分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。通过选择(1-X/Z，X选出的汽缸数，Z总数)，根据转矩降低的百分量在选出汽缸的基础上，计算组块得到转矩修正值MX，这一值通过线路72传输给连接点48。将最优发动机转矩，点火角修正值，混合气体成分修正值和选出的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的混合气体驱动，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发动机转矩：
Mist＝Mopt[Nmot，T1]*MZW[zwopt-zw]*Mλ[1/λ]*MX(1-X/Z)    (1)
当最优燃烧转矩Mopt取决于转速、负荷和混合气体成分时，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，如压缩终了和/或内部和/或外部排气回流率的混合气体温度。这一依赖性在图1的发动机温度例子中通过线路28表示出来，并在图2至6中详细介绍。
混合气体温度是汽缸入口吸入空气温度和燃烧室壁温度的函数。近来，还可用发动机温度来近似混合气体温度。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发动机温度，即可以用发动机温度和吸入空气温度来描述混合气体温度。因此，根据发明，相应地通过最优点火角的修正，考虑发动机温度和吸入空气温度来提高确定的转矩，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体温度的最优点火角：
ZWopt＝ZWopt(N，TL)+dzWλ(1/λ)+dZWTGM(Tmot，Tans) (2)(dZWλ：化学计算的混合气体成分偏差的修正值；dZWTGM：估算的混合气体温度的修正值)。
根据关系式(2)计算得到的最优点火角在图2中介绍。在第一特性曲线族100中，从发动机转速和发动机负荷中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，以考虑由于化学计算的混合气体的偏差引起的效率变化。此外，通过线路28传输发动机温度的量度，通过线路104传输吸入空气温度Tans的量度。这些值在特性曲线族106中被转换为修正值dZWTGM，修正值通过混合气体温度考虑了效率变化。测得的参数通过线路108，112和114传输给连接点110，在这一点，将三个值加入到最优点火角ZWopt中，然后通过线路116给出。
在首先给出的实施例中，还要考虑内部和/或外部排气回流对最优点火角混合气体温度依赖性的作用。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。其它修正值的形成在图4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体温度的依赖性也可通过发动机温度近似描述，这样，实施例中的混合气体温度修正值dZWTGM也可从取决于发动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，通过调节预定的重叠角度来控制凸轮轴。因此，这一凸轮轴控制信号存在于控制部件10中。调节后的重叠角wnwue通过线路200传输给特性曲线族202，此外，发动机转速也通过线路14传输给202。在通过两个传输参数测得的特性曲线族中试验确定排气量dtlrgz(0)，在点火角重叠时，排气量在一定的环境压力，即大气压，和一定的发动机温度下从排气翼流回到汽缸中。这一排气量通过线路204传输给修正点206，在这一点，修正取决于大气压力patm和发动机转速Nmot的排气量，大气压力和排气量从相应的传感器通过线路28或208传输给修正点。修正后的排气量dtlrgz通过线路210传输给计算组块212以测定排气回流率frg。此外，还将发动机负荷T1传输给212。将传输的排气量dtlrgz除以发动机负荷信号T1和排气量dtlrgz之和得到排气回流率frg，测得的排气回流率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的是发动机负荷和发动机转速。在取决于发动机转速和发动机负荷的凸轮轴位置wnwue0(不加控制)一定的情况下，预先规定基本回流率frg0。测定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，它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，主要是工作比，可供控制装置使用。因此，为修正转矩计算，特别是修正最优点火角，从控制信号参数和取决于发动机负荷和发动机转速的参数中确定排气率frg。出于这一目的，在图4中将控制信号参数tvagr和发动机转速传输给第一特性曲线族300。此外，还预先规定了另一特性曲线族302，它包含了控制参数为0时从特性曲线族300得到的预定关系。在第三特性曲线族304中，由于取决于发动机转速和发动机负荷的调节后的阀门重叠时间，在无外部排气回流的情况下测量排气回流率的参数。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排气回流率的基本值frg0减去外部排气回流分量frg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中测得的值和通过线路320传输的、由特性曲线族304中测得的值相乘，得到带有外部排气回流frg的排气回流率。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。当回流率只取决于发动机转速、发动机负荷和发动机温度时，优先使用那里所描述的方法。然后，在两种不同的发动机温度Tmot0和Tmot1时，可有选择地根据图3中的方法，由两种点火角特性曲线族中计算点火角，点火角通过取决于发动机温度的特性曲线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中将发动机转速和发动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)用于发动机温度Tmot0。此外，将发动机转速和发动机负荷传输给第二特性曲线族402，预先规定其(f3(Nmot，T1，Tmot1))用于发动机温度Tmot1。将发动机温度本身传输给特性曲线404(FZWOPM)，其输出信号在发动机温度Tmot1＝0之上，在Tmot0＝1之下。在此间特性曲线主要表现出线性行为，此外，发动机温度Tmot1大于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，在修正点将这一值与通过线路410传输的、取决于实际发动机温度的特性曲线值一起进行修正。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，这一参数与线路410上的、在减去点418减去数字1的特性曲线值相对应。在这里，修正根据上述公式通过相乘进行。连接点408和414的输出信号通过线路420或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传输给相加点428，在这一点，在可能的情况下将其与取决于混合气体成分、通过线路430的传输的修正值相加。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发动机转速和发动机负荷。在图6实施例中的激活的排气回流情况下，最优点火特征曲线族由另一特征曲线族代替。出于这一目的，在图6中预先规定了第一特征曲线族f1 500和第二特征曲线族f2 502。将发动机转速和发动机负荷传输给两个特征曲线族。此外，这样用特征曲线族f1来测定未激活的排气回流和激活的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输出。在排气回流未激活时，线路504与线路510相连，而当排气回流激活时，线路506以及特性曲线族502与线路510相连。线路510通向连接点512，在这一点，在可能的情况下，将取决于混合气体成分的修正分量和/或取决于混合气体温度的修正分量相加。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，对未激活的排气回流由特征曲线族500来确定最优点火角，对激活的排气回流由特征曲线族502来确定最优点火角。此时，每次通过排气回流的激活作用来考虑对点火角的影响。
一定不要同时考虑最优点火角以及由此计算出的发动机转矩对混合气体成分、发动机温度、吸入空气温度和排气回流的依赖性，可以根据发动机及要求放弃一个或其它的依赖因素。
除了最优点火角的修正值外，在另一实施例中，还修正了取决于至少一个前述修正参数的实际转矩值。由此将修正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)，特性曲线是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 (11)

1.用于内燃机控制的方法，其特征是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，至少还要考虑一个影响内燃机效率或者说最优点火角位置的参数，这种取决于各工作参数的控制内燃机的方法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。
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发动机温度。
4.根据权利要求1的方法，其特征是这一参数是吸入空气温度。
5.根据前述权利要求之一的方法，其特征是通过以转矩计算为基础的最优点火角的修正来考虑这些参数中的至少一个。
6.根据前述权利要求之一的方法，其特征是在内部排气回流时，进行计算转矩的修正，或者说进行取决于阀门重叠时间的额定转矩的转换。
7.根据前述权利要求之一的方法，其特征是在内部排气回流时，确定取决于发动机转速、发动机负荷和发动机温度的回流率，并修正以给定点火角为基础的转矩计算，或者说修正额定转矩向取决于确定回流率的点火角的转换。
8.根据前述权利要求之一的方法，其特征是在外部排气回流时，对于最优点火角，预先规定两个特性曲线族，在排气回流激活或未激活时将其进行切换。
9.根据前述权利要求之一的方法，其特征是在外部排气回流时，进行转矩的修正，或者说进行取决于排气回流阀控制信号的控制参数的额定转矩的转换。
10.根据前述权利要求之一的方法，其特征是最优点火角是内燃机表现出最高效率时的点火角。
11.带有一控制部件的内燃机控制的装置，其特征是控制部件内包含了一个元件，该元件进行了转矩计算修正，或者说进行了额定转矩转换的修正，额定转矩除了取决于发动机转速、发动机负荷和可能情况下的混合气体成分外，还取决于至少另一参数，这一参数影响到内燃机的效率，或者说影响到内燃机最大效率的位置，该控制部件传输工作参数给内燃机，并影响内燃机的控制参数，取决于被传输工作参数的控制部件计算了内燃机的发动机转矩，或者说将被传输的额定转矩值转换为内燃机的控制参数。
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