用于控制内燃机的方法
【专利摘要】一种用于控制内燃机(1)的方法，所述内燃机(1)包括个数为数目(W)的汽缸(3)，以及其中通过相应的进气门来调节截留于每一汽缸(3)内的空气质量；所述控制方法包括以下步骤：确定总目标扭矩(Ci_objt)；确定处于活动状态的汽缸(3)的目标数目(Waobj)；确定用于确保总目标扭矩(Ci_objt)的目标增压压力(Ptobj)，以及根据目标增压压力(Ptobj)来控制目标数目(Waobj)的处于活动状态的汽缸(3)的进气门，以确保总目标扭矩(Ci_objt)。
【专利说明】用于控制内燃机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制内燃机、特别是增压式内燃机的方法。
【背景技术】
[0002]已知的是，一些内燃机设有涡轮增压器增压系统，其可以通过利用废气焓来压缩由发动机吸入的空气以增加由发动机产生的功率，因而增加进气容积效率(volumetricintake efficiency)。
[0003]一种涡轮增压器增压系统包括涡轮增压器，该涡轮增压器设有涡轮和压缩机，所述涡轮沿着排气管布置以便在由发动机所排出废气的偏压下高速转动，而压缩机由涡轮转动且沿着进气管布置以便压缩由发动机吸入的空气。
[0004]当在低扭矩或功率条件(低转速和低速度)下要求扭矩或功率显著、突然、快速地增加时(即当司机踩下加速踏板例如以便超车时)通常发生颇为明显的涡轮迟滞。涡轮迟滞是具有涡轮增压器的发动机未能以功率响应于快速踩下加速踏板时的一种趋势，且在涡轮增压器增压系统允许实现高性能的跑车应用中涡轮迟滞是特别令人烦恼的。
[0005]涡轮迟滞主要是由转子的惯性力矩造成的，且发生在突然快速要求更大的扭矩或功率的情况下，其原因在于压缩机下游管路总容积中的压力必须增大。
[0006]多年来已经提出了各种技术方案，试图减少涡轮迟滞并进一步提高设有涡轮增压器的发动机的性能。例如，可以使用可变几何涡轮增压器或包括有串联或并联配置等的多个涡轮的涡轮增压器。到现在为止所有的已知技术方案在所有情况下在成本和整体尺寸方面都是尤其不利的。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种用于控制内燃机的方法，内燃机特别是通过涡轮增压器增压的内燃机，该控制方法可容易和成本有效地实施。
[0008]根据本发明，提供一种用于控制内燃机的方法，所述内燃机具体是通过设有涡轮和压缩机的涡轮增压器来增压的增压式内燃机，所述内燃机还包括进气歧管以及连接到进气歧管的多个汽缸，其中通过相应的节流进气门来调节针对每一发动机循环的截留于每一汽缸内的空气质量；
[0009]所述控制方法包括以下步骤:
[0010]-确定用于所述内燃机的操作所需提供的总目标扭矩；
[0011]-确定在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸的目标数目，其中处于活动状态的汽缸的目标数目是从O到汽缸数目的任意数目；
[0012]-根据受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸的目标数目来确定在使用中受控以便吸入尽可能最大量的空气的处于非活动状态的汽缸的数目；
[0013]-确定进气歧管的目标压力，该目标压力用于确保用于所述内燃机的操作所需提供的总目标扭矩；[0014]-通过受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸的目标数目来控制节流阀以便调节进气歧管的目标压力，从而确保用于所述内燃机的操作所需提供的目标扭矩；
[0015]其特征在于确定在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸的目标数目，其中处于活动状态的汽缸的目标数目是包含在从O到汽缸数目之间的任意数目的步骤包括以下子步骤:
[0016]-根据发动机工作点来确定在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸的临时数目；
[0017]-确定提前点火效率，其应该通过处于活动状态的汽缸的临时数目来致动，以确保用于所述内燃机的操作所需提供的总目标扭矩；以及
[0018]-根据提前点火效率来确定处于活动状态的汽缸的目标数目，其应该通过处于活动状态的汽缸的临时数目来致动，以确保用于所述内燃机的操作所需提供的总目标扭矩。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]现在将参照示出本发明非限制性实施例的附图来对本发明进行描述，其中:
[0020]-图1示意性地示出内燃机的优选实施例，该内燃机通过涡轮增压器增压且设有实施根据本发明控制方法的电子控制单元；
[0021]-图2以在发动机特性转速/ETASP平面上的不同比率示出通过涡轮增压器增压的内燃机在第一正常配置下与在根据本发明实现的第二配置下的性能比较；
[0022]-图3是一幅框图，其示意性地示出根据本发明的控制方法在设有根据可变升程规律受控的进气门的增压式内燃机中的操作；
[0023]-图4是一幅框图，其示意性地示出根据本发明的控制方法在设有根据固定升程规律受控的进气门的增压式内燃机中的操作。
【具体实施方式】
[0024]在图1中，标号I指示作为一个整体的由涡轮增压器增压系统2增压的内燃机。
[0025]内燃机I包括四个汽缸3，每一个汽缸3通过至少一个相应的进气门(未示出)连接到进气歧管4以及通过至少一个相应的排气门(未示出)连接到排气歧管5。进气歧管4通过进气管6接收新鲜空气(即来自外部环境的空气)，该进气管设有空气滤清器7并由节流阀8进行调节。用于冷却进气的中间冷却器9沿着进气管6布置。将由燃烧所产生的废气输送到排气系统的排气管10连接到排气歧管5，该排气管将由燃烧所产生的气体排放到大气中且通常包括至少一个催化器11和布置于催化器11下游的至少一个消音器(未示出)。
[0026]内燃机I的增压系统2包括涡轮增压器12，其设有涡轮13和压缩机14，所述涡轮13沿着排气管10布置以便在由汽缸3所排出废气的偏压下高速转动，而压缩机14沿着进气管6布置且机械地连接到涡轮13以便由涡轮13自身可旋转地驱动，并增加进入到进气管6内的空气压力。
[0027]旁通管15沿排气管10布置且并联连接到涡轮13，使得旁通管15的端部连接到涡轮13自身的上游侧和下游侧。排气泄压阀16沿着旁通管15布置，并适于调节流经旁通管15的排气流且由致动器17驱动。旁通管18沿着进气管6布置且并联连接到压缩机14，使得旁通管18的端部连接到压缩机14自身的上游侧和下游侧。PofT阀19沿着旁通管18布置，适于调节流经旁通管18的废气流并由致动器20驱动。
[0028]在下面的说明中将明确地参照通过涡轮增压器12增压的内燃机I。备选地，上述控制方法可有利地应用到任何内燃机，例如通过动态或容积式压缩机增压的内燃机。
[0029]根据第一种变型，内燃机I设有机械地连接到涡轮增压器12以及设置成回收废气能量的电机；在该变型中，有可能既通过消耗电力来提供必要的扭矩又通过输送电力来制动。
[0030]备选地，上述控制方法可适用于在专利申请EP-A1-2096277中所述类型的增压式内燃机，其包括涡轮；机械地独立于涡轮的压缩机；发电机，其可由涡轮旋转地驱动以便产生通常的电力；以及可旋转地驱动压缩机的电动马达。
[0031]在一般情况下，上述实施例共同具有的事实是在压缩机14和汽缸3之间存在一定体积的空气。针对每一发动机循环被截留于每一汽缸3中的空气质量由相应的进气门(未示出)来调节，所述进气门通过具有可变开启规律的气门致动装置(诸如无凸轮的电磁或电液压致动装置)来致动。备选地，针对每一发动机循环被截留于每一汽缸3中的空气质量由处于压缩机14和进气门之间的中间位置上的阀27(优选节流阀)来调节。作为一种可能的另一备选方案，可设置具有可变开启规律的气门致动装置，以及优选为节流阀的阀27可置入于压缩机14和进气门之间。
[0032]内燃机I受控于电子控制单元21，其控制内燃机I的所有组件包括增压系统2的操作。具体地，电子控制单元21驱动排气泄压阀16的致动器17和Poff阀19的致动器20。电子控制单元21连接到传感器22，传感器22测量沿着进气管6在压缩机14上游侧的温度To和压力Po，电子控制单元21还连接到传感器23，传感器23测量沿着进气管6在节流阀8上游侧的温度和压力，以及电子控制单元21还连接到传感器24，传感器24测量进气歧管4内部的温度和压力。此外，电子控制单元21连接到传感器25，传感器25测量内燃机I曲轴的角位置(从而测量旋转速度)，以及电子控制单元21还连接到传感器26，传感器26测量进气门/或排气门的正时(timing)。类似地，值得注意的是，不需要用于测量涡轮增压器12旋转速度的传感器。
[0033]下面将描述由电子控制单元21实施的用于控制增压式内燃机I的策略。具体地，电子控制单元21设置成相对于由增压式内燃机I燃烧以便产生所需功率所实际使用的空气流量，增加通过压缩机14和涡轮13的空气/废气的质量流量和体积流量。为了实施上述控制策略，电子控制单元21设置成区分汽缸3的操纵，具体地，区分进气流量和截留于每一汽缸3内的空气，以及区分操作模式。
[0034]换句话说，该策略包括仅仅利用部分点火的汽缸3来产生由车辆驾驶者所需的目标扭矩，而其它汽缸3吸入尽可能多的空气。例如，在具有四个汽缸3的增压式内燃机I中，两个汽缸3处于活动状态并通过吸入空气质量提供所需的扭矩，该空气质量大约是在正常操作条件(即，所有四个汽缸3都处于活动状态)下将吸入空气质量的两倍。剩下的两个汽缸3处于非活动状态，其受控以便吸入最大量的空气，但是并不参与燃烧。
[0035]对于设有四个汽缸3 (在第三挡)的增压式内燃机I而言，在测试台上根据经验确定内燃机I在两种不同配置下的性能，其中在第一配置下，存在处于活动状态的四个点火汽缸3 (在下文中称为“正常配置”)，而在第二配置中，存在处于活动状态的两个点火汽缸3，而另外两个汽缸3吸入空气但不参与喷射或燃烧(在下文中称为“扫气配置(scavengingconfiguration)，，)。
[0036]如图2中所示那样，在扫气配置中可以观察到在特性转速/ETASP平面上的不同比率下增压增加高达210毫巴(mbar)，其中发动机转速是每分钟900至1800转以及ETASP是进气效率，进气效率ETASP限定为针对每一循环而言截留于每一汽缸3内的空气质量与在正常配置下填充排量的空气质量之间的比率。增压增加210毫巴等于在正常配置下可获得增压的约两三倍。在扫气配置中，进气效率ETASP为四个汽缸3的平均值，即约为处于活动状态的汽缸3的进气效率的一半，进气效率ETASP限定为针对每一循环而言每一汽缸3所截留的空气质量与在正常配置下填充排量的空气质量之间的比率。
[0037]假设增压式内燃机I处于恒定转速(例如，每分钟3000转)的状态下，在正常配置下的具有处于活动状态的四个汽缸3的增压式内燃机I吸入空气质量流量Mc，其允许提供功率Pc、具有增压压力p_c以及传递到驱动轮的扭矩Ce。在代表涡轮增压器12的特性曲线(通常由涡轮增压器12的制造商来提供)的平面上确定在正常配置下针对给定转速Ne而言的操作点C，其对应于排气泄压阀WGc 16的预定位置。
[0038]业已发现在扫气配置中具有处于活动状态的两个汽缸3的增压式内燃机I吸入空气质量流量Ma并允许获得增压压力p_a，并且同时提供与正常配置相同的功率Pc以及将与正常配置相同的扭矩Ce传递到驱动轮，其对应于排气泄压阀WGa 16的预定位置。
[0039]具体地,在扫气配置中的空气质量流量Ma高于在正常配置中的空气质量流量Mc,以及排气泄压阀16与正常配置相比关闭的程度更大(换句话，WGa < WGc)。
[0040]在其中扫气配置的空气质量流量Ma是正常配置的质量流量Mc的大约两倍的变型中，业已发现可以在扫气配置中获得增压压力p_a，该增压压力p_a是正常配置增压压力p_c的大约两倍。值得注意的是，该增压压力的增加可通过提供与正常配置相同的功率Pc以及将与正常配置相同的扭矩Ce传递给驱动轮而达到。
[0041]在使用中，在其中由驾驶者要求的时刻，传递到驱动轮的扭矩必须增加，电子控制单元21设置成控制从扫气操作模式到正常操作模式的切换。换句话说，所有的四个汽缸3变为处于活动状态，点火，可立即提供对应于空气质量流量Ma的已经可用的功率以及将所需的扭矩传递给驱动轮。以这种方式，可以显著的方式缩短涡轮增压器12的响应时间(所谓的涡轮迟滞)，其原因在于增压式内燃机I的空气管路已经加压以及涡轮增压器12已经处于全速下(换句话说，整个增压管路的惯性和加压时间几乎消除)。
[0042]已知的是，压缩机14工作范围的有效区域在减小的质量流量/压缩比平面的左侧部分上受到抽吸线(pumping line)的限制，该抽吸线界定禁区且由点集构成，在禁区以及点集内，压缩机14中的空气动力平衡被中断，且对于到口部的流量存在周期性的、噪声大且剧烈的阻碍，其影响对于压缩机14自身的叶片而言可能是破坏性的。
[0043]同样在抽吸线附近且假定增压式内燃机I在正常配置下处于恒定转速的状态下(例如，每分钟3000转)，可以确定处于活动状态的四个点火汽缸3吸入空气质量流量Mc，其允许提供功率Pc、具有增压压力p_c以及传递到驱动轮的扭矩Ce。在代表涡轮增压器12的特性曲线(通常由涡轮增压器12的制造商来提供)的平面上确定在正常配置下针对给定转速Ne而言的操作点C，其对应于排气泄压阀WGc 16的预定位置。
[0044]业已发现在扫气配置中仅有两个处于活动状态且点火的汽缸3的增压式内燃机I吸入空气质量流量Ma并允许获得增压压力p_a，并且同时提供与正常配置相同的功率Pc以及将与正常配置相同的扭矩Ce传递到驱动轮。具体地，业已发现在扫气配置中的空气质量流量Ma高于在正常配置中的空气质量流量Me。
[0045]此外在这种情况下明显的是在不发生抽吸(pumping)的情况下也可以在扫气配置中获得高于在正常配置中的增压压力P_c的增压压力p_a。值得注意的是，增压压力的这种增加可通过提供与正常配置相同的功率Pc以及将与正常配置相同的扭矩Ce传递到驱动轮而实现。
[0046]上述类型的增压式内燃机I包括数目为W的汽缸3，其中Wa为处于活动状态的汽缸3数目，处于活动状态的汽缸3通过点火产生所需的扭矩，而Ws指示剩余的汽缸3，其不通过点火产生所需的扭矩而是仅致动来吸入空气质量流量。
[0047]根据一个优选的变型，汽缸3的数目W和处于活动状态汽缸3的数目Wa为偶数，且进行适当地时控(timed)以便限制传递到驱动轴的振荡。
[0048]在图3中示出可为每个汽缸3提供燃烧用空气质量的从扭矩请求到作用于加速踏板的装置的流程，所述流程可如下示意性地示出:
[0049]a)用户作用于即踩下加速踏板，以及可通过存储于电子控制单元21中的映射(map)和发动机转数rpm来确定驱动轴所要求的扭矩Ceobj ；
[0050]b)将驱动轴所要求的该扭矩Ceobj加上摩擦扭矩、抽吸扭矩和辅助扭矩，以便获得驱动轴所要求的实际总扭矩Ciobjt ；
[0051]c)从而通过驱动轴所要求的实际总扭矩Ciobjt与处于活动状态的点火汽缸3的数目Wa的比率来计算对于每个处于活动状态的汽缸3而言的实际扭矩Ciobj'；
[0052]d)通过将每个处于活动状态的汽缸3的实际扭矩Ciobj '除以EGR效率etaegr(如果存在的话)、除以混合效率(mixture efficiency) etalambda以及除以提前点火效率(spark advance efficiency) etasa,从而提供对于每个处于活动状态的汽缸3而言参考实际扭矩Ciobj ；
[0053]e)从对于每个处于活动状态的汽缸3而言参考指示的实际扭矩Ciobj可以确定对于每个处于活动状态的汽缸3而言的燃烧用空气质量mobj。
[0054]具体地,在步骤e)中，通过在参考条件下的发动机的空气消耗量Csrif (Ciobj,η)(即利用对于每个汽缸3而言的化学计量混合气空燃比A/F stech和最优的提前点火)按如下来计算对于每个处于活动状态的汽缸3而言的点火空气质量mobj:
[0055]Cs = me/Lu
[0056]= mc/(Cmi*4 )
[0057]= m/(A/F)stech*Cmi*4 π)[I]
[0058]其中:
[0059]Cs:具体消耗量；
[0060]Lu:针对每一循环以及对于每一汽缸3而言的机械功；
[0061]me:针对每一循环以及对于每一汽缸3而言的燃料质量；
[0062]m:针对每一循环以及对于每一汽缸3而言的空气质量；
[0063]Cm1:对于每一汽缸3而言指示的实际扭矩。
[0064]从式[I]中可以得到下面的公式:[0065]m = Cs (Cmi, η) * (A/F) stech*Cmi*4 π
[0066]也就是说，可以作为对于汽缸3而言指示的实际扭矩Cmi和发动机转速η的函数来直接映射求得汽缸3的空气消耗量:
[0067]m = f3 (Cmi, n) = Csrif (Cmi, η)
[0068]其中f3或Csrif是通过其确定对于处于活动状态的每一汽缸3而言的燃料空气质量mobj的函数，燃料空气质量mobj在化学计量比条件和最优的提前点火下与燃料质量me 一起燃烧，以便获得对于处于活动状态的每一汽缸3而言指示的所要求的参考实际扭矩Ciobj (其中EGR为零，即利用单一(unitary)EGR效率)。
[0069]类似地，可以作为对于处于活动状态的每一汽缸3而言的燃烧用空气质量mobj的函数按如下来确定对于处于活动状态的每一汽缸3而言的实际驱动扭矩Ciobj:
[0070]Ciobj = g(mobj, η)
[0071]其中g是通过其确定对于处于活动状态的每一汽缸3而言参考实际扭矩Ciobj的函数，参考实际扭矩Ciob j在化学计量比条件、最优的提前点火和单一 EGR效率下使得对于处于活动状态的每一汽缸3而言的点火空气质量mobj与燃料质量me —起燃烧。
[0072]在步骤b)的一般状态下，驱动轴所要求的扭矩Ceobj加上摩擦扭矩、抽吸扭矩和辅助扭矩，以便按如下获得驱动轴所要求的总实际扭矩Ciobjt:
[0073]Ciobjt = Ceobj+friction
[0074]= g (mobj，n)*etalambda(lambda)*etasa(sa_ottimo-sa)*etaegr*wa
[0075]其中摩擦扭矩“friction”是机械、抽吸损失和辅助摩擦扭矩的总和，其中etasa是相对于致动的提前点火(即作为相对于最优提前点火偏差的函数，其存储于电子控制单元21中的特定映射内)的燃烧效率，而etalambda是作为混合的函数的效率，及etaegr是作为EGR(废气再循环)质量函数的效率。
[0076]根据一种变型，可以作为对于处于活动状态的每一汽缸3而言的燃烧用空气质量mobj的函数按如下来确定对于处于活动状态的每一汽缸3而言的参考实际扭矩Ciobj:
[0077]Ciobj = k (n) *mobj+offset (η)。
[0078]根据第一种变型，增压式内燃机I包括具有可变升程的进气门，其独立于每一汽缸3受控于电子控制单元21。例如，每一气门设有用于控制关闭和/或提升的电液压致动器或电磁致动器。
[0079]映射作为发动机工作点(其由rpm和负载确定)的函数而存储于电子控制单元21内。对于每一发动机工作点而言，映射提供处于活动状态的汽缸3的数目Wa，电磁阀的致动方法(通常在延迟开启LO和提前关闭EC等之间进行选择)以及共轨5内的相对压力。
[0080]处于非活动状态且不点火的汽缸3可以替代性地用于吸入空气质量，如前面所述，其可允许在使得内燃机I增压的方面提高性能。此外，在这种情况下，映射作为发动机工作点(其由rpm和负载确定)的函数而存储于电子控制单元21内。对于每一发动机工作点，映射提供目标扫气质量(target scavenge mass),目标扫气质量代表最优化增压式内燃机I性能的空气量。
[0081]在图3中示出可从用户作用于加速踏板所请求的扭矩为每个汽缸3提供目标扫气质量Mscav的流程，所述流程可如下示意性地示出:
[0082]-用户作用于即踩下加速踏板，以及可通过存储于电子控制单元21中的映射(map)来确定驱动轴所要求的总实际扭矩Ciobjt (由驱动轴所要求的扭矩Ceobj加上摩擦扭矩、抽吸扭矩和辅助扭矩而获得)；
[0083]-驱动轴所要求的总实际扭矩Ciobjt允许通过发动机转速rpm和先前限定的映射来确定进气门上游侧的目标压力值Pobj，其(由大气压Pa饱和)提供目标增压压力Ptobj_eng。目标增压压力值Ptobj_eng加上这样的增压保留值(supercharge reserve) RDS,这允许对内燃机I的性能进行最优化。为了更好地理解通过增压保留值对增压式内燃机的控制策略，可明确地参考专利申请B02011A000400的描述。从而加上增压保留值RDS的最小目标增压压力值Ptobj_eng允许确定目标增压压力值Ptobj ；
[0084]-从驱动轴所要求的总实际扭矩Ciobjt和处于活动状态的汽缸数目wa，可以如上所述(利用映射和转速)确定电磁阀的致动方法(通常选自于延迟开启L0、提前关闭EC等)、处于非活动状态汽缸的致动方法以及目标扫气质量Mscav ；
[0085]-最后，可以从目标扫气质量mscav获得处于非活动状态的每一汽缸3的目标扫气质量Mscav。
[0086]通过驱动轴要求的的总实际扭矩Ciobjt和也作为发动机转速比rpm的函数通过上述映射来确定的处于活动状态的汽缸数目Wa之间的比率来确定对于处于活动状态的每一汽缸3而言的实际扭矩Ciobj /。每一汽缸3的实际扭矩Ciobj /除以EGR效率(如果存在的话)、混合效率etalambda和提前点火效率etasa来提供参考实际扭矩Ciobj，其通过具体的消耗量映射Csrif (或f3)来确定处于活动状态的每一汽缸3的目标空气质量mobj。对于处于非活动状态的每一汽缸3而言的目标扫气质量mscav可从下述简单地得到:目标扫气质量Mscav和对应于处于非活动状态3的数目(即汽缸的总数减去处于活动状态的汽缸数目Wa)的值之间的比率乘以转数(每分钟的转数rpm)，再乘以0.5。
[0087]最后，两个填充模块(例如速度密度类型的填充模块)存储于电子控制单元21中，通过其可以分别确定对于电磁阀而言致动的角度，该电磁阀控制数目为Wa的处于活动状态的汽缸和其它的处于非活动状态的汽缸。
[0088]具体地，第一填充模块用于确定用于对布置于处于活动状态汽缸处的电磁阀进行控制的角度Vanga。填充模块包括多个输入数据，其包括:对于处于活动状态的每一汽缸3而言的燃烧用空气质量mobj、rpm、电磁阀的致动方法(通常在延迟开启LO和提前关闭EC等之间进行选择)、共轨5内的进气门上游侧的压力值P和其它环境条件(诸如像共轨5内的空气温度以及增压式内燃机I中所用冷却剂的温度)。
[0089]第二填充模块用于确定用于对布置于处于活动状态汽缸处的电磁阀进行控制的角度Vangs。填充模块包括多个输入数据，其包括:对于处于非活动状态的每一汽缸3而言的目标扫气质量mscav、rpm、处于非活动状态汽缸3的电磁阀的致动方法、共轨5内的进气门上游侧的压力值P和其它环境条件(诸如像共轨5内的空气温度以及增压式内燃机I中所用冷却剂的温度)。
[0090]根据一个优选的变型，为了确定摩擦和抽吸功，将处于活动状态的汽缸3的数目Wa和处于非活动状态的汽缸3的数目考虑在内。
[0091]明显的是上述的控制策略必须适于瞬变比率的操作条件(或标准或固定操作条件以外的其它操作条件)。
[0092]具体地，在瞬变的步骤中，所述方法包括在每一预定的步骤确定计算出实际潜在扭矩，其如下计算:
[0093]Ce_pot_temp = g(mamax, n)*etasa*etalambda*etaegr*wtemp-friction(wtemp，w)
[0094]其中:
[0095]ce_pot_temp:实际潜在扭矩，其对应于由在当前压力和温度下截留于汽缸内的最大量空气可获得的扭矩；[0096]n:rpm,每分钟的转数；
[0097]mamax:可截留于汽缸3内的最大空气量；
[0098]g:通过其确定对于处于活动状态的每一汽缸3而言的参考实际扭矩Ciobj的函数，参考实际扭矩Ciob j在化学计量比、最优的提前点火和单一 EGR效率下使得对于处于活动状态的每一汽缸3而言的燃烧用空气质量mamax与燃料质量me —起燃烧；
[0099]friction:机械摩擦和抽吸(泵气)损失的总和；
[0100]wtemp:点火汽缸3的当前数目，即处于活动状态汽缸3的当前数目。
[0101]在初始条件中:
[0102]Wtemp = Warif
[0103]其中:
[0104]Wtemp:点火汽缸3的临时数目，即处于活动状态的汽缸的临时数目；及
[0105]Warif:根据发动机工作点确定的参考汽缸3的数目。
[0106]然后电子控制单元21检查条件:
[0107]Ceobj ^ Ce_pot_temp
[0108]其中:
[0109]Ce_pot_temp:潜在的实际扭矩；及
[0110]Ceobj:驱动轴所要求的扭矩。
[0111]如果上述情况发生时，则:
[0112]Wa = Wtemp = Warif
[0113]其中Wtemp和Warif具有关于公式在上面介绍的含义，以及Wa是受控的从而是当前的处于活动状态的汽缸3的数目。
[0114]如果上述条件不发生(即驱动轴所要求的扭矩Ceobj高于实际潜在扭矩Ce_pot_temp)，则点火汽缸3的当前数目即处于活动状态的汽缸3的当前数目增加。在其它项中:
[0115]Wtemp = Wtemp+ Δ
[0116]其中Λ是点火的处于活动状态的附加汽缸3的数目。
[0117]此外，在这种情况下，根据一个优选的实施例，附加汽缸3的数目Λ为偶数，优选等于2，且适当地时控以便限制传递到驱动轴的振荡。
[0118]一旦点火汽缸3的当前数目即处于活动状态汽缸3的当前数目增加，再次检查条件Ceobj ( Ce_pot_temp,且只有当这样的条件为真时,或者当点火汽缸3的当前数目Wa即当前处于活动状态的受控汽缸的数目Wa等于汽缸3的数目W时，才停止该过程。
[0119]通过上述方法，有可能收敛到其中处于活动状态的汽缸3的数目Wa允许最优化增压式内燃机I性能即收敛到Warif的状态。如果在瞬变比率下，或在非标准条件下，处于活动状态的参考汽缸3的数目Warif不足以产生驾驶者所需的扭矩，则电子控制单元21在所有情况下准备控制剩余汽缸3的部分或全部点火持续一定的时间间隔，以便允许产生所要求的扭矩。
[0120]根据一种可能的变型，用于确定实际潜在要求扭矩Ce_p0t_temp的上述公式由下述公式取代，其中效率etaegr由最大效率etaegrmax取代,其允许最优化提供的扭矩。具体是:
[0121]Ce_pot_temp = g(mamax, n)*etasa*etalambda*etaegrmax*wtemp-friction(wtemp, w)
[0122]其中:
[0123]ce_pot_temp:实际潜在要求扭矩,其对应于可被要求的最大扭矩；
[0124]n:rpm,每分钟的转数；
[0125]mamax:可截留于汽缸3内的最大空气量；以及
[0126]g:通过其确定对于处于活动状态的每一汽缸3而言的参考实际扭矩Ciobj的函数，参考实际扭矩Ciob j在化学计量比条件、最优的提前点火和单一 EGR效率下使得对于处于活动状态的每一汽缸3而言的燃烧用空气质量mamax与燃料质量me —起燃烧；
[0127]friction:机械摩擦和抽吸(泵气)损失的总和；
[0128]Wtemp:点火汽缸3的当前数目，即处于活动状态汽缸3的当前数目。
[0129]根据该变型，可以利用将提供的扭矩最大化的EGR效率公式来将处于活动状态的汽缸的数目Wa最小化；如果EGR致动器足够快，则这是可能的。
[0130]根据另一实施例，可以使用下述公式，其中EGR效率etaegr由最大EGR效率etaegrmax取代，其允许最优化提供的扭矩；以及提如点火etasa效率由最优的提如点火etasamax效率取代,其允许以减少处于活动状态汽缸3的数目Wa为目标来最优化效率。
[0131]具体是:
[0132]Ce_pot_temp = g(mamax, η)氺etasamax氺etalambda氺etaegrmax氺wtemp—friction(wtemp, w)
[0133]根据另一实施例，可以使用下述公式，其中EGR效率etaegr由最大EGR效率etaegrmax取代，其允许最优化提供的扭矩；提前点火etasa效率由最优的提前点火etasamax效率取代；以及混合etalambda效率由最大混合etalambdamax效率取代,其允许以减少处于活动状态汽缸3的数目Wa为目标来最优化提供的扭矩。具体是:
[0134]Ce_pot_temp = g(mamax, η)氺etasamax氺etalambdamax氺etaegrmax氺wtemp—friction(wtemp, w)
[0135]此外，值得注意的是，在瞬变步骤中，目标扫气质量Mscav可相对于根据电子控制单元21的发动机工作点限定的目标参考扫气质量Mscavrif适当地增加(或减少)，目标扫气质量Mscav，其代表最优化内燃机I性能的空气量。
[0136]例如，目标扫气质量Mscav的计算方法如下:
[0137]Mscav = Mscavrif(C, η) + Δ (derivative(Ciobjt))。
[0138]其中:
[0139]Mscavrif (C, η):参考目标扫气质量,其为发动机工作点的函数,发动机工作点由负载和每分钟转数来确定；以及
[0140]Ciobjt:驱动轴所要求的总实际扭矩。[0141]根据第二种变型，增压式内燃机I包括节流进气门，其由具有固定升程规律的电子控制单元21和/或由VVT (可变气门正时)装置控制，该装置液压地作用于轴，所述轴通过改变其相对于驱动轴的倾斜度来致动节流进气门。
[0142]映射作为发动机工作点的函数存储于电子控制单元21内，发动机工作点由转速和负载(其根据优选变型是驱动轴所要求的总实际扭矩Ciobjt或进气效率ETASP)确定。对于每一发动机工作点而言，映射提供进气冲程期间的气门正时角度，排气冲程期间的气门正时角度以及外部EGR质量。
[0143]此外，映射作为发动机工作点的函数存储于电子控制单元21内，发动机工作点由转速和负载(其根据优选变型是驱动轴所要求的总实际扭矩Ciobjt或进气效率ETASP)确定。对于每一发动机工作点而言，映射提供处于活动状态的参考汽缸3的数目Warif。在初始步骤中，处于活动状态汽缸3的目标数目Waobj等于处于活动状态的参考汽缸3的数目Warif。此外，值得注意的是，对于处于非活动状态的每一汽缸3而言不可能控制目标扫气质量Mscav。
[0144]填充模块(例如速度密度类型的填充模块)存储于电子控制单元21内，通过其可以确定在每一循环中在每一汽缸3内截留的空气质量。具体地，填充模块包括多个输入数据，其包括:转速(rpm)、进气冲程期间的气门正时角度、排气冲程期间的气门正时角度、共轨5内进气门上游侧的压力P值以及其它环境条件(诸如像共轨5内的空气温度以及增压式内燃机I中所用冷却剂的温度)。
[0145]根据一个优选的变型，为了确定摩擦和抽吸功，将汽缸3的数目Wof和处于活动状态的汽缸3的目标数目Waobj考虑在内。
[0146]明显的是上述的控制策略必须适于瞬变比率的操作条件(或标准或固定操作条件以外的其它操作条件)。
[0147]具体地，所述方法包括在每一预定的计算步骤中按如下确定实际扭矩:
[0148]Ce = g(ma，n)*etasa*etalambda*etaegr*wtemp-friction(wtemp，w)
[0149]其中:
[0150]Ce:实际扭矩；
[0151]n:rpm,每分钟的转数；
[0152]ma:对于每一汽缸3而言在每一循环中截留的空气质量；
[0153]g:通过其确定对于处于活动状态的每一汽缸3而言的参考实际扭矩Ciobj的函数，参考实际扭矩Ciob j在化学计量比条件、最优的提前点火和单一 EGR效率下使得对于处于活动状态的每一汽缸3而言的燃烧用空气质量ma与燃料质量me —起燃烧；
[0154]friction:机械摩擦和抽吸(泵气)损失的总和；以及
[0155]wtemp:点火汽缸3的临时数目，即处于活动状态汽缸3的当前数目。
[0156]在初始条件下确定点火汽缸3的当前数目Wtemp，即处于活动状态的汽缸的当前数目，其等于作为发动机工作点的函数而确定的参考汽缸3的数目Warif。
[0157]因此，电子控制单元21通过确定提前点火效率etasa来进行，其是利用点火汽缸3的临时数目Wtemp来获得实际目标扭矩所需要的。为了确定获得实际目标扭矩所需要的提前点火效率etasa,保持被截留于每一汽缸3中的空气质量ma,且EGR效率etaegr和当前混合etalambda效率。在设置和调整的初始步骤中，对于提前点火效率etasa建立最小值和最大值，其分别用etasamin和etasama来表示。如果提前点火效率etasa包括在分别由提前点火效率的etasamin和etasamax指示的最小值和最大值之间，则处于活动状态的汽缸3的数目Wa等于点火汽缸3的临时数目Wtemp，即处于活动状态汽缸的临时数目，即再次等于作为发动机工作点的函数而确定的参考汽缸3的数量Warif。
[0158]如果发生上述条件时,则将Wa设置成等于Wtemp和Warif。
[0159]如果上述条件不发生(即如果提前点火效率etasa不包括在分别由提前点火效率的etasamin和etasamax指示的最小值和最大值之间)，则存在两种情况。
[0160]在第一种情况中， 提前点火效率etasa低于最小提前点火效率值etasamin。在这种情况下，点火汽缸3的当前数目即处于活动状态的汽缸3的当前数目减少。即Wtemp =Wtemp-△，其中Λ是处于活动状态的汽缸3的数目，其从点火汽缸的数目中减去。此时，电子控制单元21通过再次确定提前点火效率etasa来继续，该提前点火效率是利用点火汽缸3的临时数目Wtemp来获得实际目标扭矩所需的。当提前点火效率etasa包括在提前点火的最小值etasamin和最大值etasamax之间时,则过程停止。处于活动状态的汽缸3的数目Wa等于处于活动状态汽缸3的临时数目Wtemp，即等于作为发动机工作点函数减去处于活动状态汽缸3的数目而确定的参考汽缸3的数目Warif，其从点火汽缸的数目中减去。
[0161]在第二种情况下，提前点火的效率etasa高于最大提前点火效率值etasamax。在这种情况下，增加点火汽缸3的临时数目，即处于活动状态汽缸3的临时数目。即Wtemp =Wtemp+Δ，其中Λ是加到点火汽缸数目中的处于活动状态汽缸3的数目。此时，电子控制单元21从而通过再次确定提前点火效率etasa来继续,该提前点火效率是利用点火汽缸3的临时数目Wtemp来获得实际目标扭矩所需的。当提前点火的效率etasa包括在提前点火的最小值etasamin和最大值etasamax之间时,则过程停止。处于活动状态的汽缸3的数目Wa等于处于活动状态汽缸3的临时数目Wtemp，即等于作为发动机工作点函数而确定的参考汽缸3的数目Warif，其加上燃烧汽缸的数目。
[0162]在第一种情况下，当点火汽缸3的临时数目Wtemp即处于活动状态汽缸3的临时数目等于处于活动状态汽缸的数目Wmin时，此过程被中断，处于活动状态汽缸的数目Wmin是在设置和调整的初始步骤期间限定的且根据发动机工作点而变化。
[0163]在第二种情况下，显然当点火汽缸3的临时数目Wtemp即处于活动状态汽缸3的临时数目等于汽缸的数目W时，此过程停止。
[0164]此外，在这种情况下，根据一个优选的变型，要么加到燃烧汽缸中或从燃烧汽缸中减去的处于活动状态汽缸3的数目△为偶数，优选等于2，且适当地时控以便限制传递到驱动轴的振荡。
[0165]通过上述方法，有可能收敛到允许最优化增压式内燃机I的性能且还允许确定必要提前点火(通过存储于电子控制单元21内的提前点火效率etasa的反函数)的处于活动状态汽缸3的数目为Wa的状态。
[0166]根据一种可能的备选实施例，可能会发生下述情况(特别是在静止条件下):其中提前点火SA(spark advance)是不同的，特别是小于参考的提前点火，即允许最优化消耗量的最优提前点火。换句话说，会发生SA < SAottimo的情况,即提前点火效率etasa低于最大提前点火效率值etasamax。在这种情况下，汽缸3的目标数目Waobj设置成等于作为发动机工作点的函数确定的处于活动状态的参考汽缸3的数目Warif加上处于活动状态汽缸3的数目，该处于活动状态汽缸3仅在有限的预定的时间间隔中加到点火汽缸中。以这种方式，可以逐步增加处于活动状态的汽缸3的数目Waobj以便达到下述状态:其中提前点火SA近似地等于最优提前点火SAottimo,以及其中处于活动状态的汽缸3的目标数目Waobj等于处于活动状态的汽缸3的数目Wa。
[0167]根据另一种变型，可将燃料量喷射到数目为Ws的处于非活动状态的汽缸3内。
[0168]根据另一种变型，可控制数目为Ws的处于非活动状态的汽缸3用于燃烧而不是用于产生扭矩。
[0169]上述的两种变型本质上允许增加排气温度，以便近似地加热催化剂和/或给涡轮增压器12的涡轮13提供更大的功率。
[0170]在上面的描述中将包括任何数目汽缸3的增压式内燃机I考虑在内。具体地，上面的描述是有利的，但不排它性地适用于内燃机1，其通过涡轮增压器12增压，且设有其中曲轴偏移180度的四个汽缸3，以及其中所述点火顺序是1-3-4-2的顺序。在这种情况下，处于活动状态的汽缸3分别是1-4或3-2，或1-3-4-2。
[0171]此外，根据一种可能的变型(未示出)，内燃机I通过多个涡轮增压器12增压。例如，在内燃机I通过两个涡轮增压器12增压的情况下，电子控制单元21设置成控制连接到第一涡轮增压器12的那些处于活动状态的汽缸3 ;同时电子控制单元21设置成控制连接到第二涡轮增压器12的那些不参与燃烧的处于非活动状态的汽缸3。
[0172]上面的描述是有利的，但不排它性地适用于增压式内燃机I。事实上，上述控制方法可有利地应用于吸气式内燃机I。
[0173]当扫气质量Mscav为零，即Mscav = O时或在吸气式发动机的情况下产生一种特定的情况；在后一种情况下，如果Pobj > Patm,则在流程中的点火汽缸3的数目加上确定的Λ值以便达到其中Pobj ( Patm的状态。
[0174]此外，如果上述策略实施用于通过增压保留值控制实施增压式内燃机以及设有在意大利专利Β02012Α000216中所述类型的运动风格驾驶检测器，可有利地应用上述策略。
[0175]上述方法具有很多优势。
[0176]具体地，除了在成本、容易和成本有效地实施、而且对于电子控制单元21而言不必带来过多的额外计算负担方面是有利的之外，其还允许减少涡轮迟滞以及允许最优化具有涡轮增压器12的发动机的性能。
【权利要求】
1.一种用于控制内燃机(I)的方法，所述内燃机(I)具体地是通过设有涡轮(13)和压缩机(14)的涡轮增压器(12)来增压的增压式内燃机，所述内燃机(I)还包括进气歧管(4)以及连接到进气歧管⑷的个数为数目(W)的汽缸(3)，其中通过相应的节流进气门来调节针对每一发动机循环的截留于每一汽缸(3)内的空气质量； 所述控制方法包括以下步骤: -确定用于所述内燃机(I)的操作所需提供的总目标扭矩(Ci_objt)； -确定在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸(3)的目标数目(Waobj)，其中处于活动状态的汽缸⑶的目标数目(Waobj)是从O到汽缸(3)的数目(W)的任意数目； -根据受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸(3)的目标数目(Waobj)来确定在使用中受控以便吸入尽可能最大量的空气的处于非活动状态的汽缸(3)的数目(W s)；-确定进气歧管的目标压力(Pobj)，该目标压力用于确保用于所述内燃机(I)的操作所需提供的总目标扭矩(Ci_objt);以及 -通过在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸(3)的目标数目(Waobj)来控制节流阀以便调节进气歧管的目标压力(Pobj)，从而确保用于所述内燃机(I)的操作所需提供的目标扭矩(Ci_objt)； 所述方法的特征在于确定在使用中受控以便喷射和燃烧的汽缸(3)的目标数目的步骤，其中处于活动状态的汽缸(3)的目标数目(Waobj)是包含在从O到汽缸(3)的数目(W)之间的任意数目，该步骤包括以下子步骤: -根据发动机工作点来确定在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸(3)的临时数目(Watemp)；` -确定提前点火效率，其应该通过处于活动状态的汽缸(3)的临时数目(Watemp)来致动，以确保用于所述内燃机(I)的操作所需提供的总目标扭矩(Ci_objt);以及 -根据提前点火效率来确定处于活动状态的汽缸(3)的目标数目(Waobj)，其应该通过处于活动状态的汽缸(3)的临时数目(Watemp)来致动，以确保用于所述内燃机(I)的操作所需提供的总目标扭矩(Ci_objt)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在增压式内燃发动机(I)的情况下包括确定目标增压压力(Ptobj)以用于确保进气歧管的目标压力(Pobj)的进一步的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括进一步的步骤: -根据发动机工作点来确定在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸(3)的参考数目(Warif);以及 -根据在处于活动状态的汽缸(3)的参考数目(Warif)下的发动机工作点来初始化在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸(3)的临时数目(Watemp)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括进一步的步骤: -在设置和调整的初始步骤期间确定用于实现燃烧的提前点火效率的可能的最小值和最大值； -确定提前点火效率，该提前点火效率是需要通过处于活动状态的汽缸(3)的临时数目(Watemp)来实施的，以确保用于所述内燃机(I)的操作所需提供的总目标扭矩(Ci_objt)；-将必要的提前点火效率与用于燃烧的提前点火效率的可能的最小值和最大值进行比较；以及 -根据提前点火效率与用于实现燃烧的提前点火效率的可能的最小值和最大值的比较，确定处于活动状态的汽缸(3)的目标数目(Waobj)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括进一步的步骤:只有当必要的提前点火效率包含在由提前点火效率的可能的最小值和最大值限定的范围内时才使得处于活动状态的汽缸(3)的目标数目(Waobj)等于处于活动状态的汽缸(3)的临时数目(Watemp)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，包括进一步的步骤: -在设置和调整的初始步骤中确定将加到点火汽缸⑶数目中或从点火汽缸⑶数目中减去的汽缸(3)的偏差数(Λ); -只有当必要的提前点火效率不包含在由提前点火效率的可能的最小值和最大值限定的范围内时才通过汽缸(3)的偏差数(△)更新处于活动状态的汽缸(3)的临时数目(Watemp)，以确保用于所述内燃机(I)的操作所需提供的总目标扭矩(Ci_objt)。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，将加到燃烧汽缸数目或从燃烧汽缸数目中减去的汽缸(3)的偏差数(△)优选等于2。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对每一发动机循环而截留于每一汽缸(3)内的空气质量通过VVT (可变气门正时)装置来调节，VVT (可变气门正时)装置作动以便改变进气门和/或排气门的正时。
9. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，包括进一步的步骤: -在进气冲程期间和排气冲程期间两者中且根据发动机工作点来确定目标数目(Waobj)的在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸(3)的相应进气门的位置； -在进气冲程期间和排气冲程期间两者中控制目标数目(Waobj)的在使用中受控以便喷射和燃烧的处于活动状态的汽缸(3)的相应进气门。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将燃料喷入到所述数目(Ws)的处于非活动状态的汽缸(3)内的进一步的步骤。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括控制所述数目(Ws)的处于非活动状态的汽缸(3)用于燃烧而不是用于产生扭矩的进一步的步骤。
【文档编号】F02D23/02GK103485906SQ201310234143
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】M·潘奇罗利 申请人:马涅蒂-马瑞利公司