专利名称：新鲜空气量的估计方法、该方法用的记录介质和估计装置、配备该估计装置的汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的估计方法和估计装置。本发明同样涉及实现该方法用的信息记录介质和估计装置以及配备该估计装置的汽车。
背景技术：
一个发动机循环依次包括从燃烧室排出燃烧气体、把新鲜空气和碳氢燃料吸入燃烧室和混合物在该燃烧室中燃烧。在四冲程发动机的情况下，一个发动机循环对应于活塞在汽缸中在其行程的两个最终位置，就是说上死点(PMH)和下死点(PMb)之间的两个来回。
燃烧气体排放的持续时间就是该一个或多个排气门门打开的时间。类似地，吸入新鲜空气的持续时间等于该一个或多个进气门打开的时间。
如所周知，内燃机所提供的功率是吸入该发动机燃烧室内空气量的函数。该空气量本身与该空气的密度成正比。因此，在要求大功率的情况下，要考虑借助于空气在未被吸入该燃烧室之前的压缩来增大空气量。这个操作更一般地被称为增压，并可以通过作为涡轮 压缩机或者诸如螺杆压缩机等被驱动的压缩机的增压装置实现。
为了进一步增大吸入汽缸的空气量，可以规定实现一种用剩余燃烧气体清扫的吸气模式。这清扫允许抽空目前在燃烧室中的燃烧气体，以便用增压的空气代替。
正如这在美国专利4217866中说明的，这扫气是通过在曲轴几度至几十度旋转角度的过程中同时打开同一燃烧室的排气门和进气门获得的。一般，这是在燃烧气体排气结束和在新鲜空气吸气开始时产生的。实际上，在开打的进气门水平上空气压力高于在排气门水平上的压力这一事实，建立一股空气流，从吸气直接通到排气，带动一部分目前在该燃烧室中存在的剩余燃烧气体通过。进气门和排气门同时打开的这个时期称为“气门重叠”。
在大气压发动机，就是说没有增压的发动机的情况下，同样可以设置气门重叠。在这种情况下，在该气门重叠的过程中，新鲜空气和燃烧气体吸入燃烧室。人们说燃烧气体被再吸入。这个被称为IGR(气体内部循环)或者内部废气循环的功能是已知的。
吸入发动机汽缸燃烧室内新鲜空气流量的估计方法是已知的。例如，在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的估计方法。该估计是从进气门和排气门打开和关闭角度的参数模型出发实现的。
气门的打开和关闭角度对应于在发动机循环中气门分别打开和关闭的时刻。
这些方法包括在发动机运行的标称温度下标定模型，这个标定还包括校准打开和关闭角度的数值。
一般，该标称温度是发动机热时的工作温度。在这里，若该发动机冷却液体的温度是90°C，则认为该发动机是热的。
但是，当该发动机不在其标称温度下工作时，具体地说，在发动机冷起动时，空气量的估计误差增大。发明内容
本发明旨在提供一种允许估计吸入燃烧室内新鲜空气量更精确的估计方法，纠正这个缺点。
因而，其目标在于提供一种估计方法，其中该方法包括在发动机在不同于标称温度的温度下运行时，修正根据这些气门与其气门摇臂之间或者该气门和凸轮轴的凸轮之间的分布游隙的估计值校准的打开和关闭角度。
上述方法允许限制当发动机不在其标称温度下工作时新鲜空气量的估计误差，因为气门的打开和关闭角度在考虑到不同的分布游隙数值的情况下加以修正。
该估计方法的实施方式可以包括一个或几个下列特征
■该修正是在进气门和排气门打开或关闭角度上减去一个恒定偏移量。
■该修正包括
i.借助于预定的曲线图把每个估计的分布游隙变换为修正角度，和
ii.在标定阶段上校准的打开和关闭角度中至少一个上加上或减去修正角；
■该方法包括估计在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气质量Ma的步骤,该步骤包括
iii.估计新鲜空气吸入结束时燃烧室内所含气体的总质量Mtot，
iv.估计燃烧气体排放结束时燃烧室内所含燃烧气体的质量Mb，和
V.从估计的总质量Mtot和燃烧气体质量Mb之间的差值出发，估计新鲜空气的质量Ma ；
■该修正还包括在标定阶段期间校准的打开或关闭角度上加上或减去一个恒定的偏置量;
■分布游隙的估计是从一个代表发动机温度和从发动机起动起过去的时间的物理量出发实现的；
■该方法包括测量发动机起动时刻发动机冷却液体温度,这个测量组成代表发动机温度的变量。
该方法的这些实施方式还有下列优点
i.可以更准确地建立燃烧气体的总质量Mtot和质量Mb的估计值，而不必测量燃烧室内的压力或温度，这允许获得一个对质量Ma更精确的估计；
ii.在标定阶段上测量的打开或关闭角度上减去或加上一个预定的偏置量，允许更准确地接近气门打开或关闭的准确值。
本发明的目的还在于提出一种信息记录介质，包括一些指令，当这些指令由电子计算机执行时执行上述方法。
本发明的目的同样在于提出一种在一个发动机循环中对吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的估计装置，该估计装置包括
i.带有进气门和排气门打开和关闭角度的允许估计该新鲜空气量的参数模型，和
ii.当发动机在标称温度下工作时在标定阶段上校准的打开和关闭角度，
iii. 一种修正器，发动机在不同于标称温度的温度下运行时能够修正根据气门和其气门摇臂之间的分布游隙的估计值校准的打开和关闭角度。
最后，本发明的目的还在于提出一种包括上述估计装置的汽车。
阅读只作为示例而非限制性给出的和参照附图所作的下文的描述，将会更好地理解本发明，附图中
图I是估计质量Ma和总填充率rempl tot的汽车示意 图2是图I汽车分布游隙示意 图3是示意地说明在一个发动机循环中进气门和排气门位移的曲线 图4是更详细地说明实现质量Ma和总填充率rempl_tot估计装置的电子计算机的体系结构的图解；
图5是说明图I汽车气门测出的规律的曲线 图6是说明把分布游隙变换为修正角的曲线图；而
图7是图I汽车中质量Ma和总填充率rempl_tot估计方法的流程图。
具体实施方式
在这些图中，同一引用号用来表示同一要素。
在下文的描述中本领域技术人员众所周知的特征和功能不再赘述。
图I示意地表示配备内燃机的汽车2。例如，该汽车2是一个诸如小汽车的轿车。
汽车发动机2配备几个汽缸。但是，为了简单明了起见，图I所示的内燃机只画出一个汽缸6。在汽缸6内部，活塞8装配得可以移位，在上死点(PMH)和下死点(PMB)之间移动。活塞8借助于连杆14驱动曲轴12的曲柄10旋转。曲轴12借助于一个未不出的机构驱动诸如轮子16的汽车2驱动轮旋转。
汽缸6定义由活塞8上部和未示出的气缸盖限定的燃烧室18。新鲜空气吸入管道 20借助于进气孔通入燃烧室18。进气门24可以在关闭位置和打开位置之间移位，在关闭位置上它对新鲜空气密封地关闭进气孔，而在打开位置上新鲜空气可以通过进气孔被吸入燃烧室18。气门24用进气门的气门摇臂26在其打开位置和其关闭位置之间移动。
在该描述中，每个气门摇臂都用凸轮轴移动。该气门摇臂可以是该凸轮轴的一个凸轮。该凸轮轴这时被称为“头部凸轮轴”。该气门摇臂还可以借助于一个本身被凸轮轴驱动移动的杠杆移动。
在这里表示的特定情况下，碳氢燃料喷嘴28设置在把碳氢燃料喷入被吸入燃烧室18内的新鲜空气中的管道20上。于是，新鲜空气/碳氢燃料混合物开始在空气进气管道内产生。
管道20在流体上连接至专门用来压缩被吸入燃烧室18的新鲜空气的涡轮压缩机 32的压缩机30。这样被压缩的新鲜空气称为增压新鲜空气。
专门用来点燃新鲜空气/碳氢燃料混合物的火花塞34通入燃烧室18。该火花塞由点火装置36操纵。
排气管道40还借助于排气孔通往燃烧室18。该排气孔可以由一个可以在关闭位置和打开位置之间移位的气门44封闭，在关闭位置上它对燃烧气体密封地封闭排气孔，而在打开位置上燃烧室18内所含的燃烧气体可以通过管道40排出。气门44通过气门46的气门摇臂在这些打开位置和关闭位置之间移动。
管道40与通往燃烧室18的开孔相反的端部，在流体上连接涡轮压缩机32的涡轮机48。涡轮机48尤其允许废气在输送到排气管线50之前降压。
发动机能够接受控制的不同设备，诸如执行器、点火装置或者还有碳氢燃料喷嘴， 均连接至亦用字首词ECU(发动机控制单元)表示的已知的发动机的控制单元60。为了简化图1，没有示出单元60和不同的受控设备之间的连接。
单元60还连接大量的传感器，例如，曲轴12位置传感器62、发动机冷却液体温度传感器63和发动机转速传感器64。在这里发动机转速定义为发动机驱动轴每分钟的转数。
图2更详细地表示气门一端66由气门摇臂67在其打开位置和关闭位置之间的移动。图2表不,在气门摇臂67用来顶在移动气门用的相应端66 —个面上的面之间可能存在游隙J。该游隙用术语“分布游隙”表示，是已知的。一般该游隙每个气门都不相同。在这里，该游隙的存在是因为汽车2对游隙J没有补偿机构。
图3以曲线图的形式表示在一个发动机循环中气门24和44的位移与活塞8的位移的关系。在该曲线图上，横坐标轴70表示在该曲线图上，活塞8在分别标注为PMH和PMB 的上死点和下死点之间的位移。纵坐标轴表示进气门和排气门的位移幅度。当进气孔或者排气孔封闭时这个幅度为零。当这些同一的孔完全打开时它是最大值。在这里，气门44的位移用曲线72表示，而气门24的位移用曲线74表示。
轴70用曲轴旋转角度的度数来刻度。该轴的原点与新鲜空气吸入的上死点互相重合。
如图3所示，排气门基本上在下死点附近的角度OE处开始打开，并在角度FE处关闭。在图2所示的特定情况下，角度FE位于吸气上死点之后。
该进气门在角度OA开始打开，并在角度FA关闭。
在这里，该曲线图是在存在气门重叠的特定情况下呈现的。事实上，角度OA在角度FE之前，这指明，在几度的时间周期中进气门和排气门同时打开。
图4更详细地表示用以估计质量Ma和总填充率rempl_tot的单元60可能的体系结构。
为此，单元60实现
汽车2进气门和排气门分布游隙估计装置78，
穿过排气孔的燃烧气体的温度Teqi估计装置80。
穿过排气孔的燃烧气体在气门重叠过程中穿过排气孔的气体压力Peqi的估计装置 82,
借助于管道20吸入燃烧室18内的新鲜空气温度TADM估计装置84，和
吸入燃烧室18的新鲜空气压力PADM估计装置86。
这些估计装置78，80，82，84和86连接至质量Ma和总填充率rempl_tot估计装置 88。该估计装置88也连接至发动机控制块90。该块90尤其允许根据质量Ma和总填充率 rempl_tot控制不同的执行器、喷嘴和发动机点火装置。例如，控制块90能够调节喷入的碳氢燃料量，并使喷入燃烧室18的新鲜空气/碳氢燃料混合物的点火时刻提前，或者调节允许调整吸入燃烧室18的新鲜空气量的蝶阀开度。
估计装置88包括
燃烧气体排放结束时含于燃烧室18内的燃烧气体质量Mb的估计模块92，
气门重叠时吸向排气管的扫气气体的质量Mbal估计装置94，
燃烧气体温度Tb估计装置96，
吸入燃烧室18的新鲜空气质量Ma估计装置98，
总填充率rempl_tot估计装置100,和
籲根据估计的分布游隙修正角度0E，0A, FE和FA的修正器102。
模块92具有
估计排气结束时含于燃烧室18内的剩余燃烧气体质量Mb_resi的估计子模块 102，和
气门重叠时再吸入燃烧室18的燃烧气体质量Mb Masp估计子模块104。
单元60 —般从能够执行记录在信息记录介质上的指令的可编程计算机出发实现。为此，在这里，单元60连接至存储器106，其中包含执行图7方法所需要的不同的指令和数据。具体地说，实现图7的方法所用不同的曲线图记录在该存储器106中。例如，这些曲线图是通过试验将估计值和实际值之间的误差减到最小而构建的。
更详细地描述每个模块92至102之前，首先描述一个从传感器的测量值出发提供质量Ma和总填充率rempl_tot的模型的一般原理。
在这里，该模型的一般原理是基于进、出该燃烧室18的气体在一个发动机循环上的质量平衡。该质量平衡分解为几个在整个发动机循环上执行的算法。
在第一时间，估计排气结束时燃烧室18内燃烧气体的质量Mb。在第二时间，估计吸气结束时含于燃烧室18内气体的总质量Mtot。
从这两个估计值出发，和由于气体总质量在一个发动机循环上保持不变，在一个发动机循环中含于燃烧室18内的空气质量Ma可以通过从质量Mtot减去质量Mb而获得。
更准确地说，在一个发动机循环中，在吸入和排出的气体质量平衡之后，质量Ma 用以下关系给出
Ma = Mtot-Mb
式中
· Mtot是吸气结束时燃烧室18内气体的总质量，而
· Mb是排气结束时燃烧室18内燃烧气体的总质量。
当气门重叠时燃烧气体的一部分被重新吸入的特定情况下，质量Mb的估计分解为排气结束时未借助于管道40排出的剩余燃烧气体质量Mb_resi的估计和在气门重叠过程中再吸入的燃烧气体质量Mb_reasp的估计。
这时燃烧气体的质量Mb用以下关系定义
Mb = Mb_r e s i +Mb_r e a sp
式中
· Mb_resi是排气时未能排出的剩余燃烧气体质量,而
· Mb_reasp是气门重叠时再吸入的燃烧气体质量。
在发动机带有气门重叠增压的特定情况下，人们同样力求估计增压新鲜空气的总填充率rempl_tot。总填充率rempl_tot是在一个发动机循环中借助于进气孔吸入的新鲜空气总量。在发动机带有气门重叠增压的情况下，通过进气孔吸入的一部分新鲜空气立即经排气管排出(Mbal)。于是，总填充率rempl_tot，以第一近似由以下关系给出
权利要求
1.从带有进气门和排气门打开角度和关闭角度的参数模型出发估计在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的方法，该方法包括在发动机运行标称温度下模型的标定(120)，该标定还包括打开角度和关闭角度数值的校准，其特征在于，发动机在不同于标称温度的温度下运行时，该方法包括根据气门与其气门摇臂之间分布游隙的估计值对校准的打开角度和关闭角度的修正(126)。
2.按照权利要求I的方法，其特征在于，该修正包括i.借助于预定的曲线图把估计的每个分布游隙变换为修正角度，和 .在标定阶段上校准的打开角度或者关闭角度中至少一个上加上或减去修正角。
3.按照上列权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该方法包括估计在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气质量Ma的估计步骤(128)，这个估计步骤包括 估计新鲜空气吸入结束时燃烧室内所含气体的总质量Mtot， 估计燃烧气体排放结束时燃烧室内所含燃烧气体的质量Mb，和 从估计的总质量Mtot和燃烧气体质量Mb之间的差值出发估计新鲜空气的质量Ma。
4.按照上列权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该修正(126)还包括在标定阶段上在校准的打开或关闭角度上加上或减去一个恒定的偏置量。
5.按照上列权利要求中任何一项的方法，其特征在于，分布游隙的估计(124)是从代表发动机温度和从发动机起动起过去的时间出发实现的。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，该方法包括测量(164)发动机起动时刻的发动机冷却液体温度，这个测量包括代表发动机温度的变量。
7.信息记录介质(106)，其特征在于，它包括一些指令，以便当这些指令由电子计算机执行时执行按照上述权利要求中任何一项的方法。
8.在一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的估计装置(60)，该估计装置包括iii.带有进气门和排气门打开角度和关闭角度的参数模型，允许估计新鲜空气量，和iv.当发动机标称温度下工作时在标定阶段上校准打开角度和关闭角度，其特征在于，该估计装置包括一个修正装置(102)，它能够修正根据发动机在不同于标称温度的温度下运行时气门与其气门摇臂之间分布游隙的估计值校准的打开角度和关闭角度。
9.一种汽车(2)，其特征在于，它包括按照权利要求8的估计装置。
全文摘要
本发明涉及一种从进气门和排气门打开和关闭角度的参数模型出发估计一个发动机循环中吸入发动机汽缸燃烧室内的新鲜空气量的方法，该方法包括标定(120)在发动机运行的标称温度下的模型，该标定还包括校准打开和关闭角度值。发动机在不同于标称温度的温度下运行时，该方法包括修正(126)根据这些气门与其气门摇臂之间分布游隙的估计值校准的打开和关闭角度。
文档编号F02D41/00GK102939453SQ201180023101
公开日2013年2月20日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年5月7日
发明者F·特雷勒 申请人:标致·雪铁龙汽车公司