对车辆排气压力的估算
阅读：108发布：2020-06-21
专利汇可以提供对车辆排气压力的估算专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种估算车辆 发动机 的瞬时排气压 力 的方法，所述发动机连接到排气收集器，所述车辆包括至少一个控制进气 阀 和排气阀的 凸轮 轴。该方法的特征在于，其包括以下步骤：确定 发动机转速 和待排气体的总填充量；通过以发动机转速和总填充量作为输入值的图绘计算中间压力比；通过对中间压力比进行插值计算总压力比；并且用总压力比乘以参考排气压力，该乘积确定瞬时排气压力。该方法能够简单和有效地估算车辆发动机的瞬时排气压力。，下面是对车辆排气压力的估算专利的具体信息内容。
1.一种估算车辆发动机的瞬时排气压力的方法，所述发动机连接到排气收集器，所述车辆包括至少一个控制进气阀和排气阀的凸轮轴，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-确定发动机转速和待排气体的总填充量；
-通过以绘图法方式利用发动机转速和总填充量作为输入值计算中间压力比；
-通过对中间压力比进行插值，来计算总压力比；并且
-用总压力比乘以参考排气压力，该乘积确定瞬时排气压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，图绘输出得到的中间压力比是针对进气阀或排气阀的预先确定位置的压力比。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，阀的预先确定位置是进气阀打开的最小位置、平均位置和最大位置以及排气阀关闭的最小位置、平均位置以及最大位置。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，插入值是预先确定的进气阀的打开目标值和预先确定的排气阀的关闭目标值的函数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，插值在下列步骤之前：在关闭目标值附近确定排气阀的两个预先确定位置；在打开目标值附近确定进气阀的两个预先确定位置；并且，在关闭目标值附近的排气阀的两个预先确定位置和打开目标值附近的进气阀的两个预先确定位置的中间压力比之间进行线性插值。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，总填充量D通过下式给出：
其中，对于自然吸气发动机或可以被增压的发动机，débit＝débitech；或者对于被增压的发动机，débit＝débit涡轮机-débit旁通阀；
其中：
débitech：总排气流量，单位kg/s：
débitech＝débit新鲜空气+débit流动空气+débit汽油-débitEGR+débitIAEdébit新鲜空气：填充新鲜空气的新鲜空气流量，单位kg/s，
débit流动空气：从进气口流向排气口的新鲜空气流量，单位kg/s，
débit汽油：被注入的汽油流量，单位kg/s，
débitEGR：EGR的流量，单位kg/s，
débitIAE：IAE的流量，单位kg/s，
débit涡轮机：经过涡轮机的总流量，单位kg/s，
débit旁通阀：通过旁通阀的空气流量，单位kg/s，
Nbr_cyl：热发动机的汽缸数目，
3
ρ0：标准体积质量，单位kg/m ，
3
V0：发动机单汽缸的标准体积，单位m ，
Tech：收集器中的排气温度，单位K，
T0：标准温度，单位K，
P0：标准压力，单位Pa，
Patmo：大气压力，单位Pa，
N：发动机转速，单位tr/min，
k1：单位变换系数。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，参考排气压力等于在收集器中的发动机循环上估计出的平均排气压力，或者是增压发动机时，在涡轮机之后估计出的平均排气压力。
8.一种根据瞬时排气压力估算车辆发动机的新鲜空气填充量的方法，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的方法估算瞬时排气压力的估算步骤。
9.一种用于发动机排放气体的排气线路，其特征在于，所述线路包括：包含将转速和填充量作为输入值的图绘的存储器、用于根据权利要求1至7中任一项所述的方法估算瞬时排气压力的计算机。
10.一种特征在于包括发动机以及在发动机出口处的根据权利要求9所述排气线路的车辆。
对车辆排气压力的估算
技术领域
背景技术
[0003] 瞬时排气压力是可用于改善发动机的新鲜空气填充量的估算模型精确度的参数。该新鲜空气填充量的估算值尤其是检验发动机特性的主要估算值的其中之一。
[0005] 专利文件FR-A-2919388建议在单缸发动机的增压方法中，使用针对参考发动机的点的集合，作为参考发动机的运转循环的特定时刻的集合的函数的瞬时排气压力模型。然而，该文件不能对这种模型的实施提供指导。
[0006] 因此需要能够以简单有效的方式估算发动机瞬时排气压力的的技术方案。
发明内容
[0007] 为此，本发明提供一种估算车辆发动机的瞬时排气压力的方法，所述发动机连接到排气收集器，所述车辆包括至少一个控制进气阀和排气阀的凸轮轴，其特征在于，所述方法包括以下步骤：确定发动机转速和待排气体的总填充量；通过以发动机转速和总填充量作为输入值的图绘计算中间压力比；通过对中间压力比进行插值计算总压力比；并且用总压力比乘以参考排气压力，该乘积确定瞬时排气压力。
[0008] 根据一个变型，图绘输出得到的中间压力比是针对进气阀或排气阀的预先确定位置的压力比。
[0009] 根据一个变型，阀的预先确定位置是进气阀打开的最小位置、平均位置和最大位置以及排气阀关闭的最小位置、平均位置以及最大位置。
[0010] 根据一个变型，插入值是预先确定的进气阀的打开目标值和预先确定的排气阀的关闭目标值的函数。
[0011] 根据一个变型，插值在下列步骤之前：在关闭目标值附近确定排气阀的两个预先确定位置；在打开目标值附近确定进气阀的两个预先确定位置；并且，在关闭目标值附近的排气阀的两个预先确定位置和打开目标值附近的进气阀的两个预先确定位置的中间压力比之间进行线性插值。
[0012] 根据一个变型，总填充量D通过下式给出：
[0013]
[0015] 其中：
[0016] débitech：总排气流量，单位kg/s：
[0019] débit流动空气：从进气口流向排气口的新鲜空气流量，单位kg/s，
[0020] débit汽油：被注入的汽油流量，单位kg/s，
[0021] débitEGR：EGR的流量，单位kg/s，
[0022] débitIAE：IAE的流量，单位kg/s，
[0023] débit涡轮机：经过涡轮机的总流量，单位kg/s，
[0024] débit旁通阀：通过旁通阀的空气流量，单位kg/s，
[0025] Nbr_cyl：热力发动机的汽缸数目，
[0026] ρ0：标准体积质量，单位kg/m3，
[0027] V0：发动机单汽缸的标准体积，单位m3，
[0028] Tech：收集器中的排气温度，单位K，
[0029] T0：标准温度，单位K，
[0030] P0：标准压力，单位Pa，
[0031] Patmo：大气压力，单位Pa，
[0032] N：发动机转速，单位tr/min，
[0033] k1：单位变换系数，k1=120。
[0035] 根据一个变型，参考排气压力等于，自然吸气式发动机时，在收集器中的发动机循环上估计出的平均排气压力，或者是增压发动机时，在涡轮机之后估计出的平均排气压力。
[0036] 本发明还涉及一种根据瞬时排气压力估算车辆发动机的新鲜空气填充量的方法，根据以上所述的方法估算瞬时排气压力。
[0038] 本发明也涉及一种特征在于包括发动机以及在发动机出口处的例如如上所述排气线路的车辆。
附图说明
[0039] 本发明的其它特征和优点通过阅读下面关于本发明实施例的详细说明将更加清楚，这些实施例仅作为示例并且参考图1至9的计算图绘给出。
具体实施方式
[0040] 本发明提供一种简单和有效地估算车辆发动机的瞬时排气压力的方法。已知，发动机连接至排气收集器。车辆通常是机动车辆。尤其是，发动机可以是汽油热力发动机。发动机可以是增压的或者是自然吸气的。发动机可以具有三个、四个或六个汽缸，或者其它数目的汽缸。车辆包括至少一个控制进气阀和排气阀的凸轮轴。车辆可以包括用于进气阀的凸轮轴和用于排气阀的凸轮轴，或者实现两项功能的单个轴。车辆还可以包括或者不包括凸轮轴、进气轴和/或排气轴的相位调整器。车辆可以包含或不包含EGR（排气再循环）装置和/或IAE（待排空气喷射）装置。
[0041] 下面将通过特定的实施示例描述本发明的方法。应当理解示例的不同特征可以与通常的示例彼此独立地组合。
[0042] 本方法用于通过总压力比Rp与参考排气压力P参考的乘积来确定瞬时排气压力P瞬时。因此通过以下的一般方程根据P参考来估算单位为帕的P瞬时：
[0043] P瞬时=P参考×Rp
[0044] 参考排气压力P参考可等于在发动机循环上估计出的平均排气压力。可以针对自然吸气应用在收集器中执行估计，或者针对增压应用在涡轮机之后执行估计。在这种情况下，对于自然吸气发动机，在收集器中对P参考进行系统地估计。对于还适于在增压应用中使用的发动机，P参考在涡轮机增压之后进行估计。为了更加精确还可以使用已知的不同理论模型，提供作为外部压力和这些估计值的函数的P参考。
[0045] Rp为总压力比并且无量纲。通过对构成计算中间产物的中间压力比Rpx_y进行插值法来计算Rp。这些中间压力比Rpx_y本身可以通过图绘(cartographies)进行计算，可以被预先确定。这些图绘可以得出在给定时刻输入的发动机转速N和该时刻时的排气温度和大气压力的标准排气总填充量D。新鲜空气填充量是允许确定进气阀关闭时发动机燃烧室中的新鲜空气量的质量比。
[0046] 根据示例的方法，如果确定了给定时刻的发动机转速N和总填充量D，则可以由图绘确定Rpx_y并且进而计算P瞬时。这种方法实施起来尤其简单因此消耗的处理器资源较少。
[0047] 插值法的步骤可以通过在乘法操作中使用从图绘得到的多个值从而细化结果。该方法因而可以对瞬时排气压力进行有效和精确地估算。
[0048] 一般来说，用已知方法通过实验建立图绘。尤其是，对于期望建立图绘的每个输入元素对（N，D），可以例如对瞬时压力进行一次或多次测量。可以通过改变参数和/通过固定这些相同参数中的一些来实施对压力的测量，所述参数例如大气压、排气温度、进气阀打开、进气阀关闭，一般来说，所有参数会影响排气压力和车辆负载。因而可以对结果进行平均。在建立图绘结束时可由试验车辆所设置的传感器得到测量值。无论是增压应用还是自然吸气应用，瞬时排气压力的测量都在排气收集器的排气管水平处在两种情况下进行。
[0049] 在示例中，图绘的输入参数是标准总填充量和发动机转速。也可以备选地选取图绘的其它输入参数。可以选定参数的数值范围，在该数值范围上根据使用发动机的条件情况建立图绘。例如，可以在最惯常的数值范围上增大精细度。从而优化图绘选取的存储位置。
[0050] 发动机转速可以通过每分钟的转数给定。其构成图绘的第一输入。标准排气总填充量D可通过排气温度和大气压力以下式给出：
[0051]
[0052] 其中，对于自然吸气发动机或可以被增压的发动机，débit=débitech；或者仅对于被增压的发动机，débit=débit涡轮机=débitech-débit旁通阀；
[0053] 其中：
[0054] débitech：总排气流量，单位kg/s；
[0055] débitech=débit新鲜空气+débit流动空气+débit汽油-débitEGR+débitIAE[0056] débit新鲜空气：填充新鲜空气的新鲜空气流量，单位kg/s，
[0057] débit流动空气：从进气口流向排气口的新鲜空气流量，单位kg/s，
[0058] débit汽油：被注入的汽油流量，单位kg/s，
[0059] débitEGR：EGR的流量，单位kg/s，
[0060] débitIAE：IAE流量，单位kg/s，
[0061] débit涡轮机：经过涡轮机的总流量，单位kg/s，
[0062] débit旁通阀：通过旁通阀的空气流量，单位kg/s，
[0063] Nbr_cyl：热发动机的汽缸数目，
[0064] ρ0：标准体积质量，单位kg/m3，
[0065] V0：发动机单汽缸的标准体积，单位m3，
[0066] Tech：收集器中的排气温度，单位K，
[0067] T0：标准温度，单位K（例如：273.15K），
[0068] P0：标准压力，单位Pa（例如：101300Pa），
[0069] Patmo：大气压力，单位Pa，
[0070] N：发动机转速，单位tr/min，
[0071] k1：单位变换系数：k1=120。
[0072] 总填充量构成图绘的第二输入。总填充量的公式允许考虑流量、温度和压力的影响。根据发动机类型以不同方式计算流量，一方面是自然吸气型或增压型，另一方面是单独增压型。对公式中出现的不同参数的标准化能够更好地确定这些参数使瞬时排气压力变化的一部分值。同样，流量除以发动机转速N能够更好地区分已经在第一输入中考虑到的填充影响和发动机的转速影响。根据该公式的第二输入同时便于获得并且与第一输入相关性较少。这使得图绘能够占用较少的存储空间并且因而可以更加简便地获得。
[0073] 在示例中，在图绘输出建立的中间压力比是对于进气阀或排气阀的预先确定位置处的压力比。因而，可以根据上面提到的方法通过将进气阀和/或排气阀固定在预先确定的位置处来建立图绘。因此，图绘提供对应阀的预先确定位置的排气压力。可以有数对的进气阀和排气阀的预先确定位置的图绘。
[0074] 例如，阀的预先确定的位置可以是进气阀打开的最小位置OAMIN、平均位置OAMID以及最大位置OAMAX，以及排气阀关闭的最小位置FEMIN、平均位置FEMID以及最大位置FEMAX。
[0075] OAMAX、OAMIN、FEMAX、FEMIN代表OA和FE范围的端值（valeurs des butées）。位置OAMID和FEMID不是必然是OA和FE范围的中间距离处。
[0076] 因而可以建立九条图绘，每条给出对应于数对（FEx，OAy）的中间压力比Rpx_y，由图1上的点示出。
[0077] 通常，图绘越多，估算的精确度越高，但估算时消耗的存储空间和处理器资源也就越多。以上阀的预先确定位置给出了在估算精确度和方法效率之间的良好折衷办法。
[0078] 因而插入值可以是预先确定的进气阀的打开目标值OA以及预先确定的排气阀的关闭目标值FE的函数。这允许估算发动机循环的点处的排气压力。目标值的选择取决于瞬时排气压力的估算的实际应用。由（FE，OA）所确定的循环的点可以由进气凸轮轴（VVTadm）以及排气凸轮轴（VVTech）的位置限定。
[0079] 这样的方法对于设有凸轮轴相位调整器的汽油热力发动机尤其有用，其中期望实现阀门的交叉。在这样的应用中，实际上需要在特定循环点处估算出的瞬时排气压力。
[0080] 通常，可以使用所有的插值函数。例如，可以使用具有不同阶的多项式插值法。在示例中，进行线性插值。线性插值能够得出满意的结果同时仅消耗很少的处理器资源。在其较大的线路中，插值可以例如在关闭目标值附近确定两个排气阀预先确定位置的步骤之前进行；在打开目标值附近确定两个进气口预先确定位置的步骤之前进行；以及关闭目标值附近的排气阀的两个预先确定位置和打开目标值附近的进气阀的两个预先确定位置的中间压力比之间进行线性插值的步骤之前进行。
[0081] 对于目标点（FE，OA），进而通过对对应于最靠近（FE，OA）的四个点（FEx，OAy）的中间压力比Rpx_y进行插值估算总压力比Rp。每个Rpx_y由对应于点（FEx，OAy）的四个图绘，通过在图绘中输入发动机转速N和总填充量D进行计算。
[0082] 现在将展示这种线性插值的详细示例。在第一时间，将FE与排气阀的预先确定位置FEMIN、FEMID以及FEMAX进行比较。
[0083] 如果FEMIN＜FE＜FEMID，如同图2中用点状线所示，在第二时间通过下面的公式计算Rp：
[0084] Rp=Rp FEmid+kFE_1×(RpFEmin-RpFEmid)
[0085] 其中：
[0086] kFE_1∈[0；1]
[0087] 这尤其意味着：
[0088] 当FE=FEMID时：kFE_1=0并且因此Rp=RpFEmid
[0089] 当FE=FEMIN时：kFE_1=1并且因此Rp=RpFEmin
[0090] 如果相反地，FEMID＜FE＜FEMAX，如同图3中用点状线所示，则通过下式计算Rp：
[0091] Rp=RpFEmax+kFE_2x(RpFEmid-RpFEmax)
[0092] 其中：
[0093]
[0094] 这尤其意味着：
[0095] 当FE=FEMAX时：kFE_2=0并且因此Rp=RpFEmax
[0096] 当FE=FEMID时：kFE_2=1并且因此Rp=RpFEmid
[0097] 不同值RpFEmin、RpFEmid和RpFEmax是对于点的范围（FE，OA）的总压力比的估算值，其中FE分别被固定到FEMIN、FEMID以及FEMAX并且针对FE的三个固定值中的每个OA在OAMIN和OAMAX之间变化。RpFEmin、RpFEmid和RpFEmax在将OA与进气阀的预先确定位置OAMIN、OAMID以及OAMAX进行比较之后通过线性插值给定。
[0098] 进而，RpFEmin是针对图4和5的点的范围对于最小排气凸轮轴位置的总压力比的估计值。
[0099] 如果FE=FEMIN并且OAMIN≤OA≤OAM（图4中的点状线），计算
[0100]
[0101] 其中
[0102] kOA_1∈[0；1]
[0103] 这意味着：
[0104] 当OA=OAMID时：kOA_1=0并且因此RpFEmin=RpMID_MIN
[0105] 当OA=OAMIN时：kOA_1=1并且因此RpFEmin=RpMIN_MIN
[0106] 相反，如果FE=FEMIN并且OAMID≤OA≤OAMAX（图5中的点状线），计算[0107] RpFEmm＝RpMAX-M1N+kOA-2×(RpM1D-M！B-RPMAX_MIN)
[0108] 其中
[0109]
[0110] 这意味着：
[0111] 当OA=OAMAX时：kOA_2=0并且因此RpFEmin=RpMAX_MIN
[0112] 当OA=OAMID时：kOA_2=1并且因此RpFEmin=RpMID_MIN
[0113] RpFEmid是针对图6和7的点的范围对于平均排气凸轮轴位置的总压力比的估计值。
[0114] 在这种情况下，在以下两种可能情况中确定压力比“RpFEmid”：
[0115] 如果FE=FEMID并且OAMIN≤OA≤OAMID（图6中的点状线），计算
[0116]
[0117] 这意味着：
[0118] 当OA=OAMID时：kOA_1=0并且因此RpFEmid=RpMID_MID
[0119] 当OA=OAMIN时：kOA_1=1并且因此RpFEmid=RpMIN_MID
[0120] 相反，如果FE=FEMID并且OAMID≤OA≤OAMAX（图7中的点状线），计算[0121] RpFEmid＝RpMAX-MID+kOA-2×(RpMID-MID-RPMAX-MID)
[0122] 这意味着：
[0123] 当OA=OAMAX时：kOA_2=0并且因此RpFEmid=RpMAX_MID
[0124] 当OA=OAMID时：kOA_2=1并且因此RpFEmid=RpMID_MID
[0125] RpFEmax是针对图8和9的点的范围对于最大排气凸轮轴位置的总压力比的估计值。
[0126] 在这种情况下，在以下两种可能情况中确定压力比“RpFEmax”：
[0127] 如果FE=FEMAX并且OAMIN≤OA≤OAMID（图8中的点状线），计算
[0128]
[0129] 当OA=OAMID时：kOA_1=0并且因此RpFEmax=RpMID_MAX
[0130] 当OA=OAMIN时：kOA_1=1并且因此RpFEmax=RpMIN_MAX
[0131] 相反，如果FE=FEMAX并且OAMID≤OA≤OAMAX（图9中的点状线）：
[0132]
[0133] 这意味着：
[0134] 当OA=OAMAX时：kOA_2=0并且因此RpFEmax=RpMAX_MAX
[0135] 当OA=OAMID时：kOA_2=1并且因此RpFEmax＝RpMID_MAX
[0136] 可以在根据瞬时排气压力估算车辆发动机的新鲜空气填充量的方法中实施以上所述的估算方法，瞬时排气压力根据该方法进行估算得出。估算量也可以被用于其它用途（根据被校准方法的新鲜空气填充量的估算模型）。
[0137] 发动机排放气体的排气线路可以包括包含将转速和总填充量作为输入值的图绘的存储器和用于根据以上所述的方法估算瞬时排气压力的计算机。计算机可以包括与载体连接的处理器，所述载体包含用于实施所描述估算方法的指令。
[0138] 这样的线路可以在车辆发动机的出口处实施，所述车辆发动机尤其是汽油热力发动机，可选地设有凸轮轴相位调整器。这种车辆尤其适用于实施阀门的交叉（croisement de soupapes）。
[0139] 为了估计瞬时排气压力而提供的一般公式P瞬时=P参考×Rp能够将一方面P参考的影响以及另一方面元素对（发动机转速、总填充量）的影响分解开来。因此建立的图绘较短并且还具有较少的存储空间。
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