用于内燃机的空气流量估测方法和装置制造方法及图纸

一种基于模型的估测空气质量流量的方法，在没有引入过滤空气质量流量信号的不期望的延时特性的情况下提供了精确的空气质量流量估测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及内燃机。尤其是，本专利技术涉及发动机空气质量流量的精确估测。
技术介绍
均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程主要取决于进气阀关闭时汽缸内气体成分、温度和压力这样的因素。因此，发动机的控制输入，例如燃料喷射量和喷射时间以及进/排气阀轮廓，必须进行十分谨慎地调整以确保自燃过程的鲁棒性。为了最佳的燃料经济性，HCCI发动机通常采用贫油混合气(稀薄燃烧)并在非节流状态下运行。另外，在采用了废气再压缩策略的HCCI发动机中，通过提前排气阀的关闭时间捕获到在先循环中不同量的热废气，从而控制汽缸内气体的温度。进气阀的打开时间从标准值延迟到更迟的时间点，其优选为相对进气上止点(TDC)与排气阀关闭时间对称。汽缸内气体的成分和温度都极大地受到排气阀关闭时间的影响。尤其是，当提前关闭排气阀时，大部分在先循环的热废气被保留在其中，只给即将进入的新鲜气流留下了很少的空间。这样就提高了汽缸的气体温度并降低了汽缸中氧气的浓度。负阀门重叠角(NVO)，定义为在进气上止点附近进气和排气阀同时关闭的曲轴转角，其指示着热废气的捕获量。采用可变阀门驱动系统，如全柔性阀门驱动(FFVA)系统(即电动可变阀门、液动可变阀门或电液可变阀门)或具有双凸轮定相系统的简化机械两级阀门升程系统，已经可以实现鲁棒HCCI燃烧。尤其是，结合发动机的控制输入，如喷射量、喷射时间、点火时间、节流阀位置和EGR阀位置，通过同时对进气阀和排气阀轮廓进行调节，从而维持最优燃烧相位。另外，空燃比控制对于维持尤其是瞬态工况的鲁棒HCCI燃烧是非常重要的。在传统的汽油火花点燃式发动机中，由节流阀控制空气流量，并与在节流阀体处利用MAF传感器所测量的空气质量流量成比例地计量燃油。只要进气岐管绝对压力远远低于环境压力(即节流发动机状态)，MAF信号中的噪音级(即高频成分)就比较低。然而，当处于最小节流状态时，由于带进气岐管的汽缸-->的进气动态特性与MAF传感器之间的显著耦合作用，噪音级较为显著。当处于HCCI发动机状态时，油门通常打开比较大以将泵送损失减到最小，并且由排气阀和进气阀的轮廓(即升程、持续时间和相位的结合)对空气流量进行控制。因此，运行在HCCI模式下的发动机仍然受到带噪音的MAF信号的影响。类似地，在非节流运转的柴油机中，MAF信号也是有噪音的。虽然可以利用低通滤波器减少MAF测量中的高频成分，过滤信号仍然会在MAF测量中产生不期望的延时。利用过滤的并因此延时的MAF测量来调整燃料喷射命令，在发动机瞬态工况下将导致空燃比产生显著偏差，从而引发不期望的燃烧后果，包括例如，不完全燃烧、不点火(失火)，排放超标、燃烧相移等。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于MAF测量的基于模型的估测和控制方法，其在不引入延时的情况下精确估测鲁棒瞬态工况的空气质量流量。一种在非节流内燃机中用于未过滤进气流量的测定方法，包括采用低阶微分方程模拟进气流量。低阶微分方程包括估测气流量项和期望气流量项，其中根据低阶微分方程，实际流量跟随期望流量。根据气流量估计项和期望项的自适应参数，低阶微分方程进行相应调整。这样的调整使得估计气流量和实际气流量之间的误差减到最小。一种在非节流内燃机中用于未过滤进气流量的测定装置，包括用于在没有任何节流的情况下对发动机汽缸进气流量进行控制的空气流露控制装置和测定非节流气流的空气流量传感器。还包括基于期望流量和气流量传感器所测流量对气流控制单元进行控制的闭环流量控制器。根据低阶动态方程，所控流量跟随期望流量。最后还包括基于期望气流量和自适应参数进行未延迟估测的自适应流量估测器。附图说明本专利技术的实施例的某些部件和部件的排布是以实物形式呈现，将通过形成其中一部分的附图对其优选实施例进行详细描述，其中：图1示意性地示出了HCCI发动机和控制系统；图2示出了响应于期望空气质量流量信号的空气质量流量测量值；图3示出了本专利技术中空气质量流量的测量值、过滤值和模拟值；图4A-4D示出了本专利技术中HCCI发动机运转状态下的各种数据曲线。-->具体实施方式现在将根据HCCI发动机对本专利技术进行描述。然而，本专利技术也可以应用到其它类型的发动机，包括传统的节流火花点燃式发动机，狄塞尔循环发动机，或者任何采用测量的空气质量流量的发动机。参考图1，图1是一个方块图，其示出了在均质压燃(HCCI)下运转的发动机12和燃烧控制系统14以及控制该发动机燃烧的方法。发动机12包括各种零件或部件，其包括连有进气系统17和排气系统19的产生动力的燃烧室13，具有一定形式的阀门驱动系统15的用于控制燃烧室进气和排气的进气阀21和排气阀23，具有连在进气系统和排气系统之间的EGR阀27的外部排气再循环系统25，和用于提供燃料并点燃或辅助点燃燃烧室中燃烧混合物的燃料喷射系统和点火系统(未分别示出)。发动机12设计为依靠喷射燃料为汽油或类似混合物，在如果可能包括发动机起动的发动机转速和负载扩大范围内以非节流HCCI燃烧状态运行。然而，在不适合HCCI运行的情况下，可以使用传统或改进控制方法来进行火花点火和节流控制运行，以便获得最大发动机动力。可应用的燃料供给策略包括缸内直接喷射、进气口燃油喷射或节流阀体燃油喷射。汽油和轻乙醇混合物可广泛应用的等级都是优选的燃料；然而，替代的液体或气体燃料，如高乙醇混合物(例如E80，E85)、纯乙醇(E99)、纯甲醇(M100)、天然气，氢气、沼气、各种重整油、合成气等，也可以用于本专利技术的实施例。所述的控制系统14和方法特别适用于发动机的非节流运转，其中，由于如对MAF信号进行信号过滤而引起的延时是不期望的。燃烧控制系统14包括一个或多个用于执行本专利技术燃烧控制方法中重复系列步骤或函数的计算机或控制器。本专利技术目前的应用中，假设HCCI发动机采用电液、液动或电动凸轮移相器中的一个，执行排气再压缩策略，且利用MAF传感器进行空气质量流量(MAF)测量。本专利技术包括通过可变阀门驱动系统利用NVO进行气流控制，和基于MAF测量的自适应气流模型。整个控制结构由图1中的控制系统14代表性地表示。利用位于节流阀体的MAF传感器30对输入发动机的气流进行测量，并且反馈控制器61基于MAF测量来调节NVO从而获得期望的气流量。反馈控制器设计成使得可以通过低阶动态性(例如，第一或第二阶)来估计实际气流量-->对期望气流量的响应。然后，利用低阶差分方程来模拟气流量的闭环响应。图2示出了一个实施例，其中反馈控制器61设计成可以通过如下的一阶差分方程来估计气流量的闭环动态性能：χ.=-1τχ+1τr---(1)]]>其中x为传感器测得的气流量，r为期望气流量，τ为闭环系统的时间常数。为了估测进入发动机的气流量，引入如下的一阶自适应气流模型63：χe.=-1τe(1+α)χe+1τeβr---(2)]]>其中xe是估测气流量，τe是闭环系统的估算时间常数，α和β是自适应控制器中引入的参数，用于将模型响应和实际气流响应之间的偏差减到最小。基于受控气流的一阶性能，通过如下部分地依赖于期望气流量的关系，可获得实际和估计模拟气流量之间的差：e.=-1τe-(1τe+1τe-1τ)&c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在非节流内燃机中测定非过滤进气流量的方法，包括：　采用包括估测气流量项和期望气流量项的低阶差分方程模拟进气流量，其中实际气流量根据低阶差分方程跟随期望气流量；以及　根据自适应参数调整低阶差分方程，所述自适应参数应用于估测 气流量项和期望气流量项；　其中所述自适应参数适用于使得估测气流量项和实际气流量之间的误差减到最小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-4-24 60/794,5801.一种用于在非节流内燃机中测定非过滤进气流量的方法，包括：采用包括估测气流量项和期望气流量项的低阶差分方程模拟进气流量，其中实际气流量根据低阶差分方程跟随期望气流量；以及根据自适应参数调整低阶差分方程，所述自适应参数应用于估测气流量项和期望气流量项；其中所述自适应参数适用于使得估测气流量项和实际气流量之间的误差减到最小。2.如权利要求1所述的用于在非节流内燃机中测定非过滤进气流量的方法，其特征在于，所述低阶差分方程包括一阶差分方程。3.如权利要求1所述的用于在非节流内燃机中测定非过滤进气流量的方法，其特征在于，所述低阶差分方程包括二阶差分方程。4.如权利要求2所述的用于在非节流内燃机中测定非过滤进气流量的方法，其特征在于，所述自适应参数包括应用于估测气流量的第一自适应参数和应用于期望气流量的第二自适应参数。5.如权利要求4所述的用于在非节流内燃机中测定非过滤进气流量的方法，其特征在于，基于李亚普诺夫函数对所述第一和第二自适应参数进行调整。6.如权利要求1所述的用于在非节流内燃机中测定非过滤进气流量的方法，其特征在于，基于李亚普诺夫函数对所述自适应参数进行调整7.一种用于在内燃机中测定非过滤进气流量的装置，包括：用于在没有任何气流节流的情况下控制发动机燃烧室进气的空气流量控制装置；用于测定非节流气流的空气流量传感器；用于基于期望气流量和流量传感器所测气流量对流量控制装置进行控制的闭环空气流量控制器，其中所述受控空气流量根据低阶动态特性跟随期望流量；以及基于期望气流量和自适应参数提供基本上不延迟的空气流量估测的自适应空气流量估计器。8.如权利要求7所述的用于在内燃机中测定非过滤进气流量的装置，其特征在于，所述自适应参数适用于使得估测气流量和实际流量之间的误差减到最小。9.如权利要求7所述的用于在内燃机中测定非过滤进气流量的装置，其特征在于，所述低...

【专利技术属性】
技术研发人员：J康，CF张，GS陈，TW郭，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]