СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ МАССЫ СВЕЖЕГО ВОЗДУХА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ, СПОСОБ ОЦЕНКИ ПОЛНОГО ЗАПОЛНЕНИЯ, БЛОК ЗАПИСИ ДЛЯ ЭТИХ СПОСОБОВ И АВТОМОБИЛЬ, ОБОРУДОВАННЫЙ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ОЦЕНКИ Российский патент 2014 года по МПК F02D41/18 G01M15/04 

Настоящим изобретением испрашивается приоритет французской заявки 0951133, поданной 23 февраля 2009 года, содержание которой (текст, чертежи и формула изобретения) используется в данном случае в качестве ссылки.

Изобретение касается способа оценки и устройства для оценки массы Ма свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя в процессе одного цикла работы двигателя. Объектом изобретения является также способ оценки полного заполнения свежим воздухом, наддуваемым в камеру сгорания, и автомобиль, снабженный устройством для оценки.

Цикл двигателя включает в себя последовательно выпуск сгоревших газов из камеры сгорания, подачу свежего воздуха и топлива в камеру сгорания и сгорание смеси в этой камере сгорания. В случае четырехтактного двигателя цикл двигателя соответствует двум возвратно-поступательным движениям поршня в цилиндре между двумя крайними положениями его хода, то есть верхней мертвой точкой (PMH) и нижней мертвой точкой (PMB).

Выпуск сгоревших газов длится пока один или несколько выпускных клапанов открыты. Подобным образом подача свежего воздуха осуществляется пока один или несколько впускных клапанов открыты.

Как известно, мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества воздуха, подаваемого в камеру сгорания этого двигателя. Это количество воздуха пропорционально плотности этого воздуха. Вследствие этого в случае необходимости получения большой мощности предусмотрено увеличение этого количества воздуха с помощью средств сжатия этого воздуха перед его подачей в эту камеру сгорания. Эта операция обычно называется наддувом и может быть выполнена наддувающим устройством, например турбокомпрессором или приводным компрессором, таким как винтовой компрессор.

Для еще большего увеличения количества подаваемого в цилиндр воздуха может быть предусмотрена подача с продувкой остаточных выхлопных газов. Эта продувка позволяет удалить выхлопные газы из камеры сгорания для их замены наддуваемым воздухом.

Как указано в патенте US 4217866, эта продувка обеспечивается одновременным открыванием впускных и выпускных клапанов одной и той же камеры сгорания от нескольких градусов до нескольких десятков градусов угла вращения коленчатого вала. Обычно это происходит в конце выпуска выхлопных газов и в начале впуска свежего воздуха. Точнее говоря, так как давление воздуха на уровне открытого впускного клапана является более высоким, чем давление на уровне выпускного клапана, создается поток воздуха, который проходит непосредственно от впуска к выпуску, увлекая за собой остаточные выхлопные газы, имеющиеся в камере сгорания. Период, в процессе которого впускной и выпускной клапаны одновременно открыты, называется « перепуском клапанов».

В случае двигателей, работающих на атмосферном воздухе, то есть двигателей без наддува, перепуск клапанов также может быть осуществлен. В этом случае, в процессе перепуска клапанов выхлопные газы всасываются в камеру сгорания. Говорят, что выхлопные газы всасываются вновь. Такая функция известна под акронимом IGR (Internal Gaz Recirculation) или Внутренняя Рециркуляция выхлопных Газов.

Известны способы оценки дебита свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя. Однако эти способы имеют малую точность и не позволяют в действительности получить оценку количества свежего воздуха, поступающего в каждую камеру сгорания. Таким образом, эта оценка является важной для точного управления двигателем. Например, эта оценка является полезной для определения количества впрыскиваемого топлива и регулирования опережения зажигания.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков и предлагает более точный способ оценки массы свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания.

Таким образом, объектом изобретения является способ оценки массы Ма свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя в процессе цикла двигателя, который включает $$$$ в себя оценку общей массы Mtot газа, находящегося в камере сгорания, в конце впуска свежего воздуха, оценку массы Mb выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, в конце выпуска выхлопных газов и оценку массы Ма свежего воздуха исходя из разности между оцененными общей массой Mtot и массой Mb выхлопных газов.

Оценки общей массы Mtot и массы Mb выхлопных газов могут быть точно установлены без измерения давления или температуры внутри камеры сгорания. Следовательно, этот способ оценки массы Ма является более точным.

Варианты осуществления этого способа оценки массы Ма могут включать одну или несколько характеристик, соответствующих описанным ниже примерам.

В одном варианте оценка массы Mb выхлопных газов содержит оценку массы M_resi остаточных выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, в конце выпуска выхлопных газов и оценку массы Mb_reasp выхлопных газов, повторно всосанных внутрь камеры сгорания в процессе перепуска клапанов. Этот вариант осуществления позволяет получить более точную оценку массы Mb, так как остаточная масса выхлопных газов и повторно всосанных в процессе перепуска клапанов выхлопных газов учитываются одновременно.

В варианте оценка массы Mb_resi производится исходя из давления Р_ЕСН выхлопных газов, внутреннего объёма камеры сгорания в конце выпуска выхлопных газов, температуры Т_ЕСН выхлопных газов и корректирующего коэффициента А_ЕСН для давления Р_ЕСН, величина которого является функцией угла в конце выпуска и режима двигателя. Этот вариант позволяет также получить точную оценку массы остаточных выхлопных газов в камере сгорания в конце выпуска без необходимости измерения давления или температуры внутри камеры сгорания.

В варианте, который позволяет повысить точность оценки с учетом перепуска клапанов, оценку массы Mb_reasp получают из следующего выражения:

,

где:

- Mb_reasp является расходом повторно всосанных выхлопных газов,

- Р_ЕСН является давлением выпускаемых выхлопных газов,

-P_ADM является давлением входящего воздуха,

- Т_ЕСН является температурой выхлопных газов,

- r является константой, равной следующему отношению R/M, где R является универсальной константой идеальных газов и М является молярной массой в kg.mol^-1 выхлопных газов,

- Sbase является корректирующей величиной, функцией режима двигателя и разности между углами FE и ОА соответственно, прекращения выпуска и начала впуска,

- Scor является корректирующей величиной, функцией разности между углами FE и ОА и режима двигателя,

- POND является корректирующей величиной, функцией режима двигателя и положения перепуска клапанов, данного следующим отношением (FE+ОА)/2,

-Г(P_ADM/Р_ЕСН) определяется из следующего отношения:

,

где γ является отношением теплоёмкости при постоянном давлении выхлопных газов к теплоёмкости при постоянном объеме выхлопных газов,

- Г₀(P_ADM/P_ECH) определяется из следующего отношения:

.

В варианте оценка общей массы Mtot определяется исходя из впускного давления P_ADM воздуха, объёма камеры сгорания в конце впуска, температуры T_melange смеси свежего воздуха и выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, в конце впуска свежего воздуха и корректирующего коэффициента A_ADM, величину которого получают из заранее записанной картографии в зависимости от угла FA конца впуска и режима двигателя. Это позволяет получить точную оценку этой массы Mtot, так как она учитывает массообмен в процессе перепуска клапанов.

В варианте, который позволяет оценить массу Ма без данных о температуре и давлении внутри камеры сгорания, оценка массы Ма свежего воздуха определяется решением следующей системы уравнений:

,

где

- A_ADM является корректирующим коэффициентом, значение которого является функцией режима двигателя и угла окончания впуска,

- P_ADM является давлением впуска воздуха,

- V_{cyl_FA} является расчетным геометрическим объёмом камеры при угле окончания впуска,

- T_melange является температурой смеси свежего воздуха и выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания,

- r является константой, равной отношению R/M, где R является универсальной константой идеальных газов, а М является молярной массой в kg.mol^-1 газовой смеси,

- cpa и cpb являются удельными теплоёмкостями при постоянном давлении соответственно свежего воздуха и выхлопных газов, и

- Та и Tb являются температурами соответственно свежего воздуха и выхлопных газов.

Объектом изобретения является также способ оценки полного заполнения rempl_tot свежим воздухом, наддуваемым в камеру сгорания цилиндра двигателя в процессе цикла двигателя, при этом способ включает в себя оценку массы Ма свежего воздуха, впускаемого внутрь камеры сгорания, с помощью упомянутого выше способа, оценку массы Mbal_tot продуваемого газа (воздух или выхлопной газ) в процессе перепуска клапанов и оценку полного заполнения rempl_tot наддуваемым свежим воздухом исходя из оцененных массы свежего воздуха Ма и массы Mbal_tot продуваемых газов.

Вышеуказанный способ является более точным, так как он учитывает массу газов, продуваемых к выпуску в процессе перепуска клапанов.

В варианте изобретения оценка полного заполнения осуществляется решением следующей системы уравнений:

,

где

- Mtot является общей массой газов, содержащихся в камере сгорания в конце впуска свежего воздуха, определенной выше,

- Мо является эталонной массой воздуха в нормальных условиях температуры и давления,

- Mb является массой выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания в конце выпуска выхлопных газов,

- Mbal_tot является общей массой продуваемых газов (воздуха или выхлопных газов) в процессе перепуска клапанов,

- Mbal является массой продуваемого газа (воздуха) между впуском и выпуском в процессе перепуска клапанов,

- Max(...) и Min(...) являются соответственно функциями, дающими максимум и минимум,

- |...| является абсолютной величиной.

Решение представленного выше уравнения позволяет повысить точность, так как учитывается тот факт, что масса впускаемого воздуха заполняет объём камеры сгорания до тех пор, пока в ней не останется выхлопных газов.

Объектом изобретения является также блок для записи информации, содержащей инструкции для выполнения представленного выше способа, когда эти инструкции выполняются ЭВМ.

Объектом изобретения является также устройство для оценки массы Ма свежего воздуха, впускаемого внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя в процессе цикла двигателя, которое содержит модуль оценки общей массы Mtot газа, содержащегося в камере сгорания, в конце впуска свежего воздуха, модуль оценки массы Mb выхлопных газов и модуль оценки массы Ма свежего воздуха исходя из разности между оцененными общей массой Mtot и массой Mb выхлопных газов.

Наконец, объектом изобретения является также автомобиль, содержащий представленное выше устройство для оценки.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг.1 схематично изображает автомобиль, в котором оценивается масса Ма и полное заполнение rempl_tot;

- фиг.2 представляет график, схематично изображающий перемещения впускного и выпускного клапанов во время цикла двигателя,

- фиг.3 изображает архитектуру ЭВМ, являющейся устройством оценки массы Ма и полного заполнения rempl_tot, и

- фиг.4 представляет блок-схему способа оценки массы Ма и полного заполнения rempl_tot в автомобиле по фиг.1.

Фиг.1 схематично изображает автомобиль 2, содержащий двигатель внутреннего сгорания. Например, автомобиль 2 является легковым автомобилем.

Двигатель автомобиля 2 содержит несколько цилиндров. Однако для упрощения на фиг.1 изображен только один цилиндр 6 этого двигателя внутреннего сгорания. Внутри цилиндра 6 расположен поршень 8, установленный с возможностью поступательного перемещения между верхней мертвой точкой (PMH) и нижней мертвой точкой (PMB). Этот поршень 8 приводит во вращение кривошип 10 коленчатого вала 12 посредством шатуна 14. Коленчатый вал 12 приводит во вращение посредством не изображенного механизма приводные колеса автомобиля 2, такие как колеса 16.

Цилиндр 6 образует камеру 18 сгорания, ограниченную верхней частью поршня 8 и не изображенной головкой цилиндра. Впускная труба 20 свежего воздуха открывается в камеру 18 через впускное отверстие. Впускной клапан 24 перемещается между закрытым положением, в котором он герметично перекрывает впускное отверстие для свежего воздуха, и открытым положением, в котором свежий воздух поступает в камеру 18 через впускное отверстие. Клапан 24 перемещается между открытым положением и закрытым положением с помощью привода 26 впускных клапанов.

В рассматриваемом здесь частном случае во впускной трубе 20 устанавливают топливный инжектор 28 для впрыска топлива в свежий воздух, поступающий внутрь камеры 18. Таким образом, внутри впускной трубы начинает образовываться смесь топлива и свежего воздуха.

Впускная труба 20 герметично соединена с компрессором 30 турбокомпрессора 32, предназначенного для сжатия свежего воздуха, поступающего внутрь камеры 18. Таким образом, свежий воздух сжимается и называется свежим воздухом с наддувом.

Свеча 34, предназначенная для воспламенения топливовоздушной смеси, открывается в камеру 18. Эта свеча управляется системой зажигания 36.

Выпускная труба 40 также открывается внутрь камеры 18 через выпускное отверстие. Это выпускное отверстие выполнено с возможностью перекрытия клапаном 44, перемещающимся между закрытым положением и открытым положением, в котором выхлопные газы, содержащиеся внутри камеры 18, могут удаляться через выпускную трубу 40. Этот клапан 44 перемещается между своими открытым и закрытым положениями с помощью привода 46 клапанов.

Приводы 26 и 46 клапанов могут быть механическими приводами клапанов.

Конец трубы 40, противоположный концу, который открывается в камеру 18, соединен с турбиной 48 турбокомпрессора 32. Эта турбина 48 позволяет, в частности, снизить давление выхлопных газов перед их поступлением в выпускную систему 50.

Различные управляемые системы двигателя, такие как приводы, система зажигания, либо также топливный инжектор соединены с блоком 60 управления двигателя, также известным под акронимом ECU (Engine Control Unit). Для упрощения фиг.1 соединения между блоком 60 и различными управляемыми устройствами не показаны.

Блок 60 соединен также с несколькими датчиками, такими, например, как датчик 62 положения коленчатого вала 12 и датчик 64 режима двигателя. В данном случае режим двигателя определяют как число оборотов в минуту вала привода двигателя.

Фиг.2 изображает в виде графика перемещения клапанов 24 и 44 по отношению к перемещениям поршня 8 во время одного цикла двигателя. На этом графике ось 70 абсцисс показывает перемещение поршня 8 между его верхней мертвой точкой и его нижней мертвой точкой, обозначенными на этом графике соответственно РМН и РМВ. Ось ординат показывает амплитуду перемещения впускного и выпускного клапанов. Эта амплитуда является нулевой, когда впускной клапан или выпускной клапан является закрытым. Она является максимальной, когда те же клапаны полностью открыты. В данном случае перемещение клапана 44 изображено кривой 72, а перемещение клапана 24 представлено кривой 74.

Ось 70 проградуирована в градусах углах вращения коленчатого вала. Начало этой оси совмещено с верхней мертвой точкой впуска свежего воздуха.

Как изображено на этой фиг.2, выпускной клапан начинает открываться при угле ОЕ, расположенном, по существу, около нижней мертвой точки расширения, и закрывается при угле FE. В частном случае, изображенном на фиг.2, угол FE расположен за верхней мертвой точкой впуска.

Впускной клапан начинает открываться при угле ОА и закрывается при угле FA.

В данном случае график представляет частный случай, в котором существует перепуск клапанов. Действительно, угол ОА предшествует углу FE, что означает, что в период времени в несколько градусов впускной и выпускной клапаны открыты одновременно.

Фиг.3 более детально изображает возможную структуру блока 60 оценки массы Ма и полного заполнения rempl_tot.

Для этого блок 60 содержит блок 80 оценки температуры Т_ЕСН выхлопных газов, блок 82 оценки давления Р_ЕСН газов, блок 84 оценки температуры T_ADM свежего воздуха, поступающего внутрь камеры 18 по трубе 20, и блок 86 оценки давления P_ADM свежего воздуха, поступающего внутрь камеры 18.

Эти блоки 80, 82, 84 и 86 соединены с блоком 88 оценки массы Ма и полного заполнения rempl_tot. Этот блок 88 оценки соединен также с блоком 90 управления двигателем. Этот блок 90 позволяет, в частности, управлять различными приводами, инжекторами и системами зажигания двигателя в зависимости от оценок массы Ма и полного заполнения rempl_tot. Например, блок 90 может регулировать количество впрыскиваемого топлива и устанавливать опережение зажигания топливовоздушной смеси в камере 18 или регулировать открывание дроссельного клапана, позволяющего уточнять количество свежего воздуха, поступающего внутрь камеры 18.

Блок 88 оценки содержит модуль 92 оценки массы Mb выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания 18, в конце выпуска выхлопных газов, блок 94 оценки массы Mbal газов, продуваемых от впуска к выпуску в процессе перепуска клапанов, блок 96 оценки температуры Tb выхлопных газов, блок 98 оценки массы Ма свежего воздуха, поступающего в камеру 18, и блок 100 оценки полного заполнения rempl_tot.

Модуль 92 содержит подмодуль 102 оценки массы Mb_resi остаточных выхлопных газов, содержащихся в камере 18, в конце выпуска и подмодуль 104 оценки массы Mb_reasp выхлопных газов, повторно засосанных при перепуске клапанов внутри камеры 18.

Модули 92-100 будут более детально описаны со ссылкой на фиг.4.

Блок 60 обычно выполнен в виде программируемой ЭВМ, способной выполнить инструкции, записанные в блоке хранения информации. В данном случае для этого блок 60 соединен с блоком 106 памяти, содержащим различные инструкции и необходимые данные для осуществления способа по фиг.4. В частности, в этой памяти 106 записаны различные картографии для осуществления способа по фиг.4. Эти картографии выполнены, например, экспериментально для минимизации ошибок между оцененными величинами и реальными величинами.

Работа блока 60 автомобиля 2 будет ниже описана более детально по способу по фиг.4 в случае двигателя, описанного со ссылкой на фиг.1.

Прежде чем будет детально описан способ оценки массы Ма и полного заполнения rempl_tot, будет представлен общий принцип этого способа.

Общий принцип основан на балансе масс газов, входящих и выходящих из камеры 18 во время одного цикла двигателя. Этот баланс масс разделяется на несколько расчетов, которые осуществляются на протяжении всего цикла двигателя.

Сначала в конце выпуска оценивается масса Mb выхлопных газов в камере 18. Потом в конце впуска оценивается общая масса Mtot газов, содержащихся внутри камеры 18.

С учетом этих двух оценок и того, что общая масса газов сохраняется в цикле двигателя, масса Ма воздуха, содержащегося внутри камеры 18 в процессе цикла двигателя, может быть получена вычитанием массы Mb из массы Mtot.

Точнее говоря, исходя из баланса масс газов, поступивших и удаленных в процессе цикла двигателя, масса Ма задана следующим выражением:

Ma=Mtot-Mb,

где Mtot является общей массой выхлопных газов в камере 18 в конце впуска, и Mb является общей массой выхлопных газов в камере 18 в конце выпуска.

В частном случае, когда часть выхлопных газов повторно всасывается в процессе перепуска клапанов, оценка массы Mb разделяется на оценку массы Mb_resi остаточных выхлопных газов, не удаленных через трубу 40, в конце выпуска и массы Mb_reasp выхлопных газов, повторно всосанных в процессе перепуска клапанов.

Масса выхлопных газов Mb, таким образом, определяется из следующего отношения:

Mb=Mb_resi+Mb_reasp,

где

- Mb_resi является массой остаточных выхлопных газов, которые не могли быть удалены в процессе выпуска, и

- Mb_reasp является массой повторно всосанных в процессе перепуска клапанов выхлопных газов.

В особом случае двигателя с наддувом при перепуске клапанов стараются также оценить полное заполнение rempl_tot свежим наддутым воздухом. Полное заполнение rempl_tot является общим количеством свежего воздуха, поступающего через приемное отверстие в процессе цикла двигателя. В случае двигателя с наддувом при перепуске клапанов часть свежего воздуха, поступающего через приемное отверстие, немедленно удаляется при выпуске (Mbal). Таким образом, полное заполнение rempl_tot в первом приближении задано следующим соотношением:

,

где

rempl_tot - полное заполнение общим свежим воздухом,

rempl_cyl - заполнение свежим воздухом камеры 18,

Mbal - масса продуваемых газов от впуска к выпуску при перепуске клапанов, и

Mo - эталонная масса воздуха при нормальных условиях температуры и давления.

Заполнение свежим воздухом rempl_cyl задается следующим выражением:

,

Ма является массой воздуха, содержащегося в камере 18 в конце впуска, и

Мо является эталонной массой.

В данном случае, нормальные условия температуры и давления соответствуют температуре в 298,15 К, давлению в 1013 мбар и объему, равному объему единичного цилиндра.

Величины rempl_tot, rempl_cyl и отношение Mbal/Mo являются безразмерными величинами.

Обычно масса Mbal существует только в двигателях с наддувом. Однако нижеследующее описание способа выполнено для наиболее полного случая, то есть случая, когда выполняются обе оценки Mb_reasp и Mbal. Действительно, специалист может легко упростить нижеописанный способ для его адаптации только для случая двигателей, работающих на атмосферном воздухе, или двигателей с наддувом.

Способ начинается этапом 120 оценки массы Mb_resi выхлопных газов, содержащихся в камере 18, в конце выпуска.

В процессе этапа 120 подмодуль 102 оценивает массу Mb_resi из следующего отношения:

,

где

- P_{cyl_FE} является давлением внутри камеры 18,

- Р_ЕСН является давлением выпуска выхлопных газов,

- Т_ЕСН является температурой выхлопных газов, выходящих через трубу 40,

- r является константой, равной следующему отношению R/M, где R является универсальной константой идеальных газов, и М является молярной массой в kg.mol^-1 выхлопных газов,

- А_ЕСН является корректирующим коэффициентом, позволяющим корректировать давление Р_ЕСН до получения давления, близкого к P_{cyl_FE,} величина которой дана картографией в зависимости от угла FE режима двигателя, и

- V_{cyl_FE} является геометрическим объемом камеры 18 в конце выпуска, то есть для угла FE.

Объём V_{cyl_FE} задан следующим отношением:

,

где λ является отношением шатун/кривошип, Cu является единичным объемом цилиндра 6 и ε является коэффициентом компрессии двигателя.

Отношение λ и коэффициент ε являются известными характеристиками двигателя. Напоминаем, что отношение λ является отношением между длиной шатуна 14, деленной на половину длины кривошипа 18.

В вышеуказанном выражении и в отношениях, представленных ниже, давления Р_ЕСН и P_ADM и температуры Т_ЕСН и T_ADM являются давлениями и температурами, оцененными блоками 80, 82, 84 и 86 оценки исходя из физических величин, измеренных в двигателе.

Затем на этапе 122 подмодуль 104 оценивает массу Mb_reasp выхлопных газов, повторно всосанных в процессе перепуска клапанов, в данном случае эта оценка определяется следующим выражением:

,

где Mb_reasp является расходом повторно всосанных выхлопных газов, выраженным в кг/ч, а К является коэффициентом, позволяющим перейти от расхода к массе, поступающей в цикле двигателя в камеру 18.

Например, коэффициент К задан следующим отношением:

,

где N является режимом двигателя, «Nbre_cylindre» является количеством цилиндров двигателя, «Nbre_revolutioncycle» является количеством оборотов коленчатого вала в процессе одного цикла двигателя, и «60» позволяет преобразовать режим двигателя N, данный в оборотах в минуту, в число оборотов в час.

Например, для четырехтактного двигателя, содержащего четыре цилиндра, коэффициент К равен К=N×2×60.

Расход повторно всосанных выхлопных газов Mb_reasp рассчитан по закону Барре Сен-Венана, скорректированному следующим образом при перепуске клапанов:

,

где

- Р_ЕСН является выпускным давлением выхлопных газов,

- P_ADM является впускным давлением воздуха, поступающего по трубе 20,

- Т_ЕСН является температурой выхлопных газов,

- Sbase является заранее заданной картографией, которая дает первую корректирующую величину в зависимости от разности между углами FE и ОА и режима двигателя,

- Scor является заранее заданной картографией, которая дает вторую корректирующую величину в зависимости от разности между углами FE и ОА и режима двигателя,

- POND является заранее заданной картографией, которая дает третью корректирующую величину в зависимости от положения перепуска клапанов и режима двигателя.

Положение перепуска клапанов дано следующим отношением (FE+ОА)/2.

Г(P_ADM/P_ECH) определяется из следующего выражения:

если

если ,

где γ является отношением теплоемкости при постоянном давлении выхлопных газов к теплоемкости при постоянном объеме выхлопных газов. Например, это отношение равно 1,4.

Вышеприведенное уравнение отличает случай дозвукового потока от звукового потока.

Г₀(P_ADM/P_ECH) определяется из следующего отношения:

.

Затем в процессе этапа 124 модуль 94 оценивает общую массу Mbal_tot газов, продуваемых между впуском и выпуском в процессе перепуска клапанов.

Массу Mbal_tot получают из следующего выражения:

,

где

- Mbal_tot является расходом продуваемых газов от впуска к выпуску в процессе перепуска клапанов, выраженным в кг/ч, и

- К является тем же ранее определенным коэффициентом для перехода от расхода к массе, поступающей в камеру 18 в цикле двигателя.

Дебит Mbal_tot оценивается исходя из закона Барре Сен-Венана, скорректированного следующим образом для учета перепуска клапанов:

,

где

- Р_ЕСН и P_ADM ранее уже были определены,

- T_ADM является температурой воздуха, поступающего в камеру 18,

- S является заранее заданной картографией, позволяющей получить корректирующую величину в зависимости от разности между углами FE и ОА и режима двигателя, и

- POND является заранее заданной картографией, позволяющей получить корректирующую величину в зависимости от положения перепуска клапанов и режима двигателя.

Отношение Г(Р_ЕСН/P_ADM) было уже определено выше.

Положение перепуска клапанов равно следующему значению: (FE+ОА)/2.

Затем в процессе этапа 126 модуль 96 оценивает температуру Tb выхлопных газов. Для этого температуру Tb получают расчетом теплосодержащей смеси остаточных газов и повторно всосанных выхлопных газов. Например, температуру Tb получают из следующего выражения: ,

где

- Mb_resi является ранее оцененной массой остаточных выхлопных газов,

- Mb_reasp является массой повторно всосанных выхлопных газов в процессе перепуска клапанов,

- cpb_resi является удельной теплоемкостью при постоянном давлении остаточных выхлопных газов,

- cpb_reasp является удельной теплоемкостью при постоянном давлении повторно всосанных выхлопных газов,

- Tb_reasp является температурой выхлопных газов, повторно всосанных при перепуске клапанов, и

- Tb_resi является температурой остаточных выхлопных газов, полученной из расчета адиабатического расширения.

Для упрощения, например, теплоемкости cpb_resi и cpb_reasp приняты равными.

Температура Tb_reasp принята равной темпратуре ТЕСН.

Температура Tb_resi рассчитана из следующего выражения:

,

где все переменные были уже ранее определены.

Затем в процессе этапа 128 модуль 98 оценивает массу Ма путем решения следующей системы уравнений:

,

где

- P_ADM, Mb, Ma были уже ранее определены,

- V_{cyl_FA} является геометрическим объемом камеры 18, рассчитанным при угле FA,

- A_ADM является корректирующим коэффициентом,

- r является постоянной, равной отношению R/M, где R является универсальной константой идеальных газов, а М является молярной массой в kg.mol^-1 газовой смеси,

- T_melange является температурой смеси свежего воздуха и выхлопных газов, содержащихся в камере 18,

- сра и cpb являются удельными теплоемкостями при постоянном давлении соответственно свежего воздуха и выхлопных газов, и

- Та и Tb являются температурами соответственно свежего воздуха и выхлопных газов.

Объем V_{cyl_FA} рассчитан из следующего выражения:

.

Корректирующий коэффициент A_ADM получают из следующего выражения: ,

где

- A_{ADM_ATMO} является корректирующей величиной, получаемой из заранее заданной картографии в зависимости от угла FA и режима двигателя,

- A_{ADM_TURBO} является корректирующей величиной, получаемой из заранее заданной картографии в зависимости от угла FA и режима двигателя,

- коэффициент k_{ATMO_TURBO} является корректирующим коэффициентом, заданным следующим выражением:

,

где

- Р_АТМО является атмосферным давлением,

- Ро является эталонным давлением, в данном случае равным 1013 мбар,

- f_A(N, FA) является корректирующей величиной, получаемой из заранее заданной картографии в зависимости от режима двигателя и угла FA, и

f_B(N) является корректирующей величиной, получаемой из заранее заданной картографии в зависимости от режима двигателя.

Отношение, определяющее температуру T_melange, получают расчетом теплосодержащей смеси из массы выхлопных газов и массы свежего воздуха, содержащихся в камере 18.

Представленная выше система уравнений является системой из уравнений с тремя неизвестными. Решение этой системы позволяет получить оценки массы Ма, температуры T_melange и общей массы Mtot.

Точнее говоря, оценка массы Ма дана следующим выражением для отдельного случая, когда cpb и сра равны:

.

При необходимости, в процессе этапа 128 оценку массы Ма, полученной после решения системы уравнений, корректируют в зависимости от обратной температуры свежего воздуха. Например, масса Ма корректируется с помощью следующего выражения:

,

где f (1/Ta)является корректирующим коэффициентом, величину которого получают из заранее заданной картографии, дающей значение этого корректирующего коэффициента в зависимости от обратной температуры Та.

Наконец, в процессе этапа 130 модуль 100 оценивает полное заполнение rempl_tot свежим воздухом. Это полное заполнение rempl_tot получают, например, из следующего отношения:

,

где совокупность переменных этого отношения ранее уже была определена, Мах(...) и Min(...) являются соответственно функциями, дающими максимум и минимум, а |...| является абсолютной величиной.

Для получения последнего выражения принимается, что газы, продуваемые от впуска к выпуску в процессе перепуска клапанов, вначале полностью заполняют объем камеры 18 перед последующим проходом непосредственно от впуска к выпуску. Таким образом, так как масса Mbal_tot продуваемых газов ниже массы Mb выхлопных газов, считают, что продувка отсутствует. Напротив, поскольку масса Mbal_tot превышает массу Mb выхлопных газов, считают, что между впуском и выпуском существует только продувка. Масса Mbal, определенная в начале этого описания, соответствует только последнему термину вышеуказанного отношения.

Возможны другие многочисленные варианты осуществления. Например, если двигатель не имеет поддува, а только питается атмосферным воздухом, то вышеуказанные формулы могут быть упрощены, так как отсутствует продувка от впуска к выпуску. Другими словами, масса Mbal_tot является нулевой.

Вышеописанное может быть применимо также к двигателю, в котором не предусмотрен фазорегулятор распределительного вала при впуске или выпуске.

Наконец, то, что описано выше, может быть использовано в случае отсутствия перепуска клапанов. В этом случае, масса Mb_reasp и масса Mbal_tot являются нулевыми, что упрощает предыдущие отношения.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для оценки массы Ма свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя. Технический результат - повышение точности оценки массы свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя. Согласно изобретению в процессе цикла двигателя оценку (128) общей массы Mtot газа, содержащегося в камере сгорания, осуществляют в конце впуска свежего воздуха, оценку (120, 124) массы выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, - в конце выпуска выхлопных газов и оценку (128) массы Ма свежего воздуха осуществляют исходя из разности между оцененными общей массой Mtot и массой Mb выхлопных газов. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ оценки массы Ма свежего воздуха, впускаемого внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя в процессе цикла двигателя, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых оценивают (128) общую массу Mtot газа, содержащегося в камере сгорания, в конце впуска свежего воздуха, оценивают (120, 124) массу Mb выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, в конце выпуска выхлопных газов и оценивают (128) массу Ма свежего воздуха исходя из разности между общей массой Mtot и массой Mb оцененных выхлопных газов.

2. Способ по п.1, в котором этап оценки массы Mb выхлопных газов включает в себя оценку (120) массы Mb_resi остаточных выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, в конце выпуска выхлопных газов и оценку (122) массы Mb_reasp выхлопных газов, повторно всосанных в камеру сгорания в процессе перепуска клапанов.

3. Способ по п.2, в котором оценку (120) массы Mb_resi получают исходя из давления Р_ЕСН выхлопных газов, внутреннего объема камеры сгорания в конце выпуска выхлопных газов, температуры Т_ЕСН выхлопных газов и корректирующего коэффициента А_ЕСН давления Р_ЕСН, величина которого является функцией угла конца выпуска и режима двигателя.

4. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором оценку (128) общей массы Mtot получают исходя из давления впуска P_ADM воздуха, объема камеры сгорания в конце впуска, температуры T_melange смеси свежего воздуха и выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, в конце впуска свежего воздуха и корректирующего коэффициента A_ADM, величину которого получают из картографии, заранее заданной в зависимости от угла FA конца впуска и режима двигателя.

5. Способ по п.1, в котором оценку массы Ма свежего воздуха осуществляют решением следующей системы уравнений:
,
где
- A_ADM является корректирующим коэффициентом, величина которого является функцией режима двигателя и угла конца впуска,
- P_ADM является давлением впуска воздуха,
- V_{cyl_FA} является геометрическим объемом камеры сгорания, рассчитанным по углу конца впуска,
- T_melange является температурой смеси свежего воздуха и выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания,
- r является константой, равной отношению R/M, где R является универсальной постоянной идеальных газов, и М является молярной массой в kg.mol^-1 смеси газов,
- cpa и cpb являются удельными теплоёмкостями при постоянном давлении соответственно свежего воздуха и выхлопных газов, и
- Та и Tb являются температурами соответственно свежего воздуха и выхлопных газов.

6. Способ по п.2, в котором оценку массы Ма свежего воздуха осуществляют решением следующей системы уравнений:
,
где
- A_ADM является корректирующим коэффициентом, величина которого является функцией режима двигателя и угла конца впуска,
- P_ADM является давлением впуска воздуха,
- V_{cyl_FA} является геометрическим объемом камеры сгорания, рассчитанным по углу конца впуска,
- T_melange является температурой смеси свежего воздуха и выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания,
- r является константой, равной отношению R/M, где R является универсальной постоянной идеальных газов, и М является молярной массой в kg.mol^-1 смеси газов,
- сра и cpb являются удельными теплоёмкостями при постоянном давлении соответственно свежего воздуха и выхлопных газов, и
- Та и Tb являются температурами соответственно свежего воздуха и выхлопных газов.

7. Способ по п.3, в котором оценку массы Ма свежего воздуха осуществляют решением следующей системы уравнений:
,
где
- A_ADM является корректирующим коэффициентом, величина которого является функцией режима двигателя и угла конца впуска,
- P_ADM является давлением впуска воздуха,
- V_{cyl_FA} является геометрическим объемом камеры сгорания, рассчитанным по углу конца впуска,
- T_melange является температурой смеси свежего воздуха и выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания,
- r является константой, равной отношению R/M, где R является универсальной постоянной идеальных газов, и М является молярной массой в kg.mol^-1 смеси газов,
- сра и cpb являются удельными теплоёмкостями при постоянном давлении соответственно свежего воздуха и выхлопных газов, и
- Та и Tb являются температурами соответственно свежего воздуха и выхлопных газов.

8. Способ по п.4, в котором оценку массы Ма свежего воздуха осуществляют решением следующей системы уравнений:
,
где
- A_ADM является корректирующим коэффициентом, величина которого является функцией режима двигателя и угла конца впуска,
- P_ADM является давлением впуска воздуха,
- V_{cyl_FA} является геометрическим объемом камеры сгорания, рассчитанным по углу конца впуска,
- T_melange является температурой смеси свежего воздуха и выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания,
- r является константой, равной отношению R/M, где R является универсальной постоянной идеальных газов, и М является молярной массой в kg.mol^-1 смеси газов,
- сра и cpb являются удельными теплоёмкостями при постоянном давлении соответственно свежего воздуха и выхлопных газов, и
- Та и Tb являются температурами соответственно свежего воздуха и выхлопных газов.

9. Способ оценки полного заполнения rempl_tot свежим воздухом, наддуваемым в камеру сгорания цилиндра двигателя в процессе цикла двигателя, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых оценивают (128) массу Ма свежего воздуха, впускаемого внутрь камеры сгорания с помощью способа по одному из предыдущих пунктов, оценивают (124) массу Mbal_tot газов, продуваемых от впуска к выпуску в процессе перепуска клапанов, и оценивают (130) полное заполнение rempl_tot наддуваемым свежим воздухомспособ векторного управления скоростью трехфазной машины исходя из оцененных массы свежего воздуха Ма и массы Mbal_tot продуваемых газов.

10. Способ по п.9, в котором оценку (130) полного заполнения осуществляют решением следующей системы уравнений:
,
где
- Mtot является определенной выше общей массой газов, содержащихся в камере сгорания в конце впуска свежего воздуха,
- Мо является эталонной массой воздуха в нормальных условиях температуры и давления,
- Mb является массой выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания в конце выпуска выхлопных газов,
- Mbal_tot является общей массой продуваемых газов (воздух и выхлопные газы) в процессе перепуска клапанов,
- Mbal является массой продуваемого газа (воздух) между впуском и выпуском в процессе перепуска клапанов,
- Max(…) и Min(…) являются соответственно функциями, дающими максимум и минимум, и
- |…| является абсолютной величиной.

11. Блок (106) записи информации, отличающийся тем, что он содержит инструкции для выполнения способа по одному из предыдущих пунктов, когда эти инструкции выполняются ЭВМ.

12. Устройство для оценки массы Ма свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя в процессе цикла двигателя, отличающийся тем, что оно содержит модуль (98) оценки общей массы Mtot газа, содержащегося в камере сгорания в конце впуска свежего воздуха, модуль (92) оценки массы Mb выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, в конце выпуска выхлопных газов и модуль (98) оценки массы Ма свежего воздуха исходя из разности между оцененными общей массой Mtot и массой Mb выхлопных газов.

13. Автомобиль, отличающийся тем, что он содержит устройство (88) для оценки по п.12.