專利名稱：發(fā)動機(jī)燃油效率確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及根據(jù)發(fā)動機(jī)功率損耗來確定內(nèi)燃機(jī)的燃油效率的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
車輛包括產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的內(nèi)燃機(jī)。更確切地，發(fā)動機(jī)吸入空氣并將空氣和燃油混合以形成燃燒混合物。該燃燒混合物在氣缸內(nèi)被壓縮和點燃以驅(qū)動位于氣缸內(nèi)的活塞?；钊?qū)動曲軸向變速器和動力傳動系統(tǒng)傳遞驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。
汽車制造商通常利用測功機(jī)來評估車輛的性能。例如，測功機(jī)可以測定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的最佳發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出。然而，車輛產(chǎn)生的實際轉(zhuǎn)矩輸出可能與受控條件下的最佳轉(zhuǎn)矩輸出不同。更確切地，實際轉(zhuǎn)矩輸出可能受外部條件的影響，該外部條件包括空氣溫度，濕度，和/或大氣壓，且該外部條件不局限于此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于確定內(nèi)燃機(jī)燃油效率的燃油效率估計系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括確定最終進(jìn)氣值的第一模塊和基于最終進(jìn)氣值來確定燃油質(zhì)量比率值的第二模塊。第三模塊基于燃油質(zhì)量比率值確定內(nèi)燃機(jī)的功率損耗。發(fā)動機(jī)的燃油效率是基于功率損耗來確定的。
在其他方面中，第一模塊包括第一子模塊，其基于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速值、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度值中的至少一個來產(chǎn)生初始進(jìn)氣值。該第一模塊進(jìn)一步包括第二子模塊，其基于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速值、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度值中的至少一個輸出當(dāng)前的迭代進(jìn)氣值。
在其他方面中，第一模塊進(jìn)一步包括第三子模塊，其確定點火提前值；第四子模塊，其確定進(jìn)氣和排氣凸輪的相位器位置值；和第五子模塊，其確定空燃比。點火提前值、進(jìn)氣和排氣凸輪的相位器位置值、空燃比是基于當(dāng)前迭代進(jìn)氣值、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值和冷卻劑溫度值來計算的。
另一方面，該第二子模塊基于點火提前值、進(jìn)氣和排氣凸輪的相位器位置值和空氣/燃油比來計算當(dāng)前的迭代進(jìn)氣值。
再一方面，第二子模塊確定當(dāng)前的迭代進(jìn)氣值和先前迭代進(jìn)氣值之間的差值。當(dāng)差值小于一個預(yù)定的閾值時，第二子模塊輸出最終迭代進(jìn)氣值。當(dāng)該差值大于一個預(yù)定的閾值時，第二子模塊更新迭代進(jìn)氣值。
從在此提供的說明可清楚了解更廣泛的適用范圍。需要明白的是，該說明和實施例的目的僅在于舉例闡述而不是對本發(fā)明公開范圍的限制。


通過詳細(xì)描述和附圖本發(fā)明將被更充分地理解，其中圖1是發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)簡圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于計算發(fā)動機(jī)系統(tǒng)燃油效率的控制模塊的示意結(jié)構(gòu)簡圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)氣計算模塊的示意結(jié)構(gòu)簡圖；和圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的燃油效率控制所執(zhí)行示意步驟的流程圖。
具體實施例方式
以下的說明實質(zhì)上僅僅是示范而不是對其公開內(nèi)容、應(yīng)用或使用的限制。這里用到的術(shù)語模塊或裝置是指專用集成電路(ASIC)，電子電路，處理器(共享，專用，或集群)和執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的存儲器，組合邏輯電路，和/或其它提供所述功能的適當(dāng)部件。
根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容，發(fā)動機(jī)的燃油效率通過作為基于最佳功率輸出值和估計功率輸出值之間差值的發(fā)動機(jī)功率損耗的函數(shù)來計算。更確切地，該估計功率是在發(fā)動機(jī)穩(wěn)定或穩(wěn)態(tài)條件下基于當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和冷卻劑溫度值計算的。
現(xiàn)在參考圖1，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括燃燒空氣/燃油混合物以產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機(jī)12?？諝馔ㄟ^節(jié)氣門16被吸入進(jìn)氣歧管14。節(jié)氣門16控制進(jìn)入進(jìn)氣歧管14的空氣流?？諝馀c燃油混合并在氣缸18內(nèi)燃燒來產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。雖然圖示的是四個氣缸，但可認(rèn)識到發(fā)動機(jī)12可以包括額外的或更少的氣缸18。例如，可設(shè)想到發(fā)動機(jī)具有2，3，5，6，8，10和12個氣缸。
燃油噴射器(未示出)噴射燃油，該燃油與空氣混合形成在氣缸18內(nèi)燃燒的空氣/燃油混合物。燃油噴射系統(tǒng)20調(diào)節(jié)燃油噴射器以向每個氣缸18提供期望的空燃比。進(jìn)氣門22選擇性的打開和關(guān)閉，使空氣/燃油混合物進(jìn)入氣缸18。進(jìn)氣門的位置由進(jìn)氣凸輪軸24調(diào)節(jié)?；钊?未示出)壓縮氣缸18內(nèi)的空氣/燃油混合物。燃燒后，排氣門28選擇性地打開和關(guān)閉，使廢氣排出氣缸18。排氣門的位置由排氣凸輪軸30調(diào)節(jié)。活塞驅(qū)動曲軸(未示出)產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。曲軸利用正時鏈(未示出)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動凸輪軸24，30從而控制進(jìn)氣和排氣門22，28的正時。雖然示出了兩個凸輪軸，但也可以只用一個。
發(fā)動機(jī)12可以包括進(jìn)氣凸輪相位器32和/或排氣凸輪相位器34，其相對曲軸的旋轉(zhuǎn)位置分別調(diào)節(jié)進(jìn)氣和排氣凸輪軸24，30的旋轉(zhuǎn)正時。更確切地，進(jìn)氣和排氣凸輪相位器32，34的相位角可被延遲或提前以調(diào)節(jié)進(jìn)氣和排氣凸輪軸24，30的旋轉(zhuǎn)正時。
冷卻劑溫度傳感器36響應(yīng)循環(huán)通過發(fā)動機(jī)12的冷卻劑的溫度，并產(chǎn)生冷卻劑溫度信號37。大氣壓傳感器38響應(yīng)大氣壓力，并產(chǎn)生大氣壓信號39。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器42響應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，并輸出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號43。溫度傳感器44響應(yīng)周圍環(huán)境溫度，并輸出溫度信號45。油溫傳感器46向應(yīng)油溫，并輸出油溫信號47?？刂颇K49根據(jù)各種傳感器信號控制發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10的工作。發(fā)動機(jī)控制模塊49選擇性地計算發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10的功率損耗，并由此確定發(fā)動機(jī)的燃油效率。
現(xiàn)在參考圖2，控制模塊49的示范性實施例采用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩值(TORQ)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值(RPM)、冷卻劑溫度值(COOL)、大氣壓值(BARO)、油溫值(OT)和周圍環(huán)境溫度值(AMBT)作用輸入以計算功率損耗。更確切地，TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT值可以是(但不限于)基于傳感器36、38、42、44、46的信號確定的當(dāng)前值。在可替換的結(jié)構(gòu)中，TORQ、RPM、COOL、BARO、OT，和AMBT可以是由控制模塊49確定來計算理論功率損耗的值。
控制模塊49包括進(jìn)氣計算模塊50、燃油質(zhì)量比率計算模塊52和功率損耗計算模塊54。該進(jìn)氣計算模塊50確定最終的每缸空氣質(zhì)量(APCF)和/或最終質(zhì)量空氣流率(MAFF)。更確切地，APCF和MAFF是基于相同的輸入TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT。APCF和MAFF之間的關(guān)系如以下公式所示MAFF＝APCF×RPM×N×kconv其中N是發(fā)動機(jī)12的氣缸18的數(shù)量，kconv是基于單元換算確定的常數(shù)。為便于討論，APCF用于上下文中以進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容。
燃油質(zhì)量比率計算模塊52基于APCF、RPM和AFIT確定燃油質(zhì)量比率(Mf)。更確切地，Mf基于以下公式可得Mf=APCF×RPMk×AFIT]]>常數(shù)k是個預(yù)定值，其可根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)變化。AFIT是計算的空燃比，其將在以下的進(jìn)一步介紹中討論。
功率損耗計算模塊基于Mf、RPM和TORQ確定功率損耗值(PL)。更確切地，PL基于以下公式可得PL=[MfMopt×TORQopt×RPMopt]-[TORQ×RPM]]]>TORQopt、RPMopt和Mopt分別為最佳發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩、最佳發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和最佳燃油質(zhì)量流率值，其可被選擇以代表在一個參考冷卻劑溫度和一個參考大氣壓下的發(fā)動機(jī)的工作點。可選擇地，TORQopt，RPMopt和Mopt值可基于當(dāng)前冷卻劑溫度(COOL)和當(dāng)前大氣壓(BARO)從預(yù)存的查詢表確定。也可利用對每個RPM不同的TORQopt和Mopt來估算功率損耗。更確切地，將RPMopt設(shè)置成等于RPM，TORQopt和Mopt基于RPM從預(yù)存查詢表中確定。
控制模塊49的各種實施例可包括任何數(shù)量的模塊。圖2中所示的模塊可被進(jìn)一步合并和分割而不背離本發(fā)明的公開內(nèi)容。
現(xiàn)在參考圖3，計算模塊50的示范性實施例包括初始計算APC子模塊56、迭代APC計算子模塊58、點火提前計算子模塊60、凸輪相位器位置計算子模塊62和空燃比計算子模塊64。該初始APC計算子模塊56輸出基于TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT的初始APC(APCIN)。例如，APCIN可基于以下的逆模型轉(zhuǎn)矩方程獲得APCIN＝TAPC-1(TORQ，RPM，COOL，SIN，IIN，EINAFIN，OT，BARO，T)SIN、IIN、EIN和AFIN分別為點火提前、進(jìn)氣凸輪相位器位置、排氣凸輪相位器位置和空燃比的初始值。SIN、IIN，、EIN和AFIN可以是預(yù)先確定作為TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT的函數(shù)形式存取的查詢表數(shù)值。
該迭代APC計算子模塊58確定迭代APC(APCIT)直到發(fā)動機(jī)穩(wěn)定，并向燃油質(zhì)量比率計算模塊52輸出APCF。更確切地，APCIT可基于以下的逆模型轉(zhuǎn)矩方程獲得APCIT＝TAPC-1(TORQ，RPM，COOL，SIT，IIT，EIT，AFT，OT，BARO，T)TORQ、RPM、COOL、OT、BARO和AMBT是各個傳感器提供的當(dāng)前值。SIT、IIT、EIT和AFIT分別為點火提前、進(jìn)氣凸輪相位器位置、排氣凸輪相位器位置和空燃比的迭代值。當(dāng)發(fā)動機(jī)穩(wěn)定時，該迭代APC計算子模塊58輸出APCF。更確切地，當(dāng)先前APCIT和當(dāng)前APCIT的差值小于一個預(yù)定值時，發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定性被確定。APCF被設(shè)定為等于當(dāng)前APCIT。點火提前計算子模塊60基于當(dāng)前APCIT、RPM和COOL輸出SIT。凸輪相位器位置計算子模塊62基于當(dāng)前APCIT、RPM和COOL輸出IIT和EIT。AF比計算子模塊64基于APCIT、RPM和COOL輸出AFIT。
計算模塊50的各種實施例可包括任何數(shù)量的子模塊。圖3中所示的子模塊可被進(jìn)一步合并和分割而不背離本發(fā)明的公開內(nèi)容。
現(xiàn)在參考圖4，計算功率損耗的示范性執(zhí)行步驟將被詳細(xì)描述。在步驟220中，控制確定APCIN。在步驟230中，控制基于APCIN或在前迭代APC(APCIT(i-1))確定當(dāng)前APCIT(APCIT(i)，其中i是時間級數(shù))。更確切地，第一個迭代APC的計算是基于APCIN，其后的迭代APC的計算是基于APCIT(i-1)。
在步驟240中，控制確定APCIT(i)和APCIT(i-1)之間的差值(DIFF)。在步驟250中，控制確定DIFF是否小于一個預(yù)定的閥值(THR)。如果DIFF大于THR，該迭代算法被認(rèn)為處于中間狀態(tài)，控制循環(huán)返回步驟230。如果DIFF小于THR，該迭代算法被認(rèn)為完成，控制進(jìn)行步驟255中的輸出APCF。更確切地，APCF設(shè)定為等于APCF或者被設(shè)定為APCIT(i)。在步驟260中，控制器基于APCF、AFIT和RPM值計算Mf。在步驟270中，控制器基于Mf、TORQ和RPM值計算功率損耗(PL)值，并且控制結(jié)束?？刂齐S后可基于PL確定發(fā)動機(jī)的即時燃油效率。
與APC相對，可認(rèn)識到本發(fā)明的公開能采用發(fā)動機(jī)質(zhì)量空氣流率(MAF)來實現(xiàn)。在這種情況下，APC可替換為采用確定的MAF。
還應(yīng)預(yù)計到本發(fā)明的公開能進(jìn)行修改從而在柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)上實現(xiàn)。例如，在柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的情況下，APC沒有被確定。而是提供了主要基于燃油質(zhì)量流率的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩模型。在這種情況下，該逆轉(zhuǎn)矩模型提供了所需燃油質(zhì)量流率的估計值。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從前述的描述能夠認(rèn)識到本發(fā)明的公開內(nèi)容的廣義教導(dǎo)能通過多種形式實現(xiàn)。因此，雖然所述公開內(nèi)容描述結(jié)合于一些特定例，但由于其他修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說根據(jù)以上附圖，說明和隨后的權(quán)利要求的研究是顯然的，因此該公開內(nèi)容的真實范圍不該被限制于此。
權(quán)利要求
1.一種用于確定內(nèi)燃機(jī)燃油效率的燃油效率估計系統(tǒng)包括確定最終進(jìn)氣值的第一模塊；基于所述最終APC值確定燃油質(zhì)量比率值的第二模塊；和基于所述燃油質(zhì)量比率值確定所述內(nèi)燃機(jī)的所述功率損耗的第三模塊，其中基于所述功率損耗確定所述內(nèi)燃機(jī)的燃油效率。
2.如權(quán)利要求1所述的燃油效率估計系統(tǒng)，其中所述第一模塊包括基于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度值中至少一個而產(chǎn)生初始進(jìn)氣值的第一子模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的燃油效率估計系統(tǒng)，其中所述第一模塊還包括基于所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度值中至少一個而輸出當(dāng)前迭代進(jìn)氣值的第二子模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的燃油效率估計系統(tǒng)，其中所述第一模塊進(jìn)一步包括確定點火提前值的第三子模塊；確定進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值的第四子模塊；和確定空燃比的第五子模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的燃油效率估計系統(tǒng)，其中所述點火提前值、所述進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值和所述空燃比是基于所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值、所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值和所述冷卻劑溫度值而計算的。
6.如權(quán)利要求5所述的燃油效率估計系統(tǒng)，其中所述第二子模塊基于所述點火提前值、所述進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值和所述空燃比值計算當(dāng)前迭代進(jìn)氣值。
7.如權(quán)利要求3所述的燃油效率估計系統(tǒng)，其中所述第二子模塊確定所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值和先前迭代進(jìn)氣值之間的差值。
8.如權(quán)利要求7所述的燃油效率估計系統(tǒng)，其中當(dāng)所述差值小于預(yù)定閾值時，所述第二子模塊輸出最終迭代進(jìn)氣值。
9.如權(quán)利要求7所述的燃油效率估計系統(tǒng)，其中當(dāng)所述差值大于所述預(yù)定閾值時，所述第二子模塊更新所述迭代進(jìn)氣值。
10.一種確定內(nèi)然機(jī)燃油效率的方法，包括確定最終進(jìn)氣值；基于所述最終進(jìn)氣值確定燃油質(zhì)量比率值；基于所述燃油質(zhì)量比率值計算所述內(nèi)燃機(jī)的功率損耗；和基于所述功率損耗確定燃油效率。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括基于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度值中至少一個確定初始進(jìn)氣值。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值、所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩值和所述發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度值中至少一個確定當(dāng)前迭代進(jìn)氣值。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括確定點火提前值；確定進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值；和確定空燃比。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述點火提前值、所述進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值和所述空燃比是基于所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值、所述發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值和所述冷卻劑溫度值來計算的。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值基于所述點火提前值、所述進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值和所述空燃比值中至少之一。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值和先前迭代進(jìn)氣值之間的差值。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中如果所述差值小于預(yù)定閾值，所述最終迭代進(jìn)氣值等于所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中如果所述差值大于所述預(yù)定閾值，所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值被更新。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種計算內(nèi)燃機(jī)功率損耗的模塊，其包括確定最終每缸空氣(APC)值的進(jìn)氣計算模塊，基于最終APC值確定燃油質(zhì)量比率值的燃油質(zhì)量比率計算模塊和基于燃油質(zhì)量比率值確定該內(nèi)燃機(jī)功率損耗的功率損耗計算模塊。
文檔編號F02D43/00GK101037967SQ20061006407
公開日2007年9月19日 申請日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者M·利夫什茨, J·P·布蘭查德, J·L·拉蒂, A·H·希普 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司