專利名稱：發(fā)動機啟動和開動至運行過渡的基于模型的燃料控制校準的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，更特別而言涉及調(diào)節(jié)在內(nèi)燃機啟動和開動至運行過渡期間通向發(fā)動機的燃料。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機在氣缸內(nèi)燃燒燃料與空氣混合物從而驅(qū)動活塞產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。在發(fā)動機啟動期間，發(fā)動機按照過渡模式操作，這種模式包括接通、開動、開動至運行以及運行。接通模式開始啟動過程，而發(fā)動機在開動模式期間被開動(即由啟動器馬達驅(qū)動)。當(dāng)對發(fā)動機加燃料并且初始點火事件發(fā)生時，發(fā)動機操作過渡成開動至運行模式。最后，當(dāng)使所有氣缸點火并且發(fā)動機速度處于極限水平以上時，發(fā)動機過渡成運行模式。
加燃料的準確控制在過渡發(fā)動機啟動期間實現(xiàn)發(fā)動機快速啟動和降低啟動時間的變化(即轉(zhuǎn)換至運行模式所花費的時間)方面起著重要作用。傳統(tǒng)的過渡燃料控制系統(tǒng)未能充分考慮燃料損失并且在過渡相位期間未能檢測與改善不點火和不良啟動。另外，傳統(tǒng)燃料控制系統(tǒng)不夠穩(wěn)固并且需要顯著的校準作用。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種用于調(diào)節(jié)在發(fā)動機啟動與開動至運行過渡期間通向內(nèi)燃機氣缸的燃料的燃料控制系統(tǒng)。這種燃料控制系統(tǒng)包括第一模塊，該第一模塊根據(jù)多個GPO預(yù)報模型來確定氣缸用的提前估算氣缸空氣質(zhì)量(GPO)。第二模塊根據(jù)多個提前估算GPO來調(diào)節(jié)對發(fā)動機氣缸的加燃料直至氣缸的燃燒事件發(fā)生為止。根據(jù)來自多個基于預(yù)定試驗計劃的試驗啟動的數(shù)據(jù)來校準多個GPO預(yù)報模塊中的每一個。
根據(jù)其它特征，多個GPO預(yù)報模塊包括在第一燃燒事件之前的多個試驗啟動期間的使用GPO測量值來校準的開動預(yù)報模塊。根據(jù)GPO測量值的最小平方曲線擬合來校準開動GPO預(yù)報模塊。
根據(jù)其它特征，使多個試驗啟動之一期間的開動周期延長以便能夠收集另外的GPO數(shù)據(jù)。開動周期通過禁止火花與燃料噴射來延長。
根據(jù)其它特征，多個GPO預(yù)報模塊包括在初始火花事件之后的多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的開動至運行GPO預(yù)報模塊。根據(jù)GPO測量值和濾波器的最小平方曲線擬合來校準開動至運行GPO預(yù)報模塊。
根據(jù)另一個特征，多個GPO預(yù)報模塊包括在初始火花事件之后并處于模擬不點火狀態(tài)下的多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的不點火GPO預(yù)報模塊。
根據(jù)另一個特征，多個GPO預(yù)報模塊包括在初始火花事件之后并處于模擬不良啟動狀態(tài)下的多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的不良啟動GPO預(yù)報模塊。
根據(jù)另一個特征，多個試驗啟動包括有意的不點火發(fā)動機啟動。
根據(jù)又一個特征，多個試驗啟動包括有意的不良發(fā)動機啟動。
根據(jù)又一個特征，在所述多個試驗啟動期間執(zhí)行火花延遲以便模擬不點火和不良發(fā)動機啟動情況。
通過閱讀下文中提供的詳細描述，將會清楚本發(fā)明的其它適用區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解，盡管以下詳細描述和特定實例顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是它們僅用于示例說明，而并非意欲限制本發(fā)明的范圍。


通過閱讀詳細描述和附圖，將會更充分地理解本發(fā)明，圖中圖1為包括使用本發(fā)明的過渡燃料控制來調(diào)節(jié)的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖；圖2為曲線圖，示出了在異常發(fā)動機啟動期間示例性實際氣缸充氣量(GPO)與示例性的濾過GPO的關(guān)系曲線；圖3為曲線圖，示出了多個發(fā)動機循環(huán)上的示例性原始噴射燃料質(zhì)量(RINJ)與示例性所測燃燒燃料質(zhì)量(MBFM)；圖4為信號流圖，示出了執(zhí)行本發(fā)明的過渡燃料控制的示例性模塊；以及圖5為曲線圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的GPO預(yù)報方案所求解的示例性事件。
具體實施例方式
對優(yōu)選實施例的以下描述事實上僅為示例性并且決非用于限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。為清楚起見，在各圖中，將使用相同的參考數(shù)字來標示相似的元件。在本文中使用時，術(shù)語“模塊”是指特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享、專用或組)和存儲器、組合邏輯電路和/或提供所述功能的其它適用部件。
現(xiàn)在參看圖1，示意性示出了車輛系統(tǒng)10。車輛系統(tǒng)包括發(fā)動機12，發(fā)動機12燃燒氣缸14內(nèi)的燃料與空氣混合物以便驅(qū)動滑動地置于氣缸14內(nèi)的活塞。這些活塞驅(qū)動曲柄軸16以便產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。通過節(jié)氣門20將空氣吸入發(fā)動機的進氣歧管18。將空氣分配給氣缸14并使其與來自加燃料系統(tǒng)22的燃料混合。將空氣與燃料混合物點燃或使其產(chǎn)生火花以便開始燃燒。通過排氣歧管24將燃燒所產(chǎn)生的廢氣排出氣缸14。能量存儲裝置(ESD)26向車輛系統(tǒng)的各個部件提供電能。例如，在發(fā)動機啟動期間，ESD26提供電能以便產(chǎn)生火花并且提供電能以便旋轉(zhuǎn)驅(qū)動曲柄軸16。
控制模塊30調(diào)節(jié)車輛系統(tǒng)10的總體操作?？刂颇K30響應(yīng)于由各個傳感器產(chǎn)生的多個信號，如以下更詳細所述。在跨過接通模式、開動模式、開動至運行模式以及運行模式的過渡期間，控制模塊30根據(jù)本發(fā)明的過渡燃料控制來調(diào)節(jié)通向單個氣缸的燃料流。更特別而言，在發(fā)動機啟動期間，初始模式為接通模式，其中駕駛員接通點火開關(guān)以便開始發(fā)動機啟動過程。開動模式跟隨著接通模式，并且在開動模式期間，啟動器馬達(未示出)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動著活塞以便允許氣缸14中的空氣處理。在開動至運行模式期間，在運行模式中的正常發(fā)動機操作之前，發(fā)生初始點火事件。
車輛系統(tǒng)10包括監(jiān)控著通過節(jié)氣門20的空氣流速的質(zhì)量空氣流(MAF)傳感器35。節(jié)氣門位置傳感器34對節(jié)流板(未示出)的位置做出響應(yīng)并且產(chǎn)生節(jié)氣門位置信號(TPS)。進氣歧管壓力傳感器36產(chǎn)生歧管絕對壓力(MAP)信號而發(fā)動機速度傳感器38產(chǎn)生發(fā)動機速度(RPM)信號。發(fā)動機油溫傳感器40產(chǎn)生發(fā)動機油溫(TOIL)信號而發(fā)動機冷卻劑溫度傳感器42產(chǎn)生發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)信號。壓力傳感器44對大氣壓力做出響應(yīng)并且產(chǎn)生氣壓(PBARO)信號。電流和電壓傳感器46、48分別產(chǎn)生ESD 26的電流和電壓信號。進氣溫度(IAT)傳感器37產(chǎn)生IAT信號。
本發(fā)明的過渡燃料控制計算在從發(fā)動機啟動到開動至運行的過渡期間噴入每個氣缸中的原始的噴射燃料值(RINJ)。更特別而言，過渡燃料控制預(yù)報氣缸充氣量(GPO)并且根據(jù)GPO確定RINJ。過渡燃料控制執(zhí)行多個功能，包括但不限于開動GPO預(yù)報、開動至運行GPO預(yù)報、運行GPO預(yù)報、預(yù)定GPO濾波器、不點火檢測、不良啟動檢測、不良啟動恢復(fù)檢測、不點火/不良啟動GPO預(yù)報、過渡規(guī)則、利用燃料分數(shù)(UFF)計算、標稱燃料動態(tài)模型和控制、燃料動態(tài)控制策略和各個氣缸燃料預(yù)報時間安排及指令時間安排。在此假定估計真實GPO的最準確方法為使用進氣下死點(BDC)處的MAP數(shù)據(jù)。由于硬件約束，最接近的MAP測量在規(guī)定氣缸事件處進行采樣。示例性4氣缸發(fā)動機的一個示例性氣缸事件為在進氣BDC之前的大約60°-75°度曲軸角(CA)處。在氣缸事件之間存在特定的CA值。例如，對于示例性4氣缸發(fā)動機而言，在事件之間存在180°CA。
開動GPO預(yù)報由第一、第二和第三步提前GPO預(yù)報以及測量校正組成。在開動模式操作期間，使用開動GPO預(yù)報。以下公式與開動GPO預(yù)報相關(guān)GPOk+3|k＝αCRKGPOk+2|k+(1-αCRK)GPOk+1|k(1)GPOk+2|k＝αCRKGPOk+1|k+(1-αCRK)GPOk|k(2)GPOk+1|k＝αCRKGPOk|k+(1-αCRK)GPOk-1|k(3)GPOk|k＝GPOk|k-1+KG(GPOk-GPOk|k-1) (4)公式1為第三步提前預(yù)報，公式2為第二步提前預(yù)報，公式3為第一步提前預(yù)報，而公式4為測量校正。αCRK為適用于所有發(fā)動機啟動狀態(tài)的單定數(shù)，而KG表示穩(wěn)態(tài)Kalman濾波增益。由于開動GPO預(yù)報器只運行很短時期(例如，只運行示例性1-4發(fā)動機的前三個發(fā)動機事件)，所以手動調(diào)節(jié)αCRK。下標k|k-1表示使用直到先前事件k-1之前的信息的當(dāng)前事件k處的值，k|k表示使用直到當(dāng)前事件k之前的信息的當(dāng)前事件k處的值，k+1|k表示使用直到當(dāng)前事件k之前的信息的未來事件k+1處的值，等等。
GPOk根據(jù)以下公式計算GPOk＝αCRK-VEVECRKMAPk/IATk(5)其中VECRK為開動速度處的容積效率，其根據(jù)使用已知壓縮比的活塞和氣缸頭的幾何來計算，αCRK-VE為用于匹配VECRK和MAPk/IATk的單位的比例系數(shù)。
開動至運行GPO預(yù)報也包括第一、第二和第三步提前GPO預(yù)報以及測量校正。如下文中更詳細地闡明，存在一個過渡周期，在這個過渡周期期間，開動GPO預(yù)報和開動至運行GPO預(yù)報同時運行。一旦完全處于開動至運行模式時，就單獨使用開動至運行GPO預(yù)報。開動至運行GPO預(yù)報用于預(yù)報將會在以開動至運行模式操作期間吸收它們的充氣的那些氣缸的GPO。與開動至運行預(yù)報GPO相關(guān)的公式如下GPOk+3|k＝αCTRGPOk+2|k(6)GPOk+2|k＝αCTRGPOk+1|k(7)GPOk+1|k＝αCTRGPOk|k(8)GPOk|k＝GPOk|k-1+KG(GPOk-GPOk|k-1) (9)其中公式6為第三步提前預(yù)報，公式7為第二步提前預(yù)報，公式8為第一步提前預(yù)報，而公式9為測量校正。預(yù)報器系數(shù)αCTR為TPS和發(fā)動機RPM信號的線性樣條函數(shù)，其中下標CTR表示開動至運行狀態(tài)，計算公式如下αCTR=c0+Σi=1nai×UTPS(i)+Σj=1mbj×URPM(j)---(10)]]>其中
并且 還提供了以下定義Ri，j＝{[TPSi，TPSi+1)，RPMj，RPMj+1)}i＝1，2，…n-1 j＝1，2，…m-1 (13)Rn，j＝{[TPSn，∞)，RPMj，RPMj+1)}j＝1，2，…m-1 (14)Ri，m＝{[TPSi，TPSi+1)，[RPMm，∞)}i＝1，2，…n-1 (15)Rn，m＝{[TPSn，∞)，[RPMm，∞)} (16)當(dāng)(TPS，RPM)∈Ri，j時，αCTR可重寫為αCTR＝δ0+δ1×TPS+δ2×RPM(17)其中
δ0=c0-Σk=1iak×TPSk-Σk=1jbk×RPMk---(18)]]>δ1=Σk=1jak---(19)]]>δ2=Σk=1jbk---(20)]]>TPSi和RPMj的典型值分別為(5，15，20，30，∞)和(600，1200，1800，∞)。
在公式9中，GPOk根據(jù)以下公式來計算GPOk＝αRUN-VEVERUN(MAPk，RPMk)MAPk/IATk(21)其中VERUN(.)為在正?；蜻\行操作狀態(tài)時的容積效率并且根據(jù)MAP和RPM確定，而αRun-VE為用于匹配VERUN(.)和MAPk/IATk的單位的比例系數(shù)。
運行GPO預(yù)報包括第一、第二和第三步提前GPO預(yù)報以及測量校正。在運行模式期間使用運行GPO預(yù)報。與運行GPO預(yù)報相關(guān)的公式提供如下GPOk+3|k＝αRUNGPOk+2|k+U(TPS，GPC) (22)GPOk+2|k＝αRUNGPOk+1|k+U(TPS，GPC) (23)GPOk+1|k＝αRUNGPOk|k+U(TPS，GPC) (24)GPOk|k＝GPOk|k-1+KG(GPOk-GPOk|k-1) (25)其中公式22為第三步提前預(yù)報，公式23為第二步提前預(yù)報，公式24為第一步提前預(yù)報，而公式25為測量校正。輸入函數(shù)U(TPS，GPC)為TPS和根據(jù)MAF在節(jié)氣門處測得的氣缸充氣量(GPC)的函數(shù)，由下式提供U(TPS,GPC)=Σi=13βiTPSk-i+1+Σj=13γjGPCk-j+1---(26)]]>運行GPO預(yù)報器的參數(shù)約束和輸入函數(shù)為β1+β2+β3＝0和1-αRUN＝γ1+γ2+γ3，其中αRUN為單定數(shù)。在公式25中，GPOk按照下式計算GPOk＝αRUN-VEVERUN(MAPk，RPMk)MAPk(27)現(xiàn)在參考圖2，在異常發(fā)動機啟動情況(例如不點火和/或不良啟動狀態(tài))下，GPO測量可能具有不希望的波動。這可能引起GPO預(yù)報呈現(xiàn)不希望的性態(tài)。不良啟動的典型數(shù)據(jù)跡線示于圖2中。經(jīng)濾波波的GPO具有更好的性態(tài)(即，具有較少的波動)，因此比GPO預(yù)報中的測得GPO更有用。GPO濾波時間安排根據(jù)發(fā)動機的點火形狀來進行。更特別而言，對于正常發(fā)動機啟動(即正常模式)，經(jīng)濾波波的GPO(GPOFk)由下式提供GPOFk＝0.1GPOFk-1+0.9GPOk(28)對于異常發(fā)動機啟動(包括不點火和/或不良啟動)，GPOFk由下式提供GPOFk＝0.9GPOFk-1+0.1GPOk(29)由于快速GPO延遲從特定事件(例如典型1-4發(fā)動機的事件4)開始，所以GPO濾波器只從該事件開始被激活。因此，從該事件開始向前，出現(xiàn)于上述所有預(yù)報公式中的GPOk被GPOFk代替。應(yīng)當(dāng)理解，值0.1和0.9本質(zhì)上僅為示例性。
在正常發(fā)動機啟動情況下，GPO濾波器的時間常數(shù)為0.1，并且在對測得的GPO進行濾波時不發(fā)揮作用。在這種情況下，使用經(jīng)濾波波的GPO的益處并不明顯。然而，在異常發(fā)動機啟動的情況下，GPO濾波器的時間常數(shù)可能大至0.9。這種方案提供了在總體GPO預(yù)報方案中執(zhí)行的安全網(wǎng)。當(dāng)發(fā)動機從不點火或不良啟動情況復(fù)原時，GPO濾波器被轉(zhuǎn)向正常操作模式。
發(fā)動機不點火檢測根據(jù)對首次點火在其間發(fā)生的兩個事件的RPM差的監(jiān)控來執(zhí)行。對于具有已知凸輪位置的典型1-4發(fā)動機來說，首次點火發(fā)生于事件3與事件4之間。因此，可以根據(jù)事件4來檢測不點火。不點火的檢測規(guī)則定義如下如果ΔRPM＝(RPM4-RPM3)＜ΔRPMlst-fire，則檢測為不點火。
其中ΔRPMlst-fire(即由于首次點火而產(chǎn)生的RPM的變化)為可校準的數(shù)字(例如大約200RPM)。對于帶有超過四個氣缸的發(fā)動機而言，檢測規(guī)則可相應(yīng)調(diào)整。RPMk指的是事件k處的RPM。
不良啟動可以根據(jù)第二燃燒事件之后的閾值RPM來檢測。在典型1-4發(fā)動機的正常狀態(tài)下，第二燃燒發(fā)生于事件4與事件5之間，并且能夠產(chǎn)生大于閾值RPM(例如700RPM)的發(fā)動機速度值。因此，不良啟動檢測的規(guī)則定義如下如果RPMk≥5≤700，則檢測為不良啟動。
如果發(fā)動機在不良啟動模式下操作并且RPMk≥1400，則檢測到不良啟動復(fù)原。不良啟動復(fù)原的RPM閾值可以在既滿足RPMk≥1400又可得到GPC的第一可靠讀數(shù)的時刻定義。應(yīng)當(dāng)理解，此處提供的閾值RPM值本質(zhì)上僅為示例性。當(dāng)檢測到不良啟動復(fù)原時，GPO濾波器被相應(yīng)地轉(zhuǎn)向正常模式并且使用運行GPO預(yù)報器來進行GPO預(yù)報。
如果發(fā)動機在不點火模式下操作，則不點火GPO預(yù)報代替開動至運行GPO預(yù)報。不點火GPO預(yù)報按照以下公式執(zhí)行GPOk+3|k=αMIS3GPOk|k---(30)]]>GPOk+2|k=αMIS2GPOk|k---(31)]]>GPOk+1|k＝αMISGPOk|k(32)GPOk|k＝GPOk|k-1+KG(GPOk-GPOk|k-1) (33)
其中公式30為第三步提前預(yù)報，公式31為第二步提前預(yù)報，公式32為第一步提前預(yù)報，公式33為測量校正，并且提供了典型值αMIS＝1和KG＝0.8。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些值可根據(jù)發(fā)動機特定參數(shù)而改變。
如果發(fā)動機不良啟動模式下操作，則不良啟動GPO預(yù)報代替開動至運行預(yù)報。不良啟動GPO預(yù)報按照以下公式執(zhí)行GPOk+3|k=αPS3GPOk|k---(34)]]>GPOk+2|k=αPS2GPOk|k---(35)]]>GPOk+1|k＝αPSGPOk|k(36)GPOk|k＝GPOk|k-1+KG(GPOk-GPOk|k-1) (37)其中公式34為第三步提前預(yù)報，公式35為第二步提前預(yù)報，公式36為第一步提前預(yù)報，公式37為測量校正，并且提供了典型值αPS＝0.98和KG＝0.8。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些值可根據(jù)發(fā)動機特定參數(shù)而改變。
對于典型4氣缸發(fā)動機，定義各模式之間的過渡狀態(tài)的規(guī)則總結(jié)如下。對于已知凸輪位置，事件4為從開動模式到開動至運行模式的過渡狀態(tài)的默認事件。在事件4處，如果RPM的變化小于可校準數(shù)字(例如200RPM)，則檢測為弱點火，弱點火GPO預(yù)報受到激活并且使用異常GPO濾波器和弱點火GPO預(yù)報。在事件5處，如果發(fā)動機速度小于可校準數(shù)字(例如700RPM)，則檢測為不良啟動，對不良啟動進行預(yù)報并且激活不良啟動GPO預(yù)報。同時，異常GPO濾波器受到激活。否則，激活正常GPO濾波器和開動至運行GPO預(yù)報。如果發(fā)動機速度超過可校準RPM閾值(例如1400RPM)，則預(yù)報方案從不良啟動恢復(fù)模式或正常啟動模式轉(zhuǎn)向運行GPO預(yù)報。對于帶有超過四個氣缸的發(fā)動機，應(yīng)用類似但經(jīng)過改動的規(guī)則。
現(xiàn)在參看圖3，將對利用燃料分數(shù)(UFF)進行詳細描述。UFF為當(dāng)前燃燒事件中實際燃燒的燃料的百分比并且根據(jù)實驗觀測得到。更具體而言，UFF為原始噴射燃料質(zhì)量(RINJ)相對于測得燃燒燃料質(zhì)量(MBFM)的分數(shù)。存在并不參加燃燒過程的一定數(shù)量的RINJ。這種現(xiàn)象的作用示于圖3中，其中RINJ的總量并未出現(xiàn)于廢氣測來能夠中并且觀察到了漸減的返回情況。這種不完全燃料利用現(xiàn)象表明利用率并非常數(shù)，而是RINJ的函數(shù)。
本發(fā)明的過渡燃料控制通過將總體燃料動態(tài)特性分成兩個疊加的子系統(tǒng)來對這種嚴格非線性進行建模，這兩個子系統(tǒng)為非線性輸入(RINJ)相關(guān)的UFF和單位增益標稱燃料動態(tài)特性函數(shù)。輸入(RINJ)相關(guān)的UFF按照下式提供CINJ(k)=UFFSS(1-2πarctan(RINJ(k)γ(ECT)))RINJ(k)---(38)]]>其中CINJ為通過考慮UFF所噴射的燃料質(zhì)量的校正數(shù)量。下標SS表示發(fā)動機空氣動態(tài)特性達到穩(wěn)態(tài)的周期。盡管SS的典型值等于20(即，第20周期)，但應(yīng)當(dāng)理解，該值可根據(jù)發(fā)動機特定參數(shù)而改變。UFF函數(shù)定義如下UFF=UFF20(1-2πarctan(RINJ(k)γ(ECT)))---(39)]]>在以上公式中，UFF20標示在周期20處計算出的UFF。參數(shù)γ(ECT)用來表征滿足為獲取漸減返回作用的情況的校正要求的形狀。當(dāng)數(shù)據(jù)充裕度成問題時，該單個基于ECT的參數(shù)簡化了校準過程并且容許穩(wěn)健的參數(shù)估計。對于給定的固定ECT，γ(ECT)的大小處于與在正常發(fā)動機啟動期間的首次索引RINJ(RINJ(1))的范圍相同。因此，γ(ECT)被看作前幾個發(fā)動機周期中的RINJ校正的加權(quán)參數(shù)。
向前質(zhì)量守恒或單位增益標稱燃料同代特性模型使用以下公式表示y(k)＝-β1y(k-1)+α0u(k)+α1u(k-1) (40)
其中y(k)標示MBFM而u(k)表示CINJ。公式40受到單位約束1+β1＝α0+α1。盡管模型結(jié)構(gòu)為一階線性模型，但是模型參數(shù)為ECT的函數(shù)。此外，在正常發(fā)動機啟動情況下，參數(shù)α0、α1和β1也略微受到RPM和MAP的影響。然而，在異常發(fā)動機啟動情況下，由于MAP和RPM預(yù)報不夠精確，使用此類模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置(即獲取MAP和RPM作用)的控制可能產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)娜剂蟿討B(tài)特性補償。因此，α0、α1和β1參數(shù)只是ECT的函數(shù)。當(dāng)使用過渡燃料控制時，公式40經(jīng)過轉(zhuǎn)換以便提供u(k)=-α1α0u(k-1)+1α0y(k)+β1α0y(k-1)---(41)]]>其中y(k)為理想的氣缸內(nèi)燃燒燃料質(zhì)量(即需求燃料)。
現(xiàn)在參看圖4，示出了指向過渡燃料控制的示例性模塊。燃料控制基本上包括GPO預(yù)報(即、開動、開動至運行和運行所用的多步GPO預(yù)報器)、將所預(yù)報的GPO和需求的當(dāng)量比(EQR)軌線變換成燃料質(zhì)量需求、根據(jù)ECT制定的標稱逆向燃料動態(tài)特性和根據(jù)ECT預(yù)定的逆向UFF函數(shù)。EQRCOM確定為所需燃料空氣比與化學(xué)計量燃料空氣比的比值，并且用來打消燃料成分的差異以及在冷啟動狀態(tài)下向發(fā)動機提供穩(wěn)健的加燃料操作?；瘜W(xué)計量燃料空氣比為碳氫化合物燃料被完全氧化時的特定燃料空氣比。這些模塊包括但不限于GPO預(yù)報器模塊500、燃料質(zhì)量轉(zhuǎn)換模塊502、逆向標稱燃料動態(tài)特性模塊504和逆向UFF模塊506。
GPO預(yù)報器模塊500根據(jù)PBARO、MAP、TPS、RPM、TOIL、SOC、GPC和IAT產(chǎn)生GPOk+1|k、GPOk+2|k和GPOk+3|k。使用的特定預(yù)報模型取決于當(dāng)前事件數(shù)量和發(fā)動機模式(例如不點火和不良啟動)，并且包括開動GPO預(yù)報、開動至運行GPO預(yù)報和運行GPO預(yù)報、不點火GPO預(yù)報和不良啟動GPO預(yù)報。燃料質(zhì)量轉(zhuǎn)換模塊502根據(jù)GPO值和EQRCOM確定MBFM。逆向標稱燃料動態(tài)特性模塊504根據(jù)MBFM和ECT確定CINJ。逆向UFF模塊根據(jù)CINJ和ECT確定RINJ。根據(jù)相應(yīng)的RINJ向各個氣缸加燃料。
現(xiàn)在參看圖5，以圖形方式示出示例性4氣缸發(fā)動機的事件求解的GPO預(yù)報時間安排方案。應(yīng)當(dāng)理解，可以調(diào)整GPO預(yù)報時間安排方案以便適用于具有不同數(shù)量氣缸的發(fā)動機。還應(yīng)當(dāng)理解，圖5的曲線用于3號氣缸為能夠點火的第一氣缸的示例性啟動位置中的示例性發(fā)動機。本發(fā)明的過渡燃料控制可適用于其它啟動位置(例如1號氣缸為能夠點火的第一氣缸)。
接通事件開始發(fā)動機開動，并且只有兩個氣缸被引火(例如對于4氣缸發(fā)動機而言)以避免不同步情況下的開閥噴射。由于進氣閥打開，不能為1號氣缸加燃料。引火的燃料點燃根據(jù)開動GPO預(yù)報來計算。在第一事件(E1)處，1號氣缸處于BDC之前的75°CA處，并且沒有燃料噴射，執(zhí)行不同步校正并且只有開動GPO預(yù)報運行。同樣在E1處，執(zhí)行3號氣缸的GPO第二步提前預(yù)報和4號氣缸的GPO第三步提前預(yù)報。根據(jù)第二步和第三步提前GPO確定相應(yīng)的RINJ并且根據(jù)RINJ為3號和4號氣缸加燃料。
在第二事件(E2)處，3號氣缸處于BDC之前的75°CA處，進行第一步提前GPO預(yù)報和提出燃料需求。開動GPO預(yù)報和開動至運行GPO預(yù)報同時運行。更具體而言，在E2處，使用開動GPO預(yù)報確定3號氣缸的GPO第一步提前預(yù)報和4號氣缸的GPO第二步提前預(yù)報(請看實線箭頭)。使用開動至運行GPO預(yù)報確定2號氣缸的GPO第三步提前預(yù)報(請看虛線箭頭)。根據(jù)GPO預(yù)報確定相應(yīng)的RINJ并且根據(jù)RINJ為3號、4號和2號氣缸加燃料直至下一個事件。
在第三事件處，4號氣缸處于BDC之前的75°CA處。開動GPO預(yù)報和開動至運行GPO預(yù)報同時運行，3號氣缸的燃料動態(tài)初始狀態(tài)不再為零并且必須在下一個加燃料事件中考慮。更具體而言，在E3處，使用開動GPO預(yù)報確定4號氣缸的GPO第一步提前預(yù)報(請看實線箭頭)。使用開動至運行GPO預(yù)報確定2號氣缸的第二步GPO提前預(yù)報和1號氣缸的第三步GPO提前預(yù)報(請看虛線箭頭)。根據(jù)GPO預(yù)報確定相應(yīng)的RINJ并且根據(jù)RINJ為4號、2號和1號氣缸加燃料直至下一個事件。
在第四事件(E4)處，2號氣缸處于BDC之前的75°CA處。執(zhí)行不點火檢測并且4號氣缸的燃料動態(tài)初始狀態(tài)不再為零并且必須在下一個加燃料事件中考慮。如果檢測到?jīng)]有不點火，則使用開動至運行預(yù)報確定2號氣缸的第一步提前GPO預(yù)報、1號氣缸的第二步提前GPO預(yù)報和3號氣缸的第三步提前GPO預(yù)報(請看虛線箭頭)。如果檢測到不點火，則使用不點火預(yù)報確定2號氣缸的第一步提前GPO預(yù)報、1號氣缸的第二步提前GPO預(yù)報和3號氣缸的第三步提前GPO預(yù)報。根據(jù)GPO預(yù)報計算相應(yīng)的RINJ并且根據(jù)RINJ為2號、1號和3號氣缸加燃料直至下一個事件。
在第五事件(E5)處，1號氣缸處于BDC之前的75°CA處，執(zhí)行不良啟動檢測并且2號氣缸的燃料動態(tài)初始狀態(tài)不再為零并且必須在下一個加燃料事件中考慮。如果未檢測到不良啟動，則使用運行預(yù)報確定1號氣缸的第一步提前GPO預(yù)報、3號氣缸的第二步提前GPO預(yù)報和2號氣缸的第三步提前GPO預(yù)報。如果檢測到不良啟動，則使用不良啟動預(yù)報確定1號氣缸的第一步提前GPO預(yù)報、3號氣缸的第二步提前GPO預(yù)報和2號氣缸的第三步提前GPO預(yù)報。隨后的事件(E6-En)類似，根據(jù)點火順序交替各個氣缸(例如對于示例性4氣缸發(fā)動機而言1342為3號氣缸)。當(dāng)發(fā)動機速度達到穩(wěn)定并且大于1400RPM時，使用運行GPO預(yù)報。
提供了預(yù)報燃料控制(即GPO預(yù)報)的校準過程。校準過程根據(jù)啟動試驗的閾值數(shù)量(例如50個啟動試驗)來進行。下表總結(jié)了啟動試驗的示例性分布表1

GPO預(yù)報校準的啟動試驗在燃料動態(tài)特性控制校準的啟動試驗中自動產(chǎn)生。燃料動態(tài)特性控制校準在2005年5月4日提交的、標題為“Calibration for Fuel Dynamics Compensation withUtilizationn Function During Engine Start and Crank to RunTransition”的、共同轉(zhuǎn)讓的、共同未決的、序號為60/677,771的美國專利申請中進行了詳細討論?？諝忸A(yù)報校準對額外的試驗的特定需要目的在于模仿不點火和不良啟動中出現(xiàn)的異常空氣動態(tài)性狀，以便用于設(shè)計檢測、時間安排和復(fù)原處理規(guī)則。不點火指的是第一燃燒事件時的點火很弱或不點火。不良啟動指的是在第二燃燒事件之后RPM低于可校準閾值(例如700)的情況。
在第一燃燒事件之前，通過最小二乘法曲線擬合方法根據(jù)試驗數(shù)據(jù)使用GPO測量結(jié)果來校準開動GPO預(yù)報模型(請看公式1至5)。如果控制硬件平臺(即控制模塊)和檢測系統(tǒng)產(chǎn)生了短開動，則可以通過禁止火花和燃料噴射來產(chǎn)生延長發(fā)動機開動。短開動造成數(shù)據(jù)不足，不足以進行最小二乘法曲線擬合。在開動模式中并不需要經(jīng)濾波波的GPO，因為GPO衰減很平滑(請看圖6)。另外，在開動模式期間并不需要狀態(tài)估計，因為開動GPO預(yù)報只在前三個發(fā)動機事件期間運行。因此，Kalman濾波增益被設(shè)定成等于1。
使用示例性的直列式4氣缸發(fā)動機來描述開動至運行GPO預(yù)報模型(請看公式6至20的校準過程。對于具有更多氣缸的發(fā)動機，需要在這個校準過程中稍作調(diào)整。對于示例性發(fā)動機而言，開動至運行過渡中的最重要的過渡事件為E4和E5。只使用良好的啟動數(shù)據(jù)通過最小二乘法線性樣條曲線擬合來校準開動至運行GPO預(yù)報模型。對于示例性發(fā)動機而言，使用GPO濾波器并且濾波增益被設(shè)定為0.8(即根據(jù)試驗確定的值)。在E4處對不點火檢測器的校準只需要ΔRPM閾值，其可以根據(jù)不點火和不良啟動數(shù)據(jù)來調(diào)整。選擇E4是因為其為在給定以上所詳述的控制策略下首先點火的第一事件。如果希望發(fā)動機在不同的事件點火，則該事件即為用于不點火檢測的事件。
在E5及向前的事件處對不良啟動檢測器的校準根據(jù)瞬時發(fā)動機速度測量來進行。對于示例性直列式4氣缸發(fā)動機而言，700RPM為RPM閾值的合理值。對于具有更多氣缸的發(fā)動機而言，由于更大的慣量和摩擦，所以RPM閾值將會更小。在這個校準步驟中使用啟動不良數(shù)據(jù)。如果希望第一發(fā)動機點火在En發(fā)生，則不良啟動檢測器將在En+1開始。對不良啟動復(fù)原的校準只需要知道發(fā)動機速度何時超過閾值速度(例如大約為1400RPM)。在該時刻，GPC測量也必須有效。
使用延遲火花在TDC之后高達30°來校準不點火/不良啟動GPO預(yù)報模型?；鸹ㄑ舆t產(chǎn)生了推遲延燒以便模仿不點火和不良啟動狀態(tài)。對在異常發(fā)動機啟動中第一、第二和第三步提前預(yù)報的衰減率進行調(diào)整以便使得所預(yù)報的GPO接近或稍大于經(jīng)過濾波的GPO。
根據(jù)以上描述，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員現(xiàn)在能夠理解，本發(fā)明的廣義思想能夠按照各種形式實現(xiàn)。因此，盡管以上結(jié)合其特定實例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的真正范圍不應(yīng)當(dāng)被限制于此，因為在研究了附圖、說明書和以下權(quán)利要求之后，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會清楚其它改型。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)在發(fā)動機啟動與開動至運行過渡期間通向內(nèi)燃機氣缸的燃料的燃料控制系統(tǒng)，包括第一模塊，其根據(jù)多個GPO預(yù)報模塊來確定多個氣缸用的提前估算氣缸空氣質(zhì)量(GPO)；以及第二模塊，其根據(jù)所述多個提前估算GPO來調(diào)節(jié)對所述發(fā)動機氣缸的加燃料直至所述氣缸的燃燒事件發(fā)生為止；其中根據(jù)來自多個基于預(yù)定試驗計劃的試驗啟動的數(shù)據(jù)來校準所述多個GPO預(yù)報模塊中的每一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制系統(tǒng)，其中所述多個GPO預(yù)報模塊包括在第一燃燒事件之前的所述多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的開動GPO預(yù)報模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料控制系統(tǒng)，其中根據(jù)GPO測量值的最小平方曲線擬合來校準所述開動GPO預(yù)報模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制系統(tǒng)，其中使所述多個試驗啟動之一期間的開動周期延長以便能夠收集另外的GPO數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料控制系統(tǒng)，其中所述開動周期通過禁止火花與燃料噴射來延長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制系統(tǒng)，其中所述多個GPO預(yù)報模塊包括在初始火花事件之后的所述多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的開動至運行GPO預(yù)報模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料控制系統(tǒng)，其中根據(jù)所述GPO測量值和濾波器的最小平方曲線擬合來校準所述開動至運行GPO預(yù)報模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制系統(tǒng)，其中所述多個GPO預(yù)報模塊包括在初始火花事件之后并處于模擬不點火條件下的多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的不點火GPO預(yù)報模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制系統(tǒng)，其中所述多個GPO預(yù)報模塊包括在初始火花事件之后并處于模擬不良啟動條件下的多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的不良啟動GPO預(yù)報模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制系統(tǒng)，其中所述多個試驗啟動包括有意的不點火發(fā)動機啟動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制系統(tǒng)，其中所述多個試驗啟動包括有意的不良發(fā)動機啟動。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制系統(tǒng)，其中在所述多個試驗啟動期間執(zhí)行火花延遲以便模擬不點火和不良啟動情況。
13.一種校準多個提前估算氣缸空氣質(zhì)量(GPO)預(yù)報模塊的方法，該預(yù)報模塊用于調(diào)節(jié)在發(fā)動機啟動與開動至運行過渡期間通向內(nèi)燃機氣缸的燃料，包括執(zhí)行所述發(fā)動機的多個試驗啟動；在每個所述試驗啟動期間收集GPO測量數(shù)據(jù)；以及根據(jù)所述GPO測量數(shù)據(jù)來校準所述多個GPO預(yù)報模塊；其中所述試驗啟動包括開動時期、模擬不點火以及不良啟動情況。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個GPO預(yù)報模塊包括在第一燃燒事件之前的所述多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的開動GPO預(yù)報模塊。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中根據(jù)所述GPO測量值的最小平方曲線擬合來校準所述開動GPO預(yù)報模塊。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述多個試驗啟動之一期間延長開動周期以便能夠收集另外的GPO數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述開動周期的延長包括禁止火花與燃料噴射。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個GPO預(yù)報模塊包括在初始火花事件之后的所述多個試驗啟動期間使用GPO測量值來校準的開動至運行GPO預(yù)報模塊。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中根據(jù)所述GPO測量值和濾波器的最小平方曲線擬合來校準所述開動至運行預(yù)報模塊。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在初始火花事件之后的所述多個試驗啟動期間模擬所述不點火情況；在所述不點火情況期間測量GPO值；以及根據(jù)所述GPO值來校準所述多個GPO預(yù)報模塊的不點火GPO預(yù)報模塊。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在初始火花事件之后的所述多個試驗啟動期間模擬所述不良啟動情況；在所述不良啟動情況期間測量GPO值；以及根據(jù)所述GPO值來校準所述多個GPO預(yù)報模塊的不良啟動GPO預(yù)報模塊。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述多個試驗啟動期間延遲火花以便模擬不點火和不良啟動情況。
全文摘要
一種用于調(diào)節(jié)在發(fā)動機啟動與開動至運行過渡期間通向內(nèi)燃機氣缸的燃料的燃料控制系統(tǒng)包括第一模塊，該第一模塊根據(jù)多個GPO預(yù)報模型來確定氣缸用的提前估算氣缸空氣質(zhì)量(GPO)。第二模塊根據(jù)多個提前估算GPO來調(diào)節(jié)對所述發(fā)動機氣缸的加燃料直至氣缸的燃燒事件發(fā)生為止。根據(jù)來自多個基于預(yù)定試驗計劃的試驗啟動的數(shù)據(jù)來校準多個GPO預(yù)報模塊中的每一個。
文檔編號F02D41/06GK1896478SQ200610077340
公開日2007年1月17日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者Q·馬, S·于爾科維奇, K·P·杜德克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司