專利名稱：基于吸入二氧化碳濃度的柴油機瞬態(tài)燃燒控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機控制系統(tǒng)，尤其涉皿油發(fā)動機瞬態(tài)工況下的控制。
背景技術(shù)：
廢氣幫盾環(huán)(EGR)是一種用于減少柴油機氮氧化物(NOx)排放的技術(shù)。 EGR技術(shù)引入發(fā)動機排出中的一部分jm重新^A發(fā)動機氣缸。艦EGR引 入的二氧化碳(COz)在燃燒氣體中作為稀釋劑和吸收熱量的成分，以斷氏燃燒 溫度以及氮氧化物的排放。燃燒氣體中較高的C02濃度導(dǎo)致較低的NOx排放以 及較高的碳氫化合物(HC)排放。因此，燃燒氣體中的C(V濃度驟響柴油機 排放的一個因素。
噴油定時是影響柴油機排放水平的另一個因素。噴油定時提前通常會導(dǎo)致 缸內(nèi)、鵬和壓力提高，以及弓胞較低的HC排放和較高的NOx排放。噴油定時 滯后會導(dǎo)致燃料的不完全燃燒，因此弓胞HC排放的升高和NOx排放的陶氐。 最佳的噴油定時基^M燒氣體的條件而確定(例如ccv濃度)。噴油定時和燃 燒氣體斜牛不匹配通常導(dǎo)致惡劣的排放。
柴油IW燒控制基準需考慮C02濃度以及噴油定時兩方面因素。對每個發(fā)
動機運轉(zhuǎn)點(發(fā)動機轉(zhuǎn)速相比負荷)，通過確定發(fā)動機目標吸入質(zhì)量空氣流動 (MAF)來確定目標燃燒氣體條件(如C02濃度)。噴油定時在最優(yōu)排放質(zhì)量的 目標燃燒氣體條件下校準。在發(fā)動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)過程中，通過達到目標MAF來提 供目標燃燒氣體條件。在發(fā)動機瞬態(tài)運轉(zhuǎn)過程中，即使發(fā)動機達到了目標MAF， 實際燃燒氣體^ri牛也經(jīng)常偏離目標條件。在柴油tW態(tài)運轉(zhuǎn)過程中，由于采用 了穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)制牛下噴油定時基準來實現(xiàn)發(fā)動機控制，就產(chǎn)生了燃油噴射定時和 燃燒氣體剝牛不匹配的問題，戰(zhàn)不匹配導(dǎo)致了高的NOx和HC排放水平。 發(fā)明內(nèi)容一種發(fā)動機控制模塊，包括確定目標吸入C02濃度的目標吸入二氧化碳
(C02)模塊。估算實際吸入C(v濃度的吸入C02估算模塊。發(fā)動機控制模塊基
于目標吸入C02濃度和實際吸入C02濃度來調(diào)| 油噴射。


在此描述的附圖內(nèi)容僅作為舉例說明，對本發(fā)明公幵的內(nèi)容不構(gòu)成招可限定。
圖1是本發(fā)明的柴油機系統(tǒng)的原理框圖。
圖2是本發(fā)明的柴油機控制模塊的原理框圖。
圖3是本發(fā)明的吸入C02判斷模塊的原理框圖。
圖4是實現(xiàn)本發(fā)明的柴油機瞬態(tài)燃燒控制方法的步驟流程圖。
具體實施例方式
接下來的描述本質(zhì)上只是示范性的，并不用來限制當前的公開、申請以及 用途。應(yīng)當理解為在所有的附圖中，相同的附圖標記表示了類似的或相同的零 件和特征。在此所用的術(shù)語模塊，是指專用集成電路(ASIC)、電子回路、處理 器(共用，專用，或者集群)以及執(zhí)行一個或多個軟件或硬件程i^的存儲器、 復(fù)^輯回路、和/或其它肖,供說功能的誠的元件。
典型的，柴油*臓燒控制是基于穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)條件的。這樣基于穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)條件 鄉(xiāng)行控制的結(jié)果就是在瞬態(tài)運轉(zhuǎn)過程中會造成排放物中氮氧化物(NOx)和
m化合物(ho的含量很高。本申請公開的瞬態(tài)燃燒控制系統(tǒng)m調(diào)纖油
噴射定時來補償瞬態(tài)運轉(zhuǎn)。調(diào)整噴油定時的結(jié)果是降低了 NOx和HC的排放。
參照附圖l， 一種柴油發(fā)動機系統(tǒng)20,包括一個3IM燃燒空n/燃油的混合 物來產(chǎn)生驅(qū)動力矩的發(fā)動機22?？眨^入口26被吸入吸入歧管24, —個節(jié) 流閥(未示出)用來調(diào)節(jié)^A(tAit支管24中的空氣流量，吸入歧管24中的空 氣被分配到氣缸28。雖然圖1描述了八^缸，但應(yīng)該肖娜領(lǐng)會該發(fā)動機22 可以包括更多或者更少的氣缸28。例如，具有4、 5、 6、 10、 12和16個氣缸。 發(fā)動機系統(tǒng)20包括一個發(fā)動機控律鵬塊32 ，該模塊與發(fā)動機系統(tǒng)20中的 元件進行通訊，例如在此討論的發(fā)動機22和聯(lián)結(jié)的傳感器以及控制器。該發(fā)動 機控制模塊32實現(xiàn)本申請中的瞬態(tài)燃燒控制系統(tǒng)。
空氣經(jīng)過吸入口 26時艦一個吸入質(zhì)量空氣流動傳感器34，例如是一個 普通質(zhì)量空氣流動計。傳感器34產(chǎn)生一個指^Iil傳感器34空氣比率的吸入
質(zhì)量空氣流動(MAF)信號。歧管壓力傳感器36位于吸入口 26和發(fā)動機22 之間的吸入歧管24中，該吸入歧管壓力傳 36產(chǎn)生吸入歧管絕對空氣壓力 (MAP)信號。吸入歧管空，鵬傳繊38同離于HlAit支管24中，它產(chǎn)生基 于吸入Mit的歧管空氣鵬(MAT)信號。
發(fā)動機曲軸(未示出)以發(fā)動機的轉(zhuǎn)速或者與發(fā)動機車鍵成一定比例的速 度旋轉(zhuǎn)，曲軸傳感器40感應(yīng)曲軸位置并產(chǎn)生曲軸位置(CSP)信號。該CSP信 號與曲軸車鍵和氣缸，Tf呈有關(guān)。該曲軸傳感器40可以為普通的可變磁阻傳,。 熟練技術(shù)人員都可以意識到還可以采用其它合適的方法來感測發(fā)動機轉(zhuǎn)速和氣 缸瓶
發(fā)動機控制模±央32電子控制噴油器42將燃油噴入氣缸28。吸入閥44選 擇性的開啟和關(guān)閉，以控制空氣iftA氣缸28。吸入閥44有選擇他打開和關(guān)閉以 使空氣進入氣缸28。凸輪軸(未示出)控制吸入閥的位置。活塞(未示出)壓 縮氣缸28內(nèi)的空，燃油混合物。在做功沖程中，活塞驅(qū)動曲軸來產(chǎn)生驅(qū)動力矩。 在排出閥48打開時，氣缸28內(nèi)的燃燒廢氣M排出歧管46強制排出。凸輪軸 (未示出)控制排出閥位置。排出歧管空氣壓力傳感器50產(chǎn)生排出歧管內(nèi)空氣 壓力(EMP)信號。排出歧管空氣溫度傳感器51產(chǎn)生排出歧管內(nèi)空氣、皿(EMT) 信號。
排出的廢氣艦催化轉(zhuǎn)化器52和柴油微粒過濾器(DPF) 54進行處理。 約幫盾環(huán)(EGR)系統(tǒng)包括EGR閥58和EGR管線60， Mil^魏將排出 引入吸入歧管24。 EGR閥可以安裝在卩Mi支管24內(nèi)，EGR管線60從排出歧 管46延伸至EGR閥58，構(gòu)成排出歧管46及EGR閥58之間的連接。發(fā)動機 控制模塊32對EGR閥58的位置進行電子控制。EGR閥位置傳 59產(chǎn)生EGR 閥位置(EGRP)信號。
發(fā)動機22具有一個渦輪增壓器62。該渦輪增壓器62與排出歧管46和吸 入歧管24 3iM。渦輪增壓器62加大進入吸入歧管24的空氣流量。增加的空氣 流量引起ftA^管內(nèi)的空氣壓力升高(即增壓壓力)。
參照附圖2，發(fā)動機控偉蝶塊32包括穩(wěn)態(tài)噴油定時模塊72、目標吸AH氧 化碳(CQz)模塊74、吸入C02判斷模塊76、噴油定時補償模塊78、以及噴油 定時控制模塊80。該發(fā)動機控制模塊32從柴油機系統(tǒng)接收輸入信號，此信號包 括但不僅限于前文所述MAF、 MAP、 MAT、 CSP、 EMP、 EGRP和EMT信號(在下文中稱為"發(fā)動機系統(tǒng)信號")。發(fā)動機控制模塊32處理發(fā)動機系統(tǒng)信號以 及定時產(chǎn)生發(fā)動豐鵬制指令，并輸出到柴油發(fā)動機系統(tǒng)20。發(fā)動機控制指令包 括用來控制噴油器42和EGR閥58的信號。
發(fā)動機控制模塊32基于相應(yīng)于穩(wěn)態(tài)發(fā)動mig轉(zhuǎn)點(例如發(fā)動機,相比負 荷)的穩(wěn)態(tài)燃燒氣體條件(例如C(V濃度)來確定穩(wěn)態(tài)基準。穩(wěn)態(tài)燃燒氣體條 4瞎于一個目標MAF信號產(chǎn)生。發(fā)動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)點織動機信號(例如CSP、 MAF和MAP信號)確定。穩(wěn)態(tài)噴油定時模塊72確定基于穩(wěn)態(tài)基準的基礎(chǔ)噴油 定時。在發(fā)動機在穩(wěn)態(tài)情況下運行時，基礎(chǔ)噴油定時是經(jīng)過計算得出的噴油器 定時。目標吸入C02模塊74基于穩(wěn)態(tài)基準確定目標吸入CQ2濃度。目標吸入 C02濃度是發(fā)動機在穩(wěn)態(tài)情況下運轉(zhuǎn)時吸入歧管24內(nèi)的吸入C02濃度。
在瞬態(tài)運轉(zhuǎn)瞎況下，實際吸入C02濃度可能與目標吸入C02濃度不同，吸
入C02判斷模塊76確定估算的吸入C02濃度。吸入C02濃度的估算值是吸入 歧管中實時的實際CCV濃度值。ftA C02濃度的估算值可以基于發(fā)動機控娜旨 令(例如 噴射以及EGR閥信號)、發(fā)動機系統(tǒng)信號(例如MAF、 MAP、 M/J\ EMP、 EMT和EGRP信號)、禾口/或模l^生。
噴油定時,M嘗模i央78基于發(fā)動機麟態(tài)運轉(zhuǎn)^^牛下CCV濃度變化來確定補 償噴油定時。發(fā)動機控制模塊32計算目標吸入C02濃度和C02濃度估算值之間 的偏差，以確定C(V濃度變化，如圖中標記82所示。補償噴油定時模塊因C02 濃度變化而對噴油定時進行補償，以致實際燃油噴射定時更加精確地與實際
ccv濃度相匹配。
噴油定時模塊80根據(jù)校正的噴油定時控制噴油器42。發(fā)動機控制模塊32 基于基礎(chǔ)噴油定時和補償噴油定時來確定校正的燃油噴射時間，如圖中標記84 所示。校正的噴油定時可以為上述^5出噴油定時和補償噴油定時的和。噴油定 時模決80基于校正噴油定時來控制噴油器42將燃料油噴入氣缸28.
參照附圖3, —個示范的吸入CCV濃度估算模塊76包括EGR百分比估算 模塊90、排出CCV濃度估算模塊92、以及吸AJ^管CCV濃度模塊94。 EGR百 分比估算模塊90可以基于發(fā)動機系統(tǒng)信號(例如MAP、 EMP、 EMT和EGRP 信號)和發(fā)動機指令(如EGR閥信號)來確定引入燃賠體的EGR的百分比。 排出CCV濃度判斷模塊92可以通過噴油定時和燃燒比率來確定排出C02濃度。 燃燒比率是指消耗的燃油和空氣的比率。燃燒比率可以通過發(fā)動機系統(tǒng)信號和
模型來確定。燃燒比率模型可以包括在選定的運轉(zhuǎn)劍牛下基于發(fā)動機參數(shù)的功
能。進一步說，排出C(V濃度估算模塊92可以根據(jù)先前估算的吸入C02濃度值 來估算排出C02濃度。吸入歧管COz濃度模塊94艦EGR百分比、排出 濃度以及發(fā)動機系統(tǒng)信號(如MAF、 MAP和MAT信號)來確定吸入CCV濃度 估算值。吸入C02濃度估算值指示出吸入歧管24中實時的實際C02濃度值。
參照附圖4，柴油發(fā)動機瞬態(tài)燃燒控制方法100起始于步驟101。在步驟 102中，基礎(chǔ)噴油定時基于穩(wěn)態(tài)基準被確定。在步驟104中，目標吸入C(V濃 度基于穩(wěn)態(tài)Sm被確定。在步驟108中，確定引入燃燒空氣的EGR的百分比。 在步驟110中，確定排出C02濃度。在步驟112中，估算吸Ait支管中f^A的C02 濃度。在步驟114中，確定CCV濃度變化量。在步驟116中，確定補償噴油定 時。在步驟118中，基于補償噴油定時和基礎(chǔ)噴油定時來確定校正的噴油定時。 在步驟120中，基于校正的噴油定時進行噴油。所述柴油機瞬態(tài)燃燒控制方法 100終結(jié)于步驟122。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員從前面的描述可以認識到，本申請公開的內(nèi)容可以以 多種方式實現(xiàn)。所以，雖然上述內(nèi)容只公開了部分特例，但本申請真正的范圍 不應(yīng)當受此限定，本領(lǐng)域熟練從業(yè)者ffiil研究說明書，說明書附圖和權(quán)利要求 書所做出的顯而易見的變化都落A^發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機控制模塊，包括用來確定目標吸入CO2濃度的目標吸入二氧化碳(CO2)模塊；以及用來判斷實際吸入CO2濃度的吸入CO2估算模塊；所述發(fā)動機控制模塊基于所述目標吸入CO2濃度和所述實際吸入CO2濃度來調(diào)整燃油噴射。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制模塊，其特征在于，所述發(fā)動機控制模 塊基于所述目標吸入C02濃度和所述實際吸入COz濃度確定CO:濃度變化，并基于所述CO:濃度變化來調(diào)^^iM油噴射。
3. 如權(quán)禾腰求1所述的發(fā)動機控娜莫塊，其特征在于，所述目標吸入C02 濃度基于穩(wěn)態(tài)基準f^。
4. 如權(quán)禾腰求1所述的發(fā)動機控制模塊，其特征在于，所述吸入C02估算 模塊包括確定引入 氣體的EGR百分比的廢氣再循環(huán)(EGR)百分比估算模 塊。
5. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機控制模塊，其特征在于，所述口狄C02估算 模塊還包括確定排出C(V濃度的排出C(V濃度估^^莫塊。
6. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)動機控制模塊，其特征在于，所述吸入C02估算 模塊還包括基于所述排出C02濃度以及所述引入燃燒氣體中的EGR百分比來確 定所述實際吸入CCb濃度的吸入歧管CO:濃度模塊。
7. 如權(quán)禾腰求5所述的發(fā)動機控制模塊，其特征在于，所述排出CCV濃度 估嶽莫塊基于所述實際吸入C02濃度來確定所述排出CQz濃度。
8. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機控制模i央，辦征在于，所述EGR百分比 估辭莫塊判斷所述EGR的百分比，i鈔斷斑呈基于如下中的至少一個BlAit支 f^艦空氣壓力(MAP)信號、排出歧管空，力(EMP)信號、排出歧管空 氣、鵬(EMT)信號、以及EGR閥的位置信號。
9. 如權(quán)禾腰求5所述的發(fā)動機控制模塊，其特征在于，所述排出CCV濃度 估算模i央基于噴油定時以及燃燒率中的至少一個來確定所述排出C02濃度。
10. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控諱鵬塊，其特征在于，所述吸Ait支管C02 濃度模i央確定所述實際吸入CCV濃度，該確定基于如下中的至少一個質(zhì)量空 氣流動信號、MAP信號以及吸入歧管空氣溫度(MAT)信號。
11. 如權(quán)禾腰求3所述的發(fā)動禾鵬偉鵬塊，其特征在于，還包括基于所述 穩(wěn)態(tài) 來確定基礎(chǔ)噴油定時的穩(wěn)態(tài)噴油定時模塊。
12. 如權(quán)禾腰求ll所述的發(fā)動豐鵬制模塊，其特征在于，還包括基于所述 目標吸入C(V濃度以^^述實時吸入C02濃度來確定補償噴油定時的噴油定時 補償模塊。
13. 如權(quán)利要求12所述的發(fā)動豐鵬希帳塊，其特征在于，還包括基于基礎(chǔ) 噴油定時和補償噴油定時而控制噴油器的噴油定時控制模塊。
14. 一種發(fā)動機控制方法，包括 確定目標吸入C02濃度； 估算實際吸入C(V濃度；以及基于所述目標吸入C02濃度和所述實際吸入CQ2濃度調(diào)整燃油噴射。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括基于所述目標吸入C02濃度和所述實際吸入C02濃度來確定C02濃度變化；以及基于所述C02濃度變化來調(diào)整所 油噴射。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述目標吸入CCV濃度是基 于穩(wěn)態(tài)基準 來確定。
17. 如權(quán)禾腰求14所述的方法，其特征在于，還包括確定引入燃燒空氣的 EGR的百分比。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括確定排出CCV濃度。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括基于所述排出C02濃度和所述引入 燃燒空氣的EGR的百分比來確定所述實際吸入C02濃度。
20. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括基于所述實際吸入 CCV濃J^確定所述排出COz濃度。
21. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括確定所述EGR的百 分比，該確定過程基于如下中的至少一個吸Ait支f^色對空氣壓力(MAP)信 號、排出歧管空氣壓力(EMP)信號、排出歧管空氣、M (EMT)信號以及EGR 閥的位置信號。
22. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括基于噴油定時以及燃 燒率中的至少一個確定所述排出C(V濃度。
23. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括確定所述實際吸入 CQz濃度，該確定過程基于如下中的至少一個質(zhì)量空氣流動信號、MAP信號 以及吸入歧管空氣溫度(MAT)信號。
24. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括基于穩(wěn)態(tài)基準繊來 確定基礎(chǔ)噴油定時。
25. 如權(quán)禾腰求24所述的方法，其特征在于，還包括基于所述目標吸入 COz濃度和所述實時吸入COz濃度來確定補償噴油定時。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，還包括基于基礎(chǔ)噴油定時和補償噴油定時來控制噴油器工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于吸入二氧化碳濃度的柴油機瞬態(tài)燃燒控制。其中發(fā)動機控制模塊包括用來確定目標吸入CO₂濃度的目標吸入二氧化碳(CO₂)模塊。用來估算實際吸入CO₂濃度的吸入CO₂估算模塊。該發(fā)動機控制模塊基于目標吸入CO₂濃度和實際吸入CO₂濃度調(diào)整燃油噴射。
文檔編號F02D43/00GK101372921SQ20081016862
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者H·高, Q·陳, T·張 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司