用于估算機動車輛動力裝置的內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】在此披露了一種用于估算機動車輛動力裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(1)的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于將一股額外可燃燒氣體噴射到該發(fā)動機的新鮮空氣進入回路(3)中的裝置(43)、對應(yīng)地用于測量該新鮮空氣進入回路(3)和一個發(fā)動機排氣回路(4)中的該額外氣體的濃度的裝置(36，44)、用于確定在該進入回路中該額外氣體的濃度測量值與該排氣回路中該額外氣體的濃度測量值之間的比率的裝置(46)、以及用于根據(jù)這個確定的比率來估算該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度的裝置(47)。
【專利說明】用于估算機動車輛動力裝置的內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的系統(tǒng)和方法
[0001]本發(fā)明涉及對機動車輛動力裝置的內(nèi)燃發(fā)動機的、特別是二沖程式的發(fā)動機的燃燒室中氣體混合物的富燃料度進行估算。
[0002]對于任何類型的直噴二沖程或四沖程發(fā)動機而言，發(fā)動機在一個燃燒周期中都具有相同數(shù)目的階段，即進氣、排氣、壓縮以及膨脹。然而，二沖程發(fā)動機的燃燒周期與四沖程發(fā)動機的不同，因為在二沖程發(fā)動機的曲軸旋轉(zhuǎn)一周而不是兩周。因此在二沖程發(fā)動機中進氣和排氣可供使用的時間周期較短。此外，在二沖程發(fā)動機中進氣階段和排氣階段相重合到顯蓍程度，這種重合也被稱為重疊，并且發(fā)生掃氣現(xiàn)象。
[0003]該掃氣現(xiàn)象相對應(yīng)的事實是，部分氣體被吸入到這些發(fā)動機汽缸的燃燒室中的短回路并且直接通入氣體排放回路而不被燃燒。換言之，不是該發(fā)動機吸入的所有的新鮮空氣的量都被截留在燃燒室中。如果四沖程發(fā)動機在進氣階段與排氣階段之間具有小的重疊，則在此類發(fā)動機中也會發(fā)生掃氣的現(xiàn)象。具體地講，掃氣在四沖程發(fā)動機中可能是明顯的，這些四沖程發(fā)動機具有，例如在多個策略(在這些策略中，排氣閥門在進氣階段被重新打開)中，進氣閥門和排氣閥門同時打開的時期。
[0004]不知道實際被截留在燃燒室中的空氣的量或剩余氣體(稱作IGR)的量使得難以精確地控制發(fā)動機(例如，確定合適的設(shè)置以便響應(yīng)駕駛員的需求)。還難以優(yōu)化效率、特別是發(fā)動機的燃料消耗，并且難以控制污染物排放水平，污染物排放高度地取決于空氣和剩余氣體在燃燒室中混合的條件。
[0005]此外，這些污染物排放摻入有從掃氣現(xiàn)象得到的空氣量。這種摻入然后干擾一個富燃料度探頭的常規(guī)使用。具體地講，在發(fā)動機排氣中的氣體混合物的富燃料度的測量值不對應(yīng)于在發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的氣體混合物的富燃料度。在發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的氣體混合物的富燃料度是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的一個參數(shù)并且一般對應(yīng)于燃料的量與發(fā)動機吸入的新鮮空氣的量的比率，即燃料的量與吸入到這些汽缸的燃燒室的新鮮空氣的量的比率。
[0006]特別困難的是確定實際被截留在燃燒室中的新鮮空氣的量以及剩余氣體的量，因為這樣做將需要從燃燒室分接出氣體樣本，這在大批量生產(chǎn)的發(fā)動機中是不可想象能完成的事情。
[0007]因此，確定有待噴射的燃料的量以便獲得希望的發(fā)動機扭矩水平并且符合就碳煙、氮的氧化物、烴類和一氧化碳而言的污染標準是困難的。
[0008]這是因為這些污染物排放高度地依賴于燃燒室中的熱力學(xué)條件。例如，在碳煙的情況下，至關(guān)重要的是對發(fā)動機燃燒室中氣體混合物的富燃料度加以控制，因為一旦超過某一富燃料度閾值，碳煙水平的提高極快。具體地講，如果對一個發(fā)動機運行點而言燃料的量過高，或者被截留在燃燒室中的空氣質(zhì)量過低，或者甚至是剩余氣體的量過高，則存在碳煙水平將過高的風(fēng)險。
[0009]此外，對于氮氧化物的排放而言，由于剩余氣體的比例具有非常強的影響，不能夠準確地確定這個比例水平使得從使這種類型的污染物排放最小化的角度來控制發(fā)動機是非常困難的。[0010]因此，提出了一種用于估算燃燒周期開始時發(fā)動機燃燒室中氣體混合物的富燃料度的系統(tǒng)和方法，以便值得注意地能夠控制機動車輛發(fā)動機同時使燃料消耗和污染物排放最優(yōu)。
[0011]還提出了一種用于估算燃燒周期開始時剩余氣體的量的裝置。
[0012]本發(fā)明的一個方面提出了一種用于估算機動車輛動力裝置的內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的系統(tǒng)。
[0013]該系統(tǒng)包括用于將一股額外可燃燒氣體噴射到該發(fā)動機的新鮮空氣進入回路中的裝置、對應(yīng)地用于測量該發(fā)動機的新鮮空氣進入回路和氣體排放回路中的該額外氣體的濃度的裝置、用于確定在該進入回路中該額外氣體的濃度測量值與該排放回路中該額外氣體的濃度測量值之間的比率的裝置、以及用于根據(jù)這個確定的比率來估算該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度的裝置。
[0014]這種系統(tǒng)生產(chǎn)簡單并且特別好地適合于任何類型的發(fā)動機，二沖程或四沖程。
[0015]該發(fā)動機可以包括若干個汽缸，并且該估算裝置還被配置成根據(jù)這個確定的比率來估算這些汽缸中剩余氣體的一個流量、并且用于根據(jù)這個估算的剩余氣體的流量來估算該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度。
[0016]提供了一個用于估算剩余氣體的量的裝置以便能夠更準確地控制該發(fā)動機的污染物排放。
[0017]該額外氣體可以是一種烴，該烴的碳鏈包含少于5個的碳原子，該額外氣體優(yōu)選是甲烷。
[0018]該動力裝置可以包括被連接到該新鮮空氣進入回路上的一個部分排氣再循環(huán)回路。
[0019]該內(nèi)燃發(fā)動機可以是二沖程式的。
[0020]該估算裝置可以被進一步配置成根據(jù)該發(fā)動機速度、一個新鮮空氣流量、一個噴射到該發(fā)動機中的燃料的流量、以及一個再循環(huán)排氣的流量的一個函數(shù)來建立這個確定比率的一個圖譜。
[0021]本發(fā)明的另一個方面提出了一種用于估算機動車輛動力裝置的內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的方法。
[0022]該方法包含將一股額外可燃燒氣體噴射到該發(fā)動機的一個新鮮空氣進入回路中、確定在該新鮮空氣進入回路中該額外氣體的一個濃度測量值與該發(fā)動機的氣體排放回路中該額外氣體的一個濃度測量值之間的比率、并且根據(jù)這個確定的比率來估算該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度。
[0023]該發(fā)動機可以包括若干個汽缸，該方法包含根據(jù)這個確定的比率對這些汽缸中剩余氣體的一個流量進行的一次中間估算，并且這個估算該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度的步驟包括根據(jù)這個估算的剩余氣體的流量對所述富燃料度進行的一次估算。
[0024]該動力裝置可以包括被連接到該新鮮空氣進入回路上的一個用于排氣的部分再循環(huán)的回路，并且該方法可以進一步包含根據(jù)該發(fā)動機速度、一個新鮮空氣流量、一個噴射到該發(fā)動機中的燃料的流量、以及一個再循環(huán)排氣的流量的一個函數(shù)來制定這個確定比率的一個圖譜。
[0025]通過閱讀以下僅僅通過非限制性舉例的方式給出的并且參照附圖作出的說明，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將會變得清楚，在附圖中:
[0026]-圖1是用于內(nèi)燃發(fā)動機的掃氣現(xiàn)象的示意圖；
[0027]-圖2是一種根據(jù)本發(fā)明的用于估算發(fā)動機的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的方法的一個實施例的關(guān)鍵步驟的示意圖；并且
[0028]圖3示意性地展示了一種根據(jù)本發(fā)明的用于估算內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的系統(tǒng)的一個實施例。
[0029]圖1示意地描繪了針對一臺機動車輛內(nèi)燃發(fā)動機I的掃氣現(xiàn)象。發(fā)動機I可以是一臺四沖程發(fā)動機、優(yōu)選是二沖程發(fā)動機，以柴油或汽油或任何其他燃料運行。此外，發(fā)動機I可以被裝配到機動車輛、海上船舶、摩托車上。
[0030]發(fā)動機I包括若干個汽缸，并且為了簡潔起見已經(jīng)描繪了一個汽缸的一個燃燒室
2。燃燒室2首先是被連接到一個進氣歧管3上并且其次被連接到一個排氣歧管4上，該進氣歧管用于將可能混合有一些排氣的新鮮空氣噴射到燃燒室2中。
[0031]發(fā)動機I還可以包括一個用于排氣部分再循環(huán)的回路5，該回路被分接在排氣歧管4與進氣歧管3之間。
[0032]圖1還描繪了一個參考標記為6的短回路，僅僅通過示意性展示的方式，該短回路展示了在掃氣現(xiàn)象中氣體從進氣歧管3直接通到排氣歧管4的循環(huán)。
[0033]此外，已經(jīng)描繪了一個參考標記為7的內(nèi)部再循環(huán)，并且單純地通過示意性展示的方式，這種內(nèi)部再循環(huán)展示了被稱作剩余氣體的部分排氣的內(nèi)部再循環(huán)，這部分排氣在氣體排放階段中被繼續(xù)截留在燃燒室2中。
[0034]發(fā)動機I還包括一個噴射器8，該噴射器通過一個噴射管9將在此以陰影線描繪的一定量的燃料并且可能連同未以陰影線描繪的一定量的空氣一起噴射到燃燒室2中，該空氣是與進氣歧管3中吸入的新鮮空氣分開的。
[0035]總體上，圖1中的這些箭頭描繪了流體流動的方向，并且這些帶陰影線的部分除了描繪燃料噴射的部分之外代表燃燒過的氣體的流動，而這些未帶陰影線的部分描繪了新鮮空氣的循環(huán)。
[0036]燃燒室2中的氣體的燃燒也已經(jīng)被描繪出，并且這加有參考標記10。
[0037]為了指示燃燒周期中發(fā)動機I內(nèi)的氣體的質(zhì)量流量，已經(jīng)在圖1上加注有以下數(shù)據(jù):
[0038]-Qair (單位kg/h):吸入到燃燒室2的新鮮空氣的質(zhì)量流量；
[0039]-Qtrap (單位kg/h):吸入到燃燒室2的氣體的質(zhì)量流量；
[0040]-Qscav (單位kg/h):發(fā)動機I掃除的氣體的質(zhì)量流量；
[0041]-Qair_scav (單位kg/h):發(fā)動機I掃除的新鮮空氣的質(zhì)量流量,或者換言之,在氣體進入階段直接通入排氣歧管4中的新鮮空氣的量；
[0042]-Qair_trap (單位kg/h):截留在燃燒室2中的新鮮空氣的質(zhì)量流量；
[0043]-Qegr (單位kg/h):再循環(huán)排氣(新鮮空氣和燃燒過的氣體)的質(zhì)量流量；
[0044]-Qegr_scav(單位kg/h):發(fā)動機I掃除的再循環(huán)排氣的質(zhì)量流量；
[0045]-Qegr_trap (單位kg/h):截留在燃燒室2中的再循環(huán)排氣的質(zhì)量流量；
[0046]-Qair_egr_trap (單位kg/h):截留在燃燒室2中的再循環(huán)排氣中包含的新鮮空氣的質(zhì)量流量；[0047]-Qfuel (單位kg/h):吸入到燃燒室2的燃料的質(zhì)量流量；
[0048]-Qair_fuel (單位kg/h):與燃料一起噴射到燃燒室2的空氣的質(zhì)量流量；
[0049]-Qigr (單位kg/h):剩余氣體的質(zhì)量流量,或者換言之,在氣體排放階段中保留在燃燒室2中的氣體(新鮮空氣和燃燒過的氣體)的量；
[0050]-Qair_igr (單位kg/h):剩余氣體中包含的新鮮空氣的質(zhì)量流量；
[0051]-Qex h (單位kg/h):排氣的質(zhì)量流量；
[0052]-Qair_exh(單位kg/h):排氣中包含的新鮮空氣的質(zhì)量流量；
[0053]-Qexh’ ’ ’(單位kg/h):在排氣的部分再循環(huán)5之前排氣的質(zhì)量流量；
[0054]-Qexh’ ’ (單位kg/h):在排氣的部分再循環(huán)5之前并且在短回路循環(huán)6之前排氣的質(zhì)量流量；以及
[0055]-Qexh’(單位kg/h):在內(nèi)部再循環(huán)7之前排氣的質(zhì)量流量。
[0056]上述數(shù)據(jù)產(chǎn)生了以下等式:
[0057]Qair = Qair_scav+Qair_trap (等式 I)
[0058]Qegr = Qegr_scav+Qegr_trap (等式 2)
[0059]Qtrap = Qair_trap+Qegr_trap (等式 3)
[0060]Qscav = Qair_scav+Qegr_scav (等式 4)
[0061]圖2示意性地描繪了一種估算圖1中描述的內(nèi)燃發(fā)動機I的燃燒室中的氣體混合物的富燃料度的方法中的主要步驟。
[0062]在第一步驟SI中，額外的可燃燒氣體被噴射到進氣歧管3中。在發(fā)動機I的上游、例如在部分排氣再循環(huán)回路5與進氣歧管3之間的接合處上游充分地執(zhí)行噴射，以確保額外的可燃燒氣體與該新鮮空氣的均勻混合。因此，在掃氣階段中，該額外氣體的部分質(zhì)量被截留在燃燒室2中并且另一個比例的額外氣體進入排氣歧管4。因為新鮮空氣與額外氣體的混合物的均勻性，該額外氣體的這些質(zhì)量比例的比率等于被截留在燃燒室2中的新鮮空氣的質(zhì)量與進入排氣歧管4的掃除的新鮮空氣的質(zhì)量之間的比率。該額外可燃燒氣體可以是乙烷、丙烷或丁烷，并且優(yōu)選是甲烷CH4。該額外氣體是一種適用于允許這個被截留比例在燃燒過程中被燃燒的燃料。
[0063]在第二步驟S2中，測量該額外可燃燒氣體在發(fā)動機的進入側(cè)的濃度％ GCadm和在排放側(cè)的濃度％ GCexh，然后在S3計算這些濃度的比率RC = % GCadm/% GCexh0在S4，通過使用以下等式(5)根據(jù)這個計算出的這些濃度的比率RC來確定一個截留空氣比率TA:
【權(quán)利要求】
1.一種用于估算機動車輛動力裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(I)的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括用于將一股額外可燃燒氣體噴射到該發(fā)動機的新鮮空氣進入回路(3)中的裝置(43)、對應(yīng)地用于測量該發(fā)動機的該新鮮空氣進入回路(3)和氣體排放回路(4)中的該額外氣體的濃度的裝置(36，44)、用于確定在該進入回路中該額外氣體的濃度測量值與該排放回路中該額外氣體的濃度測量值之間的比率的裝置(46)、以及用于根據(jù)這個確定的比率來估算該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度的裝置(47)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該發(fā)動機(I)包括若干個汽缸，并且該估算裝置(47)還被配置成根據(jù)這個確定的比率來估算這些汽缸中剩余氣體的一個流量、并且用于根據(jù)這個估算的剩余氣體的流量來估算該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中該動力裝置包括被連接到該新鮮空氣進入回路(3)上的一個部分排氣再循環(huán)回路(5)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的系統(tǒng)，其中該內(nèi)燃發(fā)動機(I)是二沖程式的。
5.如權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其中該估算裝置(47)被配置成根據(jù)一個新鮮空氣流量、一個噴射到該發(fā)動機中的燃料的流量、以及一個再循環(huán)排氣的流量的一個函數(shù)來建立這個確定比率的一個圖譜。
6.一種用于估算機動車輛動力裝置的內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中氣體混合物的富燃料度的方法，其特征在于，該方法包含將一股額外可燃燒氣體噴射(SI)到該發(fā)動機的新鮮空氣進入回路中、確定(S3)在該新鮮空氣進入回路中該額外氣體的一個濃度測量值與該發(fā)動機的氣體排放回路中該額外氣體的一個濃度測量值之間的比率、并且根據(jù)這個確定的比率來估算(S6)該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該發(fā)動機包括若干個汽缸，并且該方法包含根據(jù)這個確定的比率對這些汽缸中剩余氣體的一個流量進行的一次中間估算(S5)，并且這個估算該發(fā)動機的燃燒室中該氣體混合物的富燃料度的步驟(S6)包括根據(jù)這個估算的剩余氣體的流量對所述富燃料度進行的一次估算。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中該動力裝置包括被連接到該新鮮空氣進入回路上的一個用于排氣的部分再循環(huán)的回路，該方法進一步包含根據(jù)該發(fā)動機速度、一個新鮮空氣流量、一個噴射到該發(fā)動機中的燃料的流量、以及一個再循環(huán)排氣的流量的一個函數(shù)來制定這個確定比率的一個圖譜。
【文檔編號】F02D19/08GK103975149SQ201280060604
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】N·奎瓊, P·奧貝尼瑟, V·迪蓋 申請人:雷諾股份公司