專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱調(diào)整的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種控制內(nèi)燃機(jī)用的方法，特別涉及在內(nèi)燃機(jī)預(yù)熱期間(升溫階段)控制這樣一種內(nèi)燃機(jī)。
內(nèi)燃機(jī)在其預(yù)熱期間通常呈現(xiàn)相當(dāng)差的燃燒穩(wěn)定性，特別當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于極低溫度下的冷起動(dòng)時(shí)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)向著其正常操作溫度預(yù)熱時(shí)，燃燒穩(wěn)定性通常提高。在一些由電子控制裝置(ECU)控制下的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)中，預(yù)熱期(暖機(jī)階段)定義為發(fā)動(dòng)機(jī)在其到達(dá)預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)操作溫度之前的初始操作時(shí)期。
發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒穩(wěn)定性可以用變差(變化)系數(shù)(COV)值來(lái)指示。該變差系數(shù)值提供在發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)汽缸內(nèi)總指示扭矩的變化值的指示。總指示扭矩與每個(gè)汽缸內(nèi)的峰值壓力直接有關(guān)，并可用每個(gè)汽缸壓力曲線下的面積來(lái)以圖線表示?？傊甘九ぞ氐淖兓ǔＳ捎诿總€(gè)汽缸內(nèi)的不穩(wěn)定燃燒而產(chǎn)生，因此變差系數(shù)值基本上是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的度量。通常，變差系數(shù)值的減小指示發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性的提高。
已知的在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期間提高燃燒穩(wěn)定性的做法(特別在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中)是，使用比通常的空氣/燃料混合物更富燃料的混合物來(lái)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和/或在該期間提前點(diǎn)火正時(shí)。這些操作參數(shù)作為預(yù)熱期間的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液(劑)溫度的函數(shù)而一般用手動(dòng)或自動(dòng)控制。但是，由申請(qǐng)人在其直注噴式發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行的試驗(yàn)表明，對(duì)于某些類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，在冷卻液溫度和燃燒穩(wěn)定性程度之間沒有直接關(guān)系。例如，如果將起動(dòng)時(shí)冷卻液溫度比如為20℃的發(fā)動(dòng)機(jī)與該同一發(fā)動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)時(shí)冷卻液溫度較低而在運(yùn)行一段時(shí)間后現(xiàn)在的冷卻液溫度已為20℃的情況相比，雖然兩者的冷卻液溫度現(xiàn)在已經(jīng)相同，但每種情況的變差系數(shù)值卻十分不同。
申請(qǐng)人對(duì)某些發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的試驗(yàn)表明，在預(yù)熱期間，發(fā)動(dòng)機(jī)的變差系數(shù)值通常隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)而逐漸減小，直到它達(dá)到至少基本恒定的值。該恒定或穩(wěn)定態(tài)的變差系數(shù)值通常與當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常操作溫度下運(yùn)行時(shí)(即發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)有效預(yù)熱并已達(dá)到令人滿意的燃燒穩(wěn)定性水平)的變差系數(shù)值相同。
在預(yù)熱期間，發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)燃燒室內(nèi)的汽缸氣體平均溫度(ACGT)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度逐漸上升。冷卻液溫度通常是由于熱形式的能量從燃燒室和汽缸壁傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液通道中而上升的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隨著起動(dòng)后一段時(shí)間以后的穩(wěn)定態(tài)運(yùn)行條件，汽缸氣體平均溫度和冷卻液溫度之間的溫度差至少基本上恒定。這種情況即使當(dāng)燃燒溫度和冷卻液溫度繼續(xù)提高時(shí)也能存在。該溫度差首先達(dá)到該基本上恒定值的點(diǎn)大體上對(duì)應(yīng)于變差系數(shù)達(dá)到其低穩(wěn)定態(tài)值的點(diǎn)。
因此，人們希望，在預(yù)熱期間某些發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)發(fā)生變化，使得汽缸氣體平均溫度提高，因而在穩(wěn)定態(tài)操作條件下的燃燒溫度和冷卻液溫度之間的溫度差達(dá)到上述恒定值。這通常導(dǎo)致變差系數(shù)值為像它在正常運(yùn)行條件下那樣的同一低穩(wěn)定態(tài)值，這轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)會(huì)有效地導(dǎo)致在預(yù)熱期間達(dá)到可以接受的燃燒穩(wěn)定性。該恒定的變差系數(shù)值將可以通過(guò)任何操作條件達(dá)到。
繼續(xù)討論上述說(shuō)明，本申請(qǐng)人已注意到，對(duì)于一種從一給定的冷卻液溫度起動(dòng)的特定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型來(lái)說(shuō)，雖然獲得令人滿意的燃燒穩(wěn)定性的時(shí)間可能不同，這取決于發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件和更普遍地取決于發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)后的運(yùn)行狀態(tài)，但為了獲得該令人滿意的燃燒穩(wěn)定性，始終投入發(fā)動(dòng)機(jī)的能量為基本上同一水平。該能量是通過(guò)預(yù)熱期間發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)燃燒室內(nèi)燃料的燃燒而投放在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的，因此，從起動(dòng)以來(lái)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料量與從起動(dòng)以來(lái)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的能量值有關(guān)。也就是，對(duì)于一種特定的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型，上述溫度差和變差系數(shù)值達(dá)到一恒定值的點(diǎn)也與正輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的一定燃料量有關(guān)。
因此，從起動(dòng)以來(lái)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料量和發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性程度之間存在一種相互關(guān)系。再說(shuō)一次，只要發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)具有同樣的初始冷卻液溫度，那么為達(dá)到上述低的穩(wěn)定態(tài)變差系數(shù)值而所需的從起動(dòng)以來(lái)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的總?cè)剂狭?稱為“累積燃料”)基本上相同，而不管達(dá)到該點(diǎn)的時(shí)間要多長(zhǎng)。因此，只要使用相同的從起動(dòng)以來(lái)的總?cè)剂狭?，那么在達(dá)到該點(diǎn)之前，不管發(fā)動(dòng)機(jī)是在高速操作還是保持空轉(zhuǎn)，都與達(dá)到令人滿意的穩(wěn)定性無(wú)關(guān)。
因此，可以將預(yù)熱期間單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)的調(diào)整(補(bǔ)償)或變化(修改)程度的基礎(chǔ)建立在從起動(dòng)以來(lái)的累積燃料上。也就是，調(diào)整可以根據(jù)在從起動(dòng)以來(lái)已經(jīng)有多少燃料輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行。
另外，應(yīng)當(dāng)注意到，可以使用估算在預(yù)熱期間輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的能量值的其它方法。例如，供給發(fā)動(dòng)機(jī)的能量可以通過(guò)在預(yù)熱期間每個(gè)燃燒事件的載荷水平的累積值來(lái)估算。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，使發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)熱期間的操作具有低的變差系數(shù)值，這是通過(guò)根據(jù)預(yù)熱期間輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的某種度量提供操作參數(shù)調(diào)整(補(bǔ)償)來(lái)獲得的。
本發(fā)明的另一目的是使發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)熱期間具有低的變差系數(shù)值，這是通過(guò)根據(jù)預(yù)熱期間輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量提供操作參數(shù)調(diào)整(補(bǔ)償)來(lái)達(dá)到的。
為此，本發(fā)明在一個(gè)方面提供一種在內(nèi)燃機(jī)預(yù)熱期間控制該內(nèi)燃機(jī)的方法，包括控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)，該參數(shù)是預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的至少一定度量的函數(shù)。最好是，發(fā)動(dòng)機(jī)的該至少一個(gè)操作參數(shù)是作為在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的至少一定度量的函數(shù)而受到控制的，由此提高了所述預(yù)熱期間的燃燒穩(wěn)定性。
方便的是，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的該至少一個(gè)操作參數(shù)的控制可以建立在對(duì)預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的一定度量連同與發(fā)動(dòng)機(jī)操作有關(guān)的其它因素的基礎(chǔ)上。例如，可以一起使用發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和對(duì)預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的一定度量來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的該至少一個(gè)操作參數(shù)。另外，在較復(fù)雜的模型中，可以考慮其它因素，如由于(例如)燃料的不完全燃燒或熱量損失而產(chǎn)生的能量最終狀況。
最好是，在預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)上的能量的度量是以在預(yù)熱期間輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量為基礎(chǔ)的。
另一種方式是，在預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)上的能量的度量是以在預(yù)熱期間每個(gè)燃燒事件的載荷水平的累積值為基礎(chǔ)的。
方便的是，預(yù)熱期間的總指示扭矩的變差系數(shù)保持在相當(dāng)?shù)偷闹?。更好的是，預(yù)熱期間的總指示扭矩的變差系數(shù)基本上保持在一個(gè)將從預(yù)熱期后發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行得到的同樣低的恒定或穩(wěn)定態(tài)值。
方便的是，對(duì)作為預(yù)燃期間待供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的總?cè)剂狭炕蝾A(yù)燃期間每個(gè)燃燒事件的載荷水平累積值的函數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)的控制，也取決于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。通常，該發(fā)動(dòng)機(jī)溫度是由其冷卻液溫度給出的。如下面將討論的，發(fā)動(dòng)機(jī)初始冷卻液溫度有助于決定該至少一個(gè)操作參數(shù)在預(yù)熱期間需要改變到什么程度。
方便的是，關(guān)于根據(jù)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量累積受到控制的操作參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱期是從發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后要供給發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)定的燃料值所花費(fèi)的時(shí)間。因此，預(yù)熱期的長(zhǎng)度取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，后者基本上決定要供給發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)定的燃料量所花費(fèi)的時(shí)間。在這方面，注意到下面一點(diǎn)是重要的，就是本發(fā)明的控制方法并不一定要尋求縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱期。相反，可以認(rèn)識(shí)到，需要向發(fā)動(dòng)機(jī)供給預(yù)定量的燃料以完成該預(yù)燃期，并利用該預(yù)定量的燃料來(lái)精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)，以便在預(yù)熱期間提供令人滿意的燃燒穩(wěn)定性。其次，也利用該燃料預(yù)定量來(lái)決定何時(shí)可以停止以此種方式來(lái)精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)的該至少一個(gè)操作參數(shù)。
但是，先有技術(shù)的預(yù)熱方案依靠監(jiān)控冷卻液溫度來(lái)決定何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)已熱而可以去除對(duì)各個(gè)操作參數(shù)的調(diào)置，與該先有技術(shù)的預(yù)熱方案相比，本發(fā)明的方法可以真正地導(dǎo)致一個(gè)較短的預(yù)熱期。還主要?dú)w因于以下事實(shí)，就是預(yù)熱期取決于輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量，而操作參數(shù)調(diào)整能夠根據(jù)給發(fā)動(dòng)機(jī)輸送該燃料量而被更精確地撤除。另外，也可以實(shí)際上是這種情況，就是預(yù)熱期由于發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)熱期內(nèi)的操作方式而縮短，即使輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)定燃料量相同。
最好是，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)僅僅控制到預(yù)定燃料量已經(jīng)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的那個(gè)時(shí)間。然后，發(fā)動(dòng)機(jī)的該至少一個(gè)操作參數(shù)以已知方式在隨后的發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件下得到控制，通常是在正常運(yùn)行圖的基礎(chǔ)上。
最好是，該限定預(yù)熱期長(zhǎng)度的要供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)定燃料量是由在發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行的測(cè)量和試驗(yàn)來(lái)確定的。
方便的是，發(fā)動(dòng)機(jī)的該至少一個(gè)操作參數(shù)是作為當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低于一預(yù)定值時(shí)從發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)以來(lái)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的總?cè)剂系暮瘮?shù)來(lái)控制的。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度通常由其冷卻液溫度來(lái)給定。另一種方式是，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度可以以發(fā)動(dòng)機(jī)本身的一部分如汽缸體或汽缸頭的溫度為基礎(chǔ)，或者可以以發(fā)動(dòng)機(jī)的特定部件如汽缸頭螺栓或進(jìn)氣閥的溫度為基礎(chǔ)。
除上述以外，該方法可以更具體地包括a)確定為了完成預(yù)熱期而要供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的所需的總?cè)剂狭浚籦)為所述控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的至少一個(gè)操作參數(shù)提供一個(gè)預(yù)熱圖(映射)；c)為所述控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的至少一個(gè)操作參數(shù)選擇一個(gè)比例因數(shù)(系數(shù))，該比例因數(shù)是作為預(yù)熱期開始后供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料實(shí)際量的函數(shù)而被選定的；以及d)使用該比例因數(shù)來(lái)控制所述控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的至少一個(gè)操作參數(shù)從預(yù)熱圖到正常運(yùn)行圖的過(guò)渡。
如上所述，完成預(yù)熱所需的總?cè)剂狭炕颉翱偫鄯e燃料”可以作為預(yù)熱期開始時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的函數(shù)來(lái)確定。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度有效地用作預(yù)熱期開始時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)條件的參考(基準(zhǔn))。為此，可以在由電子控制裝置(ECU)提供的“查尋”映射(圖)中繪制所需燃料量相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的圖線。如上所述，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度通?？梢杂衫鋮s液溫度給出，但也可以由(例如)汽缸體、汽缸頭、一個(gè)汽缸頭螺栓或一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)部件的溫度給出。
最好是，預(yù)熱圖可以包括該至少一個(gè)操作參數(shù)用的絕對(duì)值。這些值是在預(yù)定的起動(dòng)溫度處獲得穩(wěn)定燃燒所需的值，該預(yù)定起動(dòng)溫度顯著低于正常的操作溫度。例如，起動(dòng)圖中的這些值可以以在-10℃獲得穩(wěn)定燃燒為基礎(chǔ)。
方便的是，將該比例因數(shù)應(yīng)用到供至少一個(gè)操作參數(shù)用的某些發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或載荷的預(yù)熱圖和正常運(yùn)行圖中相應(yīng)值之差上。因此，利用增大從起動(dòng)以來(lái)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量可以控制該至少一個(gè)操作參數(shù)的從預(yù)熱圖到正常運(yùn)行圖的過(guò)渡。
控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)以便在預(yù)燃期間提供令人滿意的燃燒穩(wěn)定性，這基本上導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)燃燒室內(nèi)汽缸氣體平均溫度(ACGT)的提高，并因此相應(yīng)地增大汽缸氣體平均溫度和汽缸冷卻液溫度之間的溫度差。如上所述，該溫度差與發(fā)動(dòng)機(jī)的總指示扭矩的變差系數(shù)有關(guān)，因此通過(guò)獲得一個(gè)基本上恒定的溫度差，可以在預(yù)熱期間獲得一個(gè)低的基本上恒定的變差系數(shù)。重要的是，根據(jù)本發(fā)明的方法，緊接在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之前，發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)受到控制。也就是，緊接在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，通常獲得令人滿意的燃燒穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明控制的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)可以包括供給到每發(fā)動(dòng)機(jī)周期(循環(huán))(APC)的該汽缸或每個(gè)汽缸的空氣，以及因此還包括空氣/燃料比和點(diǎn)火正時(shí)。其次，關(guān)于一種包括雙流體噴射系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)如美國(guó)專利4934329中所討論的，可以控制空氣噴射的開始(SOA)，后者決定燃料輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)的起始。再次，特別關(guān)于一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)如已由申請(qǐng)人開發(fā)的，也可以控制該排氣閥或每個(gè)排氣閥相對(duì)于汽缸的相應(yīng)排氣孔的位置。盡管如此，根據(jù)上述方法控制其它發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)，被認(rèn)為屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
每個(gè)上述操作參數(shù)用的比例因數(shù)，可以作為供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的總累積燃料的函數(shù)而被確定。這些函數(shù)可以對(duì)每個(gè)操作參數(shù)標(biāo)繪在相應(yīng)的查尋圖(映射)內(nèi)。取決于在預(yù)熱期開始時(shí)測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，完成預(yù)熱所需的總累積燃料量可以變化，通常隨增大的發(fā)動(dòng)機(jī)初始溫度而減小。因此，每個(gè)查尋圖內(nèi)用于確定比例因數(shù)的開始點(diǎn)可以由此而在發(fā)動(dòng)機(jī)初始溫度的基礎(chǔ)上選擇。也就是，確定要用于發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)操作參數(shù)的初始比例因數(shù)的開始點(diǎn)是以輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)以完成預(yù)熱期所需的燃料量為基礎(chǔ)的。
上述操作參數(shù)用的比例因數(shù)可以正常地從預(yù)熱期開始時(shí)的最大值減小到預(yù)熱期結(jié)束時(shí)的最小值。因此，在預(yù)熱期結(jié)束時(shí)，每個(gè)操作參數(shù)將達(dá)到一個(gè)代表在發(fā)動(dòng)機(jī)正常操作期間該參數(shù)典型設(shè)定的值。
比例因數(shù)的提供也可以與通往發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的廢氣再循環(huán)(稱為“EGR”)的控制有關(guān)。但是，因?yàn)閺U氣再循環(huán)系統(tǒng)的預(yù)熱通常比發(fā)動(dòng)機(jī)其余部分更慢，所以廢氣再循環(huán)的控制可能必須以比發(fā)動(dòng)機(jī)其它操作參數(shù)更長(zhǎng)的時(shí)間框架為基礎(chǔ)。其次，廢氣再循環(huán)的控制可能與其它操作參數(shù)不同，其不同在于廢氣再循環(huán)的程度可以在預(yù)熱期開始時(shí)始終以零值起始，而在發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱期間和超過(guò)時(shí)可以逐漸增大到所需的正常操作水平。達(dá)到該正常水平的時(shí)間可以隨提高的發(fā)動(dòng)機(jī)初始溫度而縮短。
雖然上述說(shuō)明的原理是根據(jù)預(yù)熱期間輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量來(lái)控制該至少一個(gè)操作參數(shù)，但應(yīng)當(dāng)注意到，可以應(yīng)用相似的說(shuō)明來(lái)根據(jù)某些其它因素來(lái)控制該至少一個(gè)操作參數(shù)，只要這些其它因素與預(yù)熱期間輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的量有效地發(fā)生關(guān)系。
下面參照附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，這些附圖例示本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明可以采用其它實(shí)施例，當(dāng)然，附圖的特殊性不能理解為取代本發(fā)明上述說(shuō)明的普遍性。
附圖中

圖1是表示汽缸氣體平均溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液(劑)溫度之間的溫度差與發(fā)動(dòng)機(jī)總指示扭矩的變差系數(shù)的相互關(guān)系的圖線；圖2a至2d是表示作為預(yù)熱期內(nèi)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的總累積燃料百分率的函數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)不同操作參數(shù)的比例因數(shù)的圖線；圖3是一個(gè)流程圖，表示當(dāng)用于控制點(diǎn)火正時(shí)時(shí)根據(jù)本發(fā)明的一種預(yù)熱方案。
首先參照?qǐng)D1，該圖表示用于一種特定的載荷和速度設(shè)定的多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)變數(shù)相對(duì)于時(shí)間的圖線。曲線A表示跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后的發(fā)動(dòng)機(jī)總指示扭矩的變差系數(shù)(COV)。如圖中可見，緊接著發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，變差系數(shù)很高，表示發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒穩(wěn)定性相當(dāng)差。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱時(shí)，COV值減小，直到它達(dá)到一個(gè)相當(dāng)?shù)偷暮愣ɑ蚍€(wěn)定態(tài)的值。這出現(xiàn)在從時(shí)間軸上點(diǎn)E附近朝前的時(shí)段。
曲線B和C分別表示跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸氣體平均溫度(ACGT)。上述兩溫度隨發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)而逐漸提高，直到它們達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定態(tài)值，該值在正常的發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件下通常保持基本上恒定。曲線D表示跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后ACGT和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度之間的溫度差。應(yīng)當(dāng)注意到，在曲線D上的點(diǎn)F處，溫度差達(dá)到一個(gè)恒定值，該恒定值隨后被保持住，即使當(dāng)ACGT和冷卻液溫度繼續(xù)提高時(shí)也如此。同時(shí)，點(diǎn)F對(duì)應(yīng)于時(shí)間E，在時(shí)間E時(shí)COV首次達(dá)到其相對(duì)的穩(wěn)定態(tài)值。因此該圖表示導(dǎo)致ACGT和冷卻液溫度提高的供給發(fā)動(dòng)機(jī)的能量與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性之間的相互關(guān)系。
本發(fā)明尋求控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)，以便基本上如曲線C’所示地增大ACGT，從而從發(fā)動(dòng)機(jī)最初起動(dòng)開始就有效地保持ACGT和冷卻液溫度之間的基本上恒定的溫度差，直到到達(dá)由點(diǎn)E指示的時(shí)間。也就是，力求保持由曲線D’指示的溫度差。通過(guò)保持該恒定的溫度差，在預(yù)熱期間的COV用曲線A’表示。因此，這表示在預(yù)熱期間一種令人滿意的燃燒穩(wěn)定性水平。
另外，可以注意到，在一個(gè)實(shí)施例中，點(diǎn)E基本上代表一個(gè)已輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中的預(yù)定燃料量。雖然點(diǎn)E可以變化，因而代表完成預(yù)熱的不同時(shí)間，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)不需校正或調(diào)整時(shí)，最終導(dǎo)致恒定COV值的燃料預(yù)定量將保持相同。該所需燃料量保持相同，而不管發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件如何(也即不限于穩(wěn)定態(tài)條件，可用于過(guò)渡態(tài)出現(xiàn)的情況)。
為了在預(yù)熱期間獲得所要的穩(wěn)定燃燒，可以利用比例因數(shù)使操作參數(shù)從其正常的絕對(duì)值發(fā)生變化。也就是，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制中熟知的，通常為了延長(zhǎng)預(yù)熱期，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)進(jìn)行關(guān)鍵的調(diào)整。在這方面如前所述，將比例因數(shù)應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一種操作參數(shù)的預(yù)熱圖和正常運(yùn)行圖的相應(yīng)值之間的差上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量增大時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一種操作參數(shù)的從預(yù)熱圖中的值到正常運(yùn)行圖中的對(duì)應(yīng)值的過(guò)渡受到控制。
例如觀看圖2a，該圖線表示點(diǎn)火正時(shí)用的比例因數(shù)，它是發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期間跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量(也稱為“累積燃料”)的函數(shù)。該比例因數(shù)通常在0和1之間，在預(yù)熱期開始時(shí)該比例因數(shù)為最大。在這一點(diǎn)上，比起在正常操作條件下通常使用的點(diǎn)火正時(shí)，本發(fā)明的方法對(duì)點(diǎn)火的正時(shí)提供一種顯著的進(jìn)步。在預(yù)熱期間，當(dāng)累積燃料值增大時(shí)，比例因數(shù)相對(duì)于累積燃料值以直線方式逐漸減小。在預(yù)熱期末尾，比例因數(shù)達(dá)到零，使得點(diǎn)火正時(shí)現(xiàn)在是發(fā)動(dòng)機(jī)正常操作條件下通常使用的正時(shí)。
但是必須注意到，比例因數(shù)通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)將起動(dòng)而其冷卻液溫度在某一值，如-10℃以上這一假定下計(jì)算的。因此，例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)而其冷卻液溫度比如說(shuō)為-20℃，那么在預(yù)熱期初始部分使用的比例因數(shù)將是大于1。例如，緊隨起動(dòng)的初始比例因數(shù)可能是1.5，隨后如上所說(shuō)地減小直到零。
圖2b是一類似的圖線，表示用于控制空氣噴射開始(SOA)的正時(shí)的比例因素，它是起動(dòng)后累積燃料的函數(shù)，或者，該空氣噴射開始實(shí)質(zhì)上也是一種具有雙重流體噴射系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射開始。與點(diǎn)火正時(shí)的比例因數(shù)不同，可以看到，如圖2b中清楚示出，空氣噴射開始的最佳比例因數(shù)是相對(duì)于累積燃料的非線性函數(shù)。
圖2c和2d分別表示兩種比例因數(shù)，它們是用于兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中的每周期每汽缸供給的空氣(或“APC”)和排氣閥位置設(shè)定的比例因數(shù)，是起動(dòng)后累積燃料的函數(shù)。如前面提到的，可以提供用于發(fā)動(dòng)機(jī)其它操作參數(shù)如廢氣再循環(huán)(EGR)的其它比例因數(shù)。在這方面，可以使用任何合適的關(guān)系來(lái)在起動(dòng)后累積燃料百分率的基礎(chǔ)上控制一種操作參數(shù)。
參照?qǐng)D3，圖中示出一個(gè)流程，表示根據(jù)本發(fā)明相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火正時(shí)的預(yù)熱方案。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的上述其它操作參數(shù)可以使用一種類似的程序。如流程中所示，在步驟1處，通常通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火開關(guān)鑰匙來(lái)開始發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。在步驟2處，測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度。將該冷卻液溫度相對(duì)于預(yù)定的冷卻液進(jìn)行比較，以確定是否需要預(yù)熱控制方案。例如，對(duì)于高于比如說(shuō)80℃的冷卻液溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)不需要通過(guò)一個(gè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各種操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的預(yù)熱程序，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)程將根據(jù)正常操作條件而受到控制。
如果需要預(yù)熱程序，在步驟3通過(guò)參考一查尋圖12來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期所需的燃料總量(wu-fuel)，該查尋圖12是以總累積燃料相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度來(lái)繪制的。如果冷卻液溫度較高，那么就只需較少的預(yù)熱期總累積燃料。
在步驟4，選擇點(diǎn)火正時(shí)用的比例因數(shù)圖中的開始點(diǎn)14。在第二查尋圖13中提供比例因數(shù)圖，該第二查尋圖13是以點(diǎn)火正時(shí)用的比例因數(shù)相對(duì)于供給到發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后總累積燃料(acc-fuel)來(lái)繪制的。該查尋圖13符合點(diǎn)火比例因數(shù)和總累積燃料之間的關(guān)系，如圖2a中所示。在查尋圖13內(nèi)的開始點(diǎn)14將取決于完全預(yù)熱所需的累積燃料量(wu-fuel)。所需的累積燃料量越少，開始點(diǎn)就更向右，如圖2a中圖線所示。因此，這將導(dǎo)致初始的比例因數(shù)用于對(duì)較低值的點(diǎn)火正時(shí)確定一個(gè)調(diào)整(補(bǔ)償)。
在步驟5，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制該程序的電子控制裝置設(shè)定一計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器將起動(dòng)后供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量增加到零。發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期的真實(shí)開始從該時(shí)間起始。在步驟6，點(diǎn)火比例因數(shù)是從查尋圖13得到的。在步驟7，由發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)熱期的該階段使用的真實(shí)點(diǎn)火提前量是根據(jù)下述函數(shù)確定的ign_adv=比例因數(shù)*(wu_ign-ign_advn)+ign_advn式中“ign_adv”是在預(yù)熱期間要由發(fā)動(dòng)機(jī)使用的真實(shí)點(diǎn)火提前量；“比例因數(shù)”是從點(diǎn)火正時(shí)查尋圖13獲得的比例因數(shù)；“Wu_ign”是從預(yù)熱圖獲得的點(diǎn)火提前量，該預(yù)熱圖提供相對(duì)于預(yù)定冷卻液溫度校準(zhǔn)的點(diǎn)火正時(shí)的絕對(duì)值；“ign_adv”是從正常運(yùn)行圖得到的點(diǎn)火計(jì)時(shí)，該正常運(yùn)行圖提供在正常操作條件下由發(fā)動(dòng)機(jī)使用的點(diǎn)火正時(shí)的絕對(duì)值。
在步驟8，在計(jì)算得的提前量處出現(xiàn)真實(shí)燃料噴射事件和相應(yīng)的點(diǎn)火事件。在步驟9，供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際燃料量(acc_fuel)與從查尋圖12中獲得的總累積燃料需要量(Wu_fuel)相比較。如果該兩個(gè)燃料量相同，那么預(yù)熱期在步驟10完成。否則，在步驟11由步驟5的計(jì)數(shù)器將步驟8處噴射的燃料加入到累積的燃料值中。并重復(fù)從步驟6開始的程序。
該技術(shù)熟練人員可以進(jìn)行修改和變化，它們都屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1．一種在內(nèi)燃機(jī)預(yù)熱期間控制該內(nèi)燃機(jī)的方法，包括控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)，該參數(shù)是預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的至少一定度量的函數(shù)。
2．一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)受到控制，由此提高所述預(yù)熱期間的燃燒穩(wěn)定性。
3．一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的一定度量是以預(yù)熱期間輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量為基礎(chǔ)的。
4．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括在預(yù)熱期間控制發(fā)動(dòng)機(jī)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的總指示扭矩的變差系數(shù)保持在較低的值。
5．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括將所述預(yù)熱期間發(fā)動(dòng)機(jī)的總指示扭矩的變差系數(shù)基本上保持在一個(gè)對(duì)應(yīng)于預(yù)熱期后該發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行期間總指示扭矩的變差系數(shù)的值。
6．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)的控制還取決于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。
7．一種根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，該發(fā)動(dòng)機(jī)溫度是發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度。
8．一種根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)初始溫度部分地決定該至少一個(gè)操作參數(shù)在預(yù)熱期間需要改變到什么程度。
9．一種根據(jù)權(quán)利要求6、7或8的方法，其特征在于，輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量是發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的函數(shù)。
10．一種根據(jù)權(quán)利要求6至9中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括隨著發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的提高而減少輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量。
11．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括控制作為在預(yù)熱期間輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量的函數(shù)的至少一個(gè)操作函數(shù)，直到預(yù)熱期完成。
12．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該預(yù)熱期是從發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后要供給發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)定的總?cè)剂现邓ㄙM(fèi)的時(shí)間。
13．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括(a)確定為了完成預(yù)熱期而要供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的所需的總?cè)剂狭浚?b)為該控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的至少一個(gè)操作參數(shù)提供一個(gè)預(yù)熱圖；(c)為該控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的至少一個(gè)操作參數(shù)選擇一個(gè)比例因數(shù)，該比例因數(shù)是作為預(yù)熱期開始后供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料實(shí)際量的函數(shù)而被選定的；以及(d)使用該比例因數(shù)來(lái)控制所述控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的至少一個(gè)操作參數(shù)從預(yù)熱圖到一正常運(yùn)行圖的過(guò)渡。
14．一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，將該比例因數(shù)應(yīng)用到供該控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的至少一個(gè)操作參數(shù)使用的預(yù)熱圖和正常運(yùn)行圖的相應(yīng)值之差上。
15．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該操作參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)。
16．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，被控制的操作參數(shù)可以包括供給到每發(fā)動(dòng)機(jī)周期的該汽缸或每個(gè)汽缸上的空氣。
17．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括一個(gè)雙流體噴射系統(tǒng)，而被控制的操作參數(shù)可以包括所述噴射系統(tǒng)的空氣噴射的開始。
18．一種根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)它應(yīng)用于一種在該汽缸或每個(gè)汽缸排氣口處有排氣閥的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，被控制的操作參數(shù)包括該排氣閥或每個(gè)排氣閥相對(duì)于排氣口的位置。
19．一種根據(jù)權(quán)利要求13和從屬于權(quán)利要求13的權(quán)利要求15至18中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該比例因數(shù)是作為要供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的所需的總?cè)剂狭康暮瘮?shù)而被確定的。
20．一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)是排出的廢氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的再循環(huán)，該方法包括在發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱期間和緊隨其后控制排出廢氣的再循環(huán)。
21．一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在預(yù)熱期間供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的一定度量是以預(yù)熱期間每個(gè)燃燒事件的載荷水平的累積值為基礎(chǔ)的。
全文摘要
一種在內(nèi)燃機(jī)預(yù)熱期間控制該內(nèi)燃機(jī)的方法,包括控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù),該參數(shù)是從發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期開始以來(lái)輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的至少某一度量的函數(shù),由此提高所述預(yù)熱期間的燃燒穩(wěn)定性。最好是,輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的能量的度量是以預(yù)熱期間輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量為基礎(chǔ)的。
文檔編號(hào)F02D45/00GK1225151SQ97196227
公開日1999年8月4日 申請(qǐng)日期1997年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月10日
發(fā)明者斯圖爾特·G·普賴斯, 基斯·墨爾本, 里查德·W·赫爾利 申請(qǐng)人:軌道工程有限公司