專利名稱：控制裝配有廢氣再循環的內燃機的設備以及方法
技術領域：
本發明涉及內燃機，并且更具體地，涉及一種用于減少發動機排放物的燃燒控制。
背景技術：
內燃機燃燒空氣和燃料的混合物來產生驅動扭矩。更具體地，空氣吸入發動機內并與燃料混和。空氣和燃料的混合物在氣缸內燃燒以驅動曲軸，產生驅動扭矩。進入發動機內的質量氣流以及噴射的燃料數量確定產生的驅動扭矩的大小。
某些發動機包括廢氣再循環(EGR)系統以改進發動機操作并減小發動機排放物。EGR系統包括調節循環回到進氣歧管的廢氣量的EGR閥門。附加廢氣影響經節流門的發動機進氣量。EGR是減少總排放物的最有效的手段。大量的EGR(例如，高達60％)是充分減小排放物以滿足調節需要所必需的。
由于發動機系統內的延遲，在瞬態操縱中，所需的EGR量以及實際實現的EGR不同。在某些情況下，這種不同是相當大的，可以導致瞬態操縱過程中排放物(即，NOx和HC)的無法接收的增加。
發明內容
因而，本發明提供一種包括廢氣再循環(EGR)閥門的發動機控制系統。該發動機控制系統進一步包括確定EGR誤差的第一模塊以及基于EGR誤差計算燃料噴射定時的第二模塊。基于燃料噴射定時調節發動機操作以便減少發動機的瞬態操作過程中的排放物。
在其他特征中，第二模塊基于時間常數和基本燃料噴射定時計算燃料噴射定時。發動機控制系統進一步包括基于EGR誤差確定時間常數的第三模塊。基于發動機速度和扭矩確定基本燃料噴射定時。
在又一些其他特征中，第一模塊基于EGR設定點以及估計EGR確定EGR誤差。發動機控制系統進一步包括基于質量氣流(MAF)以及充氣流(CF)確定EGR估計的第三模塊。使用MAF傳感器確定MAF并基于發動機的發動機速度、歧管絕對壓力(MAP)、進氣歧管溫度以及容積效率確定CF。
通過下文提供的詳細描述，本發明的適用性的其他方面顯而易見。要理解，盡管指出了本發明的優選實施例，但詳細描述以及特定實例傾向于僅出于示范目的，并且不傾向于限制本發明的范圍。
通過詳細描述以及所附附圖將更全面地理解本發明，其中圖1是基于本發明的燃燒控制進行調節的示范性發動機系統的功能框圖；圖2顯示了將傳統燃燒控制與本發明的燃燒控制相比在示范性車輛操縱過程中的示范性噴射定時、NOx和HC痕量；圖3是顯示由本發明的燃燒控制所執行的示范性步驟的流程圖；以及圖4是執行本發明的燃燒控制的示范性模塊的功能框圖。
具體實施例方式
優選實施例的后續描述實際上僅是示范性的并且決不傾向于限制本發明、其應用或使用。出于清晰的目的，在附圖中使用相同的附圖標記標識類似的元件。如本申請所使用的，術語“模塊”是指執行一個或多個軟件或固件程序的專用集成電路(ASIC)、電子線路、處理器(共享的、專用的或群組的)以及存儲器，組合邏輯電路和/或提供所描述功能的適當元件。
現在參照圖1，根據本發明示意性顯示了示范性發動機系統10。發動機系統10包括發動機12、進氣歧管14、燃料噴射系統16以及排氣系統18。示范性發動機12包括配置在V形布局的相鄰氣缸組22、24中的六個氣缸20。盡管圖1描述了六個氣缸(N＝6)，但可以知道發動機12可以包括附加或更少的氣缸20。例如，考慮了具有2、4、5、8、10、12和16個氣缸的發動機。還知道，發動機12實際上是示范性的，還考慮了直進型氣缸配置。
空氣經節流門25和過濾器27吸入到進氣歧管14。空氣從進氣歧管14吸入到氣缸20內并在其內進行壓縮。燃料通過噴射系統16噴射并且空氣/燃料混合物在氣缸20內燃燒。廢氣從氣缸20排出并進入排氣系統18。在某些實例中，發動機系統10可以包括將附加空氣泵入氣缸20的渦輪26。在這樣的系統中，由廢氣驅動的渦輪26壓縮空氣，并且壓縮的空氣流經節流門25。
排氣系統18包括排氣歧管30、排氣管道31、EGR閥門34、EGR管道35以及EGR冷卻器36。排氣歧管30將排氣從氣缸組22、24導引到排氣管道31內。如下文進一步詳細解釋的，EGR閥門34選擇性再循環排氣的一部分通過EGR管道35。排氣的剩余部分導引到渦輪26內以便驅動渦輪26。排氣流從渦輪26流動到排氣后處理系統(未圖示)。
控制模塊42基于本發明的燃燒控制調節發動機系統10的操作。更具體的，控制模塊42控制燃料噴射定時(即，燃料相對曲柄轉角和氣缸內的活塞位置噴射到氣缸內的點)以及EGR閥門34二者的操作。控制模塊42與進氣歧管絕對壓力(MAP)傳感器44和發動機速度傳感器46連通。MAP傳感器44產生指示進氣歧管14內的空氣壓力的信號，而發動機速度傳感器46產生指示發動機速度(RPM)的信號。控制模塊42基于RPM和燃料加注速率確定發動機負載。控制模塊42還與產生MAF信號的質量氣流(MAF)傳感器47以及響應進氣歧管空氣溫度(TIM)的進氣歧管溫度傳感器49連通。
本發明的燃燒控制調節EGR閥門34和燃料噴射定時以便減小瞬態發動機操作過程中的排放物偏移。如本申請所使用的，術語“瞬態”是指從第一穩態條件到第二穩態條件的發動機操作轉換。燃燒控制基于EGR誤差(EGRERR)調整燃料噴射定時。以估計實際EGR速率(EGREST)和設定點EGR速率(EGRSP)之間差值的形式計算EGRERR。基于MAF和估計充氣流(CF)的差值估計EGREST。使用MAF傳感器47直接測量MAF。使用發動機的TIM、MAP、發動機RPM和容積效率(VEFF)的函數形式的速度-密度關系計算CF。基于發動機RPM和扭矩使用存儲在存儲器中的預先確定的對照表確定EGRSP。
燃燒控制從主噴射定時調度表確定基本噴射定時(INJBASE)。更具體的，使用存儲在存儲器中的預先確定的對照表基于發動機RPM和扭矩確定INJBASE。基于INJBASE和EGRERR確定實際噴射定時(INJACT)。更具體的，使用存儲在存儲器中的預先確定的對照表基于EGRERR確定定時常數(kTIME)。使用例如濾波(filtering)等動態學方式將kTIME施加到INJBASE。例如，可以使用kTIME對INJBASE施加時變一階濾波以確定INJACT。通過這種方法，不需要附加定時校準。作為備選方案，基于EGRERR和INJBASE，從預先確定的對照表可以確定INJACT并且對表的輸出值施加濾波。
當以穩態操作時，濾波不影響INJBASE，由此INJACT等于INJBASE。然而，在瞬態時，濾波調整INJBASE以提供INJACT。通過這種方式，本發明的燃燒控制自動確定發動機何時以瞬態操作。
與EGR相比較，燃料噴射定時是更快速的發動機操作促動器，并具有足以在EGREST偏離EGRSP的過程中影響HC和NOx的控制權限。結果，基于EGRERR使用INJACT作為控制參數能夠進行排放物的主動以及有效減小。此外，本發明的燃燒控制可在整個發動機操作區域內操作，并通過在其間提供無縫轉換消除了對不同燃燒模式(例如，低溫燃燒、擴散燃燒、部分HCCI燃燒)之間的切換邏輯線路的需要。
現在參照圖2，顯示了示范性瞬態發動機操作(例如，加速)的示范性噴射定時(INJACT)、NOx和HC痕量。在圖2的圖表中，實線指示傳統的燃燒控制，而虛線指示根據本發明的燃燒控制。如圖所示，使用本發明的燃燒控制的INJACT比使用傳統燃燒控制的INJACT先進。結果，NOx排放物在使用傳統燃燒控制產生的數量上略微增加，然而使用本發明的燃燒控制的HC排放物明顯減小。
現在參照圖3，詳細描述了由本發明的燃燒控制執行的示范性步驟。在步驟300中，控制確定INJBASE、MAF、CF以及EGRSP。在步驟302中，控制基于MAF和CF計算EGREST。在步驟304中控制基于EGRSP和EGREST計算EGRERR，并且在步驟306中基于EGRERR確定kTIME。在步驟308中，控制基于INJBASE和kTIME確定INJACT。在步驟310中控制基于INJACT調節發動機的操作并且控制結束。
現在參照圖4，將詳細描述執行燃燒控制的示范性模塊。示范性模塊包括EGR估計模塊400、加法器402、kTIME確定模塊404以及噴射定時計算模塊406。EGR估計模塊400基于MAF和CF確定EGREST。加法器402基于EGRSP和EGREST確定EGRERR。通過kTIME確定模塊404基于EGRERR確定kTIME。噴射定時計算模塊406基于kTIME和INJBASE計算INJACT。發動機12后續基于INJACT進行操作。
本領域技術人員現在通過前述描述知道可以以各種形式完成本發明的廣泛教導。因而，盡管結合其特定實例對本發明進行了描述，但本發明的真正范圍并不應局限與此，因為在研究附圖、說明書以及后續權利要求后其他修改對于本領域技術人員顯而易見。
權利要求
1.一種包括廢氣再循環(EGR)閥門的發動機控制系統，包括確定EGR誤差的第一模塊；以及基于所述EGR誤差計算燃料噴射定時的第二模塊，其中基于所述燃料噴射定時調節發動機操作以便減少瞬態操作過程中的排放物。
2.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其特征在于所述第二模塊基于時間常數和基本燃料噴射定時計算所述燃料噴射定時。
3.根據權利要求2所述的發動機控制系統，其特征在于進一步包括基于所述EGR誤差確定所述時間常數的第三模塊。
4.根據權利要求2所述的發動機控制系統，其特征在于基于發動機速度和扭矩確定所述基本燃料噴射定時。
5.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其特征在于所述第一模塊基于EGR設定點和估計EGR確定所述EGR誤差。
6.根據權利要求5所述的發動機控制系統，其特征在于進一步包括基于質量氣流(MAF)和充氣流(CF)確定EGR估計的第三模塊。
7.根據權利要求6所述的發動機控制系統，其特征在于使用MAF傳感器確定所述MAF并基于所述發動機的發動機速度、歧管絕對壓力(MAP)、進氣歧管溫度以及容積效率確定所述CF。
8.一種在瞬態操作過程中從具有廢氣再循環(EGR)系統的發動機減少排放物的方法，包括確定EGR誤差；基于所述EGR誤差計算燃料噴射定時，以及基于所述燃料噴射定時調節所述發動機的操作。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于基于時間常數和基本燃料噴射定時計算所述燃料噴射定時。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于進一步包括基于所述EGR誤差確定所述時間常數。
11.根據權利要求9所述的方法，其特征在于基于發動機速度和扭矩確定所述基本燃料噴射定時。
12.根據權利要求8所述的方法，其特征在于基于EGR設定點和估計EGR確定所述EGR誤差。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于進一步包括基于質量氣流(MAF)和充氣流(CF)確定所述EGR估計。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于使用MAF傳感器確定所述MAF并且基于所述發動機的發動機速度、歧管絕對壓力(MAP)、進氣歧管溫度和容積效率確定所述CF。
15.一種在瞬態操作過程中從具有廢氣再循環(EGR)系統的發動機減少排放物的方法，包括確定EGR誤差；確定基本燃料噴射定時；基于所述EGR誤差對所述基本燃料噴射定時進行濾波以便確定燃料噴射定時；以及基于所述燃料噴射定時調節所述發動機的操作。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于所述濾波通過一階濾波器實現。
17.根據權利要求15所述的方法，其特征在于基于時間常數和所述基本燃料噴射定時計算所述燃料噴射定時。
18.根據權利要求17所述的方法，其特征在于進一步包括基于所述EGR誤差確定所述時間常數。
19.根據權利要求15所述的方法，其特征在于基于發動機速度和扭矩確定所述基本燃料噴射定時。
20.根據權利要求15所述的方法，其特征在于基于EGR設定點和估計EGR確定所述EGR誤差。
21.根據權利要求20所述的方法，其特征在于進一步包括基于質量氣流(MAF)和充氣流(CF)確定所述EGR估計。
22.根據權利要求21所述的方法，其特征在于使用MAF傳感器確定所述MAF并且基于所述發動機的發動機速度、歧管絕對壓力(MAP)、進氣歧管溫度和容積效率確定所述CF。
全文摘要
一種具有廢氣再循環(EGR)閥門的發動機控制系統包括確定EGR誤差的第一模塊以及基于EGR誤差計算燃料噴射定時的第二模塊。基于燃料噴射定時調節發動機的操作以便減少發動機瞬態操作過程中的排放物。
文檔編號F02D41/30GK101025122SQ200710006348
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月30日 優先權日2006年1月30日
發明者O·N·亞納基夫, C·-C·林, 塔里 S·H·埃爾 申請人:通用汽車環球科技運作公司