CN100549401C - 蒸气辅助式冷起动控制算法 - Google Patents

蒸气辅助式冷起动控制算法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的发动机系统包括发动机和向发动机输送液体燃油和蒸气燃油的燃油系统。控制模块与该燃油系统相连通，并基于对所希望的蒸气燃油速率和该燃油系统的最大可用蒸气燃油速率的确定来调节输送给发动机的蒸气燃油。控制模块基于输送给发动机的液体燃油质量速率和发动机的冷却液温度来确定所希望的蒸气速率。该控制模块可确定蒸气密度，这是通过基于进气歧管的温度来估计蒸气密度或者通过接收来自蒸气传感器的信号而实现的。

Description

蒸气辅助式冷起动控制算法
技术领域
本发明涉及发动机控制系统，更具体地涉及可在冷起动状态期间提供流到发动机中的蒸气加浓的燃油的发动机控制系统。
背景技术
在燃烧期间，内燃机可使汽油氧化并将氢气(H2)和碳(C)与空气混合。燃烧会产生化学化合物，例如二氧化碳(CO2)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、氮的氧化物(NOX)、未燃烧的碳氢化合物(HC)、硫的氧化物(SOX)以及其它化合物。在较长保温之后的初始起动期间，发动机在起动后仍然是“冷”的，并且汽油的燃烧并不充分。催化转化器可处理来自发动机的排气。在起动期间，催化转化器也是“冷”的，并且不能最佳地工作。
在一种传统的方法中，发动机控制模块操纵稀空/燃(A/F)比，并向发动机供应质量减少的液体燃油以提供补偿。相对于液体燃油的质量而言有更多可用的空气，以便充分地氧化CO和HC。然而，稀燃状态会降低发动机的稳定性，并且会不利地影响车辆的可驱动性。
在另一种传统的方法中，发动机控制模块操纵浓混合气，以实现稳定的燃烧和较好的车辆可驱动性。辅助空气喷射系统可提供整体的稀排气A/F比。在初始起动期间，辅助空气喷射器将空气喷入到排气流中。额外的喷射空气通过氧化多余的CO和HC来加热催化转化器。升温的催化转化器可氧化CO和HC，并将NOX降低到较低的排放水平。然而，辅助空气喷射系统会增加发动机控制系统的成本和复杂性，并且仅在较短的初始冷起动期间使用。
发明内容
一种根据本发明的发动机系统，包括发动机和向发动机输送液体燃油和蒸气燃油的燃油系统。控制模块与燃油系统相连通，并基于对所希望的蒸气燃油速率和该燃油系统的最大可用蒸气燃油速率的确定来调节输送给发动机的蒸气燃油。
在其它的特征中，控制模块基于输送给发动机的液体燃油质量速率和发动机的冷却液温度来确定所希望的蒸气速率。该控制模块可确定蒸气密度，这是通过基于进气歧管的温度来估计蒸气密度或者通过接收来自蒸气传感器的信号而实现的。
在另外一些方面，控制模块基于进气歧管内的歧管绝对压力(MAP)传感器所提供的信号来确定最大油箱净化流量。控制模块基于最大油箱净化流量和蒸气密度来确定最大可用蒸气燃油速率。控制模块确定最大蒸气速率是否大于所希望的蒸气速率。如果是，则控制模块根据所希望的蒸气燃油速率来调节蒸气燃油。如果不是，则控制模块根据所述最大蒸气燃油速率来调节蒸气燃油。
从下面所提供的具体描述中可以清楚本发明的其它应用领域。应当理解，显示了本发明优选实施例的详细描述和具体实例只是出于示例性的目的，并不意图限制本发明的范围。
附图说明
从下述详细描述和附图中可以更全面地理解本发明，其中：
图1是发动机控制系统和燃油系统的功能性方块图；
图2是显示了根据本发明一些实施例的液体燃油A/F比和蒸气燃油A/F比的曲线图；
图3是显示了根据本发明的启动冷起动燃油蒸气辅助式控制方法的步骤的流程图；
图4是显示了根据本发明一些实施例的冷起动燃油蒸气辅助式控制方法的具体步骤的流程图；
图5是显示了根据本发明一些实施例的提高(ramp in)蒸气辅助的步骤的流程图；
图6是显示了根据本发明一些实施例的降低(ramp out)蒸气辅助的步骤的流程图；和
图7是显示了根据本发明一些实施例的评估炭罐效果的步骤的流程图。
具体实施方式
优选实施例的下述描述本质上只是示例性的，决不意味着限制了本发明及其应用或用法。为清楚起见，在图中采用相同的标号来标识类似的零件。如这里所用到的，用语“模块”指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或其它可提供所述功能的适合元件。
参考图1，其显示了发动机系统10和燃油系统12。一个或多个控制模块14与发动机系统10和燃油系统12相连通。如下文将更具体介绍的那样，燃油系统12可选择性地向发动机系统10供给液体和/或蒸气燃油。
发动机系统10包括发动机16、进气歧管18和排气装置20。空气和燃油被吸入到发动机16中并在其内燃烧。排气流经排气装置20并在催化转化器22内处理。第一氧气传感器24和第二氧气传感器26与控制模块14相连，并向控制模块14提供排气A/F比信号。歧管绝对压力(MAP)传感器27位于进气歧管18上，并可基于进气歧管18内的压力来提供MAP信号。质量空气流量(MAF)传感器28位于空气进口内，并可基于流到进气歧管18内的空气质量来提供质量空气流量(MAF)信号。控制模块14利用MAF信号来确定提供给发动机16的A/F比。进气歧管温度传感器29可产生将发送给控制模块14的进气温度信号。
燃油系统12包括含有液体燃油和燃油蒸气的燃油箱30。燃油进口32自燃油箱30中延伸出来，以便允许注入燃油。燃油盖34可关闭燃油进口32，并可包括排泄孔(来示出)。在燃油箱30内设有模块化储槽组件(MRA)36，其包括燃油泵38。MRA36包括液体燃油管40和蒸气燃油管42。
燃油泵38可将液体燃油经过液体燃油管40泵送到发动机16中。蒸气燃油可经蒸气燃油管42而流到车载加油式蒸气回收(ORVR)炭罐44中。蒸气燃油管48与蒸气传感器45、净化电磁阀46和ORVR炭罐44相连。控制模块14可调节净化电磁阀46，以便选择性地使蒸气燃油能够流到发动机16中。控制模块14可调节炭罐通风电磁阀50，以便使空气能够选择性地从大气流到ORVR炭罐44中。
参考图2和图3，下面将更具体地介绍冷起动燃油蒸气辅助式控制方法。通常来说，在发动机16的冷起动期间，采用蒸气燃油来补充并加浓A/F混合气。在发动机的冷起动之间，燃油箱30内的蒸气燃油保持可预测的A/F比。可基于温度和燃油的雷德蒸气压力(RVP)等级来估计燃油的A/F比。作为一种示例性的方式，在闭合回路、稳态的发动机工作期间，可基于碳氢化合物的净化流量和燃油箱30的温度来估计燃油的RVP值。
蒸气燃油通常非常浓。因此，相对少量的蒸气燃油就能够提供补偿发动机16所需的相当大部分的燃油。蒸气燃油可在大气压下存在于燃油箱30中。通常有足量的蒸气燃油来处理节气门堵塞和步进式操纵。如图2中的曲线所示，具有约2到约3的指定范围内的A/F比的燃油蒸气可与具有高达18或20的A/F比的液体燃油一起供给，以便实现约15.5的目标排气A/F比。
如图3中所具体显示的那样，当在步骤100中接通点火开关之后，控制模块14确定在发动机曲轴运转(即初始点火)期间所需的液体燃油量。在步骤102中测量包括发动机冷却液温度(TCOOL)、环境空气温度(TAMB)和燃油温度(TFUEL)在内的当前可用的参数。在步骤104中，发动机的曲轴工作并且发动机开始运转，其可燃烧具有初始A/F比的液体燃油。在步骤106中测量进气歧管温度(TIM)，并将其与预定的温度范围进行比较。如果TIM落在该温度范围外，那么在步骤108中控制模块14仅采用液体燃油来操作发动机。如果TIM落在该温度范围内，那么控制模块14就启动蒸气加浓模式。在一个实施例中，该预定温度范围在约30°F到85°F之间，然而也可采用其它的温度值。
或者，在步骤106中，估计进气门温度并将其与阈值相比。基于发动机冷却液温度、发动机速度、歧管绝对压力(MAP)以及当量比来估计进气门温度。当量比定义为化学计量的A/F比除以实际的A/F比。在Alkidas，A.C于SAE Paper 971729，1997中的“进气门温度及其影响因素”中提供了进气门温度的预测模型，该文献通过引用整体地结合于本文中。如果进气门温度大于阈值，则控制模块14在步骤108中仅用液体燃油来操作发动机。如果进气门温度小于阈值，则控制模块14在步骤110中启动蒸气辅助模式。阈值温度设为120℃，但是可以理解，该阈值温度的具体值可以变化。
现在参考图4，下面将更具体地介绍蒸气辅助模式110。控制始于步骤114。在步骤116中，控制确定蒸气辅助是否生效。如果蒸气辅助未生效，则控制在步骤118中降低蒸气增加系数(VRF；vaporramp factor)，并在步骤120中结束。如果蒸气辅助生效，则控制在步骤124中提高VRF。采用VRF来逐渐提高输送给发动机16的蒸气燃油流量。下面将更具体地分别讨论用于降低和提高蒸气燃油的步骤118和124。
在步骤128中确定所希望的蒸气比率(％)。所希望的蒸气比率是基于发动机冷却液温度(TCOOL)来估计的百分比(％)，并可通过查找表来确定。在步骤130中，确定被称作流率(g/s)的所希望的蒸气速率。所希望的蒸气速率(g/s)＝液体燃油质量速率(g/s)×所希望的蒸气比率(％)。液体燃油质量速率是喷射到发动机16内的液体燃油的质量。
在步骤134中确定蒸气密度。可基于进气歧管温度(TIM)并通过查找表来估计蒸气密度(g/l)。或者，可通过蒸气传感器45来测量蒸气密度。
在步骤136中确定最大油箱净化流量(l/s)。可基于由MAP传感器27提供的信号并通过查找表来估计最大油箱净化流量(l/s)。在步骤138中确定最大蒸气速率(g/s)。可基于下述等式来计算最大蒸气速率(g/s)：
最大蒸气速率(g/s)＝最大油箱净化流量(l/s)×蒸气密度(g/l)×C；其中，C是与ORVR炭罐44相关的炭罐效果。下面会更具体地介绍该炭罐效果C。
在步骤140中，控制确定最大蒸气速率(g/s)是否大于所希望的蒸气速率(g/s)。如果最大蒸气速率(g/s)不大于所希望的蒸气速率(g/s)，则控制在步骤142中将实际蒸气速率VRactual设定为最大蒸气速率。可通过调节净化电磁阀46、例如通过脉宽调制来控制实际蒸气速率VRactual。如果最大蒸气速率(g/s)大于所希望的蒸气速率(g/s)，则控制在步骤144中将实际蒸气速率VRactual设置成等于所希望的蒸气速率(g/s)。实际蒸气速率VRactual是MAP、所希望的蒸气速率(g/s)和蒸气密度(g/l)的函数。更具体地说，VRactual可表征为蒸气工作循环。蒸气工作循环是净化电磁阀46例如通过脉宽调制所允许的流到发动机16中的蒸气量。蒸气工作循环是MAP和所希望的蒸气速率(g/s)与蒸气密度(g/l)之比的函数。可通过查找表来确定蒸气工作循环。
在步骤148中，控制响应于蒸气辅助而执行校正，其包括蒸气A/F校正、蒸气辅助A/F校正以及暖机点火校正。这些校正针对由蒸气辅助所带来的蒸气燃油对液体燃油的补充。蒸气A/F校正可补偿蒸气辅助，并且是实际蒸气速率VRactual的函数。可通过查找表来确定蒸气A/F校正。蒸气辅助A/F校正等于起动加浓系数和蒸气A/F校正之和。起动加浓系数是基于操作状态来建立并可通过查找表确定的变量。暖机点火校正是实际蒸气速率VRactual、发动机RPM和发动机负载的函数。可通过查找表来确定暖机点火校正。
下面将更具体地介绍提高VRF的步骤124。控制始于步骤126。在步骤129中，将VRactual设成所希望的蒸气速率。在步骤131中，根据下述等式来确定VRF：
(VRF)n＝(VRF)n-1+蒸气加注；
其中，蒸气加注是油箱净化流量(通过净化阀46)和流到发动机16中的空气流(通过MAF28)的函数。可通过查找表来确定蒸气加注。在步骤132中，控制确定VRF是否大于1。如果VRF大于1，控制则返回到步骤139。如果VRF小于1，则在步骤137中确定液体燃油。根据下述等式来确定液体燃油：
(液体燃油)n＝(液体燃油)n-1-(VRactual×VRF)控制返回到步骤139。
下面将更具体地介绍降低VRF的步骤118。控制始于步骤1180。在步骤1182中，根据下述等式来确定VRactual：
(VRactual)n＝(VRactual)n-1-(MAF)
在步骤1184中，控制确定VRactual是否小于或等于0。如果VRactual小于或等于0，控制返回到步骤1188。如果VRactual不小于或等于0，则在步骤1186中根据下述等式来确定液体燃油：
(液体燃油)n＝(液体燃油)n-1-(VRactual)
控制返回到步骤1188。
现在来看图7，其标号150显示了炭罐效果C的估计。确定炭罐效果C以说明炭罐饱和。炭罐饱和可作为质量的函数来测量，并称为油箱净化饱和质量(TSM)。当ORVR炭罐44内的吸收介质如碳不能吸收额外的燃油蒸气时，就出现了炭罐饱和。控制始于步骤152。在步骤154中，根据下述等式来确定炭箱净化质量(CPM)：
(CPM)n＝(CPM)n-1+(油箱净化流量)×(蒸气密度)×(时间)在步骤158中，控制确定CPM是否大于油箱净化饱和质量(TSM)。如果CPM大于TSM，控制则返回到步骤160。如果CPM不大于TSM，则在步骤162中将蒸气速率设为0。控制结束步骤。
现在，本领域的技术人员可从上述描述中理解，可以各种形式来实现本发明的广义示教。因此，虽然对本发明是联系其特定实施例而进行描述的，但不应将本发明的真正范围限制于此，因为对于熟练的专业人员而言，在研究了本发明的附图、说明书以及所附权利要求之后可以清楚其它的变型。

Claims (23)

1.一种发动机系统，包括：
发动机；
向所述发动机输送液体燃油和蒸气燃油的燃油系统；和
与所述燃油系统相连的控制模块，其基于蒸气增加系数、对所希望的蒸气燃油速率和所述燃油系统的最大可用蒸气燃油速率的确定来调节喷射到所述发动机中的所述蒸气燃油。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于输送到所述发动机中的液体燃油的质量速率和所述发动机的冷却液温度来确定所述所希望的蒸气燃油速率。
3.根据权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块确定蒸气密度。
4.根据权利要求3所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于进气歧管的温度来估计所述蒸气密度，其中所述进气歧管将空气连通到所述发动机。
5.根据权利要求3所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于来自所述燃油系统内的蒸气传感器的信号来确定蒸气密度。
6.根据权利要求3所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于所述发动机的进气歧管中的歧管绝对压力传感器所提供的信号来确定最大油箱净化流量。
7.根据权利要求6所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于所述最大油箱净化流量和所述蒸气密度来确定所述最大可用蒸气燃油速率。
8.根据权利要求7所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块确定所述最大可用蒸气燃油速率是否大于所述所希望的蒸气燃油速率，其中，如果所述最大可用蒸气燃油速率大于所述所希望的蒸气燃油速率，则所述控制模块根据所述所希望的蒸气燃油速率来调节蒸气燃油，如果所述最大可用蒸气燃油速率不大于所述所希望的蒸气燃油速率，则所述控制模块根据所述最大可用蒸气燃油速率来调节蒸气燃油。
9.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块确定蒸气辅助模式是否生效并且基于生效的所述蒸气辅助模式来确定所述蒸气增加系数。
10.根据权利要求9所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于生效的所述蒸气辅助模式来确定提高的蒸气增加系数，并基于未生效的所述蒸气辅助模式来确定降低的蒸气增加系数。
11.根据权利要求10所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于输送给所述发动机的空气流和进入所述发动机中的蒸气燃油流确定所述提高的蒸气增加系数。
12.根据权利要求10所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于进入所述发动机的蒸气燃油流确定所述降低的蒸气增加系数。
13.一种操作带有可输送液体燃油和蒸气燃油的燃油系统的发动机的方法，所述方法包括：
确定蒸气辅助模式是否生效；
基于生效的所述蒸气辅助模式来确定蒸气增加系数；
确定进入所述发动机的所述蒸气燃油的最大可用蒸气燃油速率；
确定进入所述发动机的所述蒸气燃油的所希望的蒸气燃油速率；和
基于所述增加系数、所述最大可用蒸气燃油速率和所述所希望的蒸气燃油速率来调节输送给所述发动机的所述蒸气燃油。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，确定所述蒸气增加系数包括基于生效的所述蒸气辅助模式来确定提高的蒸气增加系数，并基于未生效的所述蒸气辅助模式来确定降低的蒸气增加系数。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述提高的蒸气增加系数基于输送给所述发动机的空气流和进入所述发动机中的蒸气燃油流来确定。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述降低的蒸气增加系数基于进入所述发动机的蒸气燃油流来确定。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述所希望的蒸气燃油速率基于所述液体燃油的质量速率和所述发动机的冷却液温度来确定。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述蒸气燃油的蒸气密度。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，确定所述蒸气密度包括基于进气歧管的温度来估计所述蒸气密度，其中所述进气歧管将空气连通到所述发动机。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，确定所述蒸气密度包括与来自所述燃油系统内的蒸气传感器的信号进行通信。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述发动机的进气歧管中的歧管绝对压力传感器所提供的信号来确定最大油箱净化流量。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述最大可用蒸气燃油速率基于所述最大油箱净化流量和所述蒸气密度来确定。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述最大可用蒸气燃油速率是否大于所述所希望的蒸气燃油速率，其中，如果所述最大可用蒸气燃油速率大于所述所希望的蒸气燃油速率，则根据所述所希望的蒸气燃油速率来调节所述蒸气燃油，如果所述最大可用蒸气燃油速率不大于所述所希望的蒸气燃油速率，则根据所述最大可用蒸气燃油速率来调节所述蒸气燃油。
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