CN101025122B - 控制装配有废气再循环的内燃机的设备以及方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有废气再循环(EGR)阀门的发动机控制系统包括：确定EGR误差的第一模块以及基于EGR误差计算燃料喷射定时的第二模块。基于燃料喷射定时调节发动机的操作以便减少发动机瞬态操作过程中的排放物。

Description

控制装配有废气再循环的内燃机的设备以及方法
技本领域
本发明涉及内燃机，并且更具体地，涉及一种用于减少发动机排放物的燃烧控制。
背景技术
内燃机燃烧空气和燃料的混合物来产生驱动扭矩。更具体地，空气吸入发动机内并与燃料混和。空气和燃料的混合物在气缸内燃烧以驱动曲轴，产生驱动扭矩。进入发动机内的质量气流以及喷射的燃料数量确定产生的驱动扭矩的大小。
某些发动机包括废气再循环(EGR)系统以改进发动机操作并减小发动机排放物。EGR系统包括调节循环回到进气歧管的废气量的EGR阀门。附加废气影响经节流门的发动机进气量。EGR是减少总排放物的最有效的手段。大量的EGR(例如，高达60％)是充分减小排放物以满足调节需要所必需的。
由于发动机系统内的延迟，在瞬态操纵中，所需的EGR量以及实际实现的EGR不同。在某些情况下，这种不同是相当大的，可以导致瞬态操纵过程中排放物(即，NOx和HC)的无法接收的增加。
发明内容
因而，本发明提供一种包括废气再循环(EGR)阀门的发动机控制系统。该发动机控制系统进一步包括确定EGR误差的第一模块以及基于EGR误差计算燃料喷射定时的第二模块。基于燃料喷射定时调节发动机操作以便减少发动机的瞬态操作过程中的排放物。
在其他特征中，第二模块基于时间常数和基本燃料喷射定时计算燃料喷射定时。发动机控制系统进一步包括基于EGR误差确定时间常数的第三模块。基于发动机速度和扭矩确定基本燃料喷射定时。
在又一些其他特征中，第一模块基于EGR设定点以及估计EGR确定EGR误差。发动机控制系统进一步包括基于质量气流(MAF)以及充气流(CF)确定EGR估计的第三模块。使用MAF传感器确定MAF并基于发动机的发动机速度、歧管绝对压力(MAP)、进气歧管温度以及容积效率确定CF。
通过下文提供的详细描述，本发明的适用性的其他方面显而易见。要理解，尽管指出了本发明的优选实施例，但详细描述以及特定实例倾向于仅出于示范目的，并且不倾向于限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述以及所附附图将更全面地理解本发明，其中：
图1是基于本发明的燃烧控制进行调节的示范性发动机系统的功能框图；
图2显示了将传统燃烧控制与本发明的燃烧控制相比在示范性车辆操纵过程中的示范性喷射定时、NOx和HC痕量；
图3是显示由本发明的燃烧控制所执行的示范性步骤的流程图；以及
图4是执行本发明的燃烧控制的示范性模块的功能框图。
具体实施方式
优选实施例的后续描述实际上仅是示范性的并且决不倾向于限制本发明、其应用或使用。出于清晰的目的，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如本申请所使用的，术语“模块”是指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子线路、处理器(共享的、专用的或群组的)以及存储器，组合逻辑电路和/或提供所描述功能的适当元件。
现在参照图1，根据本发明示意性显示了示范性发动机系统10。发动机系统10包括发动机12、进气歧管14、燃料喷射系统16以及排气系统18。示范性发动机12包括配置在V形布局的相邻气缸组22、24中的六个气缸20。尽管图1描述了六个气缸(N＝6)，但可以知道发动机12可以包括附加或更少的气缸20。例如，考虑了具有2、4、5、8、10、12和16个气缸的发动机。还知道，发动机12实际上是示范性的，还考虑了直进型气缸配置。
空气经节流门25和过滤器27吸入到进气歧管14。空气从进气歧管14吸入到气缸20内并在其内进行压缩。燃料通过喷射系统16喷射并且空气/燃料混合物在气缸20内燃烧。废气从气缸20排出并进入排气系统18。在某些实例中，发动机系统10可以包括将附加空气泵入气缸20的涡轮26。在这样的系统中，由废气驱动的涡轮26压缩空气，并且压缩的空气流经节流门25。
排气系统18包括排气歧管30、排气管道31、EGR阀门34、EGR管道35以及EGR冷却器36。排气歧管30将排气从气缸组22、24导引到排气管道31内。如下文进一步详细解释的，EGR阀门34选择性再循环排气的一部分通过EGR管道35。排气的剩余部分导引到涡轮26内以便驱动涡轮26。排气流从涡轮26流动到排气后处理系统(未图示)。
控制模块42基于本发明的燃烧控制调节发动机系统10的操作。更具体的，控制模块42控制燃料喷射定时(即，燃料相对曲柄转角和气缸内的活塞位置喷射到气缸内的点)以及EGR阀门34二者的操作。控制模块42与进气歧管绝对压力(MAP)传感器44和发动机速度传感器46连通。MAP传感器44产生指示进气歧管14内的空气压力的信号，而发动机速度传感器46产生指示发动机速度(RPM)的信号。控制模块42基于RPM和燃料加注速率确定发动机负载。控制模块42还与产生MAF信号的质量气流(MAF)传感器47以及响应进气歧管空气温度(TIM)的进气歧管温度传感器49连通。
本发明的燃烧控制调节EGR阀门34和燃料喷射定时以便减小瞬态发动机操作过程中的排放物偏移。如本申请所使用的，术语“瞬态”是指从第一稳态条件到第二稳态条件的发动机操作转换。燃烧控制基于EGR误差(EGRERR)调整燃料喷射定时。以估计实际EGR速率(EGREST)和设定点EGR速率(EGRSP)之间差值的形式计算EGRERR。基于MAF和估计充气流(CF)的差值估计EGREST。使用MAF传感器47直接测量MAF。使用发动机的TIM、MAP、发动机RPM和容积效率(VEFF)的函数形式的速度-密度关系计算CF。基于发动机RPM和扭矩使用存储在存储器中的预先确定的对照表确定EGRSP。
燃烧控制从主喷射定时调度表确定基本喷射定时(INJBASE)。更具体的，使用存储在存储器中的预先确定的对照表基于发动机RPM和扭矩确定INJBASE。基于INJBASE和EGRERR确定实际喷射定时(INJACT)。更具体的，使用存储在存储器中的预先确定的对照表基于EGRERR确定定时常数(kTIME)。使用例如滤波(filtering)等动态学方式将kTIME施加到INJBASE。例如，可以使用kTIME对INJBASE施加时变一阶滤波以确定INJACT。通过这种方法，不需要附加定时校准。作为备选方案，基于EGRERR和INJBASE，从预先确定的对照表可以确定INJACT并且对表的输出值施加滤波。
当以稳态操作时，滤波不影响INJBASE，由此INJACT等于INJBASE。然而，在瞬态时，滤波调整INJBASE以提供INJACT。通过这种方式，本发明的燃烧控制自动确定发动机何时以瞬态操作。
与EGR相比较，燃料喷射定时是更快速的发动机操作促动器，并具有足以在EGREST偏离EGRSP的过程中影响HC和NOx的控制权限。结果，基于EGRERR使用INJACT作为控制参数能够进行排放物的主动以及有效减小。此外，本发明的燃烧控制可在整个发动机操作区域内操作，并通过在其间提供无缝转换消除了对不同燃烧模式(例如，低温燃烧、扩散燃烧、部分HCCI燃烧)之间的切换逻辑线路的需要。
现在参照图2，显示了示范性瞬态发动机操作(例如，加速)的示范性喷射定时(INJACT)、NOX和HC痕量。在图2的图表中，实线指示传统的燃烧控制，而虚线指示根据本发明的燃烧控制。如图所示，使用本发明的燃烧控制的INJACT比使用传统燃烧控制的INJACT先进。结果，NOX排放物在使用传统燃烧控制产生的数量上略微增加，然而使用本发明的燃烧控制的HC排放物明显减小。
现在参照图3，详细描述了由本发明的燃烧控制执行的示范性步骤。在步骤300中，控制确定INJBASE、MAF、CF以及EGRSP。在步骤302中，控制基于MAF和CF计算EGREST。在步骤304中控制基于EGRSP和EGREST计算EGRERR，并且在步骤306中基于EGRERR确定kTIME。在步骤308中，控制基于INJBASE和kTIME确定INJACT。在步骤310中控制基于INJACT调节发动机的操作并且控制结束。
现在参照图4，将详细描述执行燃烧控制的示范性模块。示范性模块包括EGR估计模块400、加法器402、kTIME确定模块404以及喷射定时计算模块406。EGR估计模块400基于MAF和CF确定EGREST。加法器402基于EGRSP和EGREST确定EGRERR。通过kTIME确定模块404基于EGRERR确定kTIME。喷射定时计算模块406基于kTIME和INJBASE计算INJACT。发动机12后续基于INJACT进行操作。
本领域技术人员现在通过前述描述知道可以以各种形式完成本发明的广泛教导。因而，尽管结合其特定实例对本发明进行了描述，但本发明的真正范围并不应局限与此，因为在研究附图、说明书以及后续权利要求后其他修改对于本领域技术人员显而易见。

Claims (17)

1.一种包括废气再循环阀门的发动机控制系统，包括：
确定EGR误差的第一模块；以及
基于由所述EGR误差确定的时间常数和基本燃料喷射定时计算实际燃料喷射定时的第二模块，其中基于所述实际燃料喷射定时调节发动机操作以便减少瞬态操作过程中的排放物。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于：进一步包括基于所述EGR误差确定所述时间常数的第三模块。
3.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于：基于发动机速度和扭矩确定所述基本燃料喷射定时。
4.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于：所述第一模块基于EGR设定点和估计EGR确定所述EGR误差。
5.根据权利要求4所述的发动机控制系统，其特征在于：进一步包括基于质量气流和充气流确定所述估计EGR的第三模块。
6.根据权利要求5所述的发动机控制系统，其特征在于：使用质量气流传感器确定所述质量气流并基于所述发动机的发动机速度、歧管绝对压力、进气歧管温度以及容积效率确定所述充气流。
7.一种在瞬态操作过程中从具有废气再循环系统的发动机减少排放物的方法，包括：
确定EGR误差；
基于所述EGR误差确定时间常数；
基于所述时间常数和基本燃料喷射定时计算实际燃料喷射定时，以及
基于所述实际燃料喷射定时在瞬态操作过程中调节所述发动机的操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：基于发动机速度和扭矩确定所述基本燃料喷射定时。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：基于EGR设定点和估计EGR确定所述EGR误差。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：进一步包括基于质量气流和充气流确定所述估计EGR。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：使用质量气流传感器确定所述质量气流并且基于所述发动机的发动机速度、歧管绝对压力、进气歧管温度和容积效率确定所述充气流。
12.一种在瞬态操作过程中从具有废气再循环系统的发动机减少排放物的方法，包括：
确定EGR误差；
确定基本燃料喷射定时；
基于所述EGR误差确定时间常数；
基于时间常数对所述基本燃料喷射定时进行滤波以便确定实际燃料喷射定时；以及
基于所述实际燃料喷射定时调节所述发动机的操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述滤波通过一阶滤波器实现。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：基于发动机速度和扭矩确定所述基本燃料喷射定时。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：基于EGR设定点和估计EGR确定所述EGR误差。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：进一步包括基于质量气流和充气流确定所述估计EGR。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：使用质量气流传感器确定所述质量气流并且基于所述发动机的发动机速度、歧管绝对压力、进气歧管温度和容积效率确定所述充气流。
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