CN101037967B

CN101037967B - 发动机燃油效率确定

Info

Publication number: CN101037967B
Application number: CN200610064072.8A
Authority: CN
Inventors: M·利夫什茨; J·P·布兰查德; J·L·拉蒂; A·H·希普
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2026-12-29
Also published as: US20070156325A1; DE102006061754A1; US8014938B2; DE102006061754B4; CN101037967A

Abstract

本发明涉及一种计算内燃机功率损耗的模块，其包括确定最终每缸空气(APC)值的进气计算模块，基于最终APC值确定燃油质量流率值的燃油质量流率计算模块和基于燃油质量流率值确定该内燃机功率损耗的功率损耗计算模块。

Description

发动机燃油效率确定

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年12月29日提出的申请号为NO.60/755,001的美国临时申请的优先权。在此上述申请的公开内容被参考引入。

技术领域

本发明涉及发动机控制系统，尤其涉及根据发动机功率损耗来确定内燃机的燃油效率的发动机控制系统。

背景技术

车辆包括产生驱动转矩的内燃机。更确切地，发动机吸入空气并将空气和燃油混合以形成燃烧混合物。该燃烧混合物在气缸内被压缩和点燃以驱动位于气缸内的活塞。活塞驱动曲轴向变速器和动力传动系统传递驱动转矩。

汽车制造商通常利用测功机来评估车辆的性能。例如，测功机可以测定发动机转速范围的最佳发动机转矩输出。然而，车辆产生的实际转矩输出可能与受控条件下的最佳转矩输出不同。更确切地，实际转矩输出可能受外部条件的影响，该外部条件包括空气温度，湿度，和/或大气压，且该外部条件不局限于此。

发明内容

本发明提供了一种用于确定内燃机燃油效率的燃油效率估计系统。该系统包括确定最终进气值的第一模块和基于最终进气值来确定燃油质量流率值的第二模块。第三模块基于燃油质量流率值确定内燃机的功率损耗。发动机的燃油效率是基于功率损耗来确定的。

在其他方面中，第一模块包括第一子模块，其基于发动机的转速值、发动机的转矩值和发动机冷却剂温度值中的至少一个来产生初始进气值。该第一模块进一步包括第二子模块，其基于发动机的转速值、发动机的转矩值和发动机冷却剂温度值中的至少一个输出当前的迭代进气值。

在其他方面中，第一模块进一步包括：第三子模块，其确定点火提前值；第四子模块，其确定进气和排气凸轮的相位器位置值；和第五子模块，其确定空燃比。点火提前值、进气和排气凸轮的相位器位置值、空燃比是基于当前迭代进气值、发动机转速值和冷却剂温度值来计算的。

另一方面，该第二子模块基于点火提前值、进气和排气凸轮的相位器位置值和空气/燃油比来计算当前的迭代进气值。

再一方面，第二子模块确定当前的迭代进气值和先前迭代进气值之间的差值。当差值小于一个预定的阈值时，第二子模块输出最终迭代进气值。当该差值大于一个预定的阈值时，第二子模块更新迭代进气值。

从在此提供的说明可清楚了解更广泛的适用范围。需要明白的是，该说明和实施例的目的仅在于举例阐述而不是对本发明公开范围的限制。

附图说明

通过详细描述和附图本发明将被更充分地理解，其中：

图1是发动机系统的功能结构简图；

图2是根据本发明用于计算发动机系统燃油效率的控制模块的示意结构简图；

图3是根据本发明的进气计算模块的示意结构简图；和

图4是示出根据本发明的燃油效率控制所执行示意步骤的流程图。

具体实施方式

以下的说明实质上仅仅是示范而不是对其公开内容、应用或使用的限制。这里用到的术语模块或装置是指专用集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共享，专用，或集群)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器，组合逻辑电路，和/或其它提供所述功能的适当部件。

根据本发明的公开内容，发动机的燃油效率通过作为基于最佳功率输出值和估计功率输出值之间差值的发动机功率损耗的函数来计算。更确切地，该估计功率是在发动机稳定或稳态条件下基于当前发动机转速、发动机转矩和冷却剂温度值计算的。

现在参考图1，发动机系统10包括燃烧空气/燃油混合物以产生驱动转矩的发动机12。空气通过节气门16被吸入进气歧管14。节气门16控制进入进气歧管14的空气流。空气与燃油混合并在气缸18内燃烧来产生驱动转矩。虽然图示的是四个气缸，但可认识到发动机12可以包括额外的或更少的气缸18。例如，可设想到发动机具有2，3，5，6，8，10和12个气缸。

燃油喷射器(未示出)喷射燃油，该燃油与空气混合形成在气缸18内燃烧的空气/燃油混合物。燃油喷射系统20调节燃油喷射器以向每个气缸18提供期望的空燃比。进气门22选择性的打开和关闭，使空气/燃油混合物进入气缸18。进气门的位置由进气凸轮轴24调节。活塞(未示出)压缩气缸18内的空气/燃油混合物。燃烧后，排气门28选择性地打开和关闭，使废气排出气缸18。排气门的位置由排气凸轮轴30调节。活塞驱动曲轴(未示出)产生驱动转矩。曲轴利用正时链(未示出)旋转地驱动凸轮轴24，30从而控制进气和排气门22，28的正时。虽然示出了两个凸轮轴，但也可以只用一个。

发动机12可以包括进气凸轮相位器32和/或排气凸轮相位器34，其相对曲轴的旋转位置分别调节进气和排气凸轮轴24，30的旋转正时。更确切地，进气和排气凸轮相位器32，34的相位角可被延迟或提前以调节进气和排气凸轮轴24，30的旋转正时。

冷却剂温度传感器36响应循环通过发动机12的冷却剂的温度，并产生冷却剂温度信号37。大气压传感器38响应大气压力，并产生大气压信号39。发动机转速传感器42响应发动机转速，并输出发动机转速信号43。温度传感器44响应周围环境温度，并输出温度信号45。油温传感器46响应油温，并输出油温信号47。控制模块49根据各种传感器信号控制发动机系统10的工作。发动机控制模块49选择性地计算发动机系统10的功率损耗，并由此确定发动机的燃油效率。

现在参考图2，控制模块49的示范性实施例采用发动机转矩值(TORQ)、发动机转速值(RPM)、冷却剂温度值(COOL)、大气压值(BARO)、油温值(OT)和周围环境温度值(AMBT)作用输入以计算功率损耗。更确切地，TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT值可以是(但不限于)基于传感器36、38、42、44、46的信号确定的当前值。在可替换的结构中，TORQ、RPM、COOL、BARO、OT，和AMBT可以是由控制模块49确定来计算理论功率损耗的值。

控制模块49包括进气计算模块50、燃油质量流率计算模块52和功率损耗计算模块54。该进气计算模块50确定最终的每缸空气质量(APC_F)和/或最终质量空气流率(MAF_F)。更确切地，APC_F和MAF_F是基于相同的输入TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT。APC_F和MAF_F之间的关系如以下公式所示：

MAF_F＝APC_F×RPM×N×k_conv

其中N是发动机12的气缸18的数量，k_conv是基于单元换算确定的常数。为便于讨论，APC_F用于上下文中以进一步阐述本发明的内容。

燃油质量流率计算模块52基于APC_F、RPM和AF_IT确定燃油质量流率(M_f)。更确切地，M_f基于以下公式可得：

M_{f} = \frac{{APC}_{F} \times RPM}{k \times {AF}_{IT}}

常数k是个预定值，其可根据不同的发动机系统变化。AF_IT是计算的空燃比，其将在以下的进一步介绍中讨论。

功率损耗计算模块基于M_f、RPM和TORQ确定功率损耗值(PL)。更确切地，PL基于以下公式可得：

PL = [\frac{M_{f}}{M_{opt}} \times {TORQ}_{opt} \times {RPM}_{opt}] - [TORQ \times RPM]

TORQ_opt、RPM_opt和M_opt分别为最佳发动机转矩、最佳发动机转速和最佳燃油质量流率值，其可被选择以代表在一个参考冷却剂温度和一个参考大气压下的发动机的工作点。可选择地，TORQ_opt，RPM_opt和M_opt值可基于当前冷却剂温度(COOL)和当前大气压(BARO)从预存的查询表确定。也可利用对每个RPM不同的TORQ_opt和M_opt来估算功率损耗。更确切地，将RPM_opt设置成等于RPM，TORQ_opt和M_opt基于RPM从预存查询表中确定。

控制模块49的各种实施例可包括任何数量的模块。图2中所示的模块可被进一步合并和分割而不背离本发明的公开内容。

现在参考图3，计算模块50的示范性实施例包括初始计算APC子模块56、迭代APC计算子模块58、点火提前计算子模块60、凸轮相位器位置计算子模块62和空燃比计算子模块64。该初始APC计算子模块56输出基于TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT的初始APC(APC_IN)。例如，APC_IN可基于以下的逆模型转矩方程获得：

APC_IN＝T_APC ^-1(TORQ，RPM，COOL，S_IN，I_IN，E_IN，AF_IN，OT，BARO，T)

S_IN、I_IN、E_IN和AF_IN分别为点火提前、进气凸轮相位器位置、排气凸轮相位器位置和空燃比的初始值。S_IN、I_IN，、E_IN和AF_IN可以是预先确定作为TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT的函数形式存取的查询表数值。

该迭代APC计算子模块58确定迭代APC(APC_IT)直到发动机稳定，并向燃油质量流率计算模块52输出APC_F。更确切地，APC_IT可基于以下的逆模型转矩方程获得：

APC_IT＝T_APC ^-1(TORQ，RPM，COOL，S_IT，I_IT，E_IT，AF_IT，OT，BARO，T)

TORQ、RPM、COOL、OT、BARO和AMBT是各个传感器提供的当前值。S_IT、I_IT、E_IT和AF_IT分别为点火提前、进气凸轮相位器位置、排气凸轮相位器位置和空燃比的迭代值。当发动机稳定时，该迭代APC计算子模块58输出APCF。更确切地，当先前APC_IT和当前APC_IT的差值小于一个预定值时，发动机的稳定性被确定。APC_F被设定为等于当前APC_IT。点火提前计算子模块60基于当前APC_IT、RPM和COOL输出S_IT。凸轮相位器位置计算子模块62基于当前APC_IT、RPM和COOL输出I_IT和E_IT。AF比计算子模块64基于APC_IT、RPM和COOL输出AF_IT。

计算模块50的各种实施例可包括任何数量的子模块。图3中所示的子模块可被进一步合并和分割而不背离本发明的公开内容。

现在参考图4，计算功率损耗的示范性执行步骤将被详细描述。在步骤220中，控制确定APC_IN。在步骤230中，控制基于APC_IN或在前迭代APC(APC_IT(i-1))确定当前APC_IT(APC_IT(i)，其中i是时间级数)。更确切地，第一个迭代APC的计算是基于APC_IN，其后的迭代APC的计算是基于APC_IT(i-1)。

在步骤240中，控制确定APC_IT(i)和APC_IT(i-1)之间的差值(DIFF)。在步骤250中，控制确定DIFF是否小于一个预定的阀值(THR)。如果DIFF大于THR，该迭代算法被认为处于中间状态，控制循环返回步骤230。如果DIFF小于THR，该迭代算法被认为完成，控制进行步骤255中的输出APC_F。更确切地，APC_F设定为等于APC_F或者被设定为APC_IT(i)。在步骤260中，控制器基于APC_F、AF_IT和RPM值计算M_f。在步骤270中，控制器基于M_f、TORQ和RPM值计算功率损耗(PL)值，并且控制结束。控制随后可基于PL确定发动机的即时燃油效率。

与APC相对，可认识到本发明的公开能采用发动机质量空气流率(MAF)来实现。在这种情况下，APC可替换为采用确定的MAF。

还应预计到本发明的公开能进行修改从而在柴油发动机系统上实现。例如，在柴油发动机系统中的情况下，APC没有被确定。而是提供了主要基于燃油质量流率的发动机转矩模型。在这种情况下，该逆转矩模型提供了所需燃油质量流率的估计值。

本领域技术人员从前述的描述能够认识到本发明的公开内容的广义教导能通过多种形式实现。因此，虽然所述公开内容描述结合于一些特定例，但由于其他修改对于本领域技术人员来说根据以上附图，说明和随后的权利要求的研究是显然的，因此该公开内容的真实范围不该被限制于此。

Claims

1.一种用于确定内燃机燃油效率的燃油效率估计系统，包括：

确定最终进气值的第一模块；

基于所述最终进气值确定燃油质量流率值的第二模块；和

基于所述燃油质量流率值确定所述内燃机的功率损耗的第三模块，其中基于所述功率损耗确定所述内燃机的燃油效率。

2.如权利要求1所述的燃油效率估计系统，其中所述第一模块包括基于发动机转速值、发动机转矩值和发动机冷却剂温度值中至少一个而产生初始进气值的第一子模块。

3.如权利要求2所述的燃油效率估计系统，其中所述第一模块还包括基于所述发动机转速值、发动机转矩值和发动机冷却剂温度值中至少一个而输出当前迭代进气值的第二子模块。

4.如权利要求3所述的燃油效率估计系统，其中所述第一模块进一步包括：

确定点火提前值的第三子模块；

确定进气和排气凸轮相位器位置值的第四子模块；和

确定空燃比的第五子模块。

5.如权利要求4所述的燃油效率估计系统，其中所述点火提前值、所述进气和排气凸轮相位器位置值和所述空燃比是基于所述当前迭代进气值、所述发动机转速值和所述冷却剂温度值而计算的。

6.如权利要求5所述的燃油效率估计系统，其中所述第二子模块基于所述点火提前值、所述进气和排气凸轮相位器位置值和所述空燃比值计算当前迭代进气值。

7.如权利要求3所述的燃油效率估计系统，其中所述第二子模块确定所述当前迭代进气值和先前迭代进气值之间的差值。

8.如权利要求7所述的燃油效率估计系统，其中当所述差值小于预定阈值时，所述第二子模块输出最终迭代进气值。

9.如权利要求7所述的燃油效率估计系统，其中当所述差值大于所述预定阈值时，所述第二子模块更新所述迭代进气值。

10.一种确定内然机燃油效率的方法，包括：

确定最终进气值；

基于所述最终进气值确定燃油质量流率值；

基于所述燃油质量流率值计算所述内燃机的功率损耗；和

基于所述功率损耗确定燃油效率。

11.如权利要求10所述的方法，进一步包括基于发动机转速值、发动机转矩值和发动机冷却剂温度值中至少一个确定初始进气值。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括基于所述发动机转速值、所述发动机转矩值和所述发动机冷却剂温度值中至少一个确定当前迭代进气值。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：

确定点火提前值；

确定进气和排气凸轮相位器位置值；和

确定空燃比。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述点火提前值、所述进气和排气凸轮相位器位置值和所述空燃比是基于所述当前迭代进气值、所述发动机转速值和所述冷却剂温度值来计算的。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述当前迭代进气值基于所述点火提前值、所述进气和排气凸轮相位器位置值和所述空燃比值中至少之一。

16.如权利要求12所述的方法，进一步包括确定所述当前迭代进气值和先前迭代进气值之间的差值。

17.如权利要求16所述的方法，其中如果所述差值小于预定阈值，所述最终迭代进气值等于所述当前迭代进气值。

18.如权利要求16所述的方法，其中如果所述差值大于所述预定阈值，所述当前迭代进气值被更新。