CN101117922A - 内燃机以及用于内燃机的修改废气再循环的方法 - Google Patents

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Abstract

由一控制器(22)处理发动机速度数据N和发动机加燃料数据NFDES，该控制器将燃料过渡过程数据MFDES TRANSIENT和速度为基础的修饰因子数据EGRN TRANS MULT相乘(28)，以产生速度为基础的加燃料过渡数据。然后，按照将一加燃料过渡过程的修饰因子的诸数值与速度为基础的加燃料过渡过程数据的诸数值相关联以产生废气再循环修饰因子数据的一函数来处理速度为基础的加燃料过渡过程数据。将废气再循环修饰因子数据和基本的废料再循环数据相乘(34)以产生修改的废气再循环数据，以及按照修改的废气再循环数据使废气再循环。利用发动机速度作为在加燃料过渡过程中应该修改基本的EGR速率到达的程度的一决定因素能够在某些速度范围内较好地控制某些废气排放。

Description

内燃机以及用于内燃机的修改废气再循环的方法
本申请是申请日为2003年12月8日、申请号为200380105151.3(PCT/US03/38864)、申请人为万国引擎知识产权有限责任公司、题为“对加燃料过渡过程中废气再循环的以发动机速度为基础的改进”的中国专利申请的分案申请
技术领域
本发明涉及用于推动机动车辆的内燃机。具体说，本发明涉及特别是在加燃料的过渡过程中的废气再循环控制。
背景技术
于2002年6月11日递交的美国专利6,401,700揭示了在加燃料的过渡过程中改进废气再循环(EGR)的发动机控制系统。从利用当时的发动机速度和当时的发动机加燃料的图形或表格得到基本的EGR速率。在加燃料的过渡过程中，由一EGR过渡乘数(transient multiplier)修改基本的EGR速率，利用修改的基本的EGR速率代替基本的EGR速率，以控制废气通过其再循环的EGR阀。由加燃料过渡过程的特性，例如过渡过程的严重程度来确定EGR过渡乘数。
发明内容
本发明涉及在加燃料过渡过程中在EGR控制方面的改进。不是仅仅利用加燃料过渡特性确定应该如何在过渡期间修改多少基本的EGR速率，本发明引入发动机速度作为附加因素。也通过使用发动机速度作为在加燃料过渡时间应该修改基本的EGR速率到达程度的一决定因素，可以获得在某些速度范围内某些废物排放的较好控制。尤其是，当某加燃料过渡过程中不是有效地修改基本的EGR速率以致引起增大的另一些废气排放产物的产生时，本发明能够阻止在某些发动机速度下修改基本的EGR速率，而没有某些废气排放产物方面的显著的有害后果。
在一特定的柴油发动机中的本发明的一具体例子在过渡过程中阻止修改基本的EGR速率，在不将发动机速度作为一因素的情况下，当发动机速度在这例子中超过所选速度2000转/分时，会修改基本的EGR速率。在该柴油发动机中，当发动机以相对较高速度运动时阻止修改基本的EGR速率的能力能够减少产生氮的氧化物(NOx)，并在产生烟气方面没有显著的影响。
本发明的原理比刚刚给出的例子包含更多的内容。不只需要一个速度阈值，在该速度阈值之上或之下，会在加燃料过渡过程中抑制基本的EGR速率。相反，凡是在加燃料过渡过程中发动机速度落在一个或多个限定的速度“窗口”内都能够抑制该速率，但是在其它情况下，在加燃料过渡过程中不对其抑制。这方面的一例子是它包括在2000-2400转/分钟的一窗口和在2600-2800转/分钟的一窗口，以致当发动机在其中一个窗口内的一速度运行时发生加燃料过渡过程，将抑制基本的EGR速率，但是如果在发生加燃料过渡过程中发动机在任何其它速度下运行，那么将不抑制基本的EGR速率。
因此，本发明的一基本方面涉及一种包括一控制系统的内燃机，该控制系统包括一处理器，用于处理各种数据以产生控制发动机加燃料和废气再循环的数据。该处理器按照一函数处理发动机速度数据和发动机加燃料数据，该函数将基本的废气再循环的数据与发动机速度和发动机加燃料的数据相关联，以产生基本的废气再循环数据。该处理器按照一函数处理发动机速度数据，该函数将一速度为基础的修饰因子(speed-based modifier)的诸数值与诸发动机速度值相关联，以产生速度为基础的修改因子数据，以及也处理发动机加燃料数据，以产生加燃料过渡过程数据。处理器还处理加燃料过渡过程数据和速度为基础的修饰因子数据，以产生速度为基础的加燃料过渡过程数据，按照一函数处理速度为基础的加燃料过渡过程数据，该函数将加燃料过渡过程修饰因子(fueling transient modifier)的数值与速度为基础的加燃料过渡过程数据的数值相关联，以产生废气再循环修饰因子数据，以及处理废气再循环修饰因子数据和基本的废气再循环数据，以产生修改的废气再循环数据，然后处理器按照修改的废气再循环数据使废气再循环。
本发明的另一基本方面涉及用于修改在内燃机内、在加燃料过渡过程中的废气循环的方法。该方法包括：a)一函数处理发动机速度数据和发动机加燃料数据，该函数将基本的废气再循环的数值与发动机速度和发动机加燃料的数值相关联，以产生基本的废气再循环数据；b)按照一函数处理发动机速率数据，该函数将速度为基础的修饰因子的数值与发动机速度的数值相关联，以产生速度为基础的修饰因子数据；c)处理发动机加燃料数据，以产生加燃料过渡过程数据；d)处理加燃料过渡过程数据和速度为基础的修饰因子数据，以产生速度为基础的加燃料过渡过程数据；e)按照一函数处理速度为基础的加燃料过渡过程数据，该函数将加燃料过渡过程修饰因子的数值与加燃料过渡过程数据的数值相关联，以产生废气再循环修饰因子数据；f)处理废气再循环修饰因子数据和基本的废气再循环数据，以产生修改的废气再循环数据；以及，g)按照修改的废气再循环数据使废气再循环。
再一基本方面涉及一包括一控制系统的内燃机，该控制系统包括一用于处理多种数据以产生关于控制发动机加燃料和废气再循环的数据的处理器，以及，涉及一种相应的方法。该处理器a)处理当时的发动机速度数据和当时的发动机加燃料数据，以产生与当时的发动机速度和当时的发动机加燃料相关联的基本的废气再循环数据，b)处理当时的发动机加燃料数据和当时的发动机速度数据，以识别要求修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程和c)当发动机速度处于所选的速度范围内、并且处理发动机加燃料数据和发动机速度数据揭示了要求修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程时，用废气再循环修饰因子数据修改基本的废气再循环数据，以产生修改的废气再循环数据，并使修改的废气再循环数据控制废气再循环，以及d)当发动机速度是在另一个所选的速度范围内、并且处理发动机加燃料数据和发动机速度数据揭示了否则会要求修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程时，阻止用废气再循环修饰因子数据修改基本的废气再循环数据，并使基本的废气再循环数据控制废气再循环。
从以下被认为是用于执行本发明的最佳方式的本发明的目前较佳实施例的揭示内容中会理解本发明的上述的和进一步的特征和优点。这说明书包括如以下简要叙述的诸附图。
附图说明
图1是按照本发明原理的一示例性的内燃机的大体上的示意图。
图2是体现本发明原理的发动机控制过程的一部分的示意图。
图3A和3B是第一曲线图的第一和第二部分，以及图3C和3D是第二曲线图的第一和第二部分，用于说明本发明的原理。
图4A和4B是用于说明本发明的原理的第三曲线图的第一和第二部分。
具体实施方式
图1示出了一示例性的内燃机10，它具有通过其用于燃烧的空气进入发动机的进气系统12和通过其燃烧产生的废气从发动机排出的排气系统14。举例来说，发动机10是具有缸体16的柴油机，由燃料注射器18将燃料注入缸体内，以与通过进气系统12引入的充入空气形成混合物，由缸体内往复运动活塞19加压时燃烧该混合物，以对发动机提供动力。燃烧产生的废气通过排气系统14排出，但是常常废气的某些部分通过废气再循环(EGR)系统被再循环，该系统包括处于发动机控制系统22的控制之下的ERG阀20。发动机控制系统处理多种数据，以控制通过阀20的废气流动速率。
按照本发明的原理，控制系统22包括一个或多个处理器，用于按照尤其如图2所示的控制过程24处理包括发动机速度数据N和发动机加燃料数据MFDES的多种数据。该过程包括按照函数FN_EGR_N_TRANS_MULT(标号26)处理发动机速度数据N。函数26可以是查阅表或图，它包括与发动机速度N相关联的速度为基础的修饰因子EGR_N_TRANS_MULT。随着该过程进展，通过函数26提供了对应于当时的发动机速度N的、以速度为基础的修饰因子EGR_N_TRANS_MULT的数值，供乘法函数(multiplication fuction)28使用。乘法函数28将由函数26提供的速度为基础的修饰因子数值EGR_N_TRANS_MULT与系数MFDES TRANSIENT相乘。
通过加燃料数据MFDES的处理(标号30)确定了系数MFDES的数值。该处理进展得很快，足以精确地测定要得到的发动机加燃料的变化速度，以及，它是用于识别如在发动机加速期间发生的加燃料过渡过程的变化速率。
然后，按照函数FN_EGR_MF_TRANS_MULT(标号32)处理来自乘法函数28的乘积。函数32可以是包含与关于加燃料过渡过程MFDES TRANSIENT的数值相关联的速度为基础的加燃料过渡过程修饰因子EGR_MF_TRANS_MULT的数值的查阅表或图。随着该过程的进展，通过函数32提供了对应于计算出的加燃料过渡过程的、以速度为基础的加燃料过渡过程修饰因子EGR_N_TRANS_MULT的数值，供乘法函数34使用。函数34将所提供的速度为基础的加燃料过渡过程修饰因子EGR_N_TRANS_MULT的值与在当时的发动机速度N和当时的发动机加燃料MFDES的基础上确定的基本的EGR速度的数值相乘。基本的EGR速率通常在当时的速度和当时的加燃料的状态下发动机稳定操作状态时预定的，以及可以按任何适当的方式产生，例如通过阅读查阅表，如在参考专利中那样、或者通过较复杂的技术。修改的和基本的EGR速率的实际数值可以代表阀20的一阀件的位置，这样，对于普通的发动机状态将达到所需的EGR速率。
因此，所提供的修改实际上用于调节关于发生在当时的速度和当时的加燃料状态附近的过渡状态的基本上稳定状态的EGR速率。
下列例子示出了控制过程的显著优越性。通过对于在超出某所述速度、例如2000转/分钟的一范围内的发动机速度使速度为基础的加燃料过渡修饰因子EGR_MF_TRANS_MULT具有零数值，对于在该范围的发动机速度，MFDES_TRANSIENT的数值将总是被零乘。通过每当来自乘法函数28的乘积具有零的数值时都使函数32提供一个为1的数值，基本的EGR速率将被1乘，即每当发动机速度处在超出所选速度的该范围内时，都不变化。通过每当来自乘法函数28的乘积具有非零的数值时都使函数32提供一个除1之外的数值，对于加燃料的过渡过程将调节基本的EGR速率。在这例子中该调节发生在所选速度2000转/分钟之下的一速度范围内。
由于在发动机速度超过所选的速度例如2000转/分钟时不使发动机速度作为一因数的加燃料过渡过程会修改基本的EGR速度，因此本发明能够防止修改基本的EGR。在柴油发动机中，这能够减少所产生的氮化物(NOx)，而加速期间在产生烟气方面没有显著的影响。
通过参照图3A、3B、3C、3D、4A和4B的曲线图的例子显示出本发明的效果，这些图是从HOT FTP排放周期的600秒标记至900秒标记得到的。由美国环境保护局为过渡过程的废气排放试验规定了该周期和将该周期执行为在发动机测力计上的1200秒试验。图3A、3C和4A从600秒标记跨越至750秒标记，而其它三张图从750秒标记跨越至900秒标记。所有六张图都示出了在经过600秒之后迅速加速的、作为时间的函数的一车辆内发动机的速度曲线40。当然也可以就在经过900秒时间之前发动机加速并达到从约2100转/分钟到约2700转/分钟(公路速度)的速度范围。
在图3A和3B中的另一曲线42示出在本发明的控制过程不工作时阀20打开的程度，同时在图3C和3D中的第三曲线43示出了本发明的控制过程工作时阀20打开的程度。比较曲线42和43揭示出：本发明的控制过程进行时，比不进行时，阀20显著地保持着打开状态。
图4A和4B示出了代表本发明控制过程进行时、为时间函数的(NOx)产生速率的曲线44，以及本发明控制过程不进行时的曲线46。经比较揭示：在所示的时间间隔内、由各曲线之下的面积所代表的所产生的(NOx)总量，在本发明的控制过程工作时是较少的。
虽然已示出和叙述了本发明的目前较佳实施例，但是应该理解本发明的原理应用到落在以下权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (4)

1.一种内燃机，它包括：
一包括一处理器的控制系统，该处理器用于处理多种数据以产生用于控制发动机加燃料和废气再循环的数据，在处理器中：
a)处理当时的发动机速度数据和当时的发动机加燃料数据，以产生与当时的发动机速度和当时的发动机加燃料相关联的基本的废气再循环数据，
b)处理当时的发动机加燃料数据和当时的发动机速度数据，以识别要求修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程，以及
c)当发动机速度处于所选速度范围内、并且处理发动机加燃料数据和发动机速度数据揭示了一需要修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程时，用废气再循环修饰因子数据修改基本的废气再循环数据，以产生修改的废气再循环数据，以及使修改的废气再循环数据控制废气再循环，以及
d)当发动机速度处于另一所选速度范围内、并且处理发动机加燃料数据和发动机速度数据揭示了否则会需要修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程时，阻止用废气再循环修饰因子数据修改基本的废气再循环数据，而代之以使基本的废气再循环数据控制废气再循环。
2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于：另一所选速度范围包括比在该所选速度范围内的速度更快的速度。
3.一种用于内燃机内在加燃料过渡过程中修改废气再循环的方法，该方法包括：
a)处理当时的发动机速度数据和当时的发动机加燃料数据，以产生与当时的发动机速度和当时的发动机加燃料相关联的基本的废气再循环数据，
b)处理当时的发动机加燃料数据和当时的发动机速度数据，以区分要求修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程，以及
c)当发动机速度处于所选速度范围内、并且处理发动机加燃料数据和发动机速度数据揭示了一需要修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程时，用废气再循环修饰因子数据修改基本的废气再循环数据，以产生修改的废气再循环数据，以及使修改的废气再循环数据控制废气再循环，以及
d)当发动机速度处于另一所选速度范围内、并且处理发动机加燃料数据和发动机速度数据揭示了一否则会需要修改基本的废气再循环数据的加燃料过渡过程时，阻止用废气再循环修饰因子数据修改基本的废气再循环数据，而代之以使基本的废气再循环数据控制废气再循环。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：另一所选速度范围包括比在该所选速度范围内的速度更快的速度。
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