CN101429900A - 用于控制柴油发动机的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

通过一种用于控制柴油发动机的方法，可以在涡轮增压器的上游一侧没有废气温度传感器的情况下稳定地控制柴油发动机，该方法包括：检测发动机速度；检测或估计兰姆达信号；通过使用兰姆达传感器信号和废气温度之间的关系来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度；确定该估计的废气温度是否超过预定的第一参考值；以及在该估计的废气温度超过该第一参考值的时候对发动机输出功率和CPF的再生进行限制。

Description

用于控制柴油发动机的方法和设备
与相关申请的相互参照
本申请要求于2007年11月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2007-0113221号的优先权和权益，上述申请的全部内容合并于此以作参考。
技术领域
本发明涉及柴油发动机。更加具体地说，本发明涉及用于控制装备有涡轮增压器的柴油发动机的方法和设备。
背景技术
为了增大发动机的输出功率、降低排放或者改善燃油消耗，可以为柴油发动机配备涡轮增压器。
当涡轮增压器过热的时候，用于润滑和冷却涡轮增压器的油可能会着火。
柴油发动机在燃油消耗和输出扭矩上显示出优点，但在废气中其显示出缺点。也就是说，虽然柴油发动机产生更少的一氧化碳CO和碳氢化合物HC，但因为由其高压缩比所导致的燃烧室的高温，它产生更多的氮氧化物(典型地，称为NOx)和颗粒物质。
典型地，能够通过燃烧控制来减少颗粒物质。然而，存在一个两难问题，即用于减少NOx的排放控制方案可能导致颗粒物质的增加，而用于减少颗粒物质的排放控制方案可能导致NOx的增加。因此，同时减少NOx和颗粒物质是非常困难的。
通常，柴油发动机具有用于减少颗粒物质的柴油催化颗粒过滤器(CPF)。
CPF收集由发动机排放的颗粒物质，当收集到超过预定量的颗粒物质时，通过使用后喷射(post-injection)增大废气(exhaust gas)使得在CPF中收集的颗粒物质燃烧，来使CPF再生(regenerate)。
另一方面，柴油发动机典型地具有在涡轮增压器的上游一侧感测废气温度的废气温度传感器。这种废气温度检测对于防止涡轮增压器过热、限制废气温度和防止CPF过热都是有用的。
另外，出于控制EGR和调节燃油喷射的目的，在涡轮增压器的下游一侧典型地具有兰姆达(lambda)传感器以测量空燃比(air/fuelratio)。
因此，基于位于涡轮增压器的上游和下游一侧的废气温度传感器和兰姆达传感器所获得的数据，发动机控制单元(ECU)控制燃油喷射和后喷射。
位于涡轮增压器的上游一侧的废气温度传感器可能具有非常短的使用寿命(lift time)并且可能容易发生故障，因为它总是受到非常热的废气的影响并且它可能容易聚集颗粒物质。在废气温度传感器发生故障的情况下，废气温度可能不受控制，从而使得涡轮增压器可能过热而着火，并且可能不能适当地控制CPF的再生。
此外，废气温度传感器在涡轮增压器的上游一侧的这种应用增加了总的工作程序，并从而降低了制造车辆的生产率。
最近，对于不使废气温度传感器而替代性地使用一种方法来估计废气温度进行了一些研究。
例如，日本专利提前公开第2005-351106号揭示出废气温度能够通过空燃比传感器的发热器电阻(heater resistance)来测量。
另外，日本专利提前公开第2006-161625号揭示出废气温度能够基于兰姆达传感器的阻抗和安装在其中的发热器的发热量来估计。
另外，日本专利提前公开第1997-049448号揭示出废气温度能够基于进气量和目标空燃比来估计。
在背景技术这个部分中所揭示的以上信息仅用来增强对本发明背景技术的理解，因此，可能包含这样的信息：该信息并未构成已经被本国本领域普通技术人员所知的现有技术。
发明内容
本发明致力于提供一种用于控制柴油发动机的方法和设备，其优点在于稳定地控制柴油发动机，包括在涡轮增压器的上游一侧没有废气温度传感器而稳定地控制CPF的再生。
本发明的一个例示性实施方案提供一种用于控制柴油发动机的方法，包括：检测发动机速度；检测兰姆达信号；通过使用兰姆达传感器信号和废气温度之间的关系来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度；确定估计的废气温度是否超过预定的第一参考值；以及在估计的废气温度超过第一参考值的时候对发动机输出功率和CPF的再生进行限制。
该方法可以进一步包括：检测估计的废气温度是否低于预定的第二参考值；以及在估计的废气温度低于预定的第二参考值的时候解除对发动机输出功率的限制和CPF再生的中断。
第一参考值可以大于第二参考值。
第一参考值可以为大约800℃，而第二参考值可以为大约750℃。
本发明的另一例示性实施方案提供一种用于控制柴油发动机的方法，包括：检测发动机速度；估计兰姆达信号；通过使用兰姆达传感器信号和废气温度之间的关系来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度；确定估计的废气温度是否超过预定的第一参考值；以及在估计的废气温度超过第一参考值的时候对发动机输出功率和CPF的再生进行限制。
该方法可以进一步包括：检测估计的废气温度是否低于预定的第二参考值；以及在估计的废气温度低于预定的第二参考值的时候解除对发动机输出功率的限制和CPF再生的中断。
在对兰姆达信号的估计中，可以检测进气量并且可以基于检测的进气量来估计兰姆达信号。
第一参考值可以大于第二参考值。
第一参考值可以为大约800℃，而第二参考值可以为大约750℃。
本发明的一个例示性实施方案提供一种用于控制柴油发动机的设备，包括：检测发动机速度的发动机速度传感器；检测涡轮增压器的下游一侧的空燃比的兰姆达传感器；检测吸入燃烧室的进气量的气流传感器；将燃油喷射进入燃烧室的喷射器；以及基于来自发动机速度传感器、兰姆达传感器和气流传感器的信号来控制喷射器的发动机控制单元，其中发动机控制单元执行包括指令的程序，用于根据一个例示性实施方案使用上述方法来控制柴油发动机。
根据一个例示性实施方案，在柴油发动机涡轮增压器的上游一侧没有废气温度传感器的情况下，也可以稳定地控制燃油喷射、空气量和废气温度。
附图说明
图1显示根据本发明例示性实施方案的用于控制柴油发动机的设备的方块图。
图2显示根据本发明例示性实施方案的兰姆达传感器正确工作情况下的用于控制柴油发动机的方法的流程图。
图3显示根据本发明例示性实施方案的兰姆达传感器出现故障情况下的用于控制柴油发动机的方法的流程图。
图4显示柴油发动机的兰姆达传感器值和废气温度值之间的关系。
<在附图中表示主要元件的附图标记的描述>
101：发动机速度传感器   102：兰姆达传感器
103：气流传感器         104：发动机控制单元(ECU)
105：喷射器
具体实施方式
在以下具体描述中，仅仅简单地通过说明的方式显示和描述了本发明的某些例示性实施方案。
本领域技术人员会意识到，可以以各种不同的方式对描述的实施方案进行修改，所有这些都不背离本发明的精神或范围。
因此，附图和描述都应被看作是本质上的说明而不是限制性的。在整个申请文件中同样的附图标记表示同样的元件。
图1显示根据本发明例示性实施方案的用于控制柴油发动机的设备的方块图。
如图1中所示，根据本发明例示性实施方案的用于控制柴油发动机的设备包括发动机速度传感器101、兰姆达传感器102、气流传感器103、发动机控制单元(ECU)104和喷射器105。
发动机速度传感器101检测发动机的转速，它也可以被认为是检测曲柄轴角位置的曲柄位置传感器(CPS)，或者检测凸轮轴角位置的凸轮角度传感器(CAS)。ECU 104接收来自发动机速度传感器101的信号并且根据该信号计算发动机速度。
兰姆达传感器102被布置在涡轮增压器的下游一侧，并检测废气的氧浓度(即，空燃比)。兰姆达传感器102将关于检测的空燃比的信号(在下文中称为兰姆达信号)提供给ECU 104。
气流传感器103检测吸入发动机燃烧室的空气量，并将关于检测的空气量的信号提供给ECU 104。
ECU 104通过使用取决于发动机速度的兰姆达信号和废气温度之间的关系来估计涡轮增压器下游一侧的废气温度。兰姆达信号和废气温度之间的关系是根据实验获得的并且作为每一发动机速度的映射表预设在ECU 104中。ECU 104基于估计的废气温度来控制燃油喷射量、吸入燃烧室的空气量和CPF的再生。
另外，ECU 104确定兰姆达传感器102是否出现故障。在兰姆达传感器102出现故障的情况下，ECU 104基于空气量和燃油喷射量估计兰姆达信号，然后ECU 104使用估计的兰姆达信号而并非实际上测量从兰姆达传感器接收的兰姆达信号。
喷射器105根据来自ECU 104的控制信号将燃油喷射进入燃烧室。
以下将以附图为参考，具体描述根据本发明例示性实施方案的用于控制柴油发动机的方法。
首先，以图2为参考，具体描述根据本发明例示性实施方案的兰姆达传感器正确工作情况下的用于控制柴油发动机的方法。
当柴油发动机在步骤S101中运行时，ECU 104在步骤S102中通过发动机速度传感器101检测当前发动机速度，并且在步骤S103中通过兰姆达传感器102检测空燃比。
接下来在步骤S104中，ECU 104基于通过发动机速度传感器101检测的发动机速度和通过兰姆达传感器102检测的空燃比来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度。
典型地，涡轮增压器的上游一侧和下游一侧之间的热关系写成如下公式1和2。
(公式1)
ΔQ＝Cw×Δmair amount×ΔT3
(公式2)
ΔQ＝QLHV×Δmfuel amount
在上述公式1和公式2中，Cw表示流体的比热[焦耳/克/°K]，Δmair amount表示吸入燃烧室的空气量[克]，ΔT3表示涡轮增压器的上游一侧和下游一侧之间的温度变化，而QLHV表示较低发热量。
从上述公式1和2中得出如下公式3。
(公式3)
ΔT3＝[QLHV×Δmfuel amount]/[Cw×Δmair amount]＝(QLHV/Cw)×(1/λ)
这里，λ表示空燃比。
从公式3中可以看出，涡轮增压器的上游一侧和下游一侧之间的温度变化与空燃比(即兰姆达值λ)的倒数值成比例。
图4是显示废气温度变化和兰姆达信号之间的关系的曲线图，图示为1.5升柴油发动机4,000rpm的发动机速度。
从图4的曲线图中可以看出，随着增压压力、进气温度和喷射量的改变，兰姆达信号和涡轮增压器的上游一侧和下游一侧之间的温度变化成反比，尽管这种关系可能根据发动机速度而改变。这种反比例关系是根据实验获得的并且作为映射表预设在ECU 104中。
因此，通过使用根据发动机速度的预设映射表，ECU 104可以基于当前发动机速度和来自兰姆达传感器102的兰姆达信号来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度。
当在步骤S104中估计涡轮增压器上游一侧的废气温度的时候，ECU 104在步骤S105中确定估计的废气温度是否超过预定的第一参考温度，例如800℃。
当涡轮增压器上游一侧的估计废气温度超过第一参考温度的时候，ECU 104在步骤S106中确定废气温度过高。
然后，ECU 104在步骤S107中限制喷射器105的燃油喷射量，从而可以限制发动机的输出功率并且可以降低涡轮增压器的负载。
与此同时，ECU 104在步骤S108中通过后喷射停止CPF的再生，并且ECU 104在步骤S109中通过启动气流控制阀(未示出)来限制吸入燃烧室的空气量。
此后，ECU 104在步骤S110中确定涡轮增压器上游一侧的估计废气温度是否低于预定的第二参考温度，例如750℃。
当涡轮增压器上游一侧的废气温度不低于预定的第二参考温度的时候，程序返回至步骤S107，从而使得可以执行步骤S107、S108和S109直到废气温度变得低于预定的第二参考温度。
当涡轮增压器上游一侧的废气温度低于第二参考温度的时候，ECU 104在步骤S111中确定废气温度已经变得稳定。
因此，ECU 104在步骤S112中解除对燃油喷射量的限制并且还在步骤S113中解除对空气量的限制。然后，ECU 104通过在步骤S114中重新开始后喷射来重新开始CPF的再生。
在上述描述中，该方法是结合兰姆达传感器正确工作的情况下描述的。在下文中，将以图3为参考具体描述在兰姆达传感器102出现故障的情况下的方法。
可以通过本领域普通技术人员已知的传统方法来确定兰姆达传感器102的故障。例如，如果从兰姆达传感器102没有获得信号，或者从兰姆达传感器102获得超出预定范围的信号，则可以认为兰姆达传感器102出现故障。
当检测到兰姆达传感器102的故障的时候，ECU 104进入跛行回家(limp-home)模式，并执行如下程序。如下程序与上述以图2为参考的程序相对应。针对兰姆达传感器102的故障的如下程序与兰姆达传感器正确工作的情况的不同之处在于，基于进气量来估计兰姆达信号(相当于空燃比)，而在步骤S103中兰姆达信号是通过兰姆达传感器102直接检测的。
当柴油发动机在步骤S201中运行时，ECU 104在步骤S202中通过发动机速度传感器101检测当前发动机速度。然后在步骤S203中，ECU 104通过气流传感器103检测吸入燃烧室的空气量，并且基于ECU104当前驱动喷射器105的空气量和燃油量来估计兰姆达值。
接下来在步骤S204中，ECU 104基于通过发动机速度传感器101检测的发动机速度和估计的空燃比来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度。
然后，在步骤S205中，ECU 104确定估计的废气温度是否超过预定的第一参考温度，例如800℃。
当涡轮增压器上游一侧的估计废气温度超过第一参考温度的时候，ECU 104在步骤S206中确定废气温度过高。
然后，ECU 104在步骤S207中限制喷射器105的燃油喷射量，从而可以限制发动机的输出功率并且可以降低涡轮增压器的负载。
与此同时，ECU 104在步骤S208中通过后喷射停止CPF的再生，并且ECU 104在步骤S209中通过启动气流控制阀(未示出)来限制吸入燃烧室的空气量。
此后，ECU 104在步骤S210中确定涡轮增压器上游一侧的估计废气温度是否低于预定的第二参考温度，例如750℃。
当涡轮增压器上游一侧的废气温度不低于预定的第二参考温度的时候，程序返回至步骤S207，从而使得可以执行步骤S207、S208和S209直到废气温度变得低于预定的第二参考温度。
当涡轮增压器上游一侧的废气温度低于第二参考温度的时候，ECU 104在步骤S211中确定废气温度已经变得稳定。
因此，ECU 104在步骤S212中解除对燃油喷射的限制并且还在步骤S213中解除对空气量的限制。然后，ECU 104通过在步骤S214中重新开始后喷射来重新开始CPF的再生。
ECU 104可以通过预定程序启动的一个或多个处理器来实现，而该预定程序可以被编制为执行根据本发明实施方案的方法的每一步骤。
虽然已经通过结合当前认为是实用的例示性实施方案来描述了本发明，但应该认识到的是，本发明并不是仅仅限制于所揭示的实施方案；相反地，本发明意在覆盖包括在所附的权利要求的精神和范畴之内的不同修改和等价形式。

Claims (18)

1、一种用于控制柴油发动机的方法，包括：
检测发动机速度；
检测兰姆达信号；
通过使用兰姆达传感器信号和废气温度之间的关系来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度；
确定该估计的废气温度是否超过预定的第一参考值；以及
在该估计的废气温度超过该第一参考值的时候对发动机输出功率和CPF的再生进行限制。
2、如权利要求1所述的方法，进一步包括：
检测该估计的废气温度是否低于预定的第二参考值；以及
在该估计的废气温度低于该预定的第二参考值的时候解除对发动机输出功率的限制和CPF再生的中断。
3、如权利要求2所述的方法，其中该第一参考值大于该第二参考值。
4、如权利要求3所述的方法，其中该第一参考值为大约800℃，而该第二参考值为大约750℃。
5、一种用于控制柴油发动机的方法，包括：
检测发动机速度；
估计兰姆达信号；
通过使用兰姆达传感器信号和废气温度之间的关系来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度；
确定该估计的废气温度是否超过预定的第一参考值；以及
在该估计的废气温度超过该第一参考值的时候对发动机输出功率和CPF的再生进行限制。
6、如权利要求5所述的方法，进一步包括：
检测该估计的废气温度是否低于预定的第二参考值；以及
在该估计的废气温度低于该预定的第二参考值的时候解除对发动机输出功率的限制和CPF再生的中断。
7、如权利要求6所述的方法，其中，在对该兰姆达信号的估计中，检测进气量并且基于该检测的进气量来估计该兰姆达信号。
8、如权利要求6所述的方法，其中该第一参考值大于该第二参考值。
9、如权利要求8所述的方法，其中该第一参考值为大约800℃，而该第二参考值为大约750℃。
10、一种用于控制柴油发动机的设备，包括：
检测发动机速度的发动机速度传感器；
检测涡轮增压器的下游一侧的空燃比的兰姆达传感器；
检测吸入燃烧室的进气量的气流传感器；
将燃油喷射进入该燃烧室的喷射器；以及
基于来自该发动机速度传感器、该兰姆达传感器和该气流传感器的信号来控制该喷射器的发动机控制单元，
其中该发动机控制单元执行包括指令的程序，用于：
检测发动机速度；
检测兰姆达信号；
通过使用兰姆达传感器信号和废气温度之间的关系来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度；
确定该估计的废气温度是否超过预定的第一参考值；以及
在该估计的废气温度超过该第一参考值的时候对发动机输出功率和CPF的再生进行限制。
11、如权利要求10所述的设备，其中程序进一步包括指令，用于：
检测该估计的废气温度是否低于预定的第二参考值；以及
在该估计的废气温度低于该预定的第二参考值的时候解除对发动机输出功率的限制和CPF再生的中断。
12、如权利要求11所述的设备，其中该第一参考值大于该第二参考值。
13、如权利要求12所述的设备，其中该第一参考值为大约800℃，而该第二参考值为大约750℃。
14、一种用于控制柴油发动机的设备，包括：
检测发动机速度的发动机速度传感器；
检测涡轮增压器的下游一侧的空燃比的兰姆达传感器；
检测吸入燃烧室的进气量的气流传感器；
将燃油喷射进入该燃烧室的喷射器；以及
基于来自该发动机速度传感器、该兰姆达传感器和该气流传感器的信号来控制喷射器的发动机控制单元，
其中该发动机控制单元执行包括指令的程序，用于：
检测发动机速度；
估计兰姆达信号；
通过使用兰姆达传感器信号和废气温度之间的关系来估计涡轮增压器上游一侧的废气温度；
确定该估计的废气温度是否超过预定的第一参考值；以及
在该估计的废气温度超过该第一参考值的时候对发动机输出功率和CPF的再生进行限制。
15、如权利要求14所述的设备，其中程序进一步包括指令，用于：
检测该估计的废气温度是否低于预定的第二参考值；以及
在该估计的废气温度低于该预定的第二参考值的时候解除对发动机输出功率的限制和CPF再生的中断。
16、如权利要求15所述的设备，其中，在对该兰姆达信号的估计中，检测进气量并且基于该检测的进气量来估计该兰姆达信号。
17、如权利要求15所述的设备，其中该第一参考值大于该第二参考值。
18、如权利要求17所述的设备，其中该第一参考值为大约800℃，而该第二参考值为大约750℃。
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