CN101479463B - 同时的egr校正和单独气缸燃烧相位平衡 - Google Patents

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Abstract

内燃机构造成带有燃烧室压力感测装置和排气再循环装置。燃料喷射正时基于燃烧定相调节，且排气再循环基于平均燃料喷射正时调节而控制。

Description

同时的EGR校正和单独气缸燃烧相位平衡 
技术领域
本发明涉及内燃机。更具体地，本发明涉及排气再循环(EGR)控制和单独气缸定相。 
背景技术
现代柴油和汽油内燃(IC)机使用大量的EGR来降低氮氧化物(通常称为NOx)的排放。在一些柴油机应用中，所实现的EGR水平更重要，因为不能实现需要的EGR水平可能导致不稳定性问题，尤其是在非常规或特殊燃烧模式中，例如预混合充气压缩点火(PCCI)。某些其它的燃烧模式，例如，受控的自动点火，也对EGR浓度具有更大的敏感性。 
通过对EGR阀位置使用闭环控制系统，可以实现特定水平的EGR，其中闭环系统的设定点按照空气质量流量(MAF)传感器观测到的新鲜空气流而标定。只要在MAF传感器中没有故障且如果在发动机子系统如何操作与标定值相比也没有其它差别，这种设定点就起作用。例如，升压压力、排气背压、进气歧管温度或影响发动机容积效率的其它因素(例如，大气空气温度和湿度)中的任何变化将对EGR控制系统具有不利的影响，因而实际实现的EGR将不同于标定值，从而引起不希望的NOx排放水平或燃烧过程的不稳定性。 
因而，需要更准确的EGR控制。 
发明内容
多缸内燃机构造成带有气缸压力感测装置、排气再循环装置和燃料传输装置。一种用于同时的排气再循环和单独气缸燃烧定相控制的方法包括：从气缸压力感测装置提供燃烧定相信息；和根据燃烧定相信息的设定点和反馈来闭环调节燃料传输装置。此外，排气再循环装置根据预选择的排气再循环控制参数的设定点和反馈来闭环控制。预选择的排气再循环控制参数的设定点根据对燃料传输装置的调节的比较而调节。 
一种用于内燃机的控制装置，所述内燃机具有多个燃烧室和燃料传输装置，所述控制装置包括用于提供燃烧室定相信息的燃烧室压力感测装置、排气再循环装置、和控制模块，所述控制模块适于：调节燃料传输装置，以实现燃烧定相信息的第一目标值；控制所述排气再循环装置，以实现预选择的发动机参数的第二目标值；和根据对燃烧传输装置的所有气缸平均调节与预定平均调节的比较而调节第二目标值。 
一种用于内燃机的控制器，所述内燃机具有多个燃烧室，所述控制器包括：响应于第一控制设定点的EGR控制，所述EGR控制装置可实现控制EGR装置设定；燃料传输控制，所述燃料传输控制可操作监测燃烧室定相并调节燃料传输装置，以实现燃烧定相设定点；和EGR调整控制，所述EGR调整控制可操作监测所有燃烧室到燃料传输装置的平均调节，并调节第一控制设定点，以实现用于平均调节的第二控制设定点。 
根据各种实施例，燃烧信息可包括燃烧定相信息和燃烧持续时间信息。同样，根据各种实施例，预选择的排气再循环控制参数可包括例如，空气质量流量、EGR率、或进气氧气比例。排气再循环装置可包括例如EGR阀和可变气门系。 
附图说明
图1是基于气缸压力的EGR控制的一个实施例的框图； 
图2是基于气缸压力的EGR控制和气缸定相控制的一个实施例的框图；和 
图3是基于气缸压力的EGR控制和气缸定相控制的可替换实施例的框图。 
具体实施方式
现在参考图1-3，示意图描述了内燃机和控制系统，内燃机和控制系统根据对应于各个附图的本发明各个实施例构造。示范性发动机和控制系统包括常规四冲程内燃机12和电子发动机控制模块(ECM)(未单独示出)。示范性发动机包括公知的压缩点火式发动机，其具有主要是稀于化学当量比的操作工况。可替换地，发动机可包括使用操作稀于化学当量比的多个发动机控制策略中任何一种的发动机，例如，均 质充气压缩点火式发动机、和稀燃火花点火式发动机。示范性发动机12包括附接到曲轴的多个往复式活塞，曲轴可操作地附接到车辆传动系统，以将牵引扭矩传输给传动系统。 
控制系统优选地包括具有ECM的分布式控制模块结构。控制系统可以包括适于提供各个车辆系统的协调控制的多个控制模块，车辆系统包括在此所述的动力系统。控制系统可操作监测来自感测设备的输入，综合有关信息，并执行算法来控制各种致动器以实现某些目标，即燃料经济性、排放、性能、可驱动性、和硬件保护。车辆操作者通常控制或指导包括发动机在内的动力系统的操作，如通过加速踏板、制动踏板、变速器档位选择器、和车辆速度巡航控制装置。每个前述控制器和设备经由高速局域网络(LAN)总线(未单独示出)与其它控制器、设备、传感器和致动器通信。LAN总线允许在各个处理器、控制模块和设备之间的控制参数和指令的结构化通信。所采用的特定通信协议是专用的。LAN总线和合适的协议提供前述控制器和提供诸如防抱死制动、牵引控制、和车辆稳定性功能的其它控制器之间的稳定消息传送和多控制器接口。 
ECM包括中央处理单元以及易失性和非易失性存储器。ECM与感测设备和致动器接口，以实时地监测和控制发动机12的操作，如图所示。致动器包括发动机的适当控制和操作所需要的硬件，包括例如，空气进气系统、燃料喷射系统、火花点火系统(当使用火花点火式发动机时)、排气再循环(EGR)系统、和蒸发控制系统。发动机感测设备包括可操作监测发动机操作、外部条件、和操作者需求的设备，且包括例如加速踏板位置、空气质量流量(MAF)传感器、排气成分传感器、歧管绝对压力(MAP)传感器、曲轴角传感器和气缸压力传感器。已知的气缸压力传感器可直接地(例如，经由侵入式或非侵入式压力传感器)或间接地(例如，经由离子传感或曲轴扭矩)感测燃烧压力。 
算法代码或指令集存储在非易失性存储设备中，由中央处理单元执行，且可操作监测来自感测设备的输入并执行发动机控制和诊断例程，以使用预定标定值控制发动机的操作。算法通常在预定循环周期期间执行，每个控制算法在每个循环周期执行至少一次。循环周期通常在发动机操作期间每3.125，6.25，12.5，25和100毫秒执行。可替换地，控制算法可响应于事件发生而被执行。发动机事件，例如发动机燃料供应计算，可以每次发动机周期执行。诊断算法可以在每个发动机点火开关接通周期执行一次。诊断算法在执行之前可以具有其它限制，包括用于实现特定启动标准的要求。使用ECM来控制和诊断内燃机12各个方面的操作是本领域技术人员公知的。 
参考图1，示范性EGR控制反馈是从MAF传感器14获得的空气质量流量或MAF13。MAF与MAF目标值比较，例如，MAF目标值来自EGR控制基准设定点映射图15。误差提供给EGR控制装置11，以相应地调节EGR阀8，使误差为0。控制的前馈部分(未单独示出)和EGR控制基准设定点映射图15优选为通过已知的测功机技术离线标定。前馈控制装置可包括例如表列的EGR阀位置，其存储在由发动机速度和负载数据(即，燃料指令)索引的标定表中。根据实施例，发动机12还设置有一个或更多气缸压力传感器16。控制系统构造成基于源于气缸压力传感器16的燃烧信息18调节MAF目标值。EGR校正控制17使用燃烧定相反馈信息18(例如，X％燃烧率角、在X度曲轴角时的燃烧率、燃烧持续时间、燃烧率斜率)且将它与例如来自基准燃烧定相映射图20的燃烧定相目标值19比较。该比较摄动来自EGR控制基准设定点映射图15的额定MAF目标值，以使得到EGR控制设定点优化器21的误差输入为0。 
MAF目标值和燃烧定相目标例如使用发动机速度和负载数据(即，燃料指令)索引。附加校正可以根据进气温度、大气压力、燃料类型等提供。基准燃烧定相映射图20优选为通过已知的测功机技术离线标定。基准燃烧定相目标值表示相对于多个度量标准(例如，NOx排放、燃烧噪音、燃料经济性、和汽油应用的稀释/爆震界限时的最大MBT)的希望燃烧特性。控制的闭环部分在存在变化、扰动、老化时保持希望燃烧特性。在一个实施例中，EGR控制设定点优化器21是慢速积分器。换句话说，如果实现的EGR的燃烧定相反馈信息18小于或大于预期，EGR控制设定点优化器21缓慢地增加或降低MAF设定点。附加的燃烧定相信息对燃烧中EGR的影响使得可以实现闭环EGR控制器的目标值的在线优化。 
示范性信息18可大致对应于50％未燃烧的燃料，例如50％燃烧的燃料的曲轴角(CA50)。根据可得到的发动机气缸压力感测硬件构造和成本考虑，信息18可例如对应于所有气缸的平均值或对应于 单个气缸，或对应于气缸组。例如，在每组一个EGR阀的构造中，发动机受益于对应于每个组的压力感测，使得来自每个组的燃烧相位信息对应于相应EGR阀的控制。此外，虽然在此所述的实施例是关于外部排气再循环装置(例如，用于实现从排气歧管到进气歧管的排气再循环的EGR阀)，但是内部排气再循环装置(即，可变气门系，例如完全灵活的，可变升程，多凸角凸轮，凸轮相位器，等，以实现排气捕获和/或排气再吸入)是根据在此所述的发明可有效控制的如此处所用术语的所有排气再循环装置。 
对于每个单独气缸中的燃烧，希望保持类似的放热速率。实现此的一种途径是通过在闭环中从每个气缸处的气缸压力传感器获得燃烧信息，且使用燃料喷射正时(例如，喷射起始(SOI))，以补偿所实现的燃烧率的差。然而，相同信息不能用于学习和校正EGR误差，除非单独气缸燃烧定相控制在学习EGR校正时的期间停用。 
因而，根据另一实施例，该策略的可替换方案是预选择第二燃烧定相度量标准，且据此建立EGR校正。作为非限定性示例，燃烧持续时间信息可从第一和第二点(例如，CA10和CA90)之间的差获得，且用于基于该差的设定点而学习/修正EGR设定点。因为额外的EGR减慢燃烧，该持续时间信息提供第二反馈信号，从而可以同时实现气缸与气缸间的SOI相位平衡和EGR设定点优化。这允许定相控制和EGR校正同时操作，而不需要停用。可替换第二燃烧定相度量标准可包括例如：X％燃烧率角、在X度曲轴角时的燃烧率、燃烧率斜率，均处于燃烧进程中相对于第一燃烧定相度量标准的不同点。 
一种这种实施例的总体框图在图2中描绘，其中单独气缸定相控制装置23和EGR校正控制器17’两者都示出。在此情况下，单独气缸燃烧定相信息18’与例如来自于基准燃烧定相映射图22的燃烧定相目标值比较。误差提供给单独气缸定相平衡控制器25，以相应地调节SOI从而使误差为0。该定相控制对每个气缸采用喷射正时，以使得得到的燃烧对每个气缸大致相同。每个气缸的燃烧率分布曲线希望与当前操作点的参考分布曲线相同。在实施例中，单独燃烧分布曲线上的单个点的对准用于实现这种定相对准。基准燃烧定相目标值表示相对于多个度量标准(例如，NOx排放、燃烧噪音、燃料经济性、和汽油应用的稀释/爆震界限时的最大MBT)的希望燃烧特性。控制的闭环部分在存在 变化、扰动、老化时保持希望燃烧特性。基准燃烧定相映射图20优选为通过已知的测功机技术离线标定。 
继续参考图2，第二燃烧定相反馈信息18”(在本示例中是燃烧持续时间)提供给EGR校正控制器17’，EGR校正控制器17’类似于大致如与图1实施例有关的描述中阐述的前述EGR校正控制器17。在此情况下，第二燃烧定相反馈信息(例如，燃烧持续时间)18”与例如来自基准第二燃烧定相映射图20’的第二燃烧定相目标值(例如，基准燃烧持续时间目标值)19’比较。该比较摄动来自EGR控制基准设定点映射图15的额定MAF目标值，以使得到EGR控制设定点优化器21’的误差输入为0。基准第二燃烧定相映射图20’优选为通过已知的测功机技术离线标定。燃烧持续时间目标值表示相对于多个度量标准(例如，NOx排放、燃烧噪音、燃料经济性、和汽油应用的稀释/爆震界限时的最大MBT)的希望燃烧特性。控制的闭环部分在存在变化、扰动、老化时保持希望燃烧特性。 
根据又一实施例，同时EGR控制和单独气缸相位平衡的可替换方法仅基于单个燃烧定相反馈度量标准。该方法的框图在图3中示出。其中，单独气缸定相控制如关于图2实施例描述那样进行，其中单独气缸燃烧定相信息18’与例如来自于基准燃烧定相映射图22的燃烧定相目标值比较。误差提供给单独气缸定相平衡控制器25，以相应地调节SOI从而使误差为0。该定相控制对每个气缸采用喷射正时，以使得得到的燃烧对每个气缸大致相同。每个气缸的燃烧率分布曲线希望与当前操作点的参考分布曲线相同。在实现中，单独燃烧分布曲线上的单个点的对准用于实现这种定相对准。基准燃烧定相目标值表示相对于多个度量标准(例如，NOx排放、燃烧噪音、燃料经济性、和汽油应用的稀释/爆震界限时的最大MBT)的希望燃烧特性。控制的闭环部分在存在变化、扰动、老化时保持希望燃烧特性。基准燃烧定相映射图22优选为通过已知的测功机技术离线标定。 
然而，在图3的实施例中，关于EGR控制，SOI调节提供给EGR校正/学习控制器17”，且确定所有气缸的平均SOI校正。该平均SOI调节与平均发动机SOI目标值19”比较。该比较摄动来自EGR控制基准设定点映射图15的额定MAF目标值，以使得到EGR控制设定点优化器21”的误差输入为0。理想地，平均发动机SOI目标值为0； 然而，这假设SOI校正仅仅由于混合物引起。其它因素，例如曲轴角信号的上死点相对于实际上死点的偏移，可能实际上在混合物之外引起误差。在此情况下，在非常低水平的EGR期间，非零SOI校正归因于TDC偏移。该偏移可以用于调节控制，使得SOI校正目标值是非零值，且SOI校正仅解决与混合物有关的分量，如下文进一步描述的那样。虽然本实施例关于所有气缸的平均SOI校正描述，但是可替换实施例可以使用气缸子集(例如，与独立EGR阀有关的每组气缸)的平均SOI校正或单个气缸的SOI校正。除了SOI校正的平均值之外，可以利用其它数学、统计、或滤波表示，例如，最小和最大校正值。 
如果在发动机中有混合物误差，预期每个发动机平均SOI校正将偏向于表示与基准混合物相比混合物是更浓还是更稀的值。例如，如果发动机的平均SOI校正处于提前方向，表示与发动机额定值相比的浓燃混合物。EGR校正/学习控制器17”使用发动机平均SOI校正作为反馈信号，且调节目标MAF，以使发动机平均SOI校正为0或其它目标值。借助于该结构，气缸定相和EGR控制器都可以同时是连续有效的；然而，EGR校正和相应SOI校正响应以较慢的时间发生，这可以通过滤波EGR校正控制反馈信号和选择EGR校正控制的更小的增益两种方式故意地实现。EGR校正控制对封闭的EGR控制器目标值是慢速学习控制器。 
不管是直接使用燃烧定相信息(例如，图1)还是使用单独定相控制器的输出(例如，图3)，EGR校正控制的隐含假设是定相误差仅由混合物误差引起。然而，不同因素可能产生定相度量标准中的复合误差。如果混合物误差不是占主导的误差源，仅通过EGR调节校正定相度量可能不能提供理想的校正。因此，慢的EGR校正的有意机制对于分离由EGR和其它源引起的误差是有用的。例如，基于示范性柴油发动机的特定标定值，非常小量的EGR用于常规燃烧模式中。如果观察到EGR的小变化对定相度量不具有显著的影响，可以合理地推出，在常规点得到的平均发动机SOI校正认为是仅与非EGR相关的源有关。对于全部速度负载范围有效的全局误差，如TDC偏移，初始平均SOI校正反馈可以基于常规点处需要的基准校正而偏置，以产生仅表示对于慢的EGR校正控制器的EGR离差的净反馈误差信号。 
虽然MAF目标值已经作为前述实施例的示意性EGR控制 目标值给出，但是应当理解，EGR率校正可以应用于任何选择的EGR控制参数或变量上。这种其它参考可以包括例如，进气氧气比例和EGR率。换句话说，如果EGR控制使用关于其它传感器或估计器的目标值实现，校正可以应用于这些变量上取代MAF，而不偏离本发明的范围。 
虽然本发明已经参考某些优选实施例描述，但是应当理解的是，可以在所述发明构思的精神和范围内进行许多变化。因此，本发明并不限于所公开的实施例，而是具有由以下权利要求书的语言许可的全范围。 

Claims (19)

1.一种用于在多缸内燃机中进行同时的排气再循环和单独气缸燃烧定相控制的方法，所述内燃机构造成带有燃料传输装置、气缸压力感测装置和排气再循环装置，该方法包括：
从所述气缸压力感测装置提供燃烧定相信息；
根据所述燃烧定相信息的预定设定点和反馈来闭环调节所述燃料传输装置；
根据预选择的排气再循环控制参数的设定点和反馈来闭环控制所述排气再循环装置；
将对所述燃料传输装置的调节与预定调节目标值比较；和
根据对所述燃料传输装置的调节与预定调节目标值的比较而调节预选择的排气再循环控制参数的预定设定点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述燃烧定相信息包括在预定燃烧率时的发动机曲轴角、在预定曲轴角时的燃烧率、燃烧持续时间和燃烧率的斜率中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预选择的排气再循环控制参数包括空气质量流量、EGR率和进气氧气比例之一。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述排气再循环装置包括EGR阀。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述排气再循环装置包括可变气门系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将对所述燃料传输装置的调节与预定调节目标值比较包括：将对所述燃料传输装置的所有气缸平均调节与预定平均调节比较。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：从所述气缸压力感测装置提供燃烧定相信息包括提供单独气缸燃烧定相信息。
8.一种用于内燃机的控制装置，所述内燃机具有多个燃烧室和燃料传输装置，所述控制装置包括：
用于提供燃烧室定相信息的燃烧室压力感测装置；
排气再循环装置；和
控制模块，所述控制模块适于：调节所述燃料传输装置，以实现所述燃烧定相信息的预定第一目标值；控制所述排气再循环装置，以实现预选择的发动机参数中的预定第二目标值；和根据对所述燃烧传输装置的所有气缸平均调节与预定平均调节的比较而调节预定第二目标值。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述燃烧室定相信息包括在预定燃烧率时的发动机曲轴角、在预定曲轴角时的燃烧率、燃烧持续时间和燃烧率的斜率中的至少一个。
10.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述预选择的发动机参数包括空气质量流量、EGR率和进气氧气比例之一。
11.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述排气再循环装置包括EGR阀。
12.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述内燃机包括两组气缸，且所述排气再循环装置包括每组气缸一个EGR阀。
13.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述排气再循环装置包括可变气门系。
14.一种用于内燃机的控制器，所述内燃机具有多个燃烧室，所述控制器包括：
响应于第一控制设定点的EGR控制，所述EGR控制可实现控制EGR装置设定；
燃料传输控制，所述燃料传输控制可操作监测燃烧室定相并调节燃料传输装置，以实现燃烧定相设定点；和
EGR调整控制，所述EGR调整控制可操作监测对所述燃料传输装置的所有燃烧室平均调节，并调节所述第一控制设定点，以实现对所述燃料传输装置的所述所有燃烧室平均调节的第二控制设定点。
15.根据权利要求14所述的控制器，其特征在于：所述燃烧室定相包括在预定燃烧率时的发动机曲轴角、在预定曲轴角时的燃烧率、燃烧持续时间和燃烧率的斜率中的至少一个。
16.根据权利要求14所述的控制器，其特征在于：所述EGR控制包括预定控制参数的控制反馈。
17.根据权利要求16所述的控制器，其特征在于：所述控制参数包括空气质量流量、EGR率和进气氧气比例之一。
18.根据权利要求14所述的控制器，其特征在于：所述排气再循环装置包括EGR阀。
19.根据权利要求14所述的控制器，其特征在于：所述排气再循环装置包括可变气门系。
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