CN101614169B

CN101614169B - 基于振鸣指数的用于降低均质充量压燃(hcci)燃烧噪声的主动燃烧控制

Info

Publication number: CN101614169B
Application number: CN2009101499923A
Authority: CN
Inventors: V·拉马潘; J·-M·康
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: CN101614169A; DE102009025582A1; US20090319159A1; US8000882B2

Abstract

本发明涉及基于振鸣指数的用于降低均质充量压燃(HCCI)燃烧噪声的主动燃烧控制。一种发动机控制系统，其包括振鸣指数(RI)判定模块和废气再循环(EGR)控制模块。其中RI判定模块根据至少一个汽缸内的至少一个压力值来决定至少一个RI值。EGR控制模块则根据该RI值开启EGR阀。

Description

基于振鸣指数的用于降低均质充量压燃(HCCI)燃烧噪声的主动燃烧控制

与相关发明的相互引用

本申请要求于2008年6月24日提交的申请号为No.61/075,131的美国临时申请的权益。在此通过引用将上述申请的公开内容纳入本申请中。

技术领域

本发明内容涉及一种发动机燃烧控制，更具体地说，涉及一种均质充量(充气)压燃(HCCI)发动机系统中的发动机燃烧控制。

背景技术

在此提供的背景描述用于总的给出本公开的背景的目的。就此背景部分中描述范围内的目前署名的发明人的工作，以及本文描述的不能视作提交时的现有技术的方面，既不明确地也不隐含地被视作本发明的现有技术。

均质充量压燃(HCCI)发动机燃烧汽缸内的空气燃料混合物来推动活塞向下止点(BDC)移动，从而产生驱动力矩或机械力矩。在低至中等发动机载荷和低至中等发动机转速(RPM)条件下，该空气燃料混合物在受到活塞压缩时将自动点火(亦即，该HCCI发动机系统工作在自燃，或称为HCCI的燃烧模式)。否则，该空气燃料混合物将由火花塞来点燃(亦即，该HCCI发动机系统工作在火花点火燃烧模式)。HCCI燃烧模式可提高发动机的工作效率和燃料的燃烧效率。

发动机控制系统被研发用于控制燃烧(如控制空气和燃料的供送以及点火正时)以实现HCCI和火花点火燃烧模式。其中HCCI燃烧模式仅限于在低至中等发动机载荷下使用，以保护发动机免受压力在迅速升高时所产生的损害，并限制发动机所产生的燃烧噪声。然而，传统的发动机控制系统不能按照需求那样准确地抑制燃烧噪声。例如，燃烧噪声受环境条件(亦即，大气压力，温度和湿度)和燃料类型的影响，而在传统系统中，HCCI燃烧模式并未考虑到这些因素的限制。

发明内容

一种发动机控制系统，其包括振鸣指数(ringing index，缩写为RI)判定模块和废气再循环(EGR)控制模块。其中RI判定模块根据至少一个汽缸内的至少一个压力值来确定至少一个RI值。EGR控制模块则根据该RI值开启EGR阀。

一种用于操作发动机控制系统的方法，该方法包括：根据至少一个汽缸内的至少一个压力值来决定至少一个RI值；以及根据该RI值开启EGR阀。

通过下述的详细描述，本发明的更多应用领域将是显而易见的。应该理解的是，文中的详细描述和具体实施例仅仅是作为阐述用途，而绝非对本发明的范围作出限制。

附图说明

通过以下的详细描述并结合附图，读者将能够充分地理解本发明。附图中：

图1为依照本发明之原理的均质充量压燃(HCCI)发动机系统的一个示范性实施例的原理框图。

图2为依照本发明之原理的发动机控制模块的一个示范性实施例的原理框图。

图3为依照本发明之原理的发动机控制模块所执行的示范性实施步骤的流程图，其中该HCCI发动机系统工作在HCCI燃烧模式下。

具体实施方式

下列描述本质上仅仅是示例性的，而绝不是对本发明、其申请或应用作出限制。为清晰起见，图中相同的附图标号用于标识相同的部件。在本文中，短语“A、B和C中至少一个”应被解释为非排它的逻辑“或”所构成的(A或B或C)逻辑关系。应该理解的是，只要不改变本发明的原理，方法中的各步骤可以有不同的执行顺序。

在本文中，所用术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、用于执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享型，专用型或集群型)和内存、组合逻辑电路、和/或其它可提供所述功能的适宜部件。

为精确地降低均质充量压燃(HCCI)发动机所产生的燃烧噪声，本发明中的发动机控制系统基于发动机内各个汽缸的振鸣指数(RI)来控制燃烧。RI是用于指示汽缸所产生的燃烧噪声强度的一项指数值。一旦任意一个RI的数值超过相应的门限值，该发动机控制系统将增大HCCI发动机系统中的废气再循环(EGR)量以减缓燃烧。这样可减小RI(即燃烧噪声)。

参照图1，图中示出了HCCI发动机系统100的示范性实施例。该HCCI发动机系统100包括HCCI发动机102，进气口104，进气歧管106，燃料系统108，点火系统110，排气歧管112，排气口114，EGR管道116，ERG阀118，发动机控制模块120，空气流量(MAF)传感器122，发动机转速(RPM)传感器124，以及驾驶员输入模块126。该HCCI发动机102包括汽缸128，火花塞130，进气阀132，排气阀134，以及压力传感器136。

该HCCI发动机102通过燃烧空气燃料混合物来产生驱动力矩或机械力矩。空气通过进气口104和进气歧管106被吸入HCCI发动机102中。HCCI发动机102内部的空气将被分配到各汽缸128中。

进气阀132选择性地开闭以使得空气可进入汽缸128中。尽管图1中所示为4个汽缸，应该意识到的是HCCI发动机102可包括更多或更少数量的汽缸。例如，具有2，3，4，5，6，10，12或16个汽缸的发动机均可考虑。

燃料系统108可在中心位置或在多点位置将燃料喷入进气歧管106。可选地，燃料系统108亦可将燃料直接喷入汽缸128中。在汽缸128中空气与所喷入的燃料相混合从而生成空气燃料混合物。

汽缸128内的活塞(图中未示出)对该空气燃料混合物进行压缩。在低至中等发动机载荷和低至中等RPM条件下，该空气燃料混合物在受到压缩时将自动点火(亦即，该HCCI发动机系统100工作在自燃，或称为HCCI的燃烧模式)。否则，该点火系统110将通过火花塞130来点燃该空气燃料混合物(亦即，该HCCI发动机系统100工作在火花点火模式)。该低至中等发动机载荷和低至中等RPM为预设值。空气燃料混合物的燃烧将活塞向下推动，从而驱动曲轴(图中未示出)并产生驱动力矩或机械力矩。

当排气阀134中的至少一个处于开启状态时，气缸128中的燃烧废气可被迫使通过排气歧管112和排气口114排出。废气可经EGR管道116和EGR阀118引入进气歧管106。EGR管道116从排气歧管112延伸至EGR阀118，同时EGR阀118安装在进气歧管106上。EGR管道116将废气从排气歧管112传送到ERG阀118。EGR阀118选择性地开闭以使得废气进入进气歧管106。

发动机控制模块120基于多个发动机操作参数来控制HCCI发动机系统100的运行。发动机控制模块120控制HCCI发动机102、燃料系统108、点火系统110和EGR阀118，并且与它们进行通信。此外，发动机控制模块120还与MAF传感器122进行通信，其中该传感器根据进入进气歧管106的空气流量来产生MAF信号。

并且，发动机控制模块120还与RPM传感器124进行通信，其中该传感器根据HCCI发动机102每分钟的转数来产生RPM信号。此外，发动机控制模块120还与驾驶员输入模块126进行通信，其中该驾驶员输入模块根据如油门踏板的位置来产生驾驶员输入信号。此外，发动机控制模块120还与压力传感器136进行通信，其中该压力传感器根据其中一个汽缸128内的压力来产生汽缸压力(CP)信号。该压力传感器136被定位使得其能够测量到每一个汽缸128中的压力。

现参照图2，图中示出了发动机控制模块120的示范性实施例。该发动机控制模块120包括模式判定模块202，系统稳态判定模块204，驾驶员解释模块206，RI诊断模块208，RI判定模块210，以及EGR控制模块212。模式判定模块202接收RPM信号和发动机负荷信号，其中该发动机负荷信号根据HCCI发动机102上的负荷由HCCI发动机102所产生。

模式判定模块202根据RPM和发动机负荷来判断HCCI发动机系统100是否工作在HCCI燃烧模式。当判定HCCI发动机系统100工作在HCCI燃烧模式时，模式判定模块202启动系统稳态判定模块204。驾驶员解释模块206则接受驾驶员输入信号，然后根据该驾驶员输入来决定HCCI发动机102所需产生的扭矩。

在启动状态下，系统稳态判定模块204接收所需扭矩和MAF信号。该系统稳态判定模块204根据所需扭矩和MAF信号来判断HCCI发动机系统100是否处于稳态运行情况下。当所需扭矩和MAF的数值均处于稳定(即其数值变化幅度不大于某个预设值)时，HCCI发动机系统100被判定为处于稳态运行情况。当判定HCCI发动机系统100处于稳态运行情况时，系统稳态判定模块204启动RI诊断模块208。

RI判定模块210接收CP信号(即CP¹，CP²，CP³和CP⁴)，并根据对应于每个汽缸128的其中一个CP信号来确定一个RI值。当HCCI发动机系统100工作在HCCI燃烧模式时，RI值通常大于1。当HCCI发动机系统100工作在火花点火燃烧模式时，RI值通常小于1。

在启动状态下，RI诊断模块208接收RI值(即RI¹，RI²，RI³和RI⁴)，并且在每个发动机循环时测定每个汽缸128的RI平均值(即其中一个RI的滑动平均值)。RI的平均值RIⁱ _avg由下述式子决定：

(1), {RI}_{avg}^{i} = \frac{{RI}^{i} (k) + {RI}^{i} (k - 1) + . . . + {RI}^{i} (k - n - 1)}{n}

其中i为汽缸编号，k为当前发动机循环，n为确定滑动平均值所需的样本数。RI诊断模块208根据汽缸编号和确定滑动平均值所需的样本数来确定每个汽缸128的对应RI门限值。该RI门限值根据一个预设的表格来确定，根据汽缸编号和样本数，可从该表格中找出对应的RI门限值。仅举例，该RI门限值可由以下表格读出：

n(样本数)/i	1	2	3	4
					1000	3	3	3	3
1400	4	4	4	4
					1800	5	5	5	5
2200	5	5	5	5
					2600	5	5	5	5

RI诊断模块208将每个RI平均值与相应的RI门限值进行比较，若其中任何一个RI平均值大于其所对应的RI门限值，RI诊断模块208即启动EGR控制模块212。在启动状态下，EGR控制模块212接收RPM信号和发动机负荷信号。

EGR控制模块212根据RPM和发动机负荷来决定燃烧正时，即燃烧进行到50％的时候活塞的位置(即在过了上止点后的曲柄角度)。该燃烧正时又被称为CA50。上止点是活塞运动至距曲柄最远时所处的位置。燃烧正时根据一个预设的表格来决定，根据RPM和发动机负荷值，可从该表格中找出对应的燃烧正时。

EGR控制模块212将所得到燃烧正时与燃烧正时可延迟(即增大)至的最大燃烧正时进行比较。该最大燃烧正时由在HCCI燃烧模式下所能允许的发动机最大转速和发动机最大负荷来预先确定。若燃烧正时小于最大燃烧正时，EGR控制模块212则增大HCCI发动机系统100中EGR量。换句话说，EGR控制模块212增大流经EGR阀118的废气量或增大EGR阀118的开启位置。增大进气歧管106的废气量将延迟燃烧正时(即减慢燃烧)，从而降低汽缸128的RI值(即HCCI发动机102的燃烧噪声)。

现参照图3，图中示出了当HCCI发动机系统100工作在HCCI燃烧模式下，发动机控制模块120所执行各步骤的示范性实施例的流程图。控制始于步骤302。在步骤304中确定所需扭矩。

在步骤306中确定MAF值。在步骤308中，控制系统根据所需扭矩和MAF来判断HCCI发动机系统100是否处于稳态运行情况下(即系统处于稳态)。若结果为真，则控制系统继续执行步骤310；若结果为假，则控制系统返回步骤304。

在步骤310中确定RI值。步骤312根据所得RI值计算RI平均值(即RI¹ _avg，RI² _avg，RI³ _avg，和RI⁴ _avg)。在步骤314中确定RI门限值(即RI¹ _thresh，RI² _thresh，RI³ _thresh，和RI⁴ _thresh)。在步骤316中，控制系统判断是否存在任何一个RI平均值(即RIⁱ _avg)大于其所对应的RI门限值(即RIⁱ _thresh)。若结果为真，则控制系统继续执行步骤318；若结果为假，则控制系统返回步骤304。

在步骤318中确定RPM值。步骤320确定发动机负荷。步骤322进而根据RPM和发动机负荷来确定燃烧正时(即CT)。在步骤324中，控制系统判断燃烧正时是否小于最大燃烧正时(即最大CT值)。若结果为真，则控制系统继续执行步骤326；若结果为假，则控制系统返回步骤304。在步骤326中，增大EGR量(即EGR)。然后控制系统返回步骤304。

通过以上的说明，本领域中的熟练技术人员现在应能意识到，本发明的广泛教示可具有多种的实施形式。因此，尽管本公开中包含了一些具体实施例，但对本领域的从业者来说，通过研究附图、说明书和所附权利要求，可作出的各种其它改进将是显而易见的，因而本发明的真正范围不应受所附实施例的限制。

Claims

1.一种发动机控制系统，其包括：

振鸣指数判定模块，其根据至少一个汽缸内的至少一个压力来确定至少一个振鸣指数；以及

废气再循环控制模块，其根据该振鸣指数增大流经废气再循环阀的废气量。

2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中当均质充量压燃发动机系统工作在自燃燃烧模式下时，该废气再循环控制模块根据该振鸣指数开启废气再循环阀。

3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中当均质充量压燃发动机系统处于稳态运行情况下时，该废气再循环控制模块根据该振鸣指数开启废气再循环阀。

4.如权利要求3所述的发动机控制系统，进一步地包括稳态判定模块，该稳态判定模块根据所需扭矩和进入进气歧管的空气流量来判断均质充量压燃发动机系统是否处于稳态运行情况下。

5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中当至少一个振鸣指数的滑动平均值大于至少一个振鸣指数门限值时，该废气再循环控制模块开启废气再循环阀。

6.如权利要求5所述的发动机控制系统，进一步地包括振鸣指数诊断模块，该模块根据振鸣指数所对应的汽缸编号和用于确定滑动平均值的一定数量的样本来确定门限值。

7.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中当燃烧正时小于最大燃烧正时时，该废气再循环控制模块根据该振鸣指数开启废气再循环阀。

8.如权利要求7所述的发动机控制系统，其中该最大燃烧正时根据均质充量压燃发动机在自燃燃烧模式下所能允许的发动机最大转速和发动机最大负荷来预先确定。

9.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中该废气再循环控制模块根据该振鸣指数增大废气再循环阀的开启位置。

10.一种操作发动机控制系统的方法，其包括：

根据至少一个汽缸内的至少一个压力来确定至少一个振鸣指数；以及

根据该振鸣指数增大流经废气再循环阀的废气量。

11.如权利要求10所述的方法，进一步地包括：当均质充量压燃发动机系统工作在自燃燃烧模式下时，根据该振鸣指数开启废气再循环阀。

12.如权利要求10所述的方法，进一步地包括：当均质充量压燃发动机系统处于稳态运行情况下时，根据该振鸣指数开启废气再循环阀。

13.如权利要求12所述的方法，进一步地包括：根据所需扭矩和进入进气歧管的空气流量来判断均质充量压燃发动机系统是否处于稳态运行情况下。

14.如权利要求10所述的方法，进一步地包括：当至少一个振鸣指数的滑动平均值大于至少一个振鸣指数门限值时，开启废气再循环阀。

15.如权利要求14所述的方法，进一步地包括：根据振鸣指数所对应的汽缸编号和用于确定滑动平均值的一定数量的样本来确定门限值。

16.如权利要求10所述的方法，进一步地包括：当燃烧正时小于最大燃烧正时时，根据该振鸣指数开启废气再循环阀。

17.如权利要求10所述的方法，进一步地包括：根据该振鸣指数增大废气再循环阀的开启位置。