CN101688493A - 运行内燃机的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于运行内燃机的系统，具有至少两个模式管理器用于致动和/或用于请求内燃机的至少一种燃烧模式。系统进一步包括燃烧管理器(9)，其中模式管理器(1－7)的各个输出被至少连接到燃烧管理器(9)的一个输入，用于收集所有同时有效的燃烧模式请求并确定其优先级。

Description

运行内燃机的系统

技术领域

本发明描述运行内燃机的系统并且提供相应的具有至少两个模式管理器的方法，所述管理器用于致动和/或用于请求至少一种根据独立权利要求1前序部分所述的内燃机的燃烧模式。

背景技术

为了跟上严格的即将到来的排放法规要求，内燃机需要被持续的改进并且同时必须不能损害发动机控制单元(ECU)的成本。发动机管理系统(EMS)受到喷射和燃烧模式的增加的数量的挑战，由此增加ECU存储器的成本和容量及其计算时间。燃烧模式能够被描述成一组能够由软件控制的燃烧参数。通常对于DS EU 4应用而言，由软件控制的燃烧参数是：喷射燃料质量、喷射位置、轨道压力、空气质量流量、增压压力、以及EGR率。EMS需要管理更多的要求对于每种燃烧模式进行调整的燃烧参数。在过去几年中，应用于特定条件下的发动机管理控制模式的数量存在极大的增加。对此最广为人知的例子是柴油颗粒过滤器(DPF)策略，该策略每隔数百公里致动过滤器再生。

随着燃烧模式的增加数量，EMS中的一个另外的缺点是由于大量标定图导致的快速增长的ROM消耗。该情况发生是因为标定工程师需要为各种燃烧模式在各个工作点标定所有的燃烧参数，从而达到相关的目标，如消耗、噪音、排放，等等。

这种通常所知的EMS架构如图1中示出。燃烧模式增加的数量导致下面的问题。首先一次只有一种燃烧模式能够被执行。因此如果两种或多种燃烧模式被请求，那么就需要作出决策。为了解决燃烧模式间的冲突，优先级被应用在软件中的不同层次。每次引入新的模式管理器时，所有其他模式管理器(如图1中的DPF管理器或RTE管理器)可能都需要被修改从而导致不清楚的和展开的模式优先决策算法。另外，燃烧模式间的转换必须以转矩中性的方式来操作。

创建允许调整所有燃烧设定点并且对每个新燃烧模式生成其新备份的标定结构的简单方法是不可行的。原因是为此所要求的ROM资源将极大的增加ECU成本并且在许多情况中将强迫升级到更好的处理器以及额外增加的成本。

发明内容

因此本发明的问题是提供用于运行内燃机的系统，所述系统寻找增加的需求和有限的ECU资源之间的平衡。

该问题由根据独立权利要求1所述的系统来解决。

已经发现，为了处理增加的软件复杂度，解决方案是创建处理优先级和协调的中央功能。燃烧管理器作为所有需要接管喷射系统控制的软件策略和管理燃烧参数计算的策略之间的桥梁。

已经发现，为了处理大存储器需求，解决方案是在限定的燃烧模式和喷射之前不分配标定表，而给予标定工程师灵活性来将可用的表或图链接到限定的物理事件，如DPF再生模式中的引燃喷射。由此允许跨越喷射或甚至燃烧模式来重用所述表。

根据本发明的进一步有利的实施例在余下的从属权利要求中给出。

附图说明

本发明现在将参照附随示意图来描述，其中：

图1说明了根据现有技术的分散结构的发动机管理系统的架构概况，

图2说明了根据本发明优选实施例的具有中央(集中)管理器的发动机系统管理系统的架构概况，

图3描绘了具有相同时间刻度的三幅图，其中

图3A示出随时间的模式管理器请求，

图3B示出随时间的相应转换因子，

图3C示出图3A中的三种模式和请求反应，

图4示出五个发动机参数的时间依赖性，

图5示出读取转换依赖性中的转换因子的方块图，

图6说明了用于一个燃烧设定点的模式、子模式和标定表之间的标定链接，

图7示出具有不同燃烧模式的两个图，其中这两种燃烧模式只是在一个子模式中不同，

图8A说明了随发动机旋转的滞后曲线，以及

图8B说明了随转矩的滞后曲线。

具体实施方式

图2示意性的说明了柴油共轨EMS的燃烧相关策略架构。燃烧管理策略的主要输入是来自驾驶员的转矩请求(管理器1)和外部管理器2到7所请求的燃烧模式。模式管理器是计算各种燃烧模式的致动和请求的软件。燃烧管理器9的主要输出是各个燃烧设定点，如燃料质量设定点10、喷射定相设定点11、喷射定相设定点12、空气质量设定点13、增压压力设定点14、EGR设定点15，所述各设定点是控制执行器的策略的输入，所述策略如喷射实现16、燃料压力实现17和空气路径实现。

作为一个例子：DPF管理器2在必须颗粒过滤器再生时决定事件，然后发送请求到燃烧管理器9来启动DPF再生模式。燃烧管理器9相应地将命令执行器执行DPF再生。外部管理器的本质和数量依赖于系统部件和最终原始设备制造商(OEM)。这些外部管理器的数量的总体趋势随着排放法规而增加。

依赖于外部管理器策略，一个或多个燃烧模式被分配。一般而言，燃烧模式能够被理解为特定燃烧目标(如，启动发动机，加热DPF过滤器，再生DPF过滤器，等等)。燃烧管理器9作为EMS中的中央协调策略被引入。该策略处理模式请求优先级并且控制燃烧模式之间的转换。

燃烧管理器9作为外部管理器2到7和各个燃烧设定点策略10到15之间的桥梁。因此给予了灵活性来开发独立于燃烧管理策略的外部环境的通用燃烧设定点策略。

燃烧管理器9命令用于发动机内的三个独立系统的各个燃烧设定点，所述三个独立系统为：

■喷射器16

■轨道压力系统执行器17

■空气路径执行器18

每一个具有不同的反应时间。考虑这些方面对于燃烧模式之间转换的协调是重要的。例如，模式转换可以触发用于较慢系统(具有参数MAP_SP：质量空气压力设定点和MAF_SP：质量空气流量设定点的空气路径执行器)的设定点转换，随后是用于较快系统(具有参数FUP_SP：燃料压力设定点的轨道压力系统执行器)的设定点，以及最后是用于最快系统部件(具有参数MF_SP：燃料质量设定点和SOI_SP：喷射开始设定点的喷射器)的设定点。图4说明了从燃烧模式x到燃烧模式y转换的可能应用的简化例子。用于质量空气压力MAP_SP的转换因子T5和用于质量空气流量MAF_SP的转换因子T4相同并且在该例子中导致T4，5＝t₄-t₁，其中t₁是转换开始的时间而t₄是转换结束的时间。从图4中可看出转换因子T4和T5是最长的，随后是被定义成t₄-t₂的燃料压力FUP_SP的转换因子T3。最短的质量燃料MF的转换因子T1和用于喷射开始SOI的转换因子T2被定义成t₄-t₃。具有这些转换因子就可能建立从一种模式到另一种模式的转换，由此各个参数同时(此处在时刻t₄)达到另外的燃烧模式。

为各个燃烧设定点定义转换时间和/或延迟是可能的。然而不是必须为各种可能转换标定这些时间，作为替代，如图5中所示，有限组的时间被定义并且可被重用。该图在左下角示出5x5的阵列，其中行定义目标模式，列定义当前模式。根据从一种燃烧模式到另一种燃烧模式的转换，转换因子组被自动地定义。此处在该例中，发动机处于当前模式3并且从该模式3到目标模式2的转换被请求。在5x5阵列的中间标记了黑色方格20。在该方格20中存储指针23指向转换时间表21的转换因子组22(被标记为黑色列)。转换因子组22是用于在图5右边所示出的转换时间T1到T5的例子。

图3A示出随时间的来自一个或多个管理器1到7的被请求的模式。在图3B中描绘了相应转换因子，由此只示出一个参数的转换因子，例如质量空气流量的T4。在图3C中示出了对于一个参数的不同燃烧模式CM1到CM3。在开始时发动机运行在燃烧模式CM1。在时间t₅请求跳越到燃烧模式CM2。系统立刻反应。如图3C中所示，参数被设定到CM2。在时刻t₆，在转换时间T_a内请求燃烧模式CM3。图3B中的转换因子T_a自动设定(示出如斜坡(ramp))。

正常情况在t₁₁和t₁₄之间示出。在时刻t₁₁，在转换时间T_C(＝t₁₃-t₁₁)内请求燃烧模式CM2。在该从CM1到CM2的该转换过程中，在时刻t₁₂另一个燃烧模式CM3被请求。只要从一种模式到另一种模式的转换没有终止，新请求就被忽略。从CM2到CM3的转换只有当原先的转换已经被终止时才开始。该情形可在当转换因子接收到新斜坡的时刻t₁₃时被看到。

在某些情形中，上述规则在例如零转矩或者突然的大转矩被请求时必须被打破。在该情况中，跳越(jump over)否决燃烧模式的任何优先级。这在t₈和t₉之间示出。在时刻t₈，在转换时间T_b(＝t₁₀-t₈)内请求燃烧模式CM2。在时刻t₉，到燃烧模式CM1的跳越被请求。尽管从CM3到CM2的转换在时刻t₁₀还没有正常地终止。跳越请求已经被执行，由此否决从CM3到CM2的转换。

需要解释的是从当前模式(例如CM1)到目标模式(例如CM2)的请求可能总是经过中性名义模式NM。该请求于是将被解释成CM1--＞NM--＞0M2。绕过(by-pass over)名义模式具有很大优点，即预定义转换的数量被减少了，将通用项目改为OEM项目是更为简单的，并且由此减少在开发过程中的时间和金钱。

用于标定表的已知途径将会是为在每个燃烧模式中的各个燃烧设定点定义标定结构，其给予的优点即：标定结构可以适应燃烧模式的特定需要。另一方面，ECU资源的浪费将会被看到，因为标定表不能跨越燃烧模式被重用。另外，在调整相位后，许多标定表可能保持闲置。更深入的分析显示基本依赖性(如标定结构所要求的请求转矩、发动机速度和制冷剂温度)在燃烧模式之间保持相同。这使得可能打破标定表和具体燃烧模式中具体燃烧设定点之间的硬编码链接的范式。通过引入单独可扩展标定结构，标定表、燃烧设定点和燃烧模式之间的灵活链接以有效得多的方式解决问题。

图6示出对于给定燃烧设定点，燃烧模式、子模式和标定表之间的链接是怎样可以被建立起来的示意性例子。链接的两层均能够在调整活动中被标定组自由地选择。

如图6中所示出，标定表的重用在两个不同层次是可能的：

■在第一层次，两个或更多个燃烧模式能够共享所有燃烧设定点的标定通过共享相同子模式而相同的区域。图7说明了例子，其中模式0和模式1在工作区域的大部分共享相同的标定，除了高发动机速度区域。

■在第二层次，两个或更多个燃烧子模式能够重用相同的标定表。在图中对于子模式1、2和3的情况就是这样，因为它们都链接到表MAP[1]。

燃烧模式被转化为燃烧子模式。燃烧子模式能够被理解为喷射曲线(启用的喷射的样式)。为了避免切换，滞后被应用于如图8A中示出的发动机旋转以及图8B中示出的转矩输出。

为了改进燃烧管理策略对各个项目需求的适应性，标定表没有被定义为单个元素而是定义为一些表的阵列，其中元素的数量以及各个阵列元素的维度能够被配置。

对给定的作为一个单个阵列的燃烧设定点来定义标定表将具有缺点，即：所述标定表都共享最大所要求表的维度并由此浪费CPU资源。

为了克服这个问题，对于各个燃烧设定点应用了多种标定表类型。对各种表类型，维度可被单独配置。在所应用的表类型中的一个不被要求的情况下，元素的数量能够被减少到1并且元素尺寸能够被减少到最小(2x2)从而ROM消耗可忽略。

在柴油共轨项目中燃烧模式增加的数量增加了标定工程师的优化工作量。至少下述燃烧设定点需要在各个工作点被调整从而达到排放、噪音和燃料消耗目标：

■喷射致动曲线

■各个致动喷射的燃料质量

■各个致动喷射的位置(喷射定相)

■轨道压力

■空气质量流量或废气再循环(EGR)率

■增压压力

不考虑被用来达到优化的标定方法，如果EMS显示相同的用于计算各个燃烧设定点的软件架构，那么标定工程师的工作就被简化。

由于增加的为EMS设定的要求，优化的燃烧管理策略变得非常重要。具有作为主要特征的中央燃烧管理器和灵活标定结构的策略被认为是对于满足当前和未来排放标准的系统的合适解决方案。

总之，中央燃烧管理的优点是策略能够在最开始的项目阶段或甚至在项目开发的随后阶段根据需要而被容易的配置和修改。当前应用的指示表明，利用适当的燃烧策略配置和仔细的标定策略，达到Euro5目标并且相比于Euro 4系统不显著增加CPU资源消耗是可能的。

Claims (8)

1.一种运行内燃机的系统，具有：

用于致动和/或用于请求至少一种内燃机燃烧模式的至少两个模式管理器(1-7)，

其特征在于，系统进一步包括燃烧管理器(9)，其中模式管理器(1-7)的各个输出被至少连接到燃烧管理器(9)的一个输入，用于收集同时有效的所有燃烧模式请求并确定其优先级。

2.如权利要求1所述的系统，其中燃烧管理器(9)包括用于执行从当前燃烧模式(CM1)到目标燃烧模式(CM2)的转换的燃烧模式转换管理器。

3.如权利要求1到2之一所述的系统，其中目标燃烧模式(CM2)依赖于有效燃烧模式请求的优先结果。

4.如权利要求1到3之一所述的系统，其中系统进一步包括在当前和目标燃烧模式不同的情况下用于致动燃烧模式转换管理器的装置。

5.如权利要求1到4之一所述的系统，其中燃烧管理器(9)包括中断单元，如果新燃烧模式请求具有比目标燃烧模式更高的优先级并且燃烧模式请求是请求跳越，那么中断单元用于中断运行燃烧模式转换管理器。

6.如权利要求5所述的系统，其中燃烧模式跳越请求是零转矩请求或突然的大转矩请求。

7.如权利要求1到6之一所述的系统，其中燃烧模式转换管理器包括用于执行从当前燃烧模式(CM1)到目标燃烧模式(CM2)的越过名义模式(NM)的转换的装置。

8.如权利要求1到7之一所述的系统，其中系统使用单个可扩展标定结构实现标定表、燃烧设定点和燃烧模式之间的灵活链接。

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