CN102066727A - 控制具直接燃料注入的汽车内燃引擎的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示控制具直接燃料注入的汽车内燃引擎(1)的方法，该方法包括：燃料调节部，在预设的条件下，使用第一燃料品质参数决定步骤来决定燃料品质参数(F)；以及控制部，使用由燃料品质参数(F)所推导的燃料燃烧特性参数(MFB50)的数值作为在引擎(1)中开始注入(SOI)的封闭回路控制内的目标数值(αT)，利用该封闭回路控制，使用不同于第一燃料品质参数决定步骤的第二燃料品质参数决定步骤来决定燃料燃烧特性参数(MFB50)的实际数值(αA)。

Description

控制具直接燃料注入的汽车内燃引擎的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用以控制具直接燃料注入的汽车内燃引擎的方法及装置。

背景技术

内燃引擎的性能明显取决于引擎燃烧的燃料的品质。对于直接注入式内燃引擎比如直接注入式柴油引擎尤其如此。对于这类引擎，在燃料室中包含的气体被压缩后，通过直接注入燃料至该燃烧室内而点火该燃料，即，在该燃烧室内发生产生燃料混合产生物。

一个众所周知的燃料品质参数是柴油燃料中的辛烷值(Cetane Number)。辛烷值用于测量压缩点火过程中燃料的内燃品质。辛烷值是与燃料点火延迟有关，即燃料进入燃烧室内的开始注入(SOI)以及燃料的开始燃烧(SOC)即点火之间的时间。使用较高辛烷值燃料的柴油引擎会比使用较低辛烷值燃料显示出较短的点火延迟时间。因此，具较高辛烷值的燃料具有短的点火延迟时间，并提供更多时间给要完成的燃料燃烧过程。所以，辛烷值的问题对高速柴油引擎变得极为重要。

为避免非需要的引擎性能，因此，在现有技术中已知的是决定燃料品质参数，尤其是针对直接注入内燃引擎，并且如果侦测到低品质燃料时，限制引擎操作期间所允许的相应负载及速度的范围。最知名的方法，即由世界专利第WO2005/005813 A1号及第WO2005/119034 A1号所得知的方法，侦测在引擎的燃料截止条件中的燃料品质，藉由注入少量燃料并经小心评估引擎行为而推导出对所产生的热的量测。现有技术专注在决定燃料的辛烷值。

虽然辛烷值对使用特定燃料的引擎的限制操作范围是有帮助，但是需要改善更详细的控制，不只是限制所允许的速度以及速度范围而已，而且还要不受限于某些操作条件。这种需求对降低引擎的排放气体中的污染物很重要，这种降低在引擎发展中已变成越来越紧急的工作。

发明内容

因此，本发明处理该问题以确保具直接燃料注入的内燃引擎的最佳操作，而且几乎与燃料品质无关。

为解决该问题，本发明提供一种控制具直接燃料注入的汽车内燃引擎的方法，包括：利用燃料调节部，其中在引擎表现出预设操作条件时，使用第一燃料品质参数决定步骤，以决定燃料品质参数；以及利用控制部，使用燃料品质参数或由燃料品质参数所推导的燃料燃烧特性参数的数值，当作在引擎中开始注入的封闭回路控制内的目标数值，藉封闭回路控制，使用不同于第一燃料品质参数决定步骤的第二燃料品质参数决定步骤，以决定燃料品质参数(F)或由燃料品质参数(F)所推导的燃料燃烧特性参数的实际数值。

本发明使用二部分方式以应付变动的燃料品质。第一部分决定描述燃料品质的目标数值。第二部分控制引擎以使得其操作参数确认目标数值。对于这种方式，很重要的是第一部分藉由不同于第二部分控制所使用的方式决定燃料品质以及目标数值。

用于目标数值的一个适当参数是注入至燃烧室内的燃料体的一半已经转换时的曲柄角度的时间。很显然，曲柄角度的时间对于多气缸引擎的每个气缸在绝对曲柄角度上是个别的。然而，相对而言，比如当称为四冲程或四冲程引擎的循环时，所注入的燃料体的一半已经燃烧的曲柄角度的时间，对于多气缸引擎的所有气缸都是相同。在文献中，所注入的燃料体的一半已经燃烧的曲柄角度的时间称作MFB50(燃料燃烧量＝50％)。当然，这是已知的参数，但是现有技术并未将该参数与燃料品质联系起来，且当控制开始注入时并未考虑到MFB50。

MFB50可由燃烧反馈信号而决定，对于熟知本技术领域的人员而言是众所周知的。一般，MFB50是燃烧室内压力及压力梯度、燃烧室体积及体积的第一导数、空气/燃料混合组成以及空气入口温度的函数。在本发明的一个实施例中，这些参数是用于第二步骤，而在第一步骤中，燃料品质参数形成用以决定MFB50的基础。后面的步骤允许使用预先定义图表，该图表可由运作引擎的试验床而获得，且储存MFB50以当作燃料品质参数及引擎速度与负载的函数。

该方法中所使用的燃料品质参数可依序藉任何现有技术的方法而决定。尤其是，可使用世界专利第WO 2005/119034 A1号的已知方法，该方法评估在燃料截止期的期间内开始注入(SOI)以及开始燃烧(SOC)之间所发生的点火延迟。尤其使用在燃烧室内的压力传感器可决定开始燃烧。然而，也可使用侦测燃烧的其他方式，即使用设置于引擎的爆震传感器(Knock Sensor)等。

本发明的方式由引擎的某些操作期间以精确决定燃料品质的事实而获得益处。燃料品质与MFB50或相关于燃烧或由其推导的任何其他参数之间的关系，都会由精确决定的燃料品质中获得目标数值，并在控制燃料注入时使用该目标数值，尤其是SOI。燃料品质不提供这种控制，因为无法如MFB50一般可在所有期间的引擎操作时决定。

如上所述，MFB50通常对多气缸引擎的所有气缸是相同的。因此，使用一般数值的MFB50对于多气缸引擎的所有气缸是很有利的。

这种方式尤其能只针对多气缸引擎的其中一气缸以决定MFB50。所以，例如需要只在一气缸设置压力传感器，避免了在所有气缸都设置压力传感器器从而降低成本。

通常，储存在燃料箱中的燃料发生燃料品质的变化是非常小的。因此，本发明的优选实施例只在再装满后，才决定MFB50的更新数值，因为燃料品质会因新燃料注入燃料储存箱而明显改变。

附图说明

图1为汽车气缸内燃引擎的片断及功能示意图；

图2为用以控制图1的引擎操作的方法的第一部分的流程图；以及

图3为本发明方法的第二部分的方块图。

具体实施方式

以下，依据本发明控制直接燃料注入给内燃引擎的方法的特定实施例，将参考所附图式进行说明。以下说明将针对本发明以实例方式应用于柴油引擎用以驱动交通工具的情形。

图1以示意方式显示依据本实施例的内燃引擎的基本结构以及其入口与出口系统。内燃引擎1具有一气缸2，其中可滑动的活塞3是设置于其内。在活塞3上，在气缸2的上部内形成燃烧室4。打开入口部5及出口部6。入口部5连结入口通道7，出口部6连结出口通道8。在入口通道7中，可设置节流阀21，通常是在奥图型(Otto，四冲程)的引擎中。大部分的柴油引擎没有节流阀21。

通到燃烧室4的入口部5及出口部6分别藉由入口阀9及出口阀10打开及关闭。用以注入燃料至燃烧室4内的燃料注入器11是设置在燃烧室4的顶部。该注入器连结至储存加压燃料的燃料轨(图中未示)。

在入口通道7中，设置空气流量计12以输出表示入口通道7中流动的入口空气量的电气信号，并设置入口温度感测器13以输出表示入口通道7中流动的入口空气温度的电气信号。此外，内燃引擎1设置气缸内压力传感器14，其输出表示燃烧室4内的压力的电气信号、水温传感器15，其设置输出表示内燃引擎1的水箱中冷却水温度的电气信号、曲柄轴位置传感器16，其设置输出表示藉连结杆与活塞3连接的曲柄轴旋转角度(在以下曲柄角度内)的电气信号、以及燃料温度传感器17，其设置输出表示供应燃料注入器11的燃料的温度的电气信号，燃料温度传感器17是设置于燃料轨上。

对于具有上述结构的内燃引擎1，设置用以控制内燃引擎1的引擎控制单元(Engine Control Unit，ECU)20，尤其提供燃料的注入。ECU 20是用以控制内燃引擎1的操作的单元，尤其是在引擎适配汽车时依据驾驶的需求。ECU 20经由电气连接线而连接不同的传感器，比如空气流量计12、入口温度感测器13、气缸内压力感测器14、水温感测器15、曲柄轴位置感测器16、输出表示加速器位置的电气信号的加速器位置感测器18、输出表示大气压力的电气信号的大气压力感测器19。ECU 20接收来自不同的传感器的输出信号。

曲柄轴位置传感器16调适以在每次曲柄轴旋转如10度角的某一量时输出一信号。ECU 20也是电气连接燃料注入器11以及(如果存在)节流阀21，且这些元件是由ECU 20控制。

例如，燃料注入器11的燃料注入是依据对内燃引擎1的负载请求而产生，该负载请求由加速器位置传感器18的输出值推导出来。

因此，ECU 20决定注入参数以控制燃料注入器11。控制燃料注入器11所需的参数是开始注入(start of injection，SOI)，即必须开始注入燃料至气缸4的标示时间，也就是，燃料注入器11必须打开以便由燃料轨供应燃料至气缸4。另一重要参数是注入长度，其与燃料轨内的燃料压力相关联，对传送至燃烧室4的燃料量起决定性。

然而，注入至燃烧室4的燃料并未立即开始燃烧。在开始点火(Start of Injection，SOI)以及开始燃烧(Start of Combustion，SOC)之间会有一些点火延迟(Delay of Ignition，DOI)。该延迟是取决于许多参数。其中一参数是燃料品质，尤其是在柴油引擎。具较低辛烷值的燃料与较高辛烷值的燃料相比会导致较大的点火延迟(DOI)。

为了补偿燃料品质的任何变化，当决定控制数值以规定开始点火时，ECU 20考虑到描述ICO品质的参数。

当如此做时，ECU 20进行包括二部分或阶段的方法。第一部分是燃料调节部，并决定用于由燃料品质参数所推导的参数的目标数值，即注入的燃料量的一半已转换时的曲柄角度的时间，该已转换即燃烧。该参数通常简称MFB50(燃料燃烧量＝50％)。

如本说明书的现有技术中所解释的，MFB50是曲柄角度，换言之可定义成燃烧循环，即MFB50应用至多气缸引擎的所有气缸2。

在第一部分中，ECU 20进行决定燃料品质的方法。个别的程式或程序是预先储存于ECU 20中并以特定时间执行。可选地，例如，可在每次内燃引擎转动特定次数时、每次交通工具行走特定距离时或最好当再装满燃料时，执行该程序。

参考图2，现在说明藉ECU 20进行方法的第一部分。在本方法开始后，先检验引擎的油箱是否再装满燃料。本方法只在侦测到再装满燃料时才进行。只有在此时，燃料品质会明显改变，因为对于储存的燃料，其变化会小到可忽略。

在下一步骤中，ECU 20收集引擎燃烧室4内的压力的数据。因为燃料品质会均一性地影响所有气缸，所以ECU 20只需收集用于某一气缸的数据，即气缸2。

由所收集的资料，也包括对在引擎操作期间所设定的开始点火(SOI)的数据，计算出延迟点火(DOI)，即开始点火(SOI)以及开始燃烧(SOC)之间的差。该计算所需的开始燃烧可由已知方法侦测，比如以压力信号为主的方法，如由法国第FR 2888880 A1号专利或德国第DE 10200600127 A1号专利所已知。SOI及SOC的数值都称作来自曲柄位置传感器16的引擎曲柄角度信号。不使用压力信号，而可使用任何其他能推导出SOC及SOI之间发生的点火延迟DOI的燃烧反馈信号。

在下一步骤中，辨识燃料并决定燃料品质参数F，该参数F为DOI的函数。该决定可藉处理以燃料品质参数F当作DOI函数的个别图表而达成。

然后该燃料品质参数F当作输入，以决定用于MFB50的目标数值αT。所述决定进一步考虑到引擎操作参数的实际数值，其中有引擎速度及引擎负载。传统上，ECU 20使用预先储存的特性或提供目标数值αT的图表，定义MFB50当作燃料品质参数F及引擎速度与负载的函数。

储存用于MFB50的新目标数值αT当作ECU 20所进行的本方法第二部分的目标数值。依据图2的方法，第一部分是燃料调适部，该部分使用第一步骤以决定用于MFB50的目标数值，并得出在第二部分的SOI校正中所使用的用于MFB50的目标数值。目标数值可定义成引擎速度及负载的函数，并且表示引擎最佳操作时所要达成的数值。

第二部分是由图3以方块图的形式而表示。

该方块图显示本方法第二部分是封闭回路控制，用于控制引擎的开始点火SOI或针对开始点火SOI的数值的校正参数，该校正参数是由ECU20所决定而用于引擎1的操作。因此，本方法的第二部分进行SOI校正，该校正针对所决定的SOI以校正基础数值，其他方面是熟悉本技术领域的人员所周知的。

依据图3，控制器22依据用于SOI的设定数值而动作，该些数值用以控制引擎1中注入器11的时间。控制器22的输入是由本方法第一部分即燃料调节阶段所获得用于MFB50的目标数值αT以及在引擎操作期间决定用于MFB50的实际数值αA之间的差。目标数值αT从储存装置取回。对于使用最新的值一直采取很谨慎的态度。

控制设置由此确保了引擎1的操作体会到用于MFB50的数值αT。如果这会造成因其他理由而要避开的SOI数值时，则会激活适当的限制功能，如引擎控制技术中所周知的，比如以动量为主的控制系统。

实际数值αA是藉气缸压力传感器14在引擎1操作期间由测量气缸压力而决定。使用演算法由气缸压力决定用于MFB50的实际数值αA，是熟悉本技术领域人员所周知的。依据这些已知的关系，MFB50取决于燃烧室中的压力及压力梯度、燃烧室4的空气/燃料体积及其第一导数、混合组成以及温度传感器13所给定的入口空气温度。

控制器22校正SOI以使得在引擎1的正常操作期间所侦测到的用于MFB50的实际数值变成等于在本方法燃料调节阶段中所决定的用于MFB50的目标数值αT。如果目标数值定义成速度及负载的函数，则当然会考虑到这些参数。

本方式很有利地使用了MFB50为在其他中用以控制注入器11的SOI的函数的事实。利用先由燃烧延迟所决定的设定点或目标数值αT，SOI校正确保引擎是用最佳SOI数值操作，该最佳SOI数值对于实际存在的燃料品质为最佳。因此，本方法要比在引擎操作期间只考虑进行一次燃料品质的侦测，还要进步许多。

Claims (10)

1.一种控制具直接燃料注入的汽车内燃引擎的方法，包括：

利用一燃料调节部，在引擎表现出预设操作条件时，使用一第一燃料品质参数决定步骤，决定一燃料品质参数；以及

利用一控制部，使用该燃料品质参数(F)或由该燃料品质参数(F)推导的燃料燃烧特性参数的数值当作在该引擎中开始注入(SOI)的一封闭回路控制内的一目标数值，

藉该封闭回路控制，使用不同于该第一燃料品质参数决定步骤的一第二燃料品质参数决定步骤，决定该燃料品质参数(F)或由该燃料品质参数(F)推导的燃料燃烧特性参数的一实际数值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述燃料品质参数(F)推导的燃料燃烧特性参数是注入至一燃烧室内的燃料体的一半已经转换时的曲柄角度的时间(MFB50)。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制部计算一误差数值，该误差数值代表目标数值与实际数值(αT，αA)之间的偏差，且封闭回路控制控制该开始注入(SOI)以极小化该误差数值。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，该开始注入(SOI)以及一开始燃烧(SOC)之间所发生的一点火延迟(DOI)是由该第一燃料品质参数决定步骤使用，以决定该燃料品质参数。

5.如权利要求1至4的任一项所述的方法，其特征在于，所述燃料调节部在一储存装置(20)内储存该目标数值(αT)，且该控制部由该储存装置(20)取回该所储存的目标数值(αT)，以进行封闭回路控制，即使是在该第一燃料品质参数决定步骤所需的该等预设操作条件不被满足时。

6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述引擎为多气缸引擎，对少于所述引擎的所有气缸决定所述目标数值与实际数值，并用以控制所有气缸的燃料注入。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，仅对所述气缸的其中一单一气缸决定该实际数值(αA)。

8.如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，该第一燃料品质参数决定步骤以及该第二燃料品质参数决定步骤使用表示该燃烧室(4)内的压力的一压力信号。

9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，用于该第一燃料品质参数决定步骤的所述预设操作条件包括一引擎燃料箱已再装满。

10.一种控制具直接燃料注入的汽车内燃引擎(1)的装置，该装置包括一控制器(20)，以适于执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。

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