CN102374052A - 基于模型的瞬态燃料喷射正时控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制直喷内燃发动机的方法，包括：监测内燃发动机操作参数；响应于所述发动机操作参数确定喷射的开始；监测包括剩余气体成分的进气流；监测排气流；监测燃料流；基于进气流、排气流和燃料流确定对应于进气流反应时间的时间常数；利用所述时间常数修改喷射的开始；以及利用所修改的喷射开始来操作发动机。
Description
技术领域
本公开涉及直喷内燃发动机。
背景技术
本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并可能不构成现有技术。
在预混合充量压缩点火（PCCI）发动机操作期间，自动点火燃烧依赖于气缸充量温度、充量成分、和进气阀关闭时的气缸压力。因此，发动机的控制输入必须被协调以确保这些关键气缸变量处于能够有效地实现自动点火燃烧的范围内，该控制输入例如为燃料量、燃料喷射正时、EGR阀打开位置、以及进气阀和排气阀轮廓。在这些输入中，可用于发动机的剩余气体的量和燃料喷射正时的开始是很重要的。可用的剩余气体量是慢反应参数，其使得瞬态状况难以控制而不产生过度的听觉燃烧噪声和扭矩输出不规则。
在PCCI燃烧期间，由稳态发动机校准来确定变量的控制。当稳态发动机操作被中断时，诸如在请求的扭矩瞬态或燃烧模式过渡期间，发动机被控制为在请求的操作状态下的新的稳态校准，该请求的操作状态是由新的操作员扭矩请求确定的。这种类型的控制不能够理解发动机致动器和相关联的控制参数可能具有不同的反应时间，其中剩余气体质量响应是最慢的。在小扭矩和燃烧模式过渡下，彼此反应时间足够接近，使得扭矩扰动和听觉燃烧噪声被最小化。在大的瞬态下，反应时间不能匹配变化率，导致失去对燃烧的控制，直到发动机致动器和相关联的控制参数反应时间能够响应。失去控制的时间段导致扭矩扰动和听觉燃烧噪声。当失去控制时，这还导致排放峰值，因为燃烧过程不再操作于操作参数内。
发明内容
本发明涉及一种用于控制直喷内燃发动机的方法，包括：监测内燃发动机操作参数；响应于所述发动机操作参数确定喷射的开始；监测包括剩余气体成分的进气流；监测排气流；监测燃料流；基于进气流、排气流和燃料流确定对应于进气流反应时间的时间常数；利用所述时间常数修改喷射的开始；以及利用所修改的喷射开始来操作发动机。
本发明还涉及以下技术方案。
1. 一种用于控制直喷内燃发动机的方法，包括：
监测内燃发动机操作参数；
响应于所述发动机操作参数确定喷射的开始；
监测包括剩余气体成分的进气流；
监测排气流；
监测燃料流；
基于进气流、排气流和燃料流确定对应于进气流反应时间的时间常数；
利用所述时间常数修改喷射的开始；以及
利用所修改的喷射开始来操作发动机。
2. 如技术方案1所述的方法，还包括检测来自操作员扭矩请求的快速瞬态；以及
其中，利用时间常数来修改喷射的开始在监测到快速瞬态后进行。
3. 如技术方案1所述的方法，还包括检测来自操作员扭矩请求的快速瞬态；以及
其中，确定时间常数在监测到快速瞬态之后进行。
4. 如技术方案1所述的方法，其中，确定喷射的开始包括参照查询表。
5. 如技术方案1所述的方法，其中，监测包括剩余气体成分的进气流包括确定由内部排气再循环获得的进气流内的剩余气体成分。
6. 如技术方案1所述的方法，其中，监测包括剩余气体成分的进气流包括确定由外部排气再循环获得的进气流内的剩余气体成分。
7. 如技术方案1所述的方法，其中，利用时间常数修改喷射的开始包括闭环燃烧反馈控制。
8. 如技术方案1所述的方法，其中，利用时间常数修改喷射的开始包括开环燃烧控制。
9. 如技术方案1所述的方法，还包括：
监测发动机速度；以及
监测发动机的容积效率；
其中，确定对应于进气流反应时间的时间常数进一步基于发动机速度和发动机的容积效率。
10. 如技术方案1所述的方法，其中，监测排气流包括利用排气传感器监测排气流内的排气分数。
11. 一种用于控制直喷内燃发动机的方法，包括：
监测内燃发动机操作参数并响应于发动机操作参数而确定喷射的开始；
监测操作员扭矩请求并检测来自操作员扭矩请求的快速瞬态；
监测包括剩余气体成分的进气流；
监测排气流；
监测燃料流；
监测发动机速度；
监测发动机的容积效率；
在监测到快速瞬态之后，基于进气流、排气流、燃料流、发动机速度和发动机的容积效率来确定对应于进气流反应时间的时间常数；
在监测到快速瞬态后，利用时间常数来修改喷射的开始；以及
利用所修改的喷射开始来操作发动机。
12. 如技术方案11所述的方法，其中，监测包括剩余气体成分的进气流包括确定由内部排气再循环获得的进气流内的剩余气体成分。
13. 如技术方案11所述的方法，其中，监测包括剩余气体成分的进气流包括确定由外部排气再循环获得的进气流内的剩余气体成分。
14. 如技术方案11所述的方法，其中，利用时间常数修改喷射的开始包括闭环燃烧反馈控制。
15. 如技术方案11所述的方法，其中，利用时间常数修改喷射的开始包括开环燃烧控制。
16. 一种用于控制直喷内燃发动机的装置，所述装置包括：
进气流传感器；
排气流传感器；
控制模块，该控制模块：
监测内燃发动机操作参数；
响应于所述发动机操作参数确定喷射的开始；
监测所述进气流传感器以获得剩余气体分数；
监测所述排气流传感器；
监测进入发动机的燃料流；
基于剩余气体分数、监测的排气流和进入发动机的燃料流确定对应于进气流反应时间的时间常数；
利用所述时间常数修改喷射的开始；以及
利用所修改的喷射开始来命令发动机的操作。
17. 如技术方案16所述的装置，还包括外部排气再循环系统。
18. 如技术方案16所述的装置，其中，命令发动机的操作包括预混合充量压缩点火模式。
19. 如技术方案16所述的装置，其中，命令发动机的操作包括均质充量压缩点火模式。
20. 如技术方案16所述的装置，其中，命令发动机的操作包括贫燃模式。
附图说明
现在参考附图，通过实例描述一个或多个实施例，其中：
图1是示出了根据本公开的实施例构造的示例性内燃发动机、控制模块和排气后处理系统的示意图；
图2是从根据本公开的实施例的操作期间操作于PCCI燃烧模式的已知压缩点火内燃发动机获得的图形数据；
图3是根据本公开的实施例的在包括控制参数SOI和操作参数IMEP的操作期间操作于PCCI燃烧模式的发动机操作期间的本公开的实施例的操作随时间的图形数据；
图4根据本公开的实施例示意性地示出了示例性压缩点火内燃发动机，图形化地显示了用于确定时间常数的变量；以及
图5根据本公开的实施例示出了示例性控制策略，其采用公式计算开环控制或闭环控制中的示例性PCCI发动机的瞬态正时校正因子。
具体实施方式
现在参考附图，其中所示的内容仅仅是为了说明某些示例性实施例，而不是为了限制本发明，图1是示出了根据本公开的实施例构造的示例性内燃发动机10、控制模块5和排气后处理系统15的示意图。示例性发动机10包括具有连接到曲轴24并且可在气缸20内运动的往复活塞22的可操作于预混合充量压缩点火（PCCI）燃烧模式的多缸直喷压缩点火内燃发动机10，气缸20限定可变容积燃烧室34。曲轴24可操作地连接到车辆变速器和传动系以便响应于操作员扭矩请求（To_REQ）而将牵引扭矩传递到车辆变速器和传动系。发动机10优选采用四冲程操作，其中，每个发动机燃烧循环包括曲轴24的720度的角度旋转，其被分为四个180度的阶段（进气-压缩-膨胀-排气），其描述了活塞22在发动机气缸20内的往复运动。多齿目标轮26连接到曲轴24并随着曲轴24一起旋转。发动机10包括监测发动机操作的传感装置，以及控制发动机操作的致动器。传感装置和致动器信号地或可操作地连接到控制模块5。
发动机10优选包括直喷四冲程内燃发动机10，其包括可变容积燃烧室，该燃烧室由活塞和气缸盖限定，其中活塞在气缸内的上止点（TDC）和下止点（BDC）之间往复运动，气缸盖包括进气阀和排气阀。活塞22以重复的循环往复运动，每个循环包括进气、压缩、膨胀和排气冲程。
发动机10优选具有主要在化学计量比的贫侧的空气/燃料操作工况。本领域技术人员懂得，本公开的方面可应用于主要在化学计量比的贫侧操作的其它发动机构造，例如贫燃火花点火发动机。在压缩点火发动机10的正常操作期间，在每个发动机循环期间当燃料充量被喷射到燃烧室34以与进气形成气缸充量时，发生燃烧事件。进气包括将在以下详细叙述的剩余排气成分和新鲜空气成分。气缸充量接下来通过在压缩冲程期间的压缩行为而被燃烧。
发动机10构造成在宽范围的温度、气缸充量（空气、燃料和剩余气体）和喷射事件上操作。本文描述的方法特别适用于直喷压缩点火发动机在化学计量比的贫侧的操作，以在进行着的操作期间确定与每个燃烧室的热释放相关的发动机控制致动器和相关的发动机操作参数的状态。所述方法还适用于其它发动机构造，包括火花点火发动机，包括适于使用均质充量压缩点火（HCCI）策略的发动机。所述方法还可应用于燃烧模式之间的瞬态，例如可操作于压缩点火和PCCI或火花点火和HCCI的发动机。所述方法可应用于采用排气再吸入操作的系统，例如，阀重叠被设计为吸入最近排出的排气（内部排气再循环）或单独可变的阀致动，其中，对剩余气体质量的量的了解可以用于燃烧控制。
传感装置安装在发动机10上或发动机10附近以监测物理性质并产生信号，这些信号与发动机操作参数的状态和环境条件的状态相关。传感装置包括曲柄传感器44，用于通过感测多齿目标轮26的齿上的边缘而监测曲轴速度（RPM）。曲柄传感器44是已知的，可包括例如，霍尔效应传感器、感应传感器、或磁阻传感器。从曲柄传感器44输出的信号（RPM）输入到控制模块5。具有燃烧压力传感器30，其包括压力传感装置，该压力传感装置适于监测缸内压力（COMB_PR）。燃烧压力传感器30优选地包括非侵入式装置，该非侵入式装置包括具有环形横截面的力传感器，该力传感器适于在用于电热塞28的开口处安装到气缸盖中。燃烧压力传感器30与电热塞28相结合地安装，燃烧压力机械地通过电热塞传递到传感器30。燃烧压力传感器30的传感元件的输出信号COMB_PR与气缸压力成比例。燃烧压力传感器30的传感元件包括压电陶瓷或适于进行该操作的其它装置。其它传感装置优选地包括用于监测歧管压力（MAP）和环境大气压力（BARO）的歧管压力传感器、用于监测进气质量空气流量（MAF）和进气温度（TIN）的质量空气流量传感器以及冷却剂传感器35（COOLANT）。系统可包括排气传感器16（EXHAUST），例如，宽带空气/燃料传感器，电化学传感器，红外传感器，超声波传感器，以及激光传感器，用于监测一个或多个排气参数（例如，温度，空气/燃料比，氧含量和成分）的状态。本领域技术人员将理解，可以存在其它传感装置和方法，用于控制和诊断目的。操作员扭矩请求（TO_REQ）形式的操作员输入通常通过节气门踏板和制动踏板以及其它装置来获得。发动机10优选地设有其它传感器，用于监测发动机操作状态和用于系统控制的目的。每个传感装置信号地连接到控制模块5以提供信号信息，该信号信息被控制模块5转换，以确定相应监测的发动机操作参数的状态。应该理解的是，该配置是说明性的，不是限制性的，包括能够用功能等价的装置代替的各种传感装置以及算法。
致动器安装在发动机10上，并由控制模块5控制以响应于操作员输入而控制状态。这包括控制每个致动器的每个控制参数的状态，以获得发动机操作参数的状态。致动器包括电控制的节气门装置，其响应于命令的输入（ETC）而控制节气门开度，以及多个燃料喷射器12，用于响应于命令的信号（INJ_PW）而直接喷射燃料到每个燃烧室，所有这些都响应于操作员扭矩请求（TO_REQ）而控制。具有排气再循环（EGR）阀32和冷却器，响应于来自控制模块5的控制信号（EGR）而控制至发动机进气的外部再循环排气的流量。应该认识到，缸内剩余气体的质量是外部再循环排气和来自之前的发动机循环的任何剩余缸内排气的组合。电热塞28包括已知装置，安装在每个燃烧室中，燃烧室容纳燃烧压力传感器30。
燃料喷射器12是燃料喷射系统的元件，其包括多个燃料喷射器装置，每个燃料喷射器装置构造成响应于来自于控制模块5的命令信号INJ_PW将燃料充量（即一定质量的燃料）直接喷射到一个燃烧室34中。每个燃料喷射器12被从燃料分配系统供给加压燃料，并具有包括最小脉冲宽度和相关联的最小可控制燃料流率和最大燃料流率的操作特性。与命令的信号（INJ_PW）相关联的操作参数包括喷射的开始（SOI）和脉冲宽度（INJ_PW）。SOI是活塞22在气缸34中的在上止点之前的度数的位置之间的关系，在发动机操作的压缩冲程期间，燃料喷射开始于上止点。
发动机10可设有可控制的阀系统，该阀系统操作为调节每个气缸的进气和排气阀的打开和关闭，控制参数包括阀正时、阀相位（即，相对于曲柄角和活塞位置的正时）以及阀打开升程的幅度中的一个或多个。一个示例性系统包括可变凸轮相位（VCP）和可变升程控制（VLC），这些可应用于压缩点火发动机，火花点火发动机，PCCI发动机和HCCI发动机。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器及类似的术语意味着下列项中的一个或多个的任意恰当的一种或各种组合：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的中央处理单元（优选为微处理器）和相关联的存储器和储存器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、恰当的信号调节和缓冲电路、及提供所述功能的其它适当部件。控制模块具有一组控制算法，包括存储在存储器中并被执行以提供期望功能的驻留软件程序指令和校准。算法优选地在预设循环周期期间执行。可以通过例如中央处理单元来执行算法，并且该算法可操作以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程从而控制致动器的操作。循环周期能以规则的时间间隔执行，例如在进行中的发动机和车辆操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。可替代地，算法可以响应事件的发生而执行。
控制模块5执行存储在其中的算法代码以控制上述致动器从而获得发动机控制致动器的状态，包括节气门位置（ETC）、燃料喷射质量（INJ_PW）,SOI,控制再循环排气流量的EGR阀位置（EGR）、电热塞操作（GLOWPLUG）、控制进气和/或排气阀的正时和相位、以及如此装配的系统中的升程。控制模块5构造成接收来自操作员的输入信号（例如，节气门踏板位置和制动踏板位置）以确定操作员扭矩请求To_REQ，从指示发动机速度（RPM）和进气温度（TIN）和冷却剂温度及其它环境条件的传感器确定发动机操作参数的状态。控制模块5可以开环操作，没有燃烧反馈控制，或闭环操作，带有燃烧反馈控制。
在示例性压缩点火发动机应用中，发动机10操作在PCCI燃烧模式。PCCI燃烧模式包括在燃烧循环的压缩冲程的早期的燃料的部分喷射，导致燃料和进气在燃烧室34中预混合，以实现低温燃烧并控制在贫的或化学计量的空气/燃料比。在一个实施例中，剩余气体分数（即，缸内剩余气体质量作为总的气缸充量质量的百分比）被控制为高稀释率，例如，大于气缸充量质量的40%。进气阀和排气阀被控制为低升程阀位置，进气和排气升程正时在这样设置的系统上以负阀重叠（NVO）状况操作。
图2是从在操作期间操作于PCCI燃烧模式的已知压缩点火内燃发动机10取得的图形数据。显示了监测的发动机操作参数SOI和指示平均有效压力（IMEP）随时间的变化。当控制模块5检测到操作员扭矩请求（TO_REQ）的变化并且响应于操作员扭矩请求的变化而要求发动机操作参数的变化时，发生瞬态操作。以50总体示出SOI轨迹，它是喷射进入气缸34的燃料在上止点之前的度数（DBTCD）的函数，以52总体示出了相应的IMEP轨迹，它描述为压力（巴）。SOI轨迹50与操作员扭矩请求（TO_REQ）相关，其中，操作员扭矩请求的改变造成SOI的改变。IEMP轨迹52显示了燃烧过程在活塞22顶部得到的力。因此，IMEP轨迹52是推动活塞22向下并使曲轴26转动以产生输出扭矩的力。应该认识到，在考虑发动机损失（例如，摩擦损失）之前，IMEP与发动机操作扭矩有直接关系。
在PCCI燃烧模式操作发动机的已知控制策略包括使用稳态映射以响应于操作员扭矩请求和环境条件确定与各种致动器相关联的发动机控制的优选状态，例如，燃料喷射质量和正时，EGR阀位置，EGR质量流量，电热塞操作，以及进气阀和/或排气阀正时，相位和升程。当操作员扭矩请求（TO_REQ）由当前稳态映射改变为新的稳态映射时，控制策略从当前稳态映射改变为新的稳态映射发动机操作参数。
每个发动机控制致动器具有与状态的改变相关联的反应时间，意味着，在发动机控制致动器的命令的状态改变和相关的发动机操作致动器的状态改变之间存在时间延迟。已知某些致动器具有快速动态响应并能够在单个循环或气缸事件内调整到新的命令的输出，并已知为快速发动机致动器。快速发动机致动器包括例如喷射正时，火花正时以及阀升程。其它发动机致动器响应于控制信号相对较慢地实现改变，并由于构件惯性、机械响应时间和气流滞后而需要多个发动机循环或气缸事件来调整到新的命令的输出，并已知为慢速发动机致动器。慢速发动机致动器包括，例如，EGR阀位置和相应的剩余气体流量，节气门位置和阀相位。在快速发动机致动器和慢速发动机致动器之间的响应时间的不一致可能会扰乱燃烧过程，这能够显示在IMEP轨迹上。
慢速瞬态是操作员扭矩请求在阈值以下的变化，其导致慢速和快速发动机控制致动器能够在操作员扭矩请求改变期间保持健康燃烧。与操作员扭矩请求相关的慢速瞬态的例子显示在由A标识的时间段期间的SOI轨迹50上。得到的IMEP轨迹52，也标识为同一时间段上的A，指示发生了平滑的过渡。快速瞬态是操作员扭矩请求在阈值以上的变化，其导致发动机控制致动器不能够在操作员扭矩请求改变期间保持健康燃烧。有关的发动机控制致动器包括EGR阀位置和EGR质量流量。快速瞬态的例子显示在标识为B和C的SOI轨迹50上。在这两种情况下，得到的不受控制的IMEP轨迹52是不连续的曲线，分别标识为B和C，指示了不稳定的燃烧。慢速发动机致动器的状态不能够维持健康的燃烧而不产生过度的听觉燃烧噪声。这种变化是不完全燃烧的结果，并导致快速瞬态情况期间的排放峰值。
图3是在操作期间在PCCI燃烧模式的发动机操作期间的本公开的实施例的操作的图形数据，包括控制参数SOI和发动机操作参数IMEP随时间的状态。SOI图形示出了不受控制的SOI轨迹50，该轨迹50与在相似测试条件下的优选实施例的受控SOI轨迹54重叠。受控的SOI轨迹54利用图5的过程采用时间常数(τ)来调整SOI以控制燃烧过程并降低听觉燃烧噪声，扭矩扰动和排放峰值，如以下更详细所述。时间常数τ是考虑了发动机操作参数和各种发动机致动器的响应时间的项。控制系统通过确定剩余气体流量和缸内剩余气体的质量利用时间常数τ来确保发动机10操作在可接受的燃烧噪声限制内并且没有扭矩或排放的扰动，如本文所述。
在优选实施例中，采用从质量空气流量传感器（MAF）和排气传感器（EXHAUST）接收的信息来确定剩余气体分数。利用控制模块5通过跟踪进气歧管和排气供给流中的燃烧了的质量流量和未燃烧的质量流量而确定剩余气体分数。这些进气和排气的成分可以用来确定时间常数τ。一旦确定时间常数τ，其用于相对于未修改的轨迹50来修改控制参数SOI的状态，如轨迹54所示。修改的SOI参数的状态导致更平滑的SOI轨迹54，特别是，现在瞬态状况发生在更长的时间段上。然而，IMEP轨迹56保持相对不变化并且响应于操作员扭矩请求。在快速瞬态部分，显示在E和F，IMEP保持连续过渡，消除了扭矩不稳定性、听觉燃烧噪声和排放峰值。
时间常数τ的确定还可以通过参照以下公式来解释。图4示意性地示出了示例性压缩点火内燃发动机10，图形地显示了用于确定时间常数的变量。剩余气体分数的支配性动态必须被有理化。这可以通过如下地计算进气和排气流率（AFR）中的剩余气体分数动态来确定：
其中，是进气歧管处以及排气供给流中的氧浓度，
是常数比例因子，例如，空气的氧浓度，
是进气和排气歧管中的燃烧的排气分数。进气歧管处的剩余气体分数动态由下式确定：
[2]
其中，
是进气歧管的体积，
是进气处的空气密度，
是进入进气歧管的EGR气体的流量，
是通过压缩机的新鲜空气的流量，压缩机是诸如涡轮增压器或增压器（或在自然吸气发动机的情况下，是进气中的新鲜空气）。排气歧管处的剩余气体分数动态由下式确定：
其中，是排气歧管的体积，
是排气处的空气密度， 是排气歧管处的排气的流量。燃烧之后的发动机输出处的剩余气体分数
计算如下：
其中，
是引入气缸内的进气（排气和新鲜空气），
是化学计量的空气燃料比，
是进入气缸的燃料流量。将公式4代入公式3，排气处的剩余气体分数变成：
[5]
其中，
是排气处的质量，或公式3中的。在稳态，进气处的剩余气体分数（公式2）和排气处的剩余气体分数（公式5）分别如下：
[6]
以及
其中，是实际空气燃料比。应该注意到，由燃料流量引起的状态中，剩余气体分数动态是线性的，然而，系数包括若干流量项。排气动态比进气动态快得多，因此，排气歧管处的剩余气体分数
大约等于燃烧之后气缸处的排气分数
。
如本领域技术人员所知，为了从公式中消除第二状态，可以应用奇异摄动理论。燃烧之前的缸内剩余气体分数直接关系到燃烧时进气中的EGR的百分比，并以如下动态工作：
其中，
是进气处的质量，或公式2中的
。当公式以可变时间常数表达为一阶滤波器时，公式可以写成：
对于稳态：
[10]。
因此，描述剩余气体分数的支配动态的时间常数可以限定如下：
其中，
是气缸的排量体积，
是发动机速度，
是容积效率。将认识到，容积效率可以由本领域已知的方法确定。
使用进入燃烧室的进气的瞬时剩余气体分数来推导瞬态正时校正，其可由之前的关系确定并写成：
其中，
是之前循环的瞬时剩余气体分数，
是采样时间。因此，瞬时剩余气体分数的变化可以表达如下：
[13]。
在计算可用于气缸充量的瞬时剩余气体分数之后，可以确定正时扰动量。正时扰动由包括SOI参数的稳态映射确定。当发动机10起动时，SOI最初被控制为由稳态映射确定的稳态值。在控制模块5接收到操作员扭矩请求时，在所请求的条件下参照新的稳态映射。因此，计算正时扰动以确定瞬态期间给定瞬态进气的扰动量。以字母
表示SOI参数，以表示稳态，则稳态的SOI参数可以限定为：
以及
[15]。
SOI参数状态的改变限定为：
[16]
采用以上公式，可以确定与剩余气体分数有关的SOI参数的状态改变为：
然后，可以计算一阶滤波器以修改基线SOI(U(bar))为：
将认识到，尽管本文详细描述了示例性公式，但也可以替换为其它公式来提供相似的结果。
图5示出了示例性控制策略，其采用以上公式计算开环控制或闭环控制中的示例性PCCI发动机的瞬态正时校正因子。当操作于开环控制时，控制模块5监测操作员扭矩请求（TO_REQ），并监测大气状况（MAP/BARO），以及发动机操作参数，例如，发动机速度（RPM）和冷却剂温度（COOLANT）。查询预先确定的发动机控制映射（即，查询表（100））以确定发动机操作参数，包括SOI参数的初始状态。对当前操作状况和请求来确定SOI和燃料负荷参数（INJ_PW）（105）。然后可确定时间常数τ（110），例如，如公式11所述，并输入以计算一阶滤波器（115），例如公式21所限定的。一阶滤波器（115）用于基于与EGR系统的响应相关的瞬态动态剩余气体来修改SOI。计算时间常数τ，并且一阶滤波器基于特定气缸充量的以上所述的剩余气体的瞬时流量特性修改SOI并确定最终SOI（120）。这基于剩余气体流量的瞬态动态而为发动机10提供带有最小扭矩扰动、最小不被允许的听觉燃烧噪声以及降低的排放峰值的扭矩输出。
当操作于闭环控制时，控制模块5接收与开环控制相同的输入和发动机操作参数，但还包括相位控制器（125）以从燃烧压力传感器30接收相位反馈。控制模块5接收输入和发动机操作参数，并且从预先确定的发动机控制映射（100）确定对于当前操作条件的优选发动机燃烧相位或目标相位。发动机控制映射提供SOI的初始状态（105）。然后确定时间常数τ（110），例如，如公式11所限定，并输入以计算一阶滤波器（115），例如公式21所限定的。在120，一阶滤波器用于修改在105确定的初始SOI并计算SOI的最终状态。相位控制器（125）使用最终SOI和来自燃烧压力传感器30的相位反馈来确定特定燃烧循环的SOI的状态。一阶滤波器基于特定气缸充量的计算的瞬时流量特性和时间常数来修改目标相位信号以确定适当的最终目标相位控制信号。这提供了带有最小扭矩扰动、最小不被允许的听觉燃烧噪声和降低的排放峰值的发动机扭矩输出。
在又一实施例中，控制模块5可以确定是稳态操作或瞬态操作。当发动机10操作在稳态时，控制模块基于发动机控制映射100的稳态操作参数（包括SOI105）保持操作。当检测到瞬态时，确定时间常数τ（110），应用一阶滤波器115，并修改SOI（120）。如果使用闭环控制，那么相位控制器（125）使用最终SOI和来自燃烧压力传感器30的相位反馈来确定特定燃烧循环的SOI的状态。
在另一实施例中，控制模块5可以确定描述慢速瞬态和快速瞬态的操作员扭矩请求的阈值。当检测到慢速瞬态时，发动机10保持根据发动机控制映射100控制策略的操作，不计算时间常数τ，并且不应用一阶滤波器115。当检测到快速瞬态时，确定时间常数τ（110），应用一阶滤波器115，并修改SOI（120）。如果使用闭环控制，那么相位控制器（125）使用最终SOI和来自燃烧压力传感器30的相位反馈来确定特定燃烧循环的SOI的状态。
如本领域技术人员将认识到的，该控制策略可以操作于具有多个不同的空气和EGR致动机构的任一个的发动机。例如，该控制策略可以操作于以阀受控再吸入策略或单独可变阀致动策略操作的发动机。
本公开已经描述了特定优选实施例及其改型。在阅读和理解本说明书的情况下可以进行其它改型和替代。因此，本发明不限于作为用于实现本公开的最佳模式而公开的一个（多个）具体实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
Claims (10)
1.一种用于控制直喷内燃发动机的方法，包括：
监测内燃发动机操作参数；
响应于所述发动机操作参数确定喷射的开始；
监测包括剩余气体成分的进气流；
监测排气流；
监测燃料流；
基于进气流、排气流和燃料流确定对应于进气流反应时间的时间常数；
利用所述时间常数修改喷射的开始；以及
利用所修改的喷射开始来操作发动机。
2.如权利要求1所述的方法，还包括检测来自操作员扭矩请求的快速瞬态；以及
其中，利用时间常数来修改喷射的开始在监测到快速瞬态后进行。
3.如权利要求1所述的方法，还包括检测来自操作员扭矩请求的快速瞬态；以及
其中，确定时间常数在监测到快速瞬态之后进行。
4.如权利要求1所述的方法，其中，监测包括剩余气体成分的进气流包括确定由内部排气再循环获得的进气流内的剩余气体成分。
5.如权利要求1所述的方法，其中，监测包括剩余气体成分的进气流包括确定由外部排气再循环获得的进气流内的剩余气体成分。
6.如权利要求1所述的方法，其中，利用时间常数修改喷射的开始包括闭环燃烧反馈控制。
7.如权利要求1所述的方法，其中，利用时间常数修改喷射的开始包括开环燃烧控制。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
监测发动机速度；以及
监测发动机的容积效率；
其中，确定对应于进气流反应时间的时间常数进一步基于发动机速度和发动机的容积效率。
9.一种用于控制直喷内燃发动机的方法，包括：
监测内燃发动机操作参数并响应于发动机操作参数而确定喷射的开始；
监测操作员扭矩请求并检测来自操作员扭矩请求的快速瞬态；
监测包括剩余气体成分的进气流；
监测排气流；
监测燃料流；
监测发动机速度；
监测发动机的容积效率；
在监测到快速瞬态之后，基于进气流、排气流、燃料流、发动机速度和发动机的容积效率来确定对应于进气流反应时间的时间常数；
在监测到快速瞬态后，利用时间常数来修改喷射的开始；以及
利用所修改的喷射开始来操作发动机。
10.一种用于控制直喷内燃发动机的装置，所述装置包括：
进气流传感器；
排气流传感器；
控制模块，该控制模块：
监测内燃发动机操作参数；
响应于所述发动机操作参数确定喷射的开始；
监测所述进气流传感器以获得剩余气体分数；
监测所述排气流传感器；
监测进入发动机的燃料流；
基于剩余气体分数、监测的排气流和进入发动机的燃料流确定对应于进气流反应时间的时间常数；
利用所述时间常数修改喷射的开始；以及
利用所修改的喷射开始来命令发动机的操作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150429 |