CN103097698A - 用于控制多个燃料系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的系统包括：燃料质量模块和燃料控制模块。在把第一燃料质量喷射入发动机的气缸和该气缸的喷射口之一之前，燃料质量模块确定第一燃料质量。在第一燃料质量的喷射开始之后，燃料质量模块还确定第二燃料质量。燃料控制模块控制第一燃料喷射器以对于燃烧事件将第一燃料质量喷射入气缸和喷射口之一。燃料控制模块也控制第二燃料喷射器以对于该燃烧事件将第二燃料质量喷射入气缸和喷射口之一。第二燃料喷射器不同于第一燃料喷射器。

Description

用于控制多个燃料系统的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于控制车辆中的多个燃料系统的系统和方法。
背景技术
此处所提供的背景技术描述用于总的介绍本公开的背景的目的。目前所署名的发明人的工作，就在背景技术部分中描述的程度，以及在提交时可能不以另外的方式构成现有技术的说明书的方面而言，既不明确地也不隐含地被视为抵触本公开的现有技术。
传统地，发动机燃烧空气与由一个燃料系统所输送的燃料的混合物而产生用于车辆的驱动转矩。空气经过节气门和进气歧管被吸入发动机。通过一个或多个燃料喷射器喷射燃料。空气/燃料混合物在发动机的一个或多个气缸内燃烧。可通过例如燃料的喷射和/或由火花塞所提供的火花而引发空气/燃料混合物的燃烧。空气/燃料混合物的燃烧产生排气。排气从气缸被排出至排气系统。
车辆可包括多个燃料系统，例如直接喷射系统和进气口喷射系统。直接喷射系统将燃料直接喷射入气缸。进气口喷射系统将燃料喷射入气缸的喷射口。通常，对于给定燃烧事件只有一个燃料系统把燃料输送至气缸。
发明内容
根据本公开原理的系统包括燃料质量模块和燃料控制模块。在把第一燃料质量喷射入发动机的一个气缸和该气缸的喷射口的其中之一之前，燃料质量模块确定第一燃料质量。在第一燃料质量的喷射开始之后，燃料质量模块还确定第二燃料质量。燃料控制模块控制第一燃料喷射器以将第一燃料质量喷射入气缸和喷射口的其中之一用于燃烧事件。燃料控制模块还控制第二燃料喷射器以将第二燃料质量喷射入气缸和喷射口的其中之一用于燃烧事件。第二燃料喷射器不同于第一燃料喷射器。
从下文中提供的详细说明，本公开的进一步的应用范围将变得显见。应当理解的是详细说明和具体实例意图仅以说明为目的而并非意图限制本公开的范围。
附图说明
基于详细说明和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是根据本公开原理的一个示例性发动机系统的功能方框图。
图2是根据本公开原理的一个示例性发动机控制模块的功能方框图。
图3是说明根据本公开原理的用于控制多个燃料系统的一个示例性方法的流程图。
具体实施方式
根据本公开原理的系统和方法控制多于一个的燃料系统以将燃料输送至气缸用于单个燃烧事件。例如，可控制进气口喷射系统以将燃料喷射入气缸的喷射口用于燃烧事件，并且可控制直接喷射系统以将燃料直接喷射入气缸用于同一燃烧事件。然而，喷射的正时可根据喷射的燃料类型(例如，气体、液体)和喷射方法(例如，进气口喷射、直接喷射)而不同。
可在把燃料输送至气缸之前可确定各燃料系统输送至气缸的燃料的量(例如，燃料质量)，并且在燃料喷射开始之后可以不调节 燃料质量。可基于气缸内的空气量(例如，空气质量)和目标空气/燃料比(例如化学计量空气/燃料比)来确定燃料质量。可基于发动机工况来估计空气质量。发动机工况可包括：流到进气歧管的空气质量流量、进气歧管内的压力、和发动机转速。
在燃料喷射开始之后，发动机工况可发生变化。发动机工况的变化可导致估计的空气质量的不准确性。进而，由燃料系统喷射的燃料质量可能不能获得目标空气/燃料比。
在燃料喷射开始之后，根据本公开原理的系统和方法继续估计空气质量并且基于该空气质量来确定一个或多个燃料质量。可以在燃料喷射开始之前确定输送至气缸的燃料总质量和由各燃料系统喷射的质量分数。可在燃料喷射开始之后基于空气质量来调节总质量。可基于总质量和质量分数来确定一次或多次初始喷射的燃料质量。可基于已输送的总质量和燃料质量来确定最终喷射的燃料质量。
在燃料喷射开始之后估计空气质量，通过考虑发动机工况的变化而提高空气质量的准确度。在燃料喷射开始之后确定燃料质量，使目标空气/燃料比的获得成为可能。进而，提高发动机性能并且减少发动机排放。
现在参照图1，示出了示例性发动机系统10的功能方框图。发动机系统10包括发动机12、进气歧管20、排气歧管22、第一燃料系统23、和第二燃料系统60。尽管发动机系统10被描绘成包括两个燃料系统，但发动机系统10可包括多于两个的燃料系统。发动机12可包括发动机缸体，该发动机缸体至少部分地限定一个或多个气缸，例如气缸14。发动机12可包括气缸盖，该气缸盖限定一个或多个喷射口，例如喷射口16。该气缸盖也可部分地限定气缸。
气缸和气缸盖可共同地限定燃烧室，例如燃烧室19。虽然发动机系统10被图示为仅包括一个气缸，但发动机系统10可包括多个气缸。这些气缸可布置成直列构造、V型构造、或者另一合适的构造。
可在气缸内设置用于在气缸内往复位移的活塞，例如活塞18。活塞的往复运动驱动曲轴(未图示)。进气歧管20可与燃烧室连通以便将新鲜空气流(由箭头A所指示)提供入燃烧室。排气歧管22可与燃烧室连通以便输送排气(由箭头E所指示)离开燃烧室。
可在各种实施例中设置涡轮增压器25。涡轮增压器25包括压缩机(或叶轮)27和涡轮29。排气流驱动涡轮29的旋转。涡轮29的旋转引起压缩机27的旋转。压缩机27提供压缩空气至进气歧管20。可控制废气门31的开度来调节绕过涡轮29的排气量和/或压缩机27的输出。对于不同类型的涡轮增压器(例如可变喷嘴涡轮增压器、可变叶片涡轮增压器等)而言，可通过另一种合适方式来控制压缩机27的输出。在各种实施例中，可提供多个涡轮增压器。
第一燃料系统23包括第一燃料箱24、压力调节器26、第一燃料供给管线30、和第一燃料轨32。第一燃料箱24可储存气体燃料，例如液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)、或者氢气。通常以大于大气压力的压力将气体燃料压缩在燃料箱内。压力调节器26可调节从第一燃料箱24到第一燃料轨32的燃料流(由箭头F1所指示)。压力调节器26可包括泵、阀门、和/或其它合适的部件。
第一燃料轨32包括进口38，其中第一燃料轨32可接收来自第一燃料供给管线30的气体燃料。第一燃料轨32可接收来自压力调节器26的气体燃料并且把气体燃料分配至气体燃料喷射器，例如气体燃料喷射器34。可为各气缸/燃烧室设置气体燃料喷射器。
第一燃料轨32还可包括燃料通道，例如燃料通道40。气体燃料喷射器34经由燃料通道40接收来自第一燃料轨32的气体燃料。气体燃料喷射器34(间接地)把气体燃料提供至燃烧室19。仅例如，气体燃料喷射器34可把气体燃料喷射入喷射口16。活塞18在气缸14内的运动可形成真空，该真空把从喷射口16中喷射出的气体燃料吸入燃烧室19。
第二燃料系统60可包括第二燃料箱62、燃料泵64、第二燃料轨72、和第二燃料供给管线70。可把液体燃料，例如汽油或柴油，储存在第二燃料箱62内。液体燃料可以与气体燃料相同或不同。在各种实施例中，也可使用汽油(处于液体形态)来代替气体燃料，并且将汽油喷射入喷射口16。燃料泵64可产生从第二燃料箱62到第二燃料轨72的燃料流(由箭头F2所指示)。燃料泵64可以是电动燃料泵或者机械燃料泵。在各种实施例中，可设置一个或多个额外的燃料泵。
第二燃料轨72可经由二级燃料供给管线(例如二级燃料供给管线78)把液体燃料分配至液体燃料喷射器(例如液体燃料喷射器74)。液体燃料喷射器74可把液体燃料直接喷射入燃烧室19。可为各燃烧室(或各气缸)设置液体燃料喷射器。
把燃料直接喷射入燃烧室的发动机可称为直喷式(DI)发动机。在各种类型的发动机中，可设置火花塞(未图示)而引发燃烧室内空气和燃料的燃烧。由火花引发燃烧并且把燃料直接喷射入燃烧室的发动机可称为火花点火直喷式(SIDI)发动机。
发动机控制模块(ECM)46接收来自歧管绝对压力(MAP)传感器48、发动机冷却液温度(ECT)传感器50、发动机润滑油温度(EOT)传感器52、曲轴位置(CPS)传感器54、和空气质量流量(MAF)传感器56的输入信号。MAP传感器48测量进气歧管20内的压力并且生成显示进气歧管压力的MAP信号49。ECT传感器50测量发动机冷却液的温度并且生成显示发动机冷却液温度的ECT信号51。
EOT传感器52测量发动机润滑油的温度并且生成显示发动机润滑油温度的EOT信号53。CPS传感器54测量曲轴的位置并且生成显示曲轴位置的CPS信号55。MAF传感器56测量流入进气歧管20的空气的质量流量并且生成显示该质量流量的MAF信号57。
ECM 46控制液体燃料喷射器74以控制喷射入燃烧室19的液体燃料的质量和该液体燃料喷射的正时。ECM 46控制气体燃料喷射器34而控制喷射入喷射口16的气体燃料的质量和气体燃料喷射的正时。ECM 46可控制涡轮增压器25、压力调节器26、和燃料泵64。
ECM 46可控制气体燃料和液体燃料的喷射而例如获得目标空气/燃料比，例如化学计量空气/燃料比。ECM 46可估计燃烧室19内的空气质量并且基于该空气质量和目标空气/燃料比来确定燃料质量。在燃料喷射开始之后，ECM 46可通过估计空气质量并且确定一个或多个燃料质量而获得目标空气/燃料比。
现在参照图2，ECM 46的一个示例性实施例包括：发动机转速模块202、发动机负荷模块204、空气质量模块206、燃料质量模块208、喷射正时模块210、和燃料控制模块212。发动机转速模块202确定发动机转速。发动机转速模块202可基于由CPS信号55所显示的曲轴位置来确定发动机转速。发动机转速模块202输出发动机转速。
发动机负荷模块204确定发动机负荷。发动机负荷模块204 可基于发动机工况(例如由MAP信号49所显示的歧管压力)来确定发动机负荷。发动机负荷模块204可基于驾驶员输入(例如加速踏板位置)来确定发动机负荷。发动机负荷模块204输出发动机负荷。
空气质量模块206估计在燃烧时气缸14(或燃烧室19)内的空气量(例如，空气质量)。空气质量模块206可基于发动机转速、由MAF信号57所显示的质量流量、和/或由MAP信号49所显示的歧管压力来估计空气质量。例如，空气质量模块206可基于发动机转速来确定容积效率并且基于该容积效率来估计空气质量。容积效率是在进气期间实际进入气缸14的空气量与气缸14在静态条件下能够容纳的空气量的比率(或百分比)。
当基于质量流量和歧管压力来估计空气质量时，空气质量模块206可给质量流量和歧管压力分配不同的权重。当发动机12在稳定状态下工作时分配给空气质量流量的权重可以较大，当发动机12在动态状态下工作时分配给歧管压力的权重可以较大。当空气质量流量和/或歧管压力的变化率小于预定的速率时，发动机12可在稳定状态下工作。当空气质量流量和/或歧管压力的变化率大于或等于预定的速率时，发动机12可在动态状态下工作。空气质量模块206输出空气质量。
燃料质量模块208确定由第一燃料系统23喷射的用于燃烧事件的燃料量(例如，燃料质量)和由第二燃料系统60喷射的用于同一燃烧事件的燃料质量。由第一燃料系统23喷射的燃料质量可称为第一燃料质量。由第二燃料系统60喷射的燃料质量可称为第二燃料质量。
燃料质量模块208可基于空气质量和目标空气/燃料比(例如化学计量空气/燃料比)来确定用于燃烧事件的输送至气缸14的燃料的总质量。在燃料喷射开始之前，燃料质量模块208可基于总质量和质量分数(或质量百分比)来确定第一燃料质量和第二燃料质量。例如，第一燃料质量可以是总质量与第一质量分数的乘积，第二燃料质量可以是总质量与第二质量分数的乘积。
燃料质量模块208可基于发动机工况例如发动机转速、发动机负荷、和发动机冷却液温度来确定第一质量分数。燃料质量模块208可基于第一质量分数来确定第二质量分数。燃料质量模块208可确保第一质量分数与第二质量分数之和等于1(或者100%)。
在燃料喷射开始之后，燃料质量模块208可基于空气质量来调节总质量并且基于总质量和输送至气缸14的燃料质量(即，输送质量)来确定第二燃料质量。输送质量可包括已输送至气缸14的燃料和/或正在输送至气缸14的燃料。在第一燃料质量的喷射开始和/或结束之后、以及在第二燃料质量的喷射开始之前，燃料质量模块208可基于总质量与输送质量之间的差来确定第二燃料质量。
在第二燃料质量的喷射开始之后，燃料质量模块208可基于空气质量来调节总质量并且基于总质量与输送质量之间的差来调节第二燃料质量。输送质量可包括第一燃料质量、和第二燃料质量中已被输送的部分。燃料质量模块208可继续调节总质量和第二燃料质量直到第二燃料质量的喷射结束。燃料质量模块208输出第一燃料质量和第二燃料质量。
当在喷射第二燃料质量之前喷射第一燃料质量时，以上描述适用。然而，可在第一燃料质量之前喷射第二燃料质量，在此情况下可基于发动机工况来确定第二燃料质量并且基于该第二燃料质量来确定第一燃料质量。另外，可在燃料喷射开始之后以上述关于第二燃料质量的方式来调节第一燃料质量。
另外，发动机系统10可包括多于2个的燃料系统，并且燃料质量模块208可确定由各燃料系统喷射的燃料质量。可基于总质量和质量分数来确定一次或多次初始喷射的燃料质量。可基于总质量(如在燃料喷射期间被调节的)和输送质量来确定最终喷射的燃料质量。
喷射正时模块210确定第一燃料质量和第二燃料质量的喷射正时。喷射正时模块210可基于喷射的燃料类型(例如，气体、液体)和喷射方法(例如，进气口喷射、直接喷射)来确定喷射正时。例如，可在低于把汽油喷射入气缸14的压力的压力下，把汽油喷射入喷射口16。因此，可在把汽油喷射入气缸14之前将汽油喷射入喷射口16，以便让汽油蒸发。
喷射正时模块210可基于第一燃料质量和第二燃料质量来确定喷射正时。喷射正时模块210可基于喷射的质量来确定各次喷射的脉冲宽度。喷射正时模块210可基于该脉冲宽度和结束位置(即，当喷射结束时的曲轴位置)来确定开始位置(即，当喷射开始时的曲轴位置)，并且结束位置可以是预先确定的。可替代地，喷射正时模块210可基于脉冲宽度和开始位置来确定结束位置，并且开始位置可以是预先确定的。例如，进气口喷射的结束位置可对应于进气门打开前，直接喷射的结束位置可对应于进气门打开后。喷射正时模块210输出喷射正时。
燃料控制模块212根据喷射正时来控制气体燃料喷射器34从而把第一燃料质量喷射入喷射口16。燃料控制模块212根据喷射正时来控制液体燃料喷射器74从而把第二燃料质量喷射入燃烧室19(或气缸14)。燃料质量模块208可在气体燃料喷射器34开始喷射第一燃料质量之后调节第二燃料质量并且继续调节第二燃料质量直到液体燃料喷射器74停止喷射第二燃料质量。
现在参照图3，用于控制多个燃料系统从而对于单个燃烧事件将燃料喷射入发动机的方法开始于302。在304，该方法估计燃烧时发动机的一个气缸内的空气量(即，空气质量)。在把燃料输送至气缸之前，该方法可基于发动机转速来估计空气质量。在向气缸的燃料输送开始之后，该方法可基于流到进气歧管的空气的质量流量和/或进气歧管内的压力来估计空气质量。
在306，该方法确定由多个燃料系统输送至气缸的燃料的总质量。该方法可基于空气质量和目标空气/燃料比(例如化学计量空气燃料比)来确定总质量。在308，该方法确定各次喷射的质量分数。该方法可基于发动机转速、发动机负荷和/或发动机冷却液温度来确定质量分数。
在310，该方法确定用于各次喷射的喷射正时。该方法可基于喷射的燃料类型(例如，气体、液体)和/或喷射方法(例如，进气口喷射、直接喷射)来确定喷射正时。在312，该方法判断是否是把燃料喷射入发动机的时间。该方法可基于喷射正时和曲轴位置来确定何时喷射。如果312的判断为“是”，那么该方法在314处继续。否则，该方法在304处继续。
在314，该方法判断喷射正时是否对应于多次喷射的最终喷射。如果314的判断为“是”，那么该方法在316处继续。否则，该方法在318处继续。在316，该方法基于总质量和质量分数来确定燃料质量。在318，该方法基于总质量和已输送至气缸的燃料质量来确定燃料质量。
前面的描述在性质上只是说明性的而决不是意图限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以通过多种形式而实施。因此，虽然本公开包括具体实例，但本公开的真实范围不应受如此限制，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后其它修改将变得显见。为了清楚起见，附图中将使用相同的附图标记来表示相似的元件。本文中使用的短语“A、B和C中的至少一个”应当被理解成利用非排他性逻辑“或”来表示逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本公开原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可按不同的顺序(或者同时地)而实施。
本文中使用的术语“模块”可以指以下部件的一部分、或者包括以下部件：专用集成电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享处理器、专用处理器、或组处理器)；提供所述功能的其它合适的硬件部件；或者部分或全部上述部件的组合，例如在芯片上系统中。术语“模块”可包括存储由处理器所执行代码的存储器(共享存储器、专用存储器、或组存储器)。
上文中使用的术语“代码”可包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例行程序、函数、类和/或对象。上文中使用的术语“共享”表示可利用单个(共享)处理器执行来自多个模块的部分或所有代码。另外，可利用单个(共享)存储器存储来自多个模块的部分或所有代码。上文中使用的术语“组”表示可利用一组处理器执行来自单个模块的部分或所有代码。另外，可利用一组存储器存储来自单个模块的部分或所有代码。
可通过由一个或多个处理器所执行的一个或多个计算机程序而实施本文中所描述的装置和方法。计算机程序包含存储于非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可包含存储的数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性例是非易失性存储器、磁存储器、和光存储器。

Claims (20)

1. 一种系统，包括：
燃料质量模块，所述燃料质量模块：(i)在将第一燃料质量喷射入发动机的气缸和该气缸的喷射口之一以前确定第一燃料质量；并且(ii)在第一燃料质量的喷射开始之后确定第二燃料质量；以及
燃料控制模块，所述燃料控制模块：(i)控制第一燃料喷射器以对于燃烧事件将所述第一燃料质量喷射入所述气缸和所述喷射口之一；并且(ii)控制第二燃料喷射器以对于该燃烧事件将所述第二燃料质量喷射入所述气缸和所述喷射口之一，其中，所述第二燃料喷射器不同于所述第一燃料喷射器。
2. 如权利要求1所述的系统，其中，在所述第一燃料质量的喷射结束之后所述燃料质量模块确定所述第二燃料质量。
3. 如权利要求1所述的系统，其中，在所述第二燃料质量的喷射开始之后所述燃料质量模块调节所述第二燃料质量。
4. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一燃料喷射器将所述第一燃料质量喷射入所述喷射口，并且所述第二燃料喷射器将所述第二燃料质量直接喷射入所述气缸。
5. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一燃料喷射器喷射气体燃料，并且所述第二燃料喷射器喷射液体燃料。
6. 如权利要求1所述的系统，其中，所述燃料质量模块基于输送至气缸的燃料的总质量和质量分数来确定所述第一燃料质量。
7. 如权利要求6所述的系统，其中，所述燃料质量模块基于输送至所述气缸的燃料的输送质量和所述总质量来确定所述第二燃料质量。
8. 如权利要求6所述的系统，其中，所述燃料质量模块基于发动机转速、发动机负荷和发动机冷却液温度中的至少一个来确定所述质量分数。
9. 如权利要求6所述的系统，其中，所述燃料质量模块基于所述气缸内的空气质量和目标空气/燃料比来确定所述总质量。
10. 如权利要求9所述的系统，还包括空气质量模块，所述空气质量模块基于流到所述发动机的进气歧管的空气的质量流量、所述进气歧管内的压力和发动机转速中的至少一个来估计所述空气质量。
11. 一种方法，包括：
在将第一燃料质量喷射入发动机的气缸和该气缸的喷射口之一以前确定第一燃料质量；
在所述第一燃料质量的喷射开始之后确定第二燃料质量；
控制第一燃料喷射器以对于燃烧事件将所述第一燃料质量喷射入所述气缸和所述喷射口之一；以及
控制第二燃料喷射器以对于该燃烧事件将所述第二燃料质量喷射入所述气缸和所述喷射口之一，其中，所述第二燃料喷射器不同于所述第一燃料喷射器。
12. 如权利要求11所述的方法，还包括在所述第一燃料质量的喷射结束之后确定所述第二燃料质量。
13. 如权利要求11所述的方法，还包括在所述第二燃料质量的喷射开始之后调节所述第二燃料质量。
14. 如权利要求11所述的方法，还包括控制所述第一燃料喷射器以将所述第一燃料质量喷射入所述喷射口，并且控制所述第二燃料喷射器以将所述第二燃料质量直接喷射入所述气缸。
15. 如权利要求11所述的方法，还包括控制所述第一燃料喷射器以喷射气体燃料，并且控制所述第二燃料喷射器以喷射液体燃料。
16. 如权利要求11所述的方法，还包括基于输送至所述气缸的燃料的总质量和质量分数来确定所述第一燃料质量。
17. 如权利要求16所述的方法，还包括基于输送至所述气缸的燃料的输送质量和所述总质量来确定所述第二燃料质量。
18. 如权利要求16所述的方法，还包括基于发动机转速、发动机负荷、和发动机冷却液温度中的至少一个来确定所述质量分数。
19. 如权利要求16所述的方法，还包括基于所述气缸内的空气质量和目标空气/燃料比来确定所述总质量。
20. 如权利要求19所述的方法，还包括基于流到所述发动机进气歧管的空气的质量流量、所述进气歧管内的压力、和发动机转速中的至少一个来估计所述空气质量。
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