CN108495997A - 控制内燃发动机的预初始点火的系统和方法 - Google Patents

控制内燃发动机的预初始点火的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种控制内燃发动机的预初始点火的方法包括，访问对应于废气再循环误差的数据和对应于发动机的转速、节气门的节气门位置和发动机的燃烧模式中的至少一个的数据。基于对应于废气再循环误差的数据和对应于发动机的转速、节气门位置和发动机的燃烧模式中至少一个的数据计算有待施加到点火源的电功率的电压和有待施加的预初始点火的次数。

Description

控制内燃发动机的预初始点火的系统和方法
技术领域
本公开总体涉及控制发动机的燃烧室中的预点火的系统和方法。
背景技术
废气再循环(Exhaust gas recirculation，“EGR”)通常用于减少内燃发动机中的氮氧化物(“NOx”)排放。然而，在低瞬态运行温度下的汽油发动机中，EGR会导致燃烧室(即气缸)中不点火或意外燃烧。因此，汽油发动机会变得不稳定并在瞬态、低温运行期间产生大量噪音。
发明内容
在一个实施例中，控制内燃发动机的预初始(pre-primary)点火的方法利用控制器。发动机包括燃烧室和用于点燃燃烧室中燃料的点火源。该方法包括访问对应于废气再循环误差的数据；和访问对应于发动机的转速、喷射到燃烧室内的燃料质量的量、节气门的节气门位置和发动机的燃烧模式中的至少一个的数据。该方法还包括基于对应于废气再循环误差的数据和对应于发动机的转速、喷射到燃烧室内的燃料质量的量、节气门位置和发动机的燃烧模式中的至少一个的数据来计算施加到点火源的电功率的电压。该方法进一步包括将在所计算的电压下的电功率施加到点火源以产生至少一次预初始点火。
在一个示例性实施例中，控制内燃发动机的预初始点火的方法利用控制器。发动机包括燃烧室和用于点燃燃烧室中燃料的点火源。该方法包括访问对应于废气再循环误差的数据以及访问对应于发动机的转速、节气门的节气门位置和发动机的燃烧模式中的至少一个的数据。该方法进一步包括基于废气再循环误差计算有待施加的预初始点火的次数。该方法还包括根据有待施加的预初始点火的次数向点火源施加电功率。
在一个示例性实施例中，车辆包括发动机，该发动机具有限定入口和出口的燃烧室。发动机还包括用于启动燃烧室中预初始点火的点火源。废气再循环通道利用用于控制从出口到入口的废气的流量的废气再循环阀将出口流体连接至入口。发动机还包括用于感测通过废气再循环通道的废气的流率的流量传感器。速度传感器感测发动机的转速并且节气门位置传感器感测发动机的节气门位置。车辆还包括与传感器通信的控制器，用于接收与通过废气再循环通道的废气的流率、喷射到燃烧室内的燃料质量的量、发动机的转速和发动机的节气门位置对应的数据。控制器与废气再循环阀通信以根据期望的废气再循环流率控制废气再循环阀的操作。控制器还被构造为基于期望的废气再循环流率和感测的废气的流率计算废气再循环误差。该控制器进一步被构造为确定发动机的燃烧模式。控制器还被构造为基于对应于废气再循环误差的数据和对应于发动机的转速、喷射至燃烧室内的燃料质量的量、节气门位置和发动机的燃烧模式中的至少一个的数据计算有待被施加到点火源的电功率的电压。该车辆还包括功率调节电路，该功率调节电路与控制器通信并电连接到点火源以将在所计算的电压下的电功率施加到点火源以产生预初始点火。
根据以下结合附图对用于执行本教导的最佳模式的详细描述中，本教导的以上特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
图1是根据一个示例性实施例的具有发动机的车辆的框图，该发动机具有用于控制发动机点火的系统；
图2是表示根据一个示例性实施例的发动机的燃烧室的示意图；
图3是示出根据一个示例性实施例的控制发动机点火的方法的流程图；
图4是示出根据一个示例性实施例的计算有待施加到点火源的电功率的电压的技术的流程图；
图5是示出根据一个示例性实施例的基于废气再循环误差的电压在上限和下限之间变化的图；
图6是示出根据一个示例性实施例的用于计算有待施加到点火源的预初始点火的次数的技术的流程图；
图7是示出根据一个示例性实施例的基于废气再循环误差的预初始点火的次数在上限和下限之间变化的图；
图8是示出基于在预初始点火期间施加的不同电压的不同热释放速率的图；和
图9是示出基于所施加的不同次数的预初始点火的不同热释放速率的图。
具体实施方式
本领域普通技术人员将认识到，诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等这样的术语被描述性地用于附图，而不表示对由所附权利要求限定的本公开的范围的限制。此外，本教导可以根据功能和/或逻辑块组部件和/或各种处理步骤被描述。应该认识到，此种块部件可以包括被构造为执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件。
参见附图，其中相同的附图标记在若干视图中表示相同的部分，本文示出并描述了用于控制发动机102中的点火的系统100和方法300。
参见图1，在一个示例性实施例中，系统100可以在车辆104中实现。在本示例性实施例中，车辆104可以是汽车(未单独标号)。然而，应该理解，系统100可以在其他车辆104中实现，包括但不限于摩托车、飞机、机车和轮船。此外，本文示出并描述的系统100还可以在非车辆应用(未示出)中实现。
在本示例性实施例中示出的发动机102是内燃发动机(未单独标号)。参见图2，发动机102包括至少一个通常被称为汽缸的燃烧室200。如本领域技术人员所熟知的，发动机102可包括多个燃烧室200，其具有活塞202，活塞202构造成在每个燃烧室200中往复运动。如本领域技术人员所熟知的，每个活塞202经由连杆(未示出)联接到曲轴(未示出)。然而，应该理解，在其他实施例中，发动机102可以被不同地构造。
在本示例性实施例中，如本领域技术人员所理解的，燃烧室200限定入口204和出口206。入口204提供进入燃烧室200的进气和/或空气-燃料混合物而出口206提供离开燃烧室200的废气。如本领域技术人员所理解的那样，利用入口阀208控制入口204而利用出口阀210控制出口206。
发动机102进一步包括设置成与每个燃烧室200连通的点火源212。点火源212能够在燃烧室200中启动燃烧。在一个示例性实施例中，点火源212可以利用低温等离子体点火设备(未单独标号)实现。低温等离子体点火设备可以产生将燃烧室200中的空气/燃料混合物点火的一个或多个等离子体流。
发动机102还包括将出口206流体连接到入口204的废气再循环通道214。废气再循环阀216分开废气再循环通道214并且被构造为控制从出口206到入口204的废气的流量。如本领域技术人员所理解的，入口歧管(未示出)和/或废气歧管(未示出)可以被实现为分别流体连接多个入口204和/或多个出口206。因此，废气再循环通道214可将入口歧管连接到出口歧管。
再次参见图1，系统100包括控制器106。控制器106被构造且能够完成数学计算和执行指令，即运行程序。如本领域技术人员所理解的，控制器106可以利用处理器、微处理器、微控制器、专用集成电路(“ASIC”)、存储器、存储设备、模数转换器(“ADC”)等中的一个或多个来实现。示例性实施例的控制器106通常可以被称为发动机控制模块(enginecontrol module，“ECM”)。
控制器106与废气再循环阀216通信以控制在出口206和入口204之间流动的废气量(例如，废气的流率)。因此，控制器106可以根据期望的废气再循环流率控制废气再循环阀216的操作。
系统100可以包括与控制器106通信的流量传感器218。流量传感器218感测通过废气再循环通道214的废气的流率。流量传感器218可以测量通过具有已知直径的孔口的压差、可以是质量流量计或能够感测通过废气再循环通道214的流体的流率和/或量的任一其他感测设备。
该系统可以进一步包括与控制器106通信的氧气传感器220。氧气传感器220被构造为感测流过入口204的氧气浓度。氧气浓度可以用于预测正在由废气再循环阀216供应的废气的量。
系统100还可以包括与控制器106通信的速度传感器110。速度传感器110被构造为感测发动机102的转速。在一个实施例中，如本领域技术人员容易理解的那样，速度传感器110测量曲轴(未示出)的转速并且因此测量发动机102的输出轴(未示出)的转速。
系统100可以进一步包括与控制器106通信的节气门位置传感器112。节气门位置传感器112被构造为感测发动机102的节气门位置，即，所期望的被发送到发动机102的至少一个燃烧室200的空气和燃料的量。
因此，根据如上内容，控制器106可以访问对应于通过废气再循环通道214的废气的流率、发动机102的转速和/或发动机102的节气门位置的数据。
控制器106还可以确定和/或接收发动机102的燃烧模式。燃烧模式可以确定发动机102的各种操作参数。在一些实施例中，燃烧模式可以包括但不限于：稀燃烧、化学计量和满功率输出。
示例性实施例的控制器106被构造为计算废气再循环误差。在一个示例性实施例中，废气再循环误差基于再循环废气所期望的流率和再循环废气所感测的流率。更具体地，通过所期望的流率减去所感测的流率来计算废气再循环误差(或反之亦然)。在另一个示例性实施例中，废气再循环误差基于入口204所期望的氧气浓度和入口204所测量的氧气浓度。更具体地，通过所期望的氧气浓度减去所测量的氧气浓度来计算废气再循环误差(或者反之亦然)。
如本领域技术人员所理解的那样，废气再循环误差可以被转换成可以用作控制信号的简化值。例如，废气再循环误差可以被转换成以0和1为界的实数。然后控制信号可以呈现对应于实数的唯一电压和/或电流。
系统100进一步可以包括功率调节电路114。功率调节电路114与控制器106通信并且电连接到点火源212。功率调节电路114还可以电连接到电源(未示出)，例如车辆104的电池，用于接收电功率。功率调节电路114被构造为将在所期望电压下的电功率施加到点火源212以启动点火并且因此在燃烧室200内燃烧。
现在参见图3，在示例性实施例中，控制发动机102点火的方法300可以利用如上所述的系统100和控制器106。然而，应该理解，可以利用其他系统、控制器、装置和/或设备来完成本文描述的方法300。
方法300包括在302处访问对应于废气再循环误差的数据。对应于废气再循环误差的数据可以由如上所述的控制器106计算，或者以其他方式由控制器106例如从另一个处理器(未示出)和/或数据源(未示出)接收。
方法300还包括在304处访问对应于发动机102的转速、喷射到燃烧室200内的燃料质量的量、节气门的节气门位置和发动机102的燃烧模式中的至少一个的数据。该数据可以由控制器106计算或以其他方式由控制器106接收。
方法300进一步包括在306处计算将被施加到点火源212的电功率的电压。所计算的电压基于对应于废气再循环误差的数据和对应于发动机102的转速、喷射到燃烧室200内的燃料质量的量、节气门位置和发动机102的燃烧模式中的至少一个的数据。换句话说，所计算的电压基于废气再循环误差和发动机102的转速、喷射到燃烧室200内的燃料质量的量、节气门位置和/或发动机102的燃烧模式。
在图4示出的示例性实施例中，计算有待施加到点火源212的电功率的电压包括在400处基于发动机102的转速和节气门位置计算额定电压。该额定电压可以在包括喷射正时、点火正时等的校准过程期间形成。
计算电功率的电压还包括在402处基于添加到额定电压的预定的电势寄生损耗来计算上限电压。计算电功率的电压进一步包括在404处基于额定电压减去的预定的电势寄生损耗来计算下限电压。预定的电势寄生损失可以存储在控制器106的存储器中。
计算有待施加到点火源212的电功率的电压可以进一步包括在406处基于燃烧模式修改下限电压。也就是说，可以基于发动机102的特定操作模式向上或向下调节下限电压。在一个示例中，预定上限电压是65V而预定下限电压是15V。
计算电功率的电压可以进一步包括在408处基于废气再循环误差来选择上限电压与下限电压之间的电压。该选择的电压然后变成有待施加到点火源的电功率的电压。图5示出了曲线图500，其给出了基于由水平轴508表示的废气再循环误差由竖直轴502表示的电压的变化的一个示例，该电压在由线504表示的上限电压和由线506表示的下限电压之间。
再次参见图3，根据一个示例性实施例的方法300可以包括在308处基于废气再循环误差来计算有待施加的预初始点火的次数。预初始点火可以可替代地被称为“预发动(pre-strikes)”或“预火花(pre-sparks)”并且是在主点火或初始点火之前在燃烧室200中发生的点火。
在图6中示出用于计算预初始点火的次数的一种示例性技术600。该示例性技术600包括在602处访问预初始点火的预定上限次数，并且在604处访问预初始点火的预定下限次数。这些上限次数和下限次数可以通过测试发动机102确定并且被存储在控制器106中或其它存储器和/或存储位置中。在一个示例中，预初始点火的预定上限次数是4而预初始点火的预定下限次数是0。
计算预初始点火的次数可以进一步包括在606处基于燃烧模式修改预初始点火的下限次数。例如，预初始点火的下限次数基于发动机102的具体燃烧模式可以从1减少至0。当然，基于发动机102的测试可以预期下限的其他修改值。
计算预初始点火的次数还包括在608处基于废气再循环误差选择上限次数与下限次数之间的次数。该选择的次数然后成为有待施加至点火源212的预初始点火的次数。图7示出了曲线图700，其给出了基于由水平轴708表示的废气再循环误差的由竖直轴702表示的预初始点火的次数的变化的一个示例，该预初始点火的次数在由线704表示的上限次数和由线706表示的下限次数之间。
再次参见图3，根据一个示例性实施例的方法300包括在310处将在所计算的电压下的电功率施加到点火源212并且根据所计算的预初始点火的次数产生预初始点火。
改变施加到点火源212的电压可以更改在燃烧室200中达到的热释放速率(heatrelease rate，“HRR”)。例如，图8示出了由竖直轴800表示的以每曲柄转角焦耳(Joulesper crank angle degree，“J/CAD”)为单位的HRR与由水平轴802表示的以上止点之后的度数(degrees after top dead center，“dATDC”)为单位的曲柄转角之间的关系。曲线804表示当不执行预点火时的HRR和曲柄转角之间的关系。曲线806表示在40V下执行预点火时的HRR与曲柄转角之间的关系。曲线808表示在50V下执行预点火时的HRR与曲柄转角之间的关系。可以看出，在某些情况下，增加预点火的电压具有提高HRR并将HRR移向0dATDC的效果。
改变施加到点火源212的预初始点火的次数也可以更改在燃烧室200达到的HRR。例如，图9示出了竖直轴800表示的以J/CAD为单位的HRR与由水平轴802表示以dATDC为单位的曲柄转角之间的关系。曲线900表示在不执行预点火时的HRR和曲柄转角之间的关系。曲线902表示在执行两次预点火时的HRR和曲柄转角之间的关系。类似地，曲线904表示在执行三次预点火时的HRR和曲柄转角之间的关系，并且曲线906表示在执行四次预点火时的HRR和曲柄转角之间的关系。可以看出，在某些情况下，增加预初始点火的次数也具有提高HRR并将HRR移向0dATDC的效果。
具体实施方式和附图或图形是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。尽管已经详细描述了用于实施所声称的教导的某些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本公开的各种替代设计和实施例。

Claims (20)

1.一种利用控制器控制内燃发动机的预初始点火的方法，所述发动机具有燃烧室和用于对所述燃烧室中的燃料点火的点火源，所述方法包括：
访问对应于废气再循环误差的数据；
访问对应于所述发动机的转速、喷射到所述燃烧室内的燃料质量的量、节气门的节气门位置和所述发动机的燃烧模式中的至少一个的数据；
基于对应于所述废气再循环误差的所述数据和对应于所述发动机的所述转速、喷射到所述燃烧室内的所述燃料质量的量、所述节气门位置和所述发动机的所述燃烧模式中的至少一个的所述数据，计算有待施加到所述点火源的电功率的电压；以及
将所计算的电压下的电功率施加到所述点火源以产生至少一次预初始点火。
2.如权利要求1所述的方法，其中计算有待施加到所述点火源的所述电功率的电压包括：
基于所述发动机的所述转速、喷射到所述燃烧室内的燃料质量和所述节气门位置计算额定电压；
基于添加到所述额定电压的预定的电势寄生损耗计算上限电压；
基于所述额定电压减去所述预定的电势寄生损耗计算下限电压；以及
基于所述废气再循环误差选择在所述上限电压和所述下限电压之间的电压作为有待施加到所述点火源的所述电功率的所述电压。
3.如权利要求2所述的方法，其中计算有待施加到所述点火源的所述电功率的电压进一步包括基于所述燃烧模式修改所述下限电压。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述废气再循环误差计算有待施加的预初始点火的次数。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括根据所计算的预初始点火的次数向所述点火源施加电功率。
6.如权利要求4所述的方法，其中计算预初始点火的所述次数包括：
访问预初始点火的预定上限次数；
访问预初始点火的预定下限次数；以及
基于所述废气再循环误差选择在所述上限次数和所述下限次数之间的次数作为有待施加到所述点火源的预初始点火的次数。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包括根据有待施加的预初始点火的所选择的次数将电功率施加至所述点火源。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括增加所述预初始点火的所述电压以将曲柄转角移向上止点之后零度。
9.一种利用控制器控制内燃发动机的预初始点火的方法，所述发动机具有燃烧室和用于对所述燃烧室中的燃料点火的点火源，所述方法包括：
访问对应于废气再循环误差的数据；
访问对应于所述发动机的转速、喷射到所述燃烧室内的燃料质量、节气门的节气门位置和所述发动机的燃烧模式中的至少一个的数据；
基于所述废气再循环误差计算有待施加的预初始点火的次数；以及
根据有待施加的预初始点火的所述次数，将电功率施加到所述点火源。
10.如权利要求9所述的方法，其中计算预初始点火的所述次数包括：
访问预初始点火的预定上限次数；
访问预初始点火的预定下限次数；以及
基于所述废气再循环误差选择在所述上限次数和所述下限次数之间的次数作为有待施加到所述点火源的预初始点火的次数。
11.如权利要求9所述的方法，进一步包括基于对应于所述废气再循环误差的所述数据和对应于所述发动机的所述转速、喷射到所述燃烧室内的燃料质量、所述节气门位置和所述发动机的所述燃烧模式中的至少一个的所述数据计算有待施加至所述点火源的所述电功率的电压。
12.如权利要求11所述的方法，将所计算的电压下的电功率施加到所述点火源以产生预初始点火。
13.一种车辆，其包括：
发动机，其包括：
燃烧室，其限定入口和出口；
点火源，其用于启动所述燃烧室中的预初始点火；
废气再循环通道，其将所述出口流体连接至所述入口，具有用于控制废气从所述出口至所述入口的流量的废气再循环阀；
流量传感器，其用于感测通过所述废气再循环通道的废气的流率；
速度传感器，其用于感测所述发动机的所述转速；和
节气门位置传感器，其用于感测所述发动机的节气门位置；
控制器，其与各传感器通信，用于接收与通过所述废气再循环通道的废气的流率、所述发动机的所述转速和所述发动机的所述节气门位置对应的数据；
其中所述控制器与所述废气再循环阀通信以根据期望的废气再循环流量控制所述废气再循环阀的操作；
所述控制器被构造为基于所期望的废气再循环流率和所感测的废气的流率计算废气再循环误差；
所述控制器被构造为访问所述发动机的所述燃烧模式；
所述控制器被构造为基于对应于所述废气再循环误差的所述数据和对应于所述发动机的所述转速、喷射至所述燃烧室内的燃料质量、所述节气门位置和所述发动机的所述燃烧模式中至少一个的所述数据计算有待施加到所述点火源的所述电功率的电压；和
功率调节电路，其与所述控制器通信并且电连接到所述点火源并且被构造为将所计算的电压下的电功率施加到所述点火源以产生初始点火。
14.如权利要求13所述的车辆，其中所述控制器被构造为基于所述废气再循环误差计算有待施加的预初始点火的次数。
15.如权利要求14所述的车辆，其中所述功率调节电路进一步被构造为根据所计算的预初始点火的次数将电功率施加至所述点火源。
16.如权利要求15所述的车辆，其中增加所述预初始点火的所述电压以将曲柄转角移向上止点之后零度。
17.如权利要求14所述的车辆，其中所述控制器被构造为计算预初始点火的次数包括所述控制器被构造为：
访问预初始点火的预定上限次数；
访问预初始点火的预定下限次数；以及
基于所述废气再循环误差选择在所述上限次数和所述下限次数之间的次数作为有待施加到所述点火源的预初始点火的次数。
18.如权利要求17所述的车辆，其中根据所选择的有待施加的预初始点火的次数将电功率施加至所述点火源。
19.如权利要求13所述的车辆，其中所述控制器被构造为计算有待施加至所述点火源的所述电功率的电压包括所述控制器被构造为：
基于所述发动机的转速、喷射到所述燃烧室内的燃料质量和所述节气门位置计算额定电压；
基于添加到所述额定电压的预定的电势寄生损耗计算上限电压；
基于所述额定电压减去所述预定的电势寄生损耗计算下限电压；以及
基于所述废气再循环误差选择在所述上限电压和所述下限电压之间的电压作为有待施加到所述点火源的所述电功率的所述电压。
20.根据权利要求19所述的车辆，其中所述控制器被构造为计算有待施加到所述点火源的所述电功率的电压进一步包括所述控制器被构造为基于所述燃烧模式修改所述下限电压。
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