CN109424455A - 用于控制发动机燃料输送的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于控制包括在车辆的发动机的燃料喷射系统中的燃料喷射器的方法和系统。方法包括接收车辆传感器数据，其指示空气测量数据和发动机传感器测量数据。使用燃烧模型以通过迭代方法估计用于满足转矩请求的总燃料量并且基于所接收的车辆传感器数据来估计喷射开始度。输出估计的总燃料量和喷射开始度以控制燃料喷射器。

Description

用于控制发动机燃料输送的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及发动机控制，并且更具体地涉及发动机燃料控制输送。
背景技术
本节提供与本公开有关的背景信息且不一定是现有技术。
汽车发动机控制方法使用不同的方法来控制燃料输送。例如，汽车发动机控制方法可以使用转矩-燃料图。当确定燃料量满足某个驾驶员转矩请求时，这些图提供某个程度的燃烧效率。然而，这些图在稳态中且以标称分量校准，使得在瞬态条件的情况下，这些图可能不与主校准对齐。这导致燃料输送有误差。另外，当燃烧情况发生变化时，需要重新校准图。
因此，期望有效地提供燃料估计。另外，期望避免在新的校准里程碑之后重新校准转矩-燃料。另外，从以下结合附图和前面的技术领域及背景技术进行的详细描述和所附权利要求书中将更清楚地明白本发明的其它理想特征和特性。
发明内容
提供了用于控制包括在车辆的发动机的燃料喷射系统中的燃料喷射器的方法和系统。在一个实施例中，一种方法包括接收车辆传感器数据，其指示空气测量数据和发动机传感器测量数据。燃烧模型用于通过迭代方法估计用于满足转矩请求的总燃料量并且基于所接收的车辆传感器数据来估计喷射开始度。迭代方法中的迭代包括确定喷射燃料量。迭代方法包括使用具有在先前迭代中确定的喷射燃料量的燃烧模型。输出估计的总燃料量和喷射开始度以控制燃料喷射器。
该方法包括涉及迭代方法中的燃烧模型的迭代在满足制动平均有效压力误差阈值时停止。
该方法包括估计的总燃料量是达到驾驶员制动平均有效压力转矩请求所需的主要燃料量。
该方法包括迭代方法与燃烧模型一起使用以便达到与转矩请求相关联的目标并且满足基于MFB50的目标。
该方法包括驾驶员制动平均有效压力转矩请求建立基于MFB50的目标。
该方法包括燃烧模型包括热模型以用于确定放热估计值。
该方法包括燃烧模型包括表示机械、泵送以及热损失的摩擦模型。
该方法包括燃烧模型接收发动机空气系统测量值、压力测量值以及温度测量值作为输入。
该方法包括燃烧模型包括累积的燃料质量确定值，该累积的燃料质量确定值是基于释放化学能量估计速率与可用于燃烧的燃料量相关联的能量成比例。
该方法包括燃烧模型提供瞬态条件下的燃烧效率的估计值，并且与零件间变差一起使用。
在一个实施例中，燃料喷射系统包括燃料喷射器和用于控制燃料喷射器的电子控制单元。电子控制单元被配置为接收车辆传感器数据，其指示空气测量数据和发动机传感器测量数据。燃烧模型用于通过迭代方法估计用于满足转矩请求的总燃料量并且基于所接收的车辆传感器数据来估计喷射开始度。迭代方法中的迭代包括确定喷射燃料量。迭代方法包括使用具有在先前迭代中确定的喷射燃料量的燃烧模型。输出估计的总燃料量和喷射开始度以控制燃料喷射器。
该系统包括涉及迭代方法中的燃烧模型的迭代在满足制动平均有效压力误差阈值时停止。
该系统包括估计的总燃料量是达到驾驶员制动平均有效压力转矩请求所需的主要燃料量。
该系统包括迭代方法与燃烧模型一起使用以便达到与转矩请求相关联的目标并且满足基于MFB50的目标。
该系统包括驾驶员制动平均有效压力转矩请求建立基于MFB50的目标。
该系统包括燃烧模型包括热模型以用于确定放热估计值。
该系统包括燃烧模型包括表示机械、泵送以及热损失的摩擦模型。
该系统包括燃烧模型接收发动机空气系统测量值、压力测量值以及温度测量值作为输入。
该系统包括燃烧模型包括累积的燃料质量确定值，该累积的燃料质量确定值是基于释放化学能量估计速率与可用于燃烧的燃料量相关联的能量成比例；其中燃烧模型提供瞬态条件下的燃烧效率的估计值，并且与零件间变差一起使用。
在一个实施例中，非暂时性计算机可读介质存储程序，该程序在控制车辆的燃料喷射器的电子控制单元上执行时被配置接收车辆传感器数据，其指示空气测量数据和发动机传感器测量数据。燃烧模型用于通过迭代方法估计用于满足转矩请求的总燃料量并且基于所接收的车辆传感器数据来估计喷射开始度。迭代方法中的迭代包括确定喷射燃料量。迭代方法包括使用具有在先前迭代中确定的喷射燃料量的燃烧模型。输出估计的总燃料量和喷射开始度以控制燃料喷射器。
附图说明
下文将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同标号表示相同元件。
图1示意地示出了根据本公开的实施例的汽车系统；
图2是属于图1的汽车系统的内燃机的截面A-A；
图3是描绘用于优化发动机控制吞吐量的基于模型的控制的框图；
图4是描绘燃烧模型的操作的框图；
图5表示用于燃烧模型的数学公式；
图6是描绘化学放热曲线的曲线图；以及
图7是描绘使用基于模型的方法进行发动机控制的框图。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上仅仅是示例性的，而并不意图限制本文公开的发明或本文公开的本发明的应用和用途。另外，除非明确陈述为要求保护的主题，否则无意受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中呈现的任何原则或理论的约束，无论是明示的还是暗示的。
一些实施例可以包括汽车系统100，如图1和2中所示，该汽车系统包括内燃机(ICE)110，该ICE110具有发动机缸体120，该发动机缸体120限定至少一个汽缸125，该汽缸125具有联接以旋转曲轴145的活塞140。汽缸盖130与活塞140配合以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)被设置在燃烧室150中并被点燃，导致热膨胀的排气引起活塞140的往复移动。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，并且空气通过至少一个进气口210。燃料以高压从与高压燃料泵180流体连通的燃料轨170提供给燃料喷射器160，该高压燃料泵增加了从燃料源190接收的燃料的压力。每个汽缸125具有至少两个阀215，该至少两个阀由在时间上随着曲轴145旋转的凸轮轴135致动。阀215选择性地允许空气从进气口210进入燃烧室150，并且交替地允许排气通过排气口220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135与曲轴145之间的正时。
空气可以通过进气歧管200分配到进气口210。进气管205可以将来自周围环境的空气提供给进气歧管200。在其它实施例中，可以提供节流阀体330以调节进入歧管200的空气流量。在其它实施例中，可以提供诸如涡轮增压器230等强制空气系统，其具有旋转地联接到涡轮250的压缩机240。压缩机240的旋转升高了进气管205和歧管200中的空气的压力和温度。被设置在进气管205中的中间冷却器260可以降低空气的温度。涡轮250通过从排气歧管225接收排气而旋转，该排气歧管从排气口220引导排气并且在它通过涡轮250膨胀之前通过一系列叶片。排气排出涡轮机250并且被引导到后处理系统270中。该示例示出了具有VGT致动器290的可变几何涡轮(VGT)，该VGT致动器被布置为移动叶片以改变通过涡轮250的排气的流动。在其它实施例中，涡轮增压器230可以为固定的几何形状和/或包括废气门阀。
后处理系统270可以包括具有一个或多个排气后处理装置280的排气管275。后处理装置可以为被配置为改变排气成分的任何装置。后处理装置280的一些示例包括但不限于催化转化器(两元和三元)、氧化催化剂、稀燃NOx捕集器、烃吸收器、选择性催化还原(SCR)系统，以及微粒过滤器，诸如选择性催化还原过滤器(SCRF)500。
SCRF500可以与SCRF500上游的温度传感器和SCRF560下游的温度传感器相关联。
其它实施例可以包括联接在排气歧管225与进气歧管200之间的高压排气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可以包括EGR冷却器310以降低EGR系统300中的排气温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气流。
汽车系统100可以进一步包括与和ICE110相关联的一个或多个传感器和/或装置进行通信的电子控制单元(ECU)450。ECU450可以从各种传感器接收输入信号，这些传感器被配置为和与ICE110相关联的各种物理参数成比例地产生信号。传感器包括但不限于质量气流和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和油温和液位传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力传感器430、EGR温度传感器440以及加速器踏板位置传感器445。另外，ECU450可以向被布置为控制ICE110的操作的各种控制装置产生输出信号，这些控制装置包括但不限于燃料喷射器160、节流阀体330、EGR阀320、VGT致动器290以及凸轮相位器155。注意，虚线用于指示ECU450与各种传感器和装置之间的通信，但是为了清楚起见省略了一些虚线。
现在转向ECU450，该设备可以包括与存储器系统或数据载体460和接口总线进行通信的数字中央处理单元(CPU)。CPU被配置为执行作为程序存储在存储器系统中的指令，并且向接口总线发送/从接口总线接收信号。存储器系统可以包括各种存储装置类型，包括光学存储装置、磁性存储装置、固态存储装置以及其它非易失性存储器。接口总线可以被配置为向/从各种传感器和控制装置发送/接收模拟和/或数字信号以及调制模拟和/或数字信号。程序可以实施本文公开的方法，允许CPU执行这些方法的步骤并且控制ICE110。
存储在存储器系统中的程序可以经由电缆或以无线方式从外部传输。在汽车系统100外部，该程序通常被视为计算机程序产品，该计算机程序产品在本领域中也被称为计算机可读介质或机器可读介质，并且应当被理解为是常驻在载体上的计算机程序代码，所述载体的本质是暂时的或非暂时性的，结果是计算机程序产品的本质可以被认为是暂时的或非暂时性的。
暂时性计算机程序产品的示例是信号，例如，诸如光学信号等电磁信号，其是计算机程序代码的暂时性载体。携带这样的计算机程序代码可以通过由用于数字数据的常规调制技术(诸如QPSK)调制信号来实现，使得表示所述计算机程序代码的二进制数据被印在暂时性电磁信号上。这种信号例如在经由与膝上型计算机进行的Wi-Fi连接以无线方式传输计算机程序代码时可加以利用。
在非暂时性计算机程序产品的情况下，计算机程序代码被实施在有形存储介质中。该存储介质然后是上述非暂时性载体，使得计算机程序代码永久地或非永久地以可检索方式存储在该存储介质中或该存储介质上。存储介质可为计算机技术中已知的常规类型，诸如快闪存储器、ASIC、CD等。
代替ECU450的是，汽车系统100可以具有用于提供电子逻辑的不同类型的处理器，例如嵌入式控制器、车载计算机或可能部署在车辆中的任何处理模块。
图3在300处描绘了一种系统，该系统使用基于模型的控制来优化ECU吞吐量并且在用于驾驶性能目的的瞬态条件下提高转矩精度。系统300在308处使用燃烧模型304以通过迭代方法306估计满足转矩请求的总燃料量。迭代方法中的每一次迭代都确定新的喷射燃料量。输出估计的总燃料量以控制燃料喷射312。
更具体地，发动机燃料输送控制302是基于物理燃烧模型304，其使用迭代方法306来达到基于所请求的转矩量308和MFB50 310的目标。输入MFB50 310指示燃烧50％燃料质量的角度。使用该角度使得系统300可以适当地调整喷射以便产生期望的燃烧。
系统300是基于模型的方法，因为它是在稳定和动态条件下工作的物理模型。基于发动机状态条件(例如，喷射脉冲的数量、脉冲之间的距离、空气致动、EGR速率致动以及其它传感器测量值)，系统300可以估计形成燃料的转矩的总量以便满足BMEP(制动平均有效压力)转矩请求。因为燃烧模型被开发为物理模型，所以系统300可以在稳定和动态条件下表现出准确性。
图4在470处描绘了燃烧模型304可在其中操作的操作环境。在操作环境470中，BMEP目标用作模型输入。BMEP是与制动器踏板472相关联的制动平均有效压力，在通过坐标转矩控制474处理之后驾驶员通过该制动器踏板472需要转矩请求。BMEP请求被提供作为燃烧模型304的输入。
燃烧模型304可以进一步作为输入476接收空气测量值/估计值(例如，EGR(排气再循环)量、进气和排气压力和温度、氧气浓度等)和燃料参数(例如，燃料压力、喷射模式，诸如小脉冲的数量、大小和角位置、主脉冲的喷射开始等)。鉴于此，控制系统在瞬态条件下实现转矩精度。还假设燃烧模型304的喷射燃料量的起始值。该系统还可以包括系统设定点488作为输入以指示作为Prail的转矩、引燃燃料量等。
使用摩擦模型480和放热模型482上的输入将迭代过程应用于燃烧模型304。摩擦模型480和放热模型482允许提高燃烧效率。迭代过程继续，直到获得能够确保BMEP误差低于某个可校准阈值的总燃料量。在迭代期间，根据BMEP的目标值和实际值之间的比率来缩放喷射量的值，直到实现收敛。除了提供用于控制发动机484的燃料输送的总燃料量之外，燃烧模型304还提供主喷射开始(SOI)(以度表达)作为输出以便达到MFB50目标。
图5在500处描绘了燃烧模型公式。燃烧模型304提供化学能量释放(Qch)的估计。已经基于累积的燃料质量方法模拟化学能量释放。累积的燃料质量方法假设，在任何时刻，燃料释放化学能量的速率与和缸内累积的燃料质量相关联的能量成比例。这种能量可以在时刻“t”计算为喷射燃料质量的化学能量与释放化学能量之间的差值。该方法导致产生引燃喷射，其化学能量释放速率在502处示出，其中：Kpil,j和τpil,j分别是与燃烧速率和点火延迟相关的模型校准量；而Qfuel,pil,j是与喷射燃料质量相关联的化学能量。
如在504处所示计算主脉冲的化学能量释放(Qch,main)，其中K1,main和K2,main是燃烧速率系数，而τmain是点火延迟系数。对于每个喷射脉冲j，在506处定义与喷射燃料量相关联的化学能量(Qfuel)，其中：tSOI,j是喷射开始时间；Hi是燃料的较低热值；而是燃料质量喷射速率。总化学能量(Qch)释放由所有喷射脉冲的贡献之和给出，如在508处所示。
图6描绘了说明化学热释放(Q)与喷射速率和曲柄角(CA)的曲线图600。曲线图600示出了602处的喷射速率(引燃)、604处的喷射速率(主喷射)、606处的Qch,pilot、608处的Qch,main、610处的Qch(预测)以及612处的Qch(实验)。图5中所示的数学方法基于610处的Qch(预测)曲线近似于612处的Qch(实验)曲线来验证。
图7在700处描绘了用于产生用于以迭代方法控制燃料喷射的输出值的过程。总的来说，过程700迭代直到找到满足预选标准的BMEP值。图4的示例表明过程700在726处执行BMEP标准检查。如果不满足BMEP标准，则过程700在736处迭代以使用更新的喷射燃料体积量706执行另外的基于模型的分析。如果满足BMEP标准，则过程700在734处终止之前在728处执行排放分析。
更具体地，过程700使用多个模型(诸如708处的EGR模型、712处的总热燃烧模型等)来产生燃料喷射控制值。开始框702指示过程700开始于在708处执行稳态相关性和EGR模型分析。过程708使用输入704并假设喷射燃料量的初始值(qf,inj)。输入704包括：BMEP目标值、发动机转速(n)、电动喷射开始(SOImain/pil)、喷射压力(pf)、引燃喷射的喷射燃料量(qpil)、EGR阀开度信号(uEGR)、节流阀开度信号(uth)以及冷却器旁路标志(fCPB)。
过程708使用稳态相关性和预先指定的查找表来产生总热燃烧模型712的输出710。输出710包括：进气歧管压力(pint)、进气歧管温度(Tint)、排气歧管压力(pexh)、排气歧管温度(Texh)、捕集质量(mtrap)、EGR速率(Xr)以及进气充量氧气浓度(O2)。总热燃烧模型712使用关于图5描述的方法对在热传递模型716中使用的总化学热释放(Qch)714的估计。
传传递模型716使用总热量释放714和燃料蒸发变量来确定净热量释放(Qnet)718。压力模型720使用净热释放718来计算用于摩擦模型724的缸内压力轨迹和相关的燃烧参数IMEP(指示平均有效压力)和PFP(峰值点火压力)。摩擦模型724允许估计FMEP(摩擦平均有效压力)以便在过程726处评估BMEP725。在该示例中，摩擦模型724使用常规的Chenn-Flynn方法来基于发动机速度和PFP预测FMEP。FMEP的模拟允许从IMEP开始评估BMEP725。
过程726检查计算的BMEP值725与在704接收的BMEPtarget值之间的差值是否在某个误差量内。如果为否，则处理如736处所示返回迭代，其中最近计算的喷射燃料量(qf,inj)用作过程706的输入。在迭代过程期间，根据BMEP的目标值和实际值之间的比率迭代地缩放喷射量的值，直到实现收敛。在该示例中，假设BMEP的预测值和目标值之间的差值为0.1巴作为收敛标准，平均三次迭代可能足以实现收敛。
如果计算的BMEP值725与在704处接收的BMEPtarget值之间的差值在某个误差量内，则使用排放模型728来估计NOx排放732和烟尘排放730。排放模型728可以使用已经基于半经验相关性模拟的NOx和烟尘排放，该于半经验相关性考虑了缸内热力学性质、化学能量释放以及主发动机参数。在计算排放730和732之后，基于模型的分析在结束框734处完成，于是结果用于燃料喷射控制。
虽然在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当明白的是，存在大量变型。例如，本文公开的系统和方法是基于模型的方法，因为它是在稳定和动态条件下工作的物理模型。因为燃烧模型被开发为物理模型，所以系统可以在稳定和动态条件下表现出准确性。这进一步导致转矩释放的优点(例如，驾驶性能)。另外，基于模型的控制减少了转矩-燃料图的数量，因为基于模型的方法中的校准是基于物理公式。这导致校准工作量减少。因为减少了图的数量，所以改进了ECU存储器占用。
还应当明白的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例并且不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。实情是，前文详细描述将给本领域技术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便捷指引。应当理解的是，在不脱离所附权利要求书和其合法等同物的范围的情况下，可对元件的功能和设置作出各种改变。

Claims (10)

1.一种控制包括在车辆的发动机的燃料喷射系统中的燃料喷射器的方法，所述方法包括：
接收车辆传感器数据，其指示空气测量数据和发动机传感器测量数据；
使用燃烧模型以通过迭代方法估计用于满足转矩请求的总燃料量并且基于所接收的车辆传感器数据来估计喷射开始度；
其中所述迭代方法中的迭代包括确定喷射燃料量；
其中所述迭代方法包括使用具有在先前迭代中确定的所述喷射燃料量的所述燃烧模型；以及
输出估计的总燃料量和所述喷射开始度以控制所述燃料喷射器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中涉及所述迭代方法中的所述燃烧模型的迭代在满足制动平均有效压力误差阈值时停止。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述估计的总燃料量是达到驾驶员制动平均有效压力转矩请求所需的主要燃料量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述迭代方法与所述燃烧模型一起使用以便达到与所述转矩请求相关联的目标并且满足基于MFB50的目标。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述驾驶员制动平均有效压力转矩请求建立所述基于MFB50的目标。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧模型包括热模型以用于确定放热估计值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧模型包括表示机械、泵送以及热损失的摩擦模型。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧模型接收发动机空气系统测量值、压力测量值以及温度测量值作为输入。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧模型包括累积的燃料质量确定值，所述累积的燃料质量确定值是基于释放化学能量估计速率与可用于燃烧的燃料量相关联的能量成比例。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧模型提供瞬态条件下的燃烧效率的估计值，并且与零件间变差一起使用。
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