专利名称：用于减小发动机中的涡轮迟滞的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及 内燃发动机，更具体地涉及减小来自涡轮增压器的迟滞。
背景技术：
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。当前所署名发明人的在本背景技术部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申请时可能不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被承认为与本发明相抵的现有技术。内燃发动机在气缸内燃烧空气和燃料混合物，以驱动活塞，从而产生驱动扭矩。进入汽油发动机的空气流通过节气门来调节。更具体地说，节气门调节节气门面积，以增加或减少进入发动机的空气流。当节气门面积增大时，进入发动机的空气流增多。燃料控制系统调节喷射的燃料的速率，以将期望的空气/燃料混合物提供到气缸。增加提供到气缸的空气和燃料的量增大了发动机的扭矩输出。已经开发出发动机控制系统来控制发动机扭矩输出，以实现期望的扭矩。然而，传统的发动机控制系统没有如所期望的那样准确地控制发动机扭矩输出。此外，传统的发动机控制系统没有提供快速的响应来控制信号或在影响发动机扭矩输出的各种装置之间协调发动机扭矩控制。涡轮增压器提供了来自发动机的额外扭矩，同时使得整体排量减小，从而提高了燃料经济性。使车辆从零速度运转至期望的速度被称作为发动。重要的是，使发动对于驾驶员来说具有平稳感。获得平稳感与发动机提供的动力有关。动力应当以可接受的速率增力口，而不是过冲然后回复下来。当发生过冲时，车辆响应是非线性的，并且摇摆，然后产生迟滞感。如果动力升高过慢，则车辆将是迟缓的。使用涡轮增压器的车辆通常具有与其相关联的涡轮迟滞。涡轮迟滞是涡轮增压器为发动机提供升压以开始施加期望的扭矩的时间段。减少涡轮迟滞时间减小了车辆的迟缓感。
发明内容
本发明提供了一种通过产生二次燃料脉冲以增加用于驱动涡轮增压器的涡轮的排气的压力或温度或者这两者来减小涡轮迟滞的系统和方法。在本发明的一方面中，一种控制发动机的方法包括产生驾驶员请求的扭矩；基于所述驾驶员请求的扭矩来确定期望的增压水平；基于所述驾驶员请求的扭矩和所述期望的增压水平来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度；使用所述初次燃料喷射脉冲宽度将燃料喷射到气缸中；以及然后，使用所述二次燃料喷射脉冲宽度来喷射燃料。在本发明的另一方面中，一种用于控制发动机的控制模块包括请求扭矩模块，所述请求扭矩模块产生请求的扭矩；以及涡轮增压水平模块，所述涡轮增压水平模块基于驾驶员请求的扭矩来确定期望的增压水平。所述控制模块还包括脉冲确定模块，所述脉冲确定模块基于所述驾驶员请求的扭矩和所述期望的增压水平来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度，并使用所述初次燃料喷射脉冲宽度来控制进入气缸的第一喷射量和使用所述二次燃料喷射脉冲宽度来控制进入所述气缸的第二喷射量。本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，在附图中 图1是根据本发明原理的示例性发动机系统的功能框图2是简化为本发明的细节的发动机控制模块114的高水平框示意图； 图3是用于执行本发明的方法的流程图；以及图4是发动机控制信号的燃料量与时间的图示。本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。本发明还提供如下方案 1、一种控制发动机的方法，其包括 产生驾驶员请求的扭矩；
基于所述驾驶员请求的扭矩来确定期望的增压水平；
基于所述驾驶员请求的扭矩和所述期望的增压水平来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度；
使用所述初次燃料喷射脉冲宽度将燃料喷射到气缸中；以及然后，使用所述二次燃料喷射脉冲宽度来喷射燃料。2、如方案1所述的方法，其特征在于，确定期望的增压水平包括确定速率受限的扭矩水平。3、如方案1所述的方法，其特征在于，使用所述初次燃料喷射脉冲宽度喷射燃料被产生以获得峰值扭矩。4、如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括基于所述期望的增压水平来确定涡轮速度。5、如方案4所述的方法，其特征在于，其还包括确定当前的涡轮速度。6、如方案5所述的方法，其特征在于，其还包括确定总燃料量。7、如方案6所述的方法，其特征在于，其还包括基于所述总燃料量、所述当前的涡轮速度和所述期望的涡轮速度来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度。8、如方案6所述的方法，其特征在于，其还包括确定燃料烟气限度。9、如方案8所述的方法，其特征在于，确定总燃料量包括基于所述烟气限度来确定总燃料量。10、如方案8所述的方法，其特征在于，其还包括基于所述驾驶员请求的扭矩来确定燃料烟气限度。11、如方案8所述的方法，其特征在于，其还包括当涡轮速度增加时，增大所述烟
气限度。12、如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括响应于使用所述二次燃料喷射脉冲宽度来喷射燃料，增加排气的焓。13、如方案12所述的方法，其特征在于，增加焓包括使用增大的排气压力来喷射燃料。14、如方案12所述的方法，其特征在于，增加焓包括提高排气温度。15、如方案12所述的方法，其特征在于，增加焓包括提高排气温度和压力。16、一种控制模块，其包括 产生请求的扭矩的请求扭矩模块；
基于驾驶员请求的扭矩来确定期望的增压水平的涡轮增压水平模块；以及脉冲确定模块，所述脉冲确定模块基于所述驾驶员请求的扭矩和所述期望的增压水平来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度，并使用所述初次燃料喷射脉冲宽度来控制进入气缸的第一喷射量和使用所述二次燃料喷射脉冲宽度来控制进入所述气缸
的第二喷射量。 17、如方案16所述的控制模块，其特征在于，所述期望的增压水平包括速率受限扭矩水平。18、如方案16所述的控制模块，其特征在于，其还包括涡轮速度模块，所述涡轮速度模块基于所述期望的增压水平和当前的涡轮速度来确定期望的涡轮速度，并且其中， 所述脉冲确定基于所述驾驶员请求的扭矩、所述期望的增压水平、所述期望的涡轮速度和所述当前的涡轮速度来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度。19、如方案16所述的控制模块，其特征在于，其还包括烟气受限燃料量模块，所述燃气受限燃料量模块确定烟气受限燃料量，并且其中，所述脉冲确定基于所述驾驶员请求的扭矩和所述烟气受限燃料量来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度。20、如方案16所述的控制模块，其特征在于，所述脉冲确定增加来自所述二次燃料喷射脉冲宽度的排气的焓。
具体实施例方式下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和 C中的至少一个应当被解释为使用非排他逻辑或的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。如这里所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(共用的、专用的、或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其它适合组件。现在参照图1，给出了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于驾驶员输入模块104燃烧空气/燃料混合物，以产生用于车辆的驱动扭矩。驾驶员输入模块104可以与加速踏板传感器106通信。加速踏板传感器产生与驾驶员移动加速踏板的量对应的信号，该驾驶员移动加速踏板的量对应于车辆操作员期望的加速量。传感器106可以具有对应于零的输出，一直到最大加速踏板信号。空气通过节气门112被吸入到进气歧管110中。仅举例而言，节气门112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节气门致动器模块116，节气门致动器模块116调节节气门112的开度，以控制被吸入到进气歧管110中的空气的量。来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的气缸中。虽然发动机102可包括多个气缸，但是为了说明目的，示出单个代表性气缸118。仅举例而言，发动机102可包括2 个、3个、4个、5个、6个、8个、10个和/或12个气缸。ECM 114可指示气缸致动器模块120 来选择性地停用某些气缸，这在某些发动机运行条件下可改进燃料经济性。来自进气歧管110的空气经进气门122被吸入到气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料喷射以实现期望的空气/燃料比。在中心位置处或在多个位置处，例如靠近每个气缸的进气门，可将燃料喷入进气歧管110中。在图 1中未示出的各种实施方式中，可将燃料直接喷入气缸中或喷入与气缸相关联的混合室中。 燃料致动器模块124可使燃料暂停喷入到被停用的气缸。所喷射的燃料与空气混合并在气缸118中产生空气/燃料混合物。气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM 114的信号，火花致动器模块126激发气缸118中的火花塞128，火花塞128点燃空气/燃料混合物。火花的正时可被指定成与活塞处于其最上部位置的时刻相关，所述活塞的最上部位置被称为上止点(TDC)。空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，从而驱动旋转曲轴(未示出)。然后，活塞开始再次向上运动并且经排气门130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经排放系统134排出车辆。火花致动器模块126可由指示火花应当在TDC之前或之后多远而被提供的正时信号来控制。因此，火花致动器模块126的操作可与曲轴旋转同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可暂停给被停用的气缸提供火花。进气门122可由进气凸轮轴140控制，而排气门130可由排气凸轮轴142控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可控制每个气缸的多个进气门和/或可控制多个气缸组的进气门。相似地，多个排气凸轮轴可控制每个气缸的多个排气门和/或可控制多个气缸组的排气门。气缸致动器模块120可通过禁止打开进气门122和/或排气门130而停用气缸 118。进气门122被打开的时刻可相对于活塞TDC通过进气凸轮轴相位器148而改变。 排气门130被打开的时刻可相对于活塞TDC通过排气凸轮轴相位器150而改变。相位器致动器模块158基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮轴相位器148和排气凸轮轴相位器 150。在被实施时，可变气门升程也可由相位器致动器模块158控制。发动机系统100可包括将加压空气提供给进气歧管110的增压装置。例如，图1 示出包括热涡轮机160-1的涡轮增压器160，热涡轮机160-1由流经排放系统134的热废气驱动。涡流增压器160还包括由涡轮机160-1驱动的将导引到节气门112的空气压缩的冷气压缩机160-2。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节气门112 的空气并将压缩空气传送到进气歧管110。废气门162可允许废气旁路通过涡轮增压器160，从而减小涡轮增压器160的增压(进气空气压缩的量)。ECM 114通过增压致动器模块164控制涡轮增压器160。增压致动器模块164可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器160的增压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可由增压致动器模块164控制。涡轮增压器160可具有可由增压致动器模块164控制的可变几何结构。
中冷器(未示出)可耗散压缩空气充气的一些热，其在空气被压缩时产生。压缩空气充气还可因为空气与排放系统134接近而吸收热。虽然为了说明目的而分开示出，但是涡轮机160-1和压缩机160-2通常彼此附接，从而将进气空气置于与热废气紧密接近。发动机系统100可包括废气再循环(EGR)阀170，其选择性地将废气再导引回进气歧管110。EGR阀170可定位在涡轮增压器160的上游。EGR阀170可由EGR致动器模块 172控制。
发动机系统100可使用RPM传感器180测量曲轴以每分钟转(RPM)形式的速度。 发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量。ECT传感器182可定位在发动机102内或定位在冷却剂被循环的其他位置处，例如定位在散热器(未示出)处。进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量。在各种实施方式中，可测量发动机真空度，即环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差。流入进气歧管110中的空气的质量流量速度可使用质量空气流量(MAF)传感器186测量。质量空气流量信号可用于获得空气密度。在各种传感器中，MAF传感器186可定位在壳体中，该壳体还包括节气门112。节气门致动器模块116可使用一个或多个节气门位置传感器(TPS) 190监测节气门112的位置。被吸入发动机102中的空气的环境温度可使用进气空气温度(IAT)传感器 192测量。ECM 114可使用来自传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决策。ECM 114可与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的换档。例如， ECM 114可在换档期间减小发动机扭矩。ECM 114可与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电马达198的操作。电马达198还可用作发电机，并且可用于产生供车辆电气系统使用的电能和/或供存储在电池中的电能。在各种实施方式中，可将ECM 114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196的各种功能集成到一个或多个模块中。改变发动机参数的每个系统可被称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可被称为致动器，而节气门开度面积可被称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片的角度来实现节气门开度面积。相似地，火花致动器模块126可被称为致动器，而相应的致动器值可以是关于气缸TDC的火花提前的量。其他致动器可包括增压致动器模块164、EGR致动器模块172、相位器致动器模块158、燃料致动器模块124和气缸致动器模块120。对于这些致动器，致动器值可分别对应于增压压力、EGR阀开度面积、进气和排气凸轮相位器角度、燃料供给速度、 和所启用的气缸的数目。ECM 114可控制致动器值，以产生来自发动机102的期望扭矩。现在参照图2，示出了发动机控制模块114的功能框图。驾驶员输入模块210产生到系统的驾驶员输入。驾驶员输入模块210可以使驾驶员输入基于加速器踏板的位置。驾驶员输入还可基于巡航控制，所述巡航控制可以是改变车辆速度以维持预定跟随距离的自适应巡航控制系统。可以在驾驶员输入模块产生其它类型的驾驶员输入。驾驶员输入模块210产生传送到扭矩请求模块214的驾驶员输入信号。扭矩请求模块214可以确定基于来自驾驶员输入模块210的驾驶员输入信号的扭矩请求。扭矩请求模块214可以确定用于当前发动机循环的期望扭矩。扭矩请求模块214可以产生传送到燃料脉冲确定模块218的扭矩请求信号，以便确定燃料脉冲宽度，从而获得期望的扭矩。
扭矩请求模块214还可以与扭矩斜变速率模块220通信。扭矩斜变速率模块220 可以产生扭矩请求来使扭矩斜降到最小化扭矩或发动机关闭或使扭矩斜升至期望的发动机扭矩。扭矩请求模块214还可以将期望的扭矩传送到烟气受限燃料量模块224。烟气受限燃料量模块224可以产生烟气受限燃料量信号。由烟气受限燃料量模块产生的燃料的量可依赖于发动机运行条件而改变。例如，当涡轮增压器在运行时，烟气受限燃料量会增加。 烟气受限燃料量是在燃烧过程期间产生烟气时燃料的量。在柴油发动机中，期望的是限制由燃料产生的烟气的量。涡轮速度模块228产生涡轮速度信号，并将涡轮速度信号传送到燃料脉冲确定模块218。涡轮速度模块228可以基于来自涡轮增压水平模块232的增压水平的量产生期望的涡轮速度。涡轮增压水平模块232可以从扭矩请求模块214接收扭矩请求信号，以产生用于获得扭矩请求所期望的涡轮增压的量。涡轮速度模块228基于来自涡轮增压水平模块 232的涡轮增压水平产生期望的涡轮速度信号。涡轮速度模块228还可以基于速度传感器或压力传感器测量或估计涡轮速度的量。燃料脉冲确定模块218可以从初次脉冲模块240产生初次燃料脉冲，并从二次脉冲模块242产生二次脉冲。来自初次脉冲模块240的初次脉冲可以在预定的时间处，以例如在气缸内产生峰值扭矩。来自二次脉冲模块242的二次脉冲可以在比第一时间晚的第二时间处，来自二次脉冲模块242的二次脉冲增加排气的焓。排气温度可以由第二脉冲增加， 压力可以由第二脉冲增加，或者压力和温度可以由第二脉冲增加，从而增大排放气体的焓。校正系数模块244产生用于校正随后的初次脉冲的脉冲宽度的校正系数。校正系数模块244可以基于包括驾驶员扭矩请求、烟气受限燃料量和涡轮速度以及涡轮速度水平的各种系数来修改初次脉冲。现在参照图3，阐述了使用延迟的喷射时间来减小涡轮迟滞的方法。在步骤310 中，提供了期望的驾驶员扭矩的阶跃输入。期望的扭矩可以根据驾驶员确定模块210来确定，如上面结合图2所述。在步骤312中，确定当前的烟气限度。当前的烟气限度可因所请求的扭矩量增加而增大。增大的烟气限度还可以对应于将要喷射的燃料的量。如上所述， 在扭矩的量和将要喷射的燃料的量之间存在对应关系。该燃料量对应于烟气限度。在步骤314中，基于期望的扭矩来确定期望的增压水平和期望的扭矩斜变速率。 期望的增压水平和期望的扭矩斜变速率在发动机研发过程期间可以是可校准的。可以基于期望的扭矩和烟气限度在发动机研发过程期间产生查询表，以获得期望的增压水平和期望的扭矩斜变速率。在步骤316中，基于步骤314中的期望的增压水平和期望的扭矩斜变速率来计算为获取增压水平所需要的涡轮速度。在步骤318中，估计或测量当前的涡轮速度。可以使用各种类型的速度传感器或压力传感器来直接测量涡轮速度。还可以基于各种发动机传感器输出来估计涡轮速度。在步骤320中，确定二次或后喷射的大小。二次或后喷射的大小可以部分地基于当前的涡轮速度和为产生增压水平所计算的所需涡轮速度。在步骤322中，通过压力传感器或其它类型的传感器来监测涡轮速度。在步骤324 中，如果涡轮速度等于期望的涡轮速度，则过程在步骤326中结束。在步骤324中，如果涡轮速度不等于期望的速度，则可以产生校正系数来校正随后的喷射事件。校正系数可以用于校正二次喷射事件或初次喷射事件。在步骤328之后，再次执行步骤320。如可见，过程继续更新，使得获得期望的涡轮速度。可以使用校正系数增大或减小对喷射的燃料的车辆响应。 上面描述的校准表的项可允许立即扭矩斜变的项在若干气缸点火事件作为最终扭矩目标增加的百分数。通过调节二次脉冲宽度的量和正时，可以减小涡轮迟滞的量。涡轮扭矩的量可以基于排气的压力和温度而改变。现在参照图4，示出了相对于修改的燃料量的基本燃料量。在本公开内容中，基本燃料量没有考虑二次喷射，如上所述。修改的燃料量考虑了在比第一燃料量晚的时间喷射的二次喷射量。如可见，燃料量的总量大体与基本燃料量一致；然而，在区域410中，修改的燃料量小于基本燃料量。由二次燃料量表示的二次脉冲宽度被喷射以增大排气焓变化，并且增加来自初次燃料量的总燃料量。修改的燃料量速率以与扭矩斜变对应的速率增大。基线烟气限度也增大。增大的烟气限度随着来自期望产生的扭矩量的燃料量而增加。额外燃料量在与驾驶员阶跃输入对应的区域增大。当然，可以改变所喷射的二次燃料脉冲的正时。本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是， 本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和以下附权利要求书的基础上其他修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
权利要求
1.一种控制发动机的方法，其包括 产生驾驶员请求的扭矩；基于所述驾驶员请求的扭矩来确定期望的增压水平；基于所述驾驶员请求的扭矩和所述期望的增压水平来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度；使用所述初次燃料喷射脉冲宽度将燃料喷射到气缸中；以及然后，使用所述二次燃料喷射脉冲宽度来喷射燃料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定期望的增压水平包括确定速率受限的扭矩水平。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述初次燃料喷射脉冲宽度喷射燃料被产生以获得峰值扭矩。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括基于所述期望的增压水平来确定涡轮速度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其还包括确定当前的涡轮速度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其还包括确定总燃料量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其还包括基于所述总燃料量、所述当前的涡轮速度和所述期望的涡轮速度来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其还包括确定燃料烟气限度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定总燃料量包括基于所述烟气限度来确定总燃料量。
10.一种控制模块，其包括 产生请求的扭矩的请求扭矩模块；基于驾驶员请求的扭矩来确定期望的增压水平的涡轮增压水平模块；以及脉冲确定模块，所述脉冲确定模块基于所述驾驶员请求的扭矩和所述期望的增压水平来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度，并使用所述初次燃料喷射脉冲宽度来控制进入气缸的第一喷射量和使用所述二次燃料喷射脉冲宽度来控制进入所述气缸的第二喷射量。
全文摘要
本发明涉及用于减小发动机中的涡轮迟滞的方法和系统。一种用于控制发动机的方法和控制模块，所述控制模块包括请求扭矩模块，所述请求扭矩模块产生请求的扭矩；以及涡轮增压水平模块，所述涡轮增压水平模块基于驾驶员请求的扭矩来确定期望的增压水平。所述控制模块还包括脉冲确定模块，所述脉冲确定模块基于所述驾驶员请求的扭矩和所述期望的增压水平来确定初次燃料喷射脉冲宽度和二次燃料喷射脉冲宽度，并使用所述初次燃料喷射脉冲宽度来控制进入气缸的第一喷射量和使用所述二次燃料喷射脉冲宽度来控制进入所述气缸的第二喷射量。
文档编号F02D41/02GK102220911SQ201110095019
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月15日 优先权日2010年4月16日
发明者B·J·宋, L·C·沃克, Z·S·刘 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司