基于载荷的燃料经济性控制系统的制作方法

文档序号:5240529阅读:243来源:国知局
基于载荷的燃料经济性控制系统的制作方法
【专利摘要】根据一个实施例,用于控制能够运载载荷的交通工具的内燃机系统中的燃料消耗的设备,包括配置为用于确定交通工具质量的质量模块。设备还包括燃料消耗模式选择模块,该模块配置为基于交通工具的确定的质量为内燃机的操作选择燃料消耗模式。另外,设备还包括配置为基于选择的燃料消耗模式生成加燃料命令的燃料命令模块。
【专利说明】基于载荷的燃料经济性控制系统
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及控制交通工具的内燃机系统的燃料经济性,并更具体涉及基于交通工具运输的载荷的质量控制内燃机系统的燃料经济性。
【背景技术】
[0002]鉴于更严格的规章和更高的油价,因此汽车工业瞄准降低以内燃机为动力的汽车的燃料消耗。然而,与减少燃料消耗(例如改善燃料经济性)关联的一种已知权衡是在性能(例如动力)上成比例地减少。尽管一些人优选改善的燃料经济性胜于性能,但其他人期望性能胜于燃料经济性。因此,汽车工业中近来的进步尝试通过减少燃料消耗同时最少化性能损失来满足两种类型驾驶优选的需要。
[0003]一些发动机系统配置为用于在以标准燃料经济性模式操作时改善燃料经济性并减少性能损失。换言之,这样的系统以单独燃料经济性模式操作。
[0004]其它发动机系统可以经用户可访问界面(例如按钮、旋钮或图形用户界面)根据用户优选在多个燃料经济性模式(例如性能模式和经济性模式)之间切换。在多个燃料经济性模式之间人工切换的能力提供某些优点。然而,鉴于交通工具在其内操作的环境或应用,因为人的优选不可以总是符合期望的燃料经济性特性,所以人工操作的切换可以引入明显缺陷。例如,在一些应用中,其中交通工具的燃料经济性和/或性能是优先的,由交通工具运输的载荷质量高度变化时,适合于一些载荷的用户选择的燃料经济性模式可能不适合于其它载荷。更具体地,用户选择的燃料经济性模式受到人为误差和粗劣判断的影响。

【发明内容】

[0005]本申请的主题响应本领域的目前状态而发展,并特别响应仍没有由当前可用发动机系统完全解决的内燃机系统领域中的问题和需要。因此,本申请的主题经发展提供克服现有技术中许多缺陷的、基于载荷的燃料经济性控制系统,以及相关联的设备和方法。通常,在一些实施例中,本公开的控制系统经配置至少部分基于由其中容纳发动机系统的交通工具运载的载荷,控制发动机系统的燃料消耗模式。对于较重载荷,控制系统为运输较重载荷的附加动力,以动力燃料消耗模式操作发动机系统。对于较轻载荷,控制系统为节省燃料,以经济燃料消耗模式操作发动机系统。而对于中间载荷,控制系统以中间或标准燃料消耗模式操作发动机系统。在某些实施中,交通工具可包括可由用户控制的物理开关。发动机系统的燃料消耗模式可以与物理开关的位置直接对应。然而,基于某些因素,物理开关的位置可以在确定发动机系统的燃料消耗模式时被超越或忽略。
[0006]根据一个实施例,在能够运载载荷的交通工具的内燃机系统中用于控制燃料消耗的设备,包括配置为用于确定交通工具质量的质量模块。设备还包括燃料消耗模式选择模块,该模块配置为基于交通工具的确定的质量为内燃机的操作选择燃料消耗模式。另外,设备还包括配置为基于选择的燃料消耗模式生成加燃料命令的燃料命令模块。
[0007]根据一个实施例,燃料消耗模式选择模块包括配置为用于比较交通工具的确定的质量与第一质量阈值的虚拟开关模块。燃料消耗模式选择模块配置为基于交通工具的确定的质量与第一质量阈值之间的比较选择燃料消耗模式。虚拟开关模块可以经进一步配置用于比较交通工具的确定的质量与第二质量阈值。燃料消耗模式选择模块可以经进一步配置基于交通工具的确定的质量与第二质量阈值的比较选择燃料消耗模式。燃料消耗模式选择模块可以在交通工具的确定的质量小于第一和第二质量阈值时选择经济燃料消耗模式,在交通工具的确定的质量大于第一和第二质量阈值时选择动力燃料消耗模式,以及在交通工具的确定的质量大于第一质量阈值并小于第二质量阈值时选择标准燃料消耗模式。
[0008]在设备的一些实施中,燃料命令模块包括分为多个操作区的燃料图,每个操作区都包括根据多个燃料消耗模式的相应一个预校准的燃料添加值。燃料消耗模式选择模块配置为基于交通工具的确定的质量从多个燃料消耗模式之中选择一个燃料消耗模式。
[0009]在设备的某些实施中,燃料命令模块包括分为多个操作区的燃料图,每个操作区都包括预校准的燃料添加值。燃料消耗模式选择模块配置为基于燃料消耗模式选择模块选择的燃料消耗模式,确定从燃料图的一个操作区转换到燃料图另一操作区的转换速率。
[0010]在设备的一些实施中,燃料命令模块包括具有存储的预校准燃料添加值的燃料图。由燃料命令模块生成的加燃料命令与期望燃料添加值关联。期望燃料添加值是根据加权因数加权的存储的预校准燃料添加值中的一个,该加权因数基于由燃料消耗模式选择模块选择的燃料消耗模式。
[0011]根据另一实施例,在能够运载载荷的交通工具的内燃机中用于控制燃料消耗的系统,包括物理燃料消耗模式开关,该物理燃料消耗模式开关可操作从而设定第一燃料消耗模式。系统还包括配置为基于交通工具运载的载荷质量设定第二燃料消耗模式的虚拟燃料消耗模式开关。系统进一步包括开关仲裁模块,配置为用于确定物理燃料消耗模式开关的优先级和虚拟开关燃料消耗模式开关的优先级。如果物理燃料消耗模式开关的优先级高于虚拟燃料消耗模式开关的优先级,那么开关仲裁模块为发动机的内燃操作选择第一燃料消耗模式,并且如果虚拟燃料消耗模式开关的优先级高于物理燃料消耗模式开关的优先级,那么选择第二燃料消耗模式。另外,系统包括燃料命令模块,该模块配置为基于第一和第二燃料消耗模式中选择的一个生成加燃料命令。
[0012]在系统中,根据一个实施,虚拟和物理燃料消耗模式开关的优先级,基于交通工具驾驶员的估计经验水平。此外,在交通工具驾驶员的估计经验水平高于阈值经验水平时,物理燃料消耗模式开关的优先级可以高于虚拟燃料消耗模式开关的优先级。在交通工具驾驶员的估计经验水平低于阈值经验水平时,虚拟燃料消耗模式开关的优先级可以高于物理燃料消耗模式开关的优先级。
[0013]在另一实施例中,在能够运载载荷的交通工具的内燃机中用于控制燃料消耗的方法,包括确定总交通工具质量。该方法还包括如果总交通工具质量小于第一质量阈值,那么以经济燃料消耗模式操作内燃机。进一步地,该方法包括如果总交通工具质量大于第一质量阈值和第二质量阈值,那么以动力燃料消耗模式操作内燃机。第二质量阈值可以高于第一质量阈值。该方法还包括如果总交通工具质量大于第一质量阈值并小于第二质量阈值,那么以标准燃料消耗模式操作内燃机。
[0014]在一些实施中,该方法进一步包括确定虚拟燃料消耗模式开关的权限,确定物理燃料消耗模式开关的权限,并比较虚拟燃料消耗模式开关的权限与物理燃料消耗模式开关的权限。该方法还包括如果物理燃料消耗模式开关的权限大于虚拟燃料消耗模式开关的权限,那么以对应物理燃料消耗模式开关可选择位置的燃料消耗模式操作内燃机。只有在虚拟燃料消耗模式开关的权限大于物理燃料消耗模式开关的权限时,执行如果总交通工具质量小于第一质量阈值那么以经济燃料模式操作内燃机,如果总交通工具质量大于第一质量阈值和第二质量阈值那么以动力燃料消耗模式操作内燃机,以及如果总交通工具质量大于第一质量阈值并小于第二质量阈值那么以标准燃料消耗模式操作内燃机。
[0015]遍及本说明书的对特征、优点的参考或相似语言,不意味着可以与本公开的主题一起实现的特征和优点的全部应在或在任何单独实施例中。相反,涉及特征和优点的语言理解为意思是关于实施例描述的具体特征、优点或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因此,遍及本说明书的特征和优点的讨论,以及相似语言可以但不必需涉及相同实施例。
[0016]本公开主题的描述的特征、结构、优点和/或特性可以在一个或更多实施例和/或实施中以任何合适方式组合。在下面描述中,提供众多具体详情从而提供对本公开的主题的实施例的透彻理解。相关领域技术人员将认识到可以在没有特定实施例或实施的具体特征、详情、组成、材料和/或方法中的一个或更多的情况下实践本公开的主题。在其它实例中,在某些实施例和/或实施中可以认识到另外特征和优点可以不在全部实施例或实施中存在。进一步地,在一些实例中,众所周知的结构、材料或操作没有详细示出或描述,以避免掩盖本公开的主题的多个方面。参考下面描述和附加权利要求,本公开的主题的特征和优点将变得更加明显,或可通过如在下文中阐述的主题的实践来了解。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]为了更容易理解主题的优点,上面简要描述的主题的更特别描述将通过参考在附图中图解的具体实施例示出。理解这些附图仅示出主题的典型实施例,并且不因此认为限制它的保护范围,以下将通过使用附图描述并解释主题及其附加特点和细节,其中:
[0018]图1是根据一个代表实施例的内燃机系统的不意框图;
[0019]图2是根据一个实施例的内燃机系统的控制器的示意框图;
[0020]图3是示出根据一个实施例的用于控制内燃机燃料消耗的方法的示意流程图;以及
[0021]图4是示出根据另一实施例的用于控制内燃机燃料消耗的方法的示意流程图。【具体实施方式】
[0022]遍及本说明书参考的“一个实施例”、“实施例”或相似语言意思是与实施例一起描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和相似语言遍及本说明书出现,可以但不必需全部涉及相同实施例。相似地,术语“实施”意思是一个实施具有与本公开的一个或更多实施例一起描述的特定特征、结构或特性,然而缺少相关性表述指示一个实施可以与一个或更多实施例相关联。
[0023]根据在图1中示出的一个实施例,内燃机系统100包括以燃料提供动力的内燃机110。尽管没有示出,但发动机系统100可以置于交通工具内或形成交通工具的部分,并配置为用于操作且推进交通工具。可以配备交通工具以运载增加交通工具全部质量或总质量的载荷。如在此定义,载荷是交通工具可以运输的外部载荷,例如货物、乘客、货品、商品、材料、器皿等。因此,如在此使用,由交通工具运载或运输的载荷(即交通工具载荷)不同于可以置于发动机上的载荷(即发动机载荷),发动机载荷涉及置于发动机上的动力需要。尽管交通工具的总质量(并因此交通工具的载荷)可以影响置于交通工具发动机上的发动机载荷,但如在此使用,交通工具载荷不同于发动机载荷。一些交通工具配置为用于运送或运输较轻载荷,例如轿车,一些交通工具配置为用于运送中等大小载荷,例如客车,以及一些交通工具配置为用于运送重载荷,例如具有半挂车的半挂卡车、自动倾卸卡车、垃圾车等。此夕卜,无关于载荷质量和交通工具类型,交通工具的全部质量可以从一个载荷到另一载荷显著变化。
[0024]发动机110可以是柴油机、汽油机、代用燃料发动机,或混合电气-燃料发动机。发动机110通过在发动机的燃烧室中燃烧燃料和空气混合物来产生动力。混合物的燃烧驱动线性致动或旋转类型的活塞。活塞的线性或旋转运动使驱动轴旋转,该驱动轴传递动力到交通工具的动力传动系统从而使交通工具移动。由发动机110生成的动力的量主要取决于添加或喷射进入燃烧室的燃料量。例如,添加到燃烧室并在燃烧室中燃烧的燃料越多,通常由发动机生成的动力和消耗的燃料越高。添加到燃烧室的燃料量取决于各种操作条件,例如发动机转速、期望的发动机载荷(例如扭矩)、排气温度、排气压力、交通工具速度、进气压力、进气温度、进气质量流速等。
[0025]通常,添加到燃烧室的燃料量,从预确定的燃料图获得,其中存储与操作条件值比较的燃料添加值。例如,在一个基础实施中,燃料图包括与发动机转速和发动机载荷值比较的燃料添加值。因此,在这样的实施中,添加到燃烧室的燃料量是与当前发动机转速和期望或需要的发动机载荷对应的燃料添加值。在其它实施中,除发动机转速和发动机载荷值之夕卜,燃料图还包括一个或更多另外的当前操作条件值,例如交通工具速度值、当前进气特性值(例如进气口质量流速、进气口质量浓度值等)、当前压力值(例如进气压力、环境气压、排气压力等)以及当前温度值(例如进气温度、环境气温、排气温度等)。因此,在这样的其它实施中,添加到燃烧室的燃料量是对应的燃料添加值,该燃料添加值对应于当前发动机转速和期望的发动机载荷,以及在当前发动机转速和期望发动机载荷下的一个或更多操作条件值。尽管一些操作条件值在上面具体描述,但可以使用除上面描述的操作条件之外或与上面描述的操作条件独立的其它操作条件的值。
[0026]用于交通工具内燃机的燃料图通常存储在交通工具的电子控制模块(ECM)或控制器中。在图示实施例中,系统100的控制器120存储具有至少两个燃料区,例如经济燃料区和标准燃料区的燃料图,如在下面更详细描述。控制器120与系统100的各种组件通信或从该组件接收通信,该组件包括发动机110和各种传感器130 (传感器130可包括虚拟和/或物理传感器)。在一些实施中,控制器120也根据系统100的具体配置的硬件与其它传感器或执行机构通信。例如,在某些实施中,发动机系统100包括可由用户控制的物理燃料消耗模式开关140,并且控制器120接收涉及开关140的位置/选择的输入。通常,控制器120控制发动机系统110和相关子系统例如发动机110的操作,并更具体地控制燃料和空气输送系统的操作。
[0027]控制器120在图1中示作单个物理单元,但按期望在一些实施例中可以包括两个或更多物理分离的单元或组件。在某些实施例中,控制器120接收多个输入、处理输入并传输多个输出。多个输入可包括源自传感器的感测测量值和各种用户输入。输入由控制器120使用各种算法、存储数据和其它输入进行处理,从而更新存储数据和/或生成输出值。生成的输出值和/或命令传输到控制器的其它组件和/或传输到发动机系统100的一个或更多元件,从而控制系统实现期望的结果,并更具体地实现期望的燃料消耗特性。
[0028]控制器120包括各种模块并存储信息以便控制发动机系统110的操作。例如,如在图2中示出,控制器120包括质量模块150、燃料消耗模式选择模块160和燃料命令模块170。另外,燃料命令模块170包括预校准燃料图172。通常,燃料图172包括与发动机系统的潜在操作条件关联的预确定的燃料添加值。燃料图172可以分为每个都与发动机的不同操作模式关联的多个区域。例如,燃料图172可包括用于以经济燃料消耗模式操作的经济燃料区、用于以中间或标准燃料消耗模式操作的中间或标准燃料区,以及用于以动力燃料消耗模式操作的动力燃料区。其它区域可包括巨大加速度、牵引和丘陵区。通常,控制器120的模块150、160、170和燃料图172协作从而生成期望的执行机构命令或多个命令,这些命令代表发动机110的一个或更多执行机构的期望致动,以便实现发动机的期望燃料消耗、燃料经济性或燃料比功率。发动机110接收期望的执行机构命令并根据命令致动关联的执行机构。
[0029]尽管没有特别示出,但发动机系统100可包括用户可访问界面,该界面允许用户控制发动机系统100的各种操作条件和性能参数。在一个特定实施例中,发动机系统100包括燃料消耗输入界面,例如机械或图形按钮、旋钮、开关等,用户可访问该界面从而在不同燃料消耗模式之间切换或如果期望则停用某些燃料消耗模式。如在此使用,为简便,因为利用界面在不同燃料消耗模式之间切换的能力,所以燃料消耗模式输入界面称为开关140。然而,如在此定义,开关140不限于机械开关,而是可以广泛解释为包括促进在两个或更多燃料消耗模式之间切换的任何类型界面。此外,开关的位置可以意思是开关的物理位置或开关的虚拟位置。在一些实施例中,发动机系统100包括开关140。然而,在其它实施例中,开关140是可选的(如在图1中由虚线表示),以使在特定实施例中,发动机系统100不包括物理燃料消耗模式开关140。
[0030]传感器130包括配置为用于感测(例如检测、测量、估计、计算等)至少一个操作条件,并向控制器120报告感测的操作条件的一个或更多感测设备。在一些实施例中,传感器130从发动机110接收信息或感测发动机110的特性。换言之,尽管在图1中示意示出传感器130从发动机110分离,但传感器130可以耦合到(例如与发动机110的各种组件流体、温度、压力或位置感测通信)发动机110的各种组件。例如,传感器130可包括进气质量流传感器、压力传感器、温度传感器、发动机转速传感器、交通工具速度传感器、排气质量浓度传感器等之中的一个或更多。传感器130可包括物理传感器或虚拟传感器。
[0031]参考图2,在一个特定实施例中,传感器130包括用于感测交通工具载荷132的交通工具载荷(例如质量)传感器、用于感测排气温度134的温度传感器、用于感测排气压力136的压力传感器,以及用于感测发动机转速138的速度或位置传感器。在这样的实施例中,传感器130将交通工具载荷132、排气温度134、排气压力136和发动机转速138通信到控制器120以便进一步处理。交通工具载荷传感器可以是本领域中已知的各种载荷、重量或压力传感器或设备中的任何。在一个实施中,交通工具载荷传感器靠近(例如在下面)货物保存区安置,以使交通工具载荷传感器检测在货物保存区内的载荷的变化。在某些实施中,发动机系统100包括多个交通工具载荷传感器,从而更准确检测由交通工具承载的载荷。
[0032]由交通工具载荷传感器检测的交通工具载荷通信到控制器120的质量模块150。质量模块150配置为至少部分基于检测的交通工具载荷确定交通工具的总质量。在一些实施中,质量模块150设定检测的交通工具载荷为交通工具的总质量。换言之,由质量模块150确定的总交通工具质量可以小于交通工具的实际总质量。然而,在其它实施中,质量模块150至少部分基于检测的交通工具载荷以及在未装载状态下的交通工具预确定质量来确定总交通工具质量,该预确定质量可以基于工厂设定和/或使用前质量确定来预确定。更具体地,总交通工具质量可以设定为等于检测的交通工具载荷加上预确定的未装载的交通工具的质量。在一些实施中,交通工具总重量可以代替交通工具总质量使用。
[0033]在某些实施中,质量模块150可以在确定预确定质量时补偿与交通工具操作关联的可预测质量波动。例如,存储在交通工具上的一些流体(例如燃料、柴油机排出流体、油等)随时间推移由发动机系统消耗,其减少交通工具的全部质量。质量模块150可包括存储质量值的预确定图,该质量值与存储流体的各种液面关联。因此,质量模块150可以基于由物理传感器检测或由虚拟传感器估计的存储在交通工具上的未消耗流体的量,确定流体的质量贡献。
[0034]由质量模块150确定的总交通工具质量,被通信到燃料消耗模式选择模块160。通常,如在下面更详细解释,如果符合某些条件,那么燃料消耗模式选择模块160利用总交通工具质量为发动机系统100的操作选择合适的燃料消耗模式。然而,如果不符合某些条件,那么燃料消耗模式选择模块160基于独立于确定的总交通工具质量的用户优选(例如物理开关的位置142),为发动机系统100的操作选择燃料消耗模式。实际上,在一些实施例中,质量模块150抑制确定总交通工具质量,直到接收到某些条件符合的确认。
[0035]通过燃料消耗模式选择模块160的开关仲裁模块162,确定燃料消耗模式是否基于总交通工具质量或独立于总交通工具质量的用户优选(例如物理开关)来选择。在具有物理燃料消耗模式开关140的实施例中,开关仲裁模块162配置为用于实施通用开关仲裁方案来确定物理开关140的位置是否优先于虚拟开关,该虚拟开关取决于交通工具总质量。通常,开关仲裁模块162基于一个或更多预校准算法,来确定虚拟开关的权限是否大于物理开关的权限。
[0036]预校准算法可以基于实际或预测的发动机操作条件、驾驶条件和其它因素。例如,在一些实施中,物理或虚拟开关的相对权限,基于预期驾驶员对怎样为特定应用使用物理开关(例如预期驾驶员的经验水平)了解多少或估计他了解多少的估计。在一些实施中,物理开关140默认分配高于虚拟开关的权限,但如果容许条件存在,则虚拟开关的权限可以提高从而超过物理开关的权限。在某些实施中,若实际或预期驾驶员是(或估计是)相对经验丰富的,那么物理开关的权限设定为高于(或类似地,虚拟开关的权限设定为较低)预期驾驶员相对经验较少的情况。因此,在一些实施例中,当实际或预期驾驶员或多个驾驶员经历过(或估计具有经验)为预期应用使用物理燃料消耗开关时,物理开关具有比虚拟开关更大的权限。相反,当实际或预期驾驶员或多个驾驶员具有(或估计具有)为预期应用使用物理燃料消耗开关的较少经验时,虚拟开关具有比物理开关更大的权限。在某些实施中,物理开关的权限固定,并且虚拟开关的权限基于上面讨论因素中的一个或更多而变化。[0037]尽管用于确定并比较物理和虚拟开关的优先级或权限的算法可以基于预期或估计因素预校准,但在某些实施中,算法可以由交通工具的最终用户调整,或进入算法的输入可由最终用户支配。例如,随着交通工具的实际驾驶员使用物理开关获得经验,算法可以更新从而反映驾驶员的新经验水平,并因此设定开关的相对权限。
[0038]如果开关仲裁模块162确定物理开关140的位置优先于虚拟开关,那么燃料消耗模式选择模块160设定燃料消耗模式为由物理开关选择的模式(即物理开关位置142)。物理燃料消耗模式开关140可以是本领域中已知的各种物理开关中的任何。基于图解实施例,物理开关140可以人工切换进入每个分别与以动力、标准和经济燃料消耗模相关联的三个不同位置。然而,在其它实施例中,物理开关140可以配置为用于人工可切换进入每个都和少于或多于三个燃料消耗模式关联的少于或多于三个位置。另外,物理开关140可以配置为用于人工可安置进入与无限数目的可能燃料消耗模式关联的无限数目位置中的任何,这在下面更详细讨论。然而,如果开关仲裁模块162确定物理开关140的位置不优先于虚拟开关,那么燃料消耗模式选择模块160的虚拟开关模块164根据虚拟开关仲裁方案设定燃料消耗模式,如在下面关于图3更详细解释。
[0039]由虚拟开关模块164实施的虚拟开关仲裁方案根据交通工具的总质量选择发动机系统100的燃料消耗模式,该总质量如上面讨论可以是由交通工具运载的载荷的总质量、交通工具质量加上由交通工具运载的载荷的总质量,或取决于由交通工具运载的载荷的总质量的一些其它质量。通常,总交通工具质量越高,由虚拟开关模块164选择的燃料消耗模式的燃料效能越低(例如更大动力),并且总交通工具质量越低,燃料消耗模式的燃料效能越高(例如更小动力)。在一些实施中,虚拟开关模块164存储预校准或预确定的交通工具质量阈值(例如第一较低质量阈值和第二较高质量阈值),并比较总交通工具质量和阈值从而选择燃料消耗模式。例如,对于总交通工具质量低于质量阈值,因为交通工具相对轻地操作,所以虚拟开关模块164可以选择经济燃料消耗模式。然而,对于总交通工具质量高于质量阈值,因为交通工具相对重地操作,所以虚拟开关模块164可以选择动力燃料消耗模式。
[0040]交通工具质量阈值可以基于各种因素中的任何而预确定,例如交通工具的工作循环、交通工具的操作和驾驶形式、预测的驾驶条件(例如天气、地形等),以及由交通工具运载的可能载荷。例如,在交通工具经常穿过陡坡或经常参与城市驾驶时,阈值可以整体设定为较低。相反,在交通工具经常以高速沿相对平坦的道路驾驶(例如公路驾驶)时,阈值可以整体设定为较高。在一些实施例中,交通工具质量阈值可以由交通工具的最终用户调整。例如,交通工具可以伴随有工厂安装的预设交通工具质量阈值,最终用户可以按期望调整该阈值,例如更精确适应最终用户的具体需要。
[0041]在某些实施例中,即使开关仲裁模块162确定物理开关140的位置优先于虚拟开关,那么燃料消耗模式选择模块160可以至少部分依靠虚拟开关仲裁方案来补充或修改(例如调节或微调)由物理开关选择的燃料消耗模式。
[0042]由燃料消耗模式选择模块160选择的燃料消耗模式,被通信到燃料命令模块170。取决于由模块170选择可能燃料消耗模式中的哪一个,燃料图172的对应区域用来确定添加到发动机110的燃烧室的燃料量,并发出对应的加燃料或执行机构命令180。另外或可替换地,取决于由燃料命令模块170选择可能燃料消耗模式中的哪一个,确定从燃料图172的一个操作区到燃料图的另一操作区的转换速率。
[0043]对于具有三个可能燃料消耗模式的实施例(例如经济、动力和标准),燃料图172包括对应的经济、动力和标准燃料区,每个燃料区都包括为对应不同模式下的发动机操作具体校准的燃料值。例如,如果由燃料消耗模式选择模块160选择的燃料消耗模式是经济燃料消耗模式,那么燃料命令模块利用燃料图172的经济燃料区确定并发出执行机构命令180。相似地,如果由燃料消耗模式选择模块160选择的燃料消耗模式是动力燃料消耗模式,那么燃料命令模块利用燃料图172的动力燃料区确定并发出执行机构命令180。最终,若由燃料消耗模式选择模块160选择的燃料消耗模式是标准燃料消耗模式,那么燃料命令模块利用燃料图172的标准燃料区确定并发出执行机构命令180。尽管三个燃料消耗模式和三个对应燃料区在上面讨论,但在一些实施例中,少于或多于三个的燃料模式与少于或多于三个的对应燃料区是可能的。
[0044]同样,在一些实施例中,燃料消耗模式选择模块160可以在连续可变模式中可操作,该模式在每个都对应无限数目的交通工具质量阈值(即,无限数目的虚拟质量交通工具传感器位置)中的一个的无限数目的可能燃料消耗模式之间选择。连续可变模式可以利用依靠内插和/或外插的算法,从而基于预校准关系和检测或确定的交通工具质量确定合适燃料消耗模式。换言之,在连续可变模式中,每个可能的交通工具质量都与对单个交通工具质量唯一的具体燃料消耗模式关联。
[0045]由执行机构命令180命令的执行机构,可包括影响发动机110的燃料消耗性质的各种执行机构中的任何。例如,执行机构可以是一个或更多燃料喷射器(或相关燃料泵),并且执行机构命令180可以是燃料喷射命令以便喷射期望量的燃料进入发动机110的燃烧室。可替换地或另外,执行机构可以是发动机制动器(例如排气节流阀),并且执行机构命令180可以是发动机制动位置命令以便在发动机110上引起期望的反压力。在一些实施中,执行机构可以是废气再循环(EGR)阀,并且执行机构命令180可以是EGR阀命令以便允许期望量的再循环排气回到发动机110的燃烧室。同样,在一些实施中,执行机构可以是可变几何涡轮增压器(VGT),并且执行机构命令180可以是VGT叶片位置命令以便在发动机110上引起进气的期望量压力或排气的期望反压力。
[0046]燃料图172的各种区域的值基于工厂测试、计算和/或用户需要(例如,预测的交通工具驾驶条件、预测载荷、燃料成本等)来预确定或预设。通常,在燃料图172的标准燃料区中的燃料添加值,被调整到实现基本相等的性能和燃料经济性加权。相反,在燃料图172的经济燃料区中的燃料添加值,基于使燃料经济性加权超过性能来调整。类似地,在燃料图172的动力燃料区中的燃料添加值基于使性能加权超过燃料经济性来调整。因此,在标准燃料区中在给定操作条件的燃料喷射值通常分别低于和高于在燃料图172的动力燃料区和经济燃料区中在相同操作条件下的燃料喷射值。换言之,燃料图172的经济燃料区被调整从而以性能为代价提升燃料经济性(例如减少燃料消耗、节省燃料等),并且燃料图的动力区被调整从而以燃料经济性为代价提升动力。通常,如上面讨论,给定操作条件包括发动机转速138和期望的发动机载荷或扭矩值。燃料图172可包括可替换或补充的操作条件,例如排气温度134和排气压力136。
[0047]尽管燃料图172包括多个燃料区,每个燃料区都根据上面描述的燃料消耗模式的相关一个具体校准,但在其它实施例中,燃料图172可包括单个区域。单个区域的预校准燃料添加值则由燃料命令模块170根据加权因数加权或限制,该加权因数的值(例如百分比)基于由燃料消耗模式选择模块160选择的燃料消耗模式。在一个实施例中,使燃料图172的燃料添加值被预校准,从而实现燃料消耗模式中的单独一个(例如动力燃料消耗模式)。例如,如果选择的燃料消耗模式是动力燃料消耗模式,那么使用燃料图172的单个区域的未修改的预校准值,并且执行机构命令180因此生成。然而,如果选择除动力燃料消耗模式之外的燃料消耗模式,那么使用燃料图172的修改、加权或受限制的预校准值,并且执行机构命令180因此生成。例如,对于以标准燃料消耗模式操作,燃料图172的预校准值,以及相关执行机构命令180受限制,以使发动机系统100生成与以动力燃料消耗模式操作相比更低的动力但具有更高的燃料经济性。同样,对于以经济燃料消耗模式操作,燃料图172的预校准值,以及相关执行机构命令180甚至进一步受限制,以使发动机系统100生成与以动力和标准燃料消耗模式操作相比甚至更低的动力并且具有更高的燃料经济性。基于具有一个区域的燃料图的发动机操作,特别有益于具有连续可变位置的虚拟开关。
[0048]根据在图3中示出的一个实施例,用于控制内燃机的燃料消耗的方法200,包括在210确定总交通工具质量。在某些实施中,质量模块150配置为用于执行方法200的确定行为210。如上面讨论,在210确定的总交通工具质量可以基于检测的交通工具载荷,并且在一些实例中可以等于检测的交通工具载荷。通常,方法200实施上面提到的虚拟开关仲裁方案。
[0049]更具体地,方法200在220确定总交通工具质量是否小于第一阈值。如果在220以肯定回答确定,那么方法200进行到在230以经济燃料消耗模式操作发动机系统,并且方法结束。然而,如果在220以否定回答确定,那么方法200进行到在240确定总交通工具质量是否大于第二阈值。第二阈值大于第一阈值。如果在240以肯定回答确定,那么方法200进行到在250以动力燃料消耗模式操作发动机系统,并且方法结束。但如果在240以否定回答确定,那么方法200进行到在260以标准或中间燃料消耗模式操作发动机系统,并且方法结束。在某些实施中,虚拟开关模块164配置为用于执行方法200的确定行为220、240,并且操作行为230、250、260至少部分由燃料命令模块170执行。
[0050]根据在图4中示出的另一实施例,用于控制内燃机的燃料消耗的方法300,包括方法200的虚拟开关仲裁方案。然而,方法300也配置为用于实施上面提到的通用开关仲裁方案,从而确定在选择燃料消耗模式时物理开关(例如物理开关140)的位置是否优先于虚拟开关(例如虚拟开关模块164)。尽管在方法300中在早些或晚些的时间可执行,方法300包括在305确定总交通工具质量,并在310确定物理燃料消耗模式开关的位置。
[0051]实施通用开关仲裁,方法300包括在315确定关联虚拟开关的权限是否小于关联物理开关的权限。换句话说,在315的确定包括确定物理开关的位置是否优先于虚拟开关。
[0052]如果在315以肯定回答确定(即,物理开关具有多于虚拟开关的权限(或优先于虚拟开关)),那么方法300进行到在320根据物理开关位置操作发动机系统并结束。例如,如果用户操作的物理开关安置在与经济燃料消耗模式关联的位置,那么方法300在320根据经济燃料消耗模式操作发动机系统。可替换地,如果用户操作的物理开关安置在与动力燃料消耗模式关联的位置,那么方法300在320根据动力燃料消耗模式操作发动机系统。同样,如果用户操作的物理开关没有激活或安置在与标准燃料消耗模式关联的位置,那么方法300在320根据标准燃料消耗模式操作发动机系统。[0053]然而,如果在315以否定回答确定(即,虚拟开关具有多于物理开关的权限(或优先于物理开关)),那么方法300进行到实施相似于方法200的虚拟开关仲裁方案。更具体地,总交通工具质量在325与第一阈值比较,其中如果总交通工具质量小于第一阈值,那么方法300在330以经济燃料消耗模式操作发动机系统。如果总交通工具质量大于第一阈值,那么方法300在335确定总交通工具质量是否大于第二阈值。如果总交通工具质量大于第二阈值,那么方法300在340进行到以动力燃料消耗模式操作发动机系统,或如果总交通工具质量小于第二阈值,那么方法300在345进行到以标准或中间燃料消耗模式操作发动机系统。
[0054]上面描述的示意流程图和方法示意图通常阐述为逻辑流程图。同样,示出顺序和标记步骤表示代表实施例。可以构想其它步骤和方法在功能、逻辑或效果上等效于在示意图中图解的方法的一个或更多步骤或其部分。另外,提供采用的格式和符号从而解释示意图的逻辑步骤,并理解为不限于由该图图解的方法的保护范围。尽管各种箭头类型和执行类型可以在示意图中采用,但它们理解为不限制对应方法的保护范围。当然,一些箭头或其它连接符可以用来仅表示方法的逻辑流程。例如,箭头可以表示示出方法的列举步骤之间未指定持续时间的等待或监控时期。另外,其中特定方法发生的顺序可以或可以不严格遵守不出的对应步骤的顺序。
[0055]在本说明书中描述的功能单元的许多标记为模块,以便更特别强调它们的实施独立性。例如,模块可以实施为硬件电路,其包含定制VLSI电路或门阵列、现货半导体例如逻辑芯片、晶体管或其它分立组件。模块也可以用可编程硬件器件例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等实施。
[0056]模块也可以用软件实施以便由各种类型的处理器执行。计算机可读程序码的确定模块可以例如包含可以被组织为对象、过程或功能的计算机指令的一个或更多物理或逻辑块。然而,确定模块的可执行不需要实际放置在一起,但可以包含存储在不同位置中的不同指令,当逻辑联结在一起时该不同位置包含模块并实现模块的规定目的。
[0057]当然,计算机可读程序码的模块可以是单独指令或许多指令,并可以甚至在不同程序中并且跨若干存储器设备分布在若干不同代码段上。相似地,操作数据可以在模块内在此确定并说明,并可以用任何合适形式实施并在任何合适类型的数据结构内组织。操作数据可以收集为单独数据集,或可以分布在包括不同存储设备的不同位置上,并可以至少部分仅作为电子信号在系统或网络上存在。在模块或模块的部分以软件实施的情况下,计算机可读程序码可以在一种或更多计算机可读介质中存储和/或传播。
[0058]计算机可读介质可以是存储计算机可读程序码的有形计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光学、电磁、红外、全息、微机械或半导体的系统、装置或设备,或前述的任何合适组合。
[0059]计算机可读存储介质的更多具体例子可包括但不限于便携计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦写可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、便携紧凑光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用光盘(DVD)、光存储设备、磁存储设备、全息存储设备、微机械存储设备,或前述的任何合适组合。在本文件的背景下,计算机可读存储介质可以是可含有和/或存储计算机可读程序码的任何有形介质,该计算机可读程序码由指令执行系统、装置或设备使用,或与该指令执行系统、装置或设备关联使用。[0060]计算机可读介质也可以是计算机可读信号介质。计算机可读信号介质可包括计算机可读程序码其中传播的数据信号,例如在基带中实施或实施为载波的部分。这样的传播信号可以采取各种形式的任何,包括但不限于电气、电磁、磁、光学,或其任何合适组合。计算机可读信号介质可以是非计算机可读存储介质,并可以通信、传播或传送计算机可读程序码的任何计算机可读介质,该计算机可读程序码由指令执行系统、设备或装置使用,或与该指令执行系统、设备或装置关联使用。在计算机可读信号介质上实施的计算机可读程序码可以使用任何合适介质传送,包括但不限于无线、有线线路、光缆、射频(RF)等,或前述的任何组合。
[0061 ] 在一个实施例中,计算机可读介质可包含一个或更多计算机可读存储介质和一个或更多计算机可读信号介质的组合。例如,计算可读程序码可以作为电磁信号通过光缆传播以便由处理器执行,并存储在RAM存储设备上以便由处理器执行。
[0062]用于为本发明的多个方面执行操作的计算机可读程序码,可以用一个或更多程序语目的任何组合写入,包括面向对象的编程语目,例如Java、Smalltalk、C++等,或常规的过程编程语言,例如“C”编程语言或相似编程语言。计算机可读程序码可以作为独立软件包全部在用户计算机上、部分在用户计算机上执行,部分在用户计算机上并部分在远程计算机上执行,或全部在远程计算机或服务器上执行。在后面的情况下,远程计算机可以通过任何类型的网络,包括局域网(LAN)、广域网(WAN)或到外部计算机的连接(例如使用互联网服务提供商通过互联网)连接到用户计算机。
[0063]本发明的主题可以用任何其它具体形式实施而不背离它的精神或必要特性。描述的实施例在全部方面中都仅认为是为了说明并且为了限制。本发明的保护范围因此由本发明的权利要求而不是由前面描述表示。在权利要求的等效的意义和范围内的全部改变都包括在它们的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于控制能够运载载荷的交通工具的内燃机系统中的燃料消耗的设备,包含: 质量模块,所述质量模块配置为用于确定所述交通工具的质量; 燃料消耗模式选择模块,所述燃料消耗模式选择模块配置为基于确定的交通工具的质量为所述内燃机的操作选择燃料消耗模式; 燃料命令模块,所述燃料命令模块配置为基于选择的燃料消耗模式生成加燃料命令。
2.根据权利要求1所述的设备,其中所述燃料消耗模式选择模块包含配置为用于比较确定的交通工具的质量与质量阈值的虚拟开关模块,所述燃料消耗模式选择模块配置为基于确定的交通工具的质量与所述质量阈值之间的所述比较选择所述燃料消耗模式。
3.根据权利要求2所述的设备,其中所述质量阈值是第一质量阈值,所述虚拟开关模块经进一步配置比较确定的交通工具的质量与第二质量阈值,所述燃料消耗模式选择模块配置为基于确定的交通工具的质量与所述第二质量阈值之间的所述比较选择所述燃料消耗模式。
4.根据权利要求3所述的设备,其中所述燃料消耗模式选择模块在确定的交通工具的质量小于所述第一和第二质量阈值时选择经济燃料消耗模式,在确定的交通工具的质量大于所述第一和第二质量阈值时选择动力燃料消耗模式,以及在确定的交通工具的质量大于所述第一质量阈值并小于所 述第二质量阈值时选择标准燃料消耗模式。
5.根据权利要求1所述的设备,其中所述燃料命令模块包含分为多个操作区的燃料图,每个操作区都包括根据多个燃料消耗模式的相应的一个预校准的燃料添加值,并且其中所述燃料消耗模式选择模块配置为基于确定的交通工具的质量从所述多个燃料消耗模式中选择一个燃料消耗模式。
6.根据权利要求1所述的设备,其中所述燃料命令模块包含分为多个操作区的燃料图,每个操作区都包括预校准的燃料添加值,并且其中所述燃料消耗模式选择模块配置为基于由所述燃料消耗模式选择模块选择的所述燃料消耗模式,确定从所述燃料图的一个操作区转换到所述燃料图的另一操作区的转换速率。
7.根据权利要求1所述的设备,其中所述燃料命令模块包含存储预校准燃料添加值的燃料图,并且其中由所述燃料命令模块生成的所述加燃料命令与期望燃料添加值关联,并且其中所述期望燃料添加值包括根据加权因数加权的所述存储预校准燃料添加值中的一个,所述加权因数基于由所述燃料消耗模式选择模块选择的所述燃料消耗模式。
8.一种用于控制能够运载载荷的交通工具的内燃机系统中的燃料消耗的系统,包含: 物理燃料消耗模式开关,所述物理燃料消耗模式开关可操作从而设定第一燃料消耗模式; 虚拟燃料消耗模式开关,所述虚拟燃料消耗模式开关配置为基于所述交通工具运载的载荷的质量设定第二燃料消耗模式; 开关仲裁模块,所述开关仲裁模块配置为用于确定所述物理燃料消耗模式开关的优先级和所述虚拟开关燃料消耗模式开关的优先级,其中如果所述物理燃料消耗模式开关的所述优先级高于所述虚拟燃料消耗模式开关的所述优先级,那么所述开关仲裁模块为所述发动机的内燃的操作选择所述第一燃料消耗模式,并且如果所述虚拟燃料消耗模式开关的所述优先级高于所述物理燃料消耗模式开关的所述优先级,那么选择所述第二燃料消耗模式;以及燃料命令模块,所述燃料命令模块配置为基于所述第一和第二燃料消耗模式中选择的一个生成加燃料命令。
9.根据权利要求8所述的系统,其中所述虚拟和物理燃料消耗模式开关的所述优先级基于所述交通工具的驾驶员的估计经验水平。
10.根据权利要求8所述的系统,其中在所述交通工具的驾驶员的估计经验水平高于阈值经验水平时,所述物理燃料消耗模式开关的所述优先级高于所述虚拟燃料消耗模式开关的所述优先级。
11.根据权利要求8所述的系统,其中在所述交通工具的驾驶员的估计经验水平低于阈值经验水平时,所述虚拟燃料消耗模式开关的所述优先级高于所述物理燃料消耗模式开关的所述优先级。
12.一种用于控制能够运载载荷的交通工具的内燃机系统中的燃料消耗的方法,包含: 确定总交通工具质量; 如果所述总交通工具质量小于第一质量阈值,那么以经济燃料消耗模式操作所述内燃机; 如果所述总交通工具质量大于所述第一质量阈值和第二质量阈值,那么以动力燃料消耗模式操作所述内燃机,所述第二质量阈值高于所述第一质量阈值;以及 如果所述总交通工具质量大于所述第一质量阈值并小于所述第二质量阈值,那么以标准燃料消耗模式操作所述内燃机。
13.根据权利要求12所述的方法,进一步包含: 确定虚拟燃料消耗模式开关的权限; 确定物理燃料消耗模式开关的权限; 比较所述虚拟燃料消耗模式开关的所述权限与所述物理燃料消耗模式开关的所述权限;以及 如果所述物理燃料消耗模式开关的所述权限大于所述虚拟燃料消耗模式开关的所述权限,那么以所述物理燃料消耗模式开关的可选择位置对应的燃料消耗模式操作所述内燃机; 其中只有在所述虚拟燃料消耗模式开关的所述权限大于所述物理燃料消耗模式开关的所述权限时,执行:如果所述总交通工具质量小于所述第一质量阈值,那么以所述经济燃料模式操作所述内燃机;如果所述总交通工具质量大于所述第一质量阈值和所述第二质量阈值,那么以所述动力燃料消耗模式操作所述内燃机;以及如果所述总交通工具质量大于所述第一质量阈值并小于所述第二质量阈值,那么以标准燃料消耗模式操作所述内燃机。
【文档编号】F02D29/02GK103573435SQ201210269800
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】B-C·张, L-X·彭, T·王, Z-L·江 申请人:酷敏斯Ip公司
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