专利名称：用于确定燃料内乙醇含量的系统及方法
用于确定燃料内乙醇含量的系统及方法 对相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2006年8月11日的美国临时申请第 60/837,033号的权益。上述申请的公开通过引用而结合于此。
领域
本公开涉及发动机系统，并且更具体地涉及用于确定燃料内乙 醇含量的系统及方法。
背景
该部分的陈述仅仅提供了与本公开有关的背景技术信息并且可 能没有构成现有技术。
内燃发动机通过燃烧气缸内的空气与燃料的混合物而产生驱动 扭矩。更具体地，空气被吸入到发动机内并被分配到气缸中。空气 与燃料混合，从而形成燃烧混合物，其具有所需要的空气/燃料比值， 该混合物在气缸内燃烧。燃烧过程往复地驱动气缸内的活塞，活塞 转动地驱动曲轴，以便提供驱动扭矩。
近来，备选燃料，比如基于酒精的燃料已被开发出，以便用于 发动机系统。基于酒精的燃料包括比如甲醇与乙醇。现代的发动机 系统能够使用汽油、基于酒精的燃料或其任意混合而运行。然而， 当在不同的燃料情况下运行时，发动机的运行必需被修改，因为每 种燃料的不同特性的缘故。比如，由于不同化学成份的缘故，使用 乙醇或乙醇与汽油的混合物，比如E85(即，85%的乙醇与15%的汽 油的混合物)的发动机的运行，要求乙醇相对于汽油在化学计量上的 数量增加。
一些发动机系统包括使用燃料传感器的乙醇含量直接测量。这种燃料传感器的执行增加了综合成本及发动机系统的复杂性。
其它发动机系统包括对乙醇含量的间接测量。更具体地，使用 空气/燃料比值计算来确定乙醇/汽油燃料的含量。这通过在化学计量 的排放条件下，将质量空气流量(MAF)与预定的喷射的燃料数量进行 比较而获得，从而提供空气/燃料比值。使用空气/燃料比值来确定燃 料含量具有良好的精度，从而获知以化学计量的乙醇的空气/燃料比
值接近9:1，而汽油要求的空气/燃料比值接近14.5:1。
虽然当前技术发展水平的虛拟(virtual)传感器能够提供对燃料含 量的精确测量，但其耗时并且易于错误读取，因为多个不相关的发 动机运行条件的影响的缘故。
概要
因此，本公开提供一种用于确定燃料中的乙醇含量的系统及方 法，该燃料为燃料与空气的混合物的一部分，该混合物在内燃发动 机内燃烧。，燃料轨的压力特性在发动机的运行过程中被监视。燃料 的有效体积才莫量(bulk modulus)中的至少一个与压力扰动信号基于压 力特性而被确定。乙醇含量基于有效体积模量中的至少一个与压力 扰动信号而被确定。
在另一个特征中，压力特性包括以下组中的至少一个，该组包 括由喷射活动引起的压力减小和由泵送活动引起的压力增加。
在另一个特征中，压力扰动信号包括对应于多个喷射/泵送活动 上的压力幅度的平均值。
在另一个特征中，乙醇含量基于压力特性而计算出。
在又一个特征中，乙醇含量基于压力扰动信号而从查询表中确定。
在再一个特征中，乙醇含量进一步基于燃料轨的体积、所喷射 的燃料的体积、所泵送的燃料的体积、汽油的体积模量与乙醇的体 积模量中的至少一个而被确定。燃料轨的体积、汽油的体积模量与乙醇的体积模量作为预存储的常量而提供。
本公开提供一种改进的虚拟的燃料含量传感器，其通过提供快 速响应的燃料系统特定的测量而改善了现有的感应方法，以获得额
外的逻辑减少(即，较少的计算需求)和改善的稳定性(robustness)。
从文中所提供的描述出发，进一步的应用领域将变得清楚。应 当理解描述及特定的实施例仅用于解释的目的，而并不用于限制 本公开的范围。
附图
文中所描述的附图仅用于解释的目的，而绝不用于以任何方式 限制本公开的范围。
图1为示例性的发动机系统的功能方框图2为图形，解释了根据本公开的乙醇含量确定控制而使用的 示例性的运行参数轨迹；
图3为流程图，解释了由本公开的乙醇含量确定控制所执行的 示例性步骤；及
图4为示例性模块的功能方框图，该模块执行本公开的乙醇含 量确定控制。
详细描述
优选实施例的以下描述在本质上仅仅为示例性的，而绝不用于 限制本发明、本发明的应用或使用。为清晰起见，附图中将使用相 同的标号标示类似的元件。如在文中所使用的那样，术语模块指的 是专用集成电路、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组的)与存 储器，其执行一个或多个软件或固件程序、组合逻辑电路或提供所 迷功能的其它适当的构件。
现在参考图1,其展示了示例性的发动机系统10。示例性的发 动机系统10包括具有进气歧管14与排气歧管16的发动机12。发动机系统10进一步包括具有燃料轨(fuel rail)20和多个与相应的气缸24 相关联的燃料喷射器22的燃料喷射器系统18。空气通过节气门26 而被吸入到进气歧管14内，并且分配到气缸24中。空气与借助相 应的燃料喷射器22而喷射的燃料混合起来，从而在气缸24内形成 燃烧混合物。燃烧混合物具有所需要的空气/燃料比值，并且在气缸 内燃烧，从而往复地驱动活塞(图未示)，活塞又驱动曲轴28。废气经 由排气歧管16而从发动机12中排出。燃料系统30为喷射系统18提供了燃料。更具体地，燃料系统30 包括燃料箱32与燃料泵34。燃料泵34可以为定排量泵或变排量泵， 并且为燃料轨20提供压缩后的燃料。当燃料喷射器22将燃料喷射 到相应的气缸24中的时候，燃料泵34将压缩后的燃料补充到燃料 轨20内。控制模块40基于本公开的乙醇含量确定控制而调节发动机系统 10的运行。更具体地，压力传感器42监视燃料轨.20内的燃料压力。 控制模块40基于压力特性而确定燃料的乙醇含量，如以下进一步的 描述。在确定乙醇含量后，控制模块40可基于乙醇含量而适当地调 节空气/燃料比值与其它燃烧控制参数。本公开使用预定的直接喷射燃料系统内容而确定燃料内的乙醇 含量。该内容包括已知的燃料轨的体积、及燃料轨压力传感器，燃 料轨压力传感器作为快速响应传感器而提供。此内容可用于基于压 力特性而确定燃料内的乙醇含量。图2提供了图形，展示了示例性 的运行参数轨迹，包括燃料轨压力与喷射活动。优选地，当发动机和/或燃料轨压力处于稳定状态时确定乙醇含 量。更具体地，稳定状态为发动机的运行模式，在该模式中平均燃 料压力几乎恒定。然而，如果使用基于活动的算法的话，那么发动 机和/或燃料轨压力不需要处于稳定状态，其中有效的体积模量计算 用于任何特定的泵送活动或喷射活动。然而，考虑更长期或更筒化 的压力信号特性(即，从峰值到峰值)可能更切实际。在这种简化的执行中，对乙醇含量的相关性将被仅仅映射到稳定状态基准的尺寸中。在一个特征中，乙醇含量确定控制基于喷射活动而确定乙醇含 量。更具体地，预定体积的燃料从具有已知体积的燃料轨中直接地 喷射到气缸内。作为喷射活动的结果，液压能量从燃料轨耗尽，在 燃料轨中，能量以累积器的形式存储。此能量以压力与所喷射的体 积的形式而从燃料轨耗尽，从而引起了喷射活动之后的较低的燃料 轨压力。燃料轨内的压力减小与流体的体积才莫量(即，流体的弹性)和预定 的燃料轨体积(即，存储能力)有关。由于乙醇的体积模量显著地小于 汽油的体积模量的缘故，所引起的燃料轨内的压力减小将小于汽油 单独引起的压力减小。当由喷射活动所引起的燃料轨内的压力减小 时，燃料压力传感器可用于测量压力特性。乙醇含量基于喷射活动并使用下列关系式而被确定<formula>formula see original document page 9</formula>(2)其中VRAm为燃料轨的已知体积； APtn为作为喷射活动结果的压力减小； Vin;为所喷射的燃料的体积； BMEFFIW为喷射活动的有效的体积模量； BMQAS为汽油的已知体积模量； BMETH为乙醇的已知体积模量；而ERATIo为以百分比提供的乙醇比值。 V肌可根据下列关系式而被控制模块作为用于燃料喷射器或用于稳 定状态条件的开环控制项而计算出<formula>formula see original document page 9</formula>其中VPUMP为用于喷射活动的已知泵排量；及%为示例性的转换，显示了对三次泵送活动的四次喷射 活动。%项可根据发动机的配置与燃并十泵的配置而在发动机系统之间变化。vPUMP可作为固定的体积而提供，比如当燃料泵为定排量泵的情况时，或可由控制模块作为开环控制项而计算出，其在喷射活动之前 提供，比如当泵为变排量泵的情况时。在另一个特征中，乙醇含量基于泵送活动而确定。更具体地， 每个泵送活动将预定数量的燃料压缩到燃料轨内，从而引起压力增 加，其又与燃料的体积模量及已知的压力轨体积成正比。乙醇含量基于泵送活动使用下列关系式而确定<formula>formula see original document page 10</formula> (5)其中APpuMp为作为泵送活动结果的压力增加；及 BMEFFPUMP为泵送活动的有效体积模量。 在另一个特征中，多个喷射活动与泵送活动通常在时间上交叠， 从而产生压力扰动(pressure perturbation)信号。扰动信号的幅度又与 燃料的体积模量成正比。因此，燃料的体积才莫量及乙醇/汽油含量的有效体积模量可以在该信号内通过测量压力扰动幅度而被评估。此 测量然后可与控制模块内的预定且预先存储的查询表进行比较，并 以所期望的幅度作为所喷射的体积和/或发动机速度的函数，从而确 定燃料的乙醇含量。比如，多个燃烧活动的平均最小幅度与最大幅 度可被确定，并与查询表中的数值进行比较，从而提供乙醇含量。现在参考图3，由乙醇含量确定控制所执行的示例性步骤将被详 细地描述。在步骤300中，控制确定发动机是否正在运行。如果发 动机没有运行，则控制向后循环。如果发动机正在运行，则控制在 步骤302中确定发动机是否运行于稳定状态。如果发动机没有运行 于稳定状态，则控制向后循环到步骤300。如果发动机运行于稳定状态，则控制在步骤304中继续进行。在步骤304中，控制监视燃料系统的压力特性。压力特性可包 括由喷射活动引起的压力减小、由泵送活动引起的压力增加，和/或 包括但不限于最小与最大幅度值的压力扰动信号。控制在步骤306 中基于压力特性而确定燃料中的乙醇含量。更具体地，乙醇含量可 基于压力增加或减小和/或基于压力扰动信号而使用查询表直接算 出。在步骤308中，控制系统基于乙醇含量而调节发动机的运行。 比如，控制系统基于乙醇含量而调整空气/燃料比值、点火提前及阀 正时的计算。现在参考图4，由乙醇含量确定控制系统执行的示例性模块将被 详细地描述。示例性地模块包4舌在发动机的运行过程中监视燃料轨 的压力特性的第一模块400，及基于压力特性确定燃料的有效体积模 量与压力扰动信号中的至少一个的第二模块402。第三模块404基于 燃料的有效体积模量与压力扰动信号中的至少 一个而确定燃料中的 乙醇含量，如上详细所述。第四模块406基于乙醇含量而调节发动 机的运行。那些熟悉本领域的技术人员现在可从前面的描述中理解本发 明的宽泛的教导可以多种形式才丸行。因此虽然本发明已经结合其特 定的实施例而被描述，本发明的真正范围不应当受到如此限制，因 为根据对附图、说明书及下列权利要求的研究，其它的修改对具有 一定技术的从业者将显而易见。
权利要求
1.一种确定燃料内乙醇含量的方法，所述燃料为燃料与空气的混合物的一部分，所述混合物在内燃发动机内燃烧，所述方法包括在所述发动机的运行过程中监视燃料轨的压力特性；基于所述压力特性而确定所述燃料的有效体积模量和压力扰动信号中的至少一个；及基于所述有效体积模量和所述压力扰动信号中的至少一个而确定所述乙醇的含量。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力特性包括 以下组中的至少 一个，所述组包括由喷射活动引起的压力减小和由 泵送活动引起的压力增加。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力扰动信号
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量基于 所述压力特性而计算出。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量基于 所述压力扰动信号而从查询表中确定。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量进一 步基于燃料轨的体积、所喷射的燃料的体积、所泵送的燃料的体积、 汽油的体积模量与乙醇的体积模量中的至少一个而被确定。
7. 如权利要求6所迷的方法，其特征在于，所述燃料轨的体积、 所述汽油的体积模量和所述乙醇的体积模量作为预存储的常量而提 供。
8. —种用于确定燃料的乙醇含量的系统，所述燃料为燃料与空 气的混合物的一部分，所述混合物在内燃发动机内燃烧，所述系统 包括第 一模块，其在所述发动机的运行过程中监视燃料轨的压力特性；第二模块，其基于所述压力特性而确定所述燃料的有效体积模 量和压力扰动信号中的至少一个；及第三模块，其基于所述有效体积模量和所述压力扰动信号中的 至少一个而确定所述乙醇含量。
9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述压力特性包括以下组中的至少 一个，所述组包括由喷射活动引起的压力减小和由 泵送活动引起的压力增加。
10. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述压力扰动信号 包括对应于多个燃烧活动上的压力幅度的平均值。
11. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述乙醇含量基于 所述压力特性而计算出。
12. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述乙醇含量基于 所述压力扰动信号而从查询表中确定。
13. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述乙醇含量进一 步基于燃料轨的体积、所喷射的燃料的体积、所泵送的燃料的体积、 汽油的体积模量与乙醇的体积模量中的至少一个而被确定。
14. 如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述燃料轨的体 积、所述汽油的体积模量和所述乙醇的体积模量作为预存储的常量 而提供。
15. —种确定燃料的乙醇舍量的方法，所述燃料为燃料与空气混 合物的一部分，所述混合物在内燃发动机内燃烧，所述方法包括在所述发动机的运行过程中监视燃料轨的压力特性；评估所述发动机是否运行于稳定状态模式；当所述发动机运行于所述稳定状态模式时，基于所述压力特性 而确定所述燃料的有效体积才莫量与压力扰动信号中的至少 一 个；基于所述有效体积模量与所述压力扰动信号中的至少 一 个而确 定所述乙醇的含量；及基于所述乙醇含量而调节所述发动机的运行。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述压力特性包 括以下组中的至少 一个，所述组包括由喷射活动引起的压力减小和 由泵送活动引起的压力增加。
17. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述压力扰动信号包括对应于多个燃烧活动上的压力幅度的平均值。
18. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量基 于所述压力特性而计算出。
19. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量基 于所述压力扰动信号而从查询表中确定。
20. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量进 一步基于燃料轨的体积、所喷射的燃料的体积、所泵送的燃料的体 积、汽油的体积模量与乙醇的体积模量中的至少一个而被确定。
21. 如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述燃料轨的体 积、所述汽油的体积模量和所述乙醇的体积模量作为预存储的常量 提供。
全文摘要
本发明提供一种用于确定燃料中的乙醇含量的系统及方法，该燃料为燃料与空气的混合物的一部分，该混合物在内燃发动机内燃烧。燃料轨的压力特性在发动机的运行过程中被监视。燃料的有效体积模量和压力扰动信号中的至少一个基于压力特性而被确定。乙醇含量基于有效体积模量和压力扰动信号中的至少一个而被确定。
文档编号G01N7/06GK101231225SQ20071016976
公开日2008年7月30日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年1月24日
发明者C·D·马里奥特, M·A·威尔斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司