专利名称：具有可变凸轮相位器的发动机的自适应NOx排放控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车的排放控制系统，尤其涉及降低排放物中的氮氧化 物的排放控制系统。
背景技术：
发动机运行包括产生废气的燃烧过程。在燃烧过程中，空气和燃料 (空气/燃料)混合物在气缸内燃烧以驱动活塞。活塞可旋转地驱动曲轴， 曲轴最终使一根或多根凸轮轴旋转。燃烧产生废气并且其从气缸排入排或关闭位置来调整排出的废气量。废气可包含残留物，如氮氧化物 (NOx)和一氧化碳(CO)。在排气沖程期间保留在气缸中的废气，也称之为废气滞留，在接下 来的燃烧冲程期间燃烧更高水平的NOx并且可降低发动机排出的排放 物的水平。特别地，保留在气缸燃烧室中的废气稀释了空气/燃料混合物 并且减慢了燃烧率。降低的燃烧率引起升高的燃烧室温度达更长时间段 并且燃烧更多量的NOx以降低排放。可通过调节排气凸轮轴的旋转位置以改变排气门正时从而实现废 气滞留。气门正时决定了排气冲程期间保留在气缸中的废气量。在不同 转速和负荷下保留的NOx的水平是预定的并且编程在静态参考表中。 尽管设计差异和部件损耗会影响发动机运行，但废气滞留通常限于在静 态参考表。发明内容因此，本发明提供一种用于调节具有与排气门关联的凸轮轴以及与 凸轮轴相互作用的凸轮相位器的发动机排出的排放物水平的控制系统。 该控制系统包括产生与废气中的氮氧化物(NOx )相对应的NOx信号的 NOx传感器和与凸轮相位器通信的控制模块。该控制模块接收NOx信 号，并且根据该NOx信号计算废气中的NOx水平。该控制模块将NOx 水平与预定的阀值范围作比较，并且在NOx水平大于预定阈值范围时调节凸轮相位器从而获得从发动机排出期望NOx水平的旋转位置。当 NOx水平在预定阈值范围之内时该控制模块将基于凸轮相位器的旋转 位置的旋转位置值存储在存储装置中。凸轮相位器的旋转位置控制在凸 轮轴旋转期间凸轮轴打开排气门的驱动时间。在一个特征中，排气门位置决定发动机排出的废气量。 在另 一个特征中，预定阈值范围定义为具有上NOx水平值和下NOx 水平值。在又一个特征中，存储装置包括二维参考表，该参考表由一定范围 的预定转速(PRM)值和一定范围的预定质量空气流量(MAF)值作索 引。还在另一个特征中，该控制模块根据包含在参考表中的对应转速值 和对应负荷值存储基于旋转位置的旋转位置值。在又一个特征中，当发动才几在参考表所包含的对应转速和对应负荷 下运行时，该控制模块根据包含在参考表中的旋转位置值调节凸轮相位 器的旋转位置。
从详细描述和附图中可以更完整地理解本发明，其中 图1是发动机控制系统的原理框图，该系统提供根据本发明使用 NOx传感器的排放控制系统；和图2是流程图，示出了根据本发明的排放控制系统所执行的步骤。
具体实施方式
下列描述实际上只是示例性的并且决不意图限制本发明、其应用或 用途。为了清楚起见，附图中用相同的附图标记表示相同的部件。本文 所用的术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多 种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组 合逻辑电路、或其它的提供所述功能的适当部件。现在参照图1，示意性地示出了发动^L系统10。发动才几系统10包 括发动机12，该发动机燃烧空气和燃料(空气/燃料)混合物以产生驱 动转矩。空气经过节气门16被吸入进气歧管14。节气门16调节进入进 气歧管M的质量空气流量。进气歧管14内的空气经过进气门(未示出)分配入气缸18。尽管只示出三个气缸18，但可以预见，本发明的排放 控制系统可以在具有多个气缸18如但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和 12个气缸的发动机中执行。燃料喷射器(未示出)喷射燃料，燃料在经过进气口 (未示出)被 吸入气缸18时与空气结合。燃料喷射器可以是与电子式或机械式燃料 喷射系统(未示出)，或其它的用于混合燃料与进气的系统相关的喷射 器。燃料喷射器受到控制以在每个气缸18内供给所需的空气/燃料比。 通常，对每14.7个单位的空气供给一个单位燃料到气缸内。进气门20选择性地打开和关闭以使空气/燃料混合物能够进入气缸 18。进气门位置由进气凸轮轴22调整。活塞(未示出)在气缸18内压 缩空气/燃料混合物。火花塞(未示出)点燃空气/燃料混合物的燃烧并 且驱动气缸18内的活塞。活塞驱动曲轴24以产生驱动转矩。曲轴24 使用正时链条(未示出)可旋转地驱动凸轮轴以调节进、排气门20、 26 的正时。尽管只示出单个进气凸轮轴和单个排气凸轮轴22、 28,但可以 预见，可以只使用单凸轮轴或者双进气凸轮轴和双排气凸轮轴。作为燃烧过程的结果，在气缸18内产生废气。当排气门26处于打 开位置时，废气被迫排出排气口 (未示出)进入排气歧管29。可以在废 气进入大气之前用废气处理系统(未示出)对其进行处理。尽管只示出 单个进、排气门20、 26, ^旦可以预见，发动沖几12的每个气缸18可以具 有多个进、排气门20、 26。进、排气凸轮相位器30、 32分别调整进、排气凸轮轴22、 28的旋 转位置。更具体地，进、排气凸轮轴22、 28的旋转位置可以相对于彼 此或者相对于气缸18内的活塞的位置或曲轴24的旋转位置延迟和/或提 前。通过这种方式，进、排气门20、 26的正时和/或升程可以相对于彼 此或者相对于气缸18内的活塞的位置进行变化。通过改变排气门26的 升程位置，就能调节保留在气缸18内的废气量。发动机系统lO还包括NOx传感器34和控制模块36。 NOx传感器 34响应于废气并且输出代表发动机12排出的NOx的水平的NOx信号 (NOxSIUNAL)。该NOx传感器34可以用化学、光学或其它方式检测废控制模块36接收NOXSKJNAL并且根据预定阈值范围调节发动机12排出的排放物的水平。阈值范围可定义为具有上NOx水平值和下NOx水平值。在调节排气凸轮相位器32之前，控制模块36根据NOxSIGNAL 确定发动机12排出的NOx的水平并且将发动机12排出的NOx的水平与预定阈值范围(NOXTHR)作比较。NOXTHR可定义为具有上NOX水平值和下NOx水平值。当发动机12排出的NOx的水平不在NOxthr之内 时，控制模块36输出凸轮相位器控制信号，其可旋转地调节排气凸轮 相位器32。排气凸轮相位器32接收凸轮相位器控制信号并且可旋转地 调节排气凸轮相位器位置(6EXhaust_cam )。凸轮相位器32的位置提前 和/或延迟排气凸轮轴28打开和/或关闭排气门26的驱动时间。控制模 块36重复上述操作直到发动机12排出的NOx的水平在NOxthr之内。控制模块36可以在二维参考表中存储eEXHAUST_CAM。该参考表可以由预定范围的转速(PRM)值和预定范围的质量空气流量(MAF)值作 索引。当发动机12排出的NOx在NOxTHR之内时，控制模块36就根据 相关RPM值和相关MAF值存<诸9exhaust cam。 控制模块36可以在以后和类似负;)4可以4据存储的eEXHAUST_cAM调节排气凸轮轴28 。例如，当发动机12排出的NOx的水平大于NOxTHR时，控制模块 36输出CamADV以提前排气凸轮轴28。在排气沖程期间提前排气凸轮相 位器32就提前了排气凸轮轴关闭排气门26的驱动时间。提前排气门26 的关闭位置防止一定量的废气逸出气缸18。保留的废气稀释了空气/燃 料混合物并且降低了燃烧温度，使之低于氮气与氧气结合生成NOx的 温度点。因此，可以降低发动机12排出的NOx的水平。控制模块36还可以确定是否正确调节了 6exhaust cam。 具体地，在 调节排气凸轮相位器32之前控制模块36测量发动机12排出的NOx的 初始水平(NOxpRE)。在调节了排气凸轮相位器32之后，控制模块36 重新测量在调节排气凸轮相位器32之后的NOx的水平(NOxposT)。当 NOxpost大于NOxpRE时，控制才莫块32才尤^叚定9exhaust cam 是在错误的 方向旋转。在接下来的排气冲程期间，控制模块36在相反方向上调节 排气凸轮相位器32的旋转。现在参照图2,流程图示出了本发明的控制系统所执行的步骤。在 步骤200处，控制根据NOxsK]nal确定调节排气凸轮相位器32之前的发 动机12排出的NOx的水平(NOxPRE )。在步骤202处，控制比较NOxPRE 与NOxTHR。当NOxpre大于NOxTHR时，在步骤204处，控制根据CamADV提前0EXHAUST cam 并且测量调节了排气凸轮相位器32之后的NOX的第二水平(NOxposT)。否则，控制返回步骤200。尽管流程图描述了一开 始就提前排气凸轮相位器32,但可以预见，本发明可以一开始就延迟排 气凸轮相位器32。在步骤206处，控制比较NOxpost与NOxpRE并且确定提前排气凸 轮相位器32是否引起了发动机12排出的NOx的水平的降低。如果 NOxpost小于NOxpRE，控制就在步骤208处比较NOxp。st与NOx丽。 否则，控制就继续到步骤210。在步骤208处，控制确定NOxpost是否在NOXthr之内。当NOXpost在NOX丁hr之内时，控制存储0EXHAUST—cam并且控制返回步骤200。否则，控制返回步骤204并且继续提前排气凸 轮相位器32。在步骤210处，控制延迟排气凸轮相位器32并且重新测量NOxpost。 在步骤212处，控制比较NOxpost与NOxthr,当NOxp。st在NOx丁hr之 内时，控制在步骤209处存储eEXHAUST_CAM，并且控制返回步骤200。 否则，控制返回步骤210并且继续调节排气凸轮相位器32。现在本领域技术人员能够从上文的描述知道，可以以多种形式实施 本发明的宽泛教导。因此，尽管本文用特殊例子来描述本发明，但是， 本发明的实际范围不会因此受到限制，因为对本领域技术人员来说通过 研究附图、说明书和权利要求可以很明显地得到其它变型。
权利要求
1.一种用于调节具有与排气门关联的凸轮轴以及与该凸轮轴相互作用的凸轮相位器的发动机排出的排放物水平的控制系统，包括响应于废气中的氮氧化物(NOx)产生NOx信号的NOx传感器；和与凸轮相位器通信的控制模块，控制模块接收所述NOx信号，根据所述NOx信号计算所述废气中的NOx水平，将所述NOx水平与预定的阈值范围作比较，在所述NOx水平大于所述预定阈值范围时调节凸轮相位器从而获得从发动机排出期望NOx水平的旋转位置，并且在所述NOx水平在所述预定阈值范围之内时将基于所述旋转位置的旋转位置值存储在存储装置中，其中，凸轮相位器的所述旋转位置控制在凸轮轴旋转期间凸轮轴打开排气门的驱动时间。
2. 如权利要求1所述的控制系统，其中，所述排气门位置确定发动机排出的所述废气的量。
3. 如权利要求1所述的控制系统，其中，所述预定阈值范围定义 为具有上NOx水平值和下NOx水平值。
4. 如权利要求1所迷的控制系统，其中，所述存储装置包括二维 参考表，该参考表由一定范围的预定转速(PRM)值和一定范围的预定 质量空气流量(MAF)值作索引。
5. 如权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制模块根据包含 在所述参考表中的对应转速值和对应负荷值存储基于所迷旋转位置的 旋转位置值。
6. 如权利要求1所述的控制系统，其中，当发动机在所述参考表 所包含的对应转速和对应负荷下运行时，所述控制模块根据包含在所述 参考表中的旋转位置值调节凸轮相位器的旋转位置。
7. —种用于调节具有与排气门关联的凸轮轴以及与该凸轮轴相互 作用的凸轮相位器的发动机排出的排放物水平的方法，包括测量与废气相关的氮氧化物(NOx)的水平； 将所述NOx水平与预定的阈值范围作比较；调节凸轮相位器的旋转位置，该凸轮相位器调节在凸轮轴旋转期间 凸轮打开和关闭排气门的驱动时间以从发动机排出期望的NOx水平， 其中，所迷凸轮相位器调节在所述NOx的水平大于所述预定阈值范围时开始；和存储从发动机排出期望的NOx水平时的凸轮相位器的旋转位置。
8. 如权利要求7所述的方法，还包括调节排气门的所述打开和关 闭位置以调节发动机排出的所述废气的量。
9. 如权利要求7所述的方法，还包括在二维参考表中存储基于所 述旋转位置的旋转位置值，该参考表由一定范围的预定转速(PRM)值 和一定范围的预定质量空气流量(MAF)值作索引。
10. 如权利要求9所述的方法，还包括根据包含在所述参考表中的 对应转速值和对应负荷值存储所述旋转位置值。
11. 如权利要求9所述的方法，还包括当发动机在包含在所述参考 表中的对应转速和对应负荷下运行时，根据包含在所述参考表中的旋转 位置值调节凸轮相位器的旋转位置。
12. 如权利要求7所述的方法，其中，所述预定阈值范围定义为具 有上NOx水平值和下NOx水平值。
全文摘要
一种用于调节发动机排出的排放物水平的控制系统包括产生与废气中的氮氧化物(NOx)相对应的NOx信号的NOx传感器和与凸轮相位器通信的控制模块。凸轮相位器的旋转位置控制在凸轮轴旋转期间凸轮轴打开排气门的驱动时间。该控制模块还接收NOx信号，并且根据该NOx信号计算废气中的NOx水平。该控制模块将NOx水平与预定的阈值范围作比较，并且在NOx水平大于预定阈值范围时调节凸轮相位器从而获得从发动机排出期望NOx水平的旋转位置。当NOx水平在预定阈值范围之内时该控制模块将旋转位置存储在存储装置中。
文档编号F02D45/00GK101240722SQ200810005480
公开日2008年8月13日 申请日期2008年2月5日 优先权日2007年2月6日
发明者V·鲁伊斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司