专利名称：基于吸入二氧化碳浓度的柴油机瞬态燃烧控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机控制系统，尤其涉皿油发动机瞬态工况下的控制。
背景技术：
废气帮盾环(EGR)是一种用于减少柴油机氮氧化物(NOx)排放的技术。 EGR技术引入发动机排出中的一部分jm重新^A发动机气缸。舰EGR引 入的二氧化碳(COz)在燃烧气体中作为稀释剂和吸收热量的成分，以斷氏燃烧 温度以及氮氧化物的排放。燃烧气体中较高的C02浓度导致较低的NOx排放以 及较高的碳氢化合物(HC)排放。因此，燃烧气体中的C(V浓度驟响柴油机 排放的一个因素。
喷油定时是影响柴油机排放水平的另一个因素。喷油定时提前通常会导致 缸内、鹏和压力提高，以及弓胞较低的HC排放和较高的NOx排放。喷油定时 滞后会导致燃料的不完全燃烧，因此弓胞HC排放的升高和NOx排放的陶氐。 最佳的喷油定时基^M烧气体的条件而确定(例如ccv浓度)。喷油定时和燃 烧气体斜牛不匹配通常导致恶劣的排放。
柴油IW烧控制基准需考虑C02浓度以及喷油定时两方面因素。对每个发
动机运转点(发动机转速相比负荷)，通过确定发动机目标吸入质量空气流动 (MAF)来确定目标燃烧气体条件(如C02浓度)。喷油定时在最优排放质量的 目标燃烧气体条件下校准。在发动机稳态运转过程中，通过达到目标MAF来提 供目标燃烧气体条件。在发动机瞬态运转过程中，即使发动机达到了目标MAF， 实际燃烧气体^ri牛也经常偏离目标条件。在柴油tW态运转过程中，由于采用 了稳态运转制牛下喷油定时基准来实现发动机控制，就产生了燃油喷射定时和 燃烧气体剝牛不匹配的问题，战不匹配导致了高的NOx和HC排放水平。 发明内容一种发动机控制模块，包括确定目标吸入C02浓度的目标吸入二氧化碳
(C02)模块。估算实际吸入C(v浓度的吸入C02估算模块。发动机控制模块基
于目标吸入C02浓度和实际吸入C02浓度来调| 油喷射。
在此描述的附图内容仅作为举例说明，对本发明公幵的内容不构成招可限定。
图1是本发明的柴油机系统的原理框图。
图2是本发明的柴油机控制模块的原理框图。
图3是本发明的吸入C02判断模块的原理框图。
图4是实现本发明的柴油机瞬态燃烧控制方法的步骤流程图。
具体实施例方式
接下来的描述本质上只是示范性的，并不用来限制当前的公开、申请以及 用途。应当理解为在所有的附图中，相同的附图标记表示了类似的或相同的零 件和特征。在此所用的术语模块，是指专用集成电路(ASIC)、电子回路、处理 器(共用，专用，或者集群)以及执行一个或多个软件或硬件程i^的存储器、 复^辑回路、和/或其它肖,供说功能的誠的元件。
典型的，柴油*臓烧控制是基于稳态运转条件的。这样基于稳态运转条件 鄉行控制的结果就是在瞬态运转过程中会造成排放物中氮氧化物(NOx)和
m化合物(ho的含量很高。本申请公开的瞬态燃烧控制系统m调纖油
喷射定时来补偿瞬态运转。调整喷油定时的结果是降低了 NOx和HC的排放。
参照附图l， 一种柴油发动机系统20,包括一个3IM燃烧空n/燃油的混合 物来产生驱动力矩的发动机22。空，过入口26被吸入吸入歧管24, —个节 流阀(未示出)用来调节^A(tAit支管24中的空气流量，吸入歧管24中的空 气被分配到气缸28。虽然图1描述了八^缸，但应该肖娜领会该发动机22 可以包括更多或者更少的气缸28。例如，具有4、 5、 6、 10、 12和16个气缸。 发动机系统20包括一个发动机控律鹏块32 ，该模块与发动机系统20中的 元件进行通讯，例如在此讨论的发动机22和联结的传感器以及控制器。该发动 机控制模块32实现本申请中的瞬态燃烧控制系统。
空气经过吸入口 26时舰一个吸入质量空气流动传感器34，例如是一个 普通质量空气流动计。传感器34产生一个指^Iil传感器34空气比率的吸入
质量空气流动(MAF)信号。歧管压力传感器36位于吸入口 26和发动机22 之间的吸入歧管24中，该吸入歧管压力传 36产生吸入歧管绝对空气压力 (MAP)信号。吸入歧管空，鹏传繊38同離于HlAit支管24中，它产生基 于吸入Mit的歧管空气鹏(MAT)信号。
发动机曲轴(未示出)以发动机的转速或者与发动机车键成一定比例的速 度旋转，曲轴传感器40感应曲轴位置并产生曲轴位置(CSP)信号。该CSP信 号与曲轴车键和气缸，Tf呈有关。该曲轴传感器40可以为普通的可变磁阻传,。 熟练技术人员都可以意识到还可以采用其它合适的方法来感测发动机转速和气 缸瓶
发动机控制模±央32电子控制喷油器42将燃油喷入气缸28。吸入阀44选 择性的开启和关闭，以控制空气iftA气缸28。吸入阀44有选择他打开和关闭以 使空气进入气缸28。凸轮轴(未示出)控制吸入阀的位置。活塞(未示出)压 缩气缸28内的空，燃油混合物。在做功冲程中，活塞驱动曲轴来产生驱动力矩。 在排出阀48打开时，气缸28内的燃烧废气M排出歧管46强制排出。凸轮轴 (未示出)控制排出阀位置。排出歧管空气压力传感器50产生排出歧管内空气 压力(EMP)信号。排出歧管空气温度传感器51产生排出歧管内空气、皿(EMT) 信号。
排出的废气舰催化转化器52和柴油微粒过滤器(DPF) 54进行处理。 約帮盾环(EGR)系统包括EGR阀58和EGR管线60， Mil^魏将排出 引入吸入歧管24。 EGR阀可以安装在卩Mi支管24内，EGR管线60从排出歧 管46延伸至EGR阀58，构成排出歧管46及EGR阀58之间的连接。发动机 控制模块32对EGR阀58的位置进行电子控制。EGR阀位置传 59产生EGR 阀位置(EGRP)信号。
发动机22具有一个涡轮增压器62。该涡轮增压器62与排出歧管46和吸 入歧管24 3iM。涡轮增压器62加大进入吸入歧管24的空气流量。增加的空气 流量引起ftA^管内的空气压力升高(即增压压力)。
参照附图2，发动机控伟蝶块32包括稳态喷油定时模块72、目标吸AH氧 化碳(CQz)模块74、吸入C02判断模块76、喷油定时补偿模块78、以及喷油 定时控制模块80。该发动机控制模块32从柴油机系统接收输入信号，此信号包 括但不仅限于前文所述MAF、 MAP、 MAT、 CSP、 EMP、 EGRP和EMT信号(在下文中称为"发动机系统信号")。发动机控制模块32处理发动机系统信号以 及定时产生发动丰鹏制指令，并输出到柴油发动机系统20。发动机控制指令包 括用来控制喷油器42和EGR阀58的信号。
发动机控制模块32基于相应于稳态发动mig转点(例如发动机,相比负 荷)的稳态燃烧气体条件(例如C(V浓度)来确定稳态基准。稳态燃烧气体条 4瞎于一个目标MAF信号产生。发动机稳态运转点織动机信号(例如CSP、 MAF和MAP信号)确定。稳态喷油定时模块72确定基于稳态基准的基础喷油 定时。在发动机在稳态情况下运行时，基础喷油定时是经过计算得出的喷油器 定时。目标吸入C02模块74基于稳态基准确定目标吸入CQ2浓度。目标吸入 C02浓度是发动机在稳态情况下运转时吸入歧管24内的吸入C02浓度。
在瞬态运转瞎况下，实际吸入C02浓度可能与目标吸入C02浓度不同，吸
入C02判断模块76确定估算的吸入C02浓度。吸入C02浓度的估算值是吸入 歧管中实时的实际CCV浓度值。ftA C02浓度的估算值可以基于发动机控娜旨 令(例如 喷射以及EGR阀信号)、发动机系统信号(例如MAF、 MAP、 M/J\ EMP、 EMT和EGRP信号)、禾口/或模l^生。
喷油定时,M尝模i央78基于发动机麟态运转^^牛下CCV浓度变化来确定补 偿喷油定时。发动机控制模块32计算目标吸入C02浓度和C02浓度估算值之间 的偏差，以确定C(V浓度变化，如图中标记82所示。补偿喷油定时模块因C02 浓度变化而对喷油定时进行补偿，以致实际燃油喷射定时更加精确地与实际
ccv浓度相匹配。
喷油定时模块80根据校正的喷油定时控制喷油器42。发动机控制模块32 基于基础喷油定时和补偿喷油定时来确定校正的燃油喷射时间，如图中标记84 所示。校正的喷油定时可以为上述^5出喷油定时和补偿喷油定时的和。喷油定 时模决80基于校正喷油定时来控制喷油器42将燃料油喷入气缸28.
参照附图3, —个示范的吸入CCV浓度估算模块76包括EGR百分比估算 模块90、排出CCV浓度估算模块92、以及吸AJ^管CCV浓度模块94。 EGR百 分比估算模块90可以基于发动机系统信号(例如MAP、 EMP、 EMT和EGRP 信号)和发动机指令(如EGR阀信号)来确定引入燃赔体的EGR的百分比。 排出CCV浓度判断模块92可以通过喷油定时和燃烧比率来确定排出C02浓度。 燃烧比率是指消耗的燃油和空气的比率。燃烧比率可以通过发动机系统信号和
模型来确定。燃烧比率模型可以包括在选定的运转劍牛下基于发动机参数的功
能。进一步说，排出C(V浓度估算模块92可以根据先前估算的吸入C02浓度值 来估算排出C02浓度。吸入歧管COz浓度模块94舰EGR百分比、排出 浓度以及发动机系统信号(如MAF、 MAP和MAT信号)来确定吸入CCV浓度 估算值。吸入C02浓度估算值指示出吸入歧管24中实时的实际C02浓度值。
参照附图4，柴油发动机瞬态燃烧控制方法100起始于步骤101。在步骤 102中，基础喷油定时基于稳态基准被确定。在步骤104中，目标吸入C(V浓 度基于稳态Sm被确定。在步骤108中，确定引入燃烧空气的EGR的百分比。 在步骤110中，确定排出C02浓度。在步骤112中，估算吸Ait支管中f^A的C02 浓度。在步骤114中，确定CCV浓度变化量。在步骤116中，确定补偿喷油定 时。在步骤118中，基于补偿喷油定时和基础喷油定时来确定校正的喷油定时。 在步骤120中，基于校正的喷油定时进行喷油。所述柴油机瞬态燃烧控制方法 100终结于步骤122。
本领域熟练技术人员从前面的描述可以认识到，本申请公开的内容可以以 多种方式实现。所以，虽然上述内容只公开了部分特例，但本申请真正的范围 不应当受此限定，本领域熟练从业者ffiil研究说明书，说明书附图和权利要求 书所做出的显而易见的变化都落A^发明的保护范围。
权利要求
1.一种发动机控制模块，包括用来确定目标吸入CO2浓度的目标吸入二氧化碳(CO2)模块；以及用来判断实际吸入CO2浓度的吸入CO2估算模块；所述发动机控制模块基于所述目标吸入CO2浓度和所述实际吸入CO2浓度来调整燃油喷射。
2. 如权利要求1所述的发动机控制模块，其特征在于，所述发动机控制模 块基于所述目标吸入C02浓度和所述实际吸入COz浓度确定CO:浓度变化，并基于所述CO:浓度变化来调^^iM油喷射。
3. 如权禾腰求1所述的发动机控娜莫块，其特征在于，所述目标吸入C02 浓度基于稳态基准f^。
4. 如权禾腰求1所述的发动机控制模块，其特征在于，所述吸入C02估算 模块包括确定引入 气体的EGR百分比的废气再循环(EGR)百分比估算模 块。
5. 如权利要求4所述的发动机控制模块，其特征在于，所述口狄C02估算 模块还包括确定排出C(V浓度的排出C(V浓度估^^莫块。
6. 如权利要求5所述的发动机控制模块，其特征在于，所述吸入C02估算 模块还包括基于所述排出C02浓度以及所述引入燃烧气体中的EGR百分比来确 定所述实际吸入CCb浓度的吸入歧管CO:浓度模块。
7. 如权禾腰求5所述的发动机控制模块，其特征在于，所述排出CCV浓度 估嶽莫块基于所述实际吸入C02浓度来确定所述排出CQz浓度。
8. 如权利要求4所述的发动机控制模i央，辦征在于，所述EGR百分比 估辭莫块判断所述EGR的百分比，i鈔断斑呈基于如下中的至少一个BlAit支 f^舰空气压力(MAP)信号、排出歧管空，力(EMP)信号、排出歧管空 气、鹏(EMT)信号、以及EGR阀的位置信号。
9. 如权禾腰求5所述的发动机控制模块，其特征在于，所述排出CCV浓度 估算模i央基于喷油定时以及燃烧率中的至少一个来确定所述排出C02浓度。
10. 如权利要求1所述的发动机控讳鹏块，其特征在于，所述吸Ait支管C02 浓度模i央确定所述实际吸入CCV浓度，该确定基于如下中的至少一个质量空 气流动信号、MAP信号以及吸入歧管空气温度(MAT)信号。
11. 如权禾腰求3所述的发动禾鹏伟鹏块，其特征在于，还包括基于所述 稳态 来确定基础喷油定时的稳态喷油定时模块。
12. 如权禾腰求ll所述的发动丰鹏制模块，其特征在于，还包括基于所述 目标吸入C(V浓度以^^述实时吸入C02浓度来确定补偿喷油定时的喷油定时 补偿模块。
13. 如权利要求12所述的发动丰鹏希帳块，其特征在于，还包括基于基础 喷油定时和补偿喷油定时而控制喷油器的喷油定时控制模块。
14. 一种发动机控制方法，包括 确定目标吸入C02浓度； 估算实际吸入C(V浓度；以及基于所述目标吸入C02浓度和所述实际吸入CQ2浓度调整燃油喷射。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括基于所述目标吸入C02浓度和所述实际吸入C02浓度来确定C02浓度变化；以及基于所述C02浓度变化来调整所 油喷射。
16. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述目标吸入CCV浓度是基 于稳态基准 来确定。
17. 如权禾腰求14所述的方法，其特征在于，还包括确定引入燃烧空气的 EGR的百分比。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括确定排出CCV浓度。
19. 如权利要求18所述的方法，还包括基于所述排出C02浓度和所述引入 燃烧空气的EGR的百分比来确定所述实际吸入C02浓度。
20. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括基于所述实际吸入 CCV浓J^确定所述排出COz浓度。
21. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括确定所述EGR的百 分比，该确定过程基于如下中的至少一个吸Ait支f^色对空气压力(MAP)信 号、排出歧管空气压力(EMP)信号、排出歧管空气、M (EMT)信号以及EGR 阀的位置信号。
22. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括基于喷油定时以及燃 烧率中的至少一个确定所述排出C(V浓度。
23. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括确定所述实际吸入 CQz浓度，该确定过程基于如下中的至少一个质量空气流动信号、MAP信号 以及吸入歧管空气温度(MAT)信号。
24. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括基于稳态基准繊来 确定基础喷油定时。
25. 如权禾腰求24所述的方法，其特征在于，还包括基于所述目标吸入 COz浓度和所述实时吸入COz浓度来确定补偿喷油定时。
26. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括基于基础喷油定时和补偿喷油定时来控制喷油器工作。
全文摘要
本发明涉及基于吸入二氧化碳浓度的柴油机瞬态燃烧控制。其中发动机控制模块包括用来确定目标吸入CO<sub>2</sub>浓度的目标吸入二氧化碳(CO<sub>2</sub>)模块。用来估算实际吸入CO<sub>2</sub>浓度的吸入CO<sub>2</sub>估算模块。该发动机控制模块基于目标吸入CO<sub>2</sub>浓度和实际吸入CO<sub>2</sub>浓度调整燃油喷射。
文档编号F02D43/00GK101372921SQ20081016862
公开日2009年2月25日 申请日期2008年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者H·高, Q·陈, T·张 申请人:通用汽车环球科技运作公司