使用气缸压力差的发动机控制的制作方法

专利名称：使用气缸压力差的发动机控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机控制系统及方法，更具体地，涉及气 缸压力。
背景技术：
在此提供的背景描述用于总体上给出本发明的背景。在 本背景技术部分描述的本发明人的工作，以及申请时可能不另构成现 有技术的本发明的各方面，既不明确地也不隐含地被认为是抵触本发 明的现有技术。现在参考图1，示出了发动机系统100的功能框图。空气 通过进气歧管104吸入发动机102。节气门阀106控制进入发动机102 的气流。电子节气门控制器(ETC) 108控制节气门阀106,从而控制 进入发动机102的气流。空气与来自一个或多个燃料喷射器110的燃 料混合以形成空气/燃料混合物。 空气/燃料混合物在发动机102的一个或多个气缸(例如 气缸112)内燃烧。空气/燃料混合物的燃烧可以通过例如燃料的喷射 或火花塞114提供的火花来引燃。在火花点火式发动机系统中，火花 致动器模块116控制由火花塞114提供的火花。空气/燃料混合物的燃 烧会产生扭矩和排气气体。具体而言，扭矩经由空气/燃料混合物在气 缸内燃烧期间的放热和膨胀而产生。扭矩由发动机102的曲轴通过传 动系(未示出)传递给一个或多个车轮以推动车辆。排气从气缸排出 到排气系统118。 发动机控制模块(ECM) 130控制发动机102的扭矩输 出。ECM 130根据驾驶员输入和/或其它输入来控制发动机102的扭 矩输出。驾驶员输入模块132提供驾驶员输入给ECM 130。所述其它
7输入包括来自对气缸112内的压力(即，气缸压力)进行测量的气缸 压力传感器134的压力信号(Cylp)。
ECM 130根据气缸压力执行各种计算。例如，ECM 130 确定气缸112在各个曲轴角时的压力比。压力比是在某一曲轴角时的 测量气缸压力与在该曲轴角时的拖动(motored)(理想)气缸压力之 比。拖动气缸压力对应于在气缸112内不发生燃烧的情况下在该曲轴 角时的估算气缸压力。换句话说，拖动气缸压力对应于气缸112正被 拖动(活塞被拖动)时在该曲轴角时的预期气缸压力。拖动气缸压力 根据以下假设来计算气缸压力随气缸容积的改变而改变，并且气缸 压力根据如下关系多变地(polytropically )表现。尸(0)-尸。『。/r(0)r其中，P(0)是在给定曲轴角 时的气缸压力，Po和Vo分别是初始气 缸压力和容积，V(O)是在曲轴角G)时的气缸容积，y是比热比。
ECM 130确定有关喷射燃料的放热率、喷射的燃料量、 和/或十六烷指数(燃料可燃性的量度)。ECM 130然后可以根据这 些测量的和/或计算的参数(例如燃烧的正时)来调整各个参数。燃烧 正时在火花点火式发动机中可经由火花正时来调整，在柴油发动机中 可经由燃料喷射正时来调整。ECM 130也可以根据例如喷射的燃料量 这样的参数来调整其它参数。发明内容
—种车辆的燃烧控制系统，包括压力比(PR)模块、压 力比差(PRD)模块和压力比差率(PRDR)模块。PR模块分别根据 发动机气缸被点火和拖动时由气缸压力传感器测量的气缸压力来确 定点火PR值和测量拖动PR值。PRD才莫块确定预定曲轴角的PRD值， 其中每个PRD值才艮据在预定曲轴角之一时的点火PR值之一和测量拖 动PR值之一来确定。PRDR模块根据在预定曲轴角范围内的PRD值 的变化率来确定和输出PRDR值。
在其它特征中，PRD模块分别确定预定曲轴角中的第一 预定曲轴角和第二预定曲轴角的第一 PRD值和第二 PRD值，其中， PRDR模块根据第一和第二 PRD值之间的差来确定PRDR值，所述范 围由预定曲轴角中的第一预定曲轴角和第二预定曲轴角来限定。热分布模块。放 热分布模块根据PRDR值确定提供给气缸的燃料的放热分布。
在另外的特征中，权利要求3的燃烧控制系统还包括正 时控制模块。正时控制模块根据放热分布调整气缸的燃烧正时。
在另外的特征中，燃烧正时包括燃料喷射正时。
在其它特征中，PRDR才莫块进一步^f艮据燃烧正时和EGR 阀开度来确定PRDR值。
在其它特征中，燃烧控制系统还包括压力比差平均 (PRDA)模块和指示平均有效压力差(IMEPD)模块中的至少一个。 PRDA模块根据多个PRD值的平均值确定PRDA值。IMEPD模块根 据气缸的点火指示平均有效压力(IMEP)值和拖动IMEP值来确定 IMEPD值。
在另外的特征中，燃烧控制系统还包括诊断模块。诊断 模块根据PRDA值和IMEPD值中的至少一个来诊断提供给气缸的燃 料量、燃料的十六烷值(CN)、以及在气缸内燃烧预定量燃料时的曲 轴角中的至少一个。
—种车辆的燃烧控制系统，包括指示平均有效压力 (IMEP)模块和指示平均有效压力差(IMEPD)模块。IMEP模块分 别根据发动机气缸被点火和拖动时由气缸压力传感器测量的气缸压 力来确定点火IMEP值和拖动IMEP值。IMEPD才莫块4艮据点火IMEP 值之一和拖动IMEP值之一之间的差来确定和输出IMEPD值。
在另外的特征中，燃烧控制系统还包括诊断模块。诊断 模块根据IMEPD值来诊断提供给气缸的燃料量、燃料的十六烷值 (CN)、以及在气缸内燃烧预定量燃料时的曲轴角中的至少一个。
在另外的特征中，燃烧控制系统还包括压力比(PR)模 块、压力比差(PRD)模块和压力比差率(PRDR)模块。PR模块根 据气缸压力来确定点火PR值和测量拖动PR值。PRD才莫块确定预定 曲轴角的PRD值，其中每个PRD值根据在预定曲轴角之一时的点火 PR值之一和测量拖动PR值之一来确定。PRDR模块根据在预定曲轴 角范围内的PRD值的变化率来确定和输出PRDR值。
在其它特征中，PRD模块分别确定预定曲轴角中的第一 预定曲轴角和第二预定曲轴角的第一 PRD值和第二 PRD值，其中，PRDR模块根据第 一和第二 PRD之间的差来确定PRDR值，所述范围 由预定曲轴角中的第一预定曲轴角和第二预定曲轴角来限定。
在其它特征中，燃烧控制系统还包括放热分布模块。放 热分布模块根据PRDR值确定提供给气缸的燃料的放热分布。
在另外的特征中，燃烧控制系统还包括正时控制模块。 正时控制模块根据放热分布调整气缸的燃烧正时。
—种用于车辆的方法，包括分别根据发动机气缸被点 火和拖动时由气缸压力传感器测量的气缸压力来确定点火压力比 (PR)值和测量拖动PR值；确定预定曲轴角的压力比差(PRD)值， 其中每个PRD值根据在预定曲轴角之一时的点火PR值之一和测量拖 动PR值之一来确定；根据在预定曲轴角范围内的PRD值的变化率来 确定压力比差率(PRDR)值；以及输出PRDR值。
在其它特征中，确定PRD值包括分别确定预定曲轴角中 的第一预定曲轴角和第二预定曲轴角的第一 PRD值和第二 PRD值， 其中，确定PRDR值包括根据第一和第二 PRD值之间的差来确定 PRDR值，所述范围由预定曲轴角中的第一预定曲轴角和第二预定曲 轴角来限定。
在另外的特征中，所述方法还包括根据PRDR值确定提 供给气缸的燃料的放热分布。
在另外的特征中，所述方法还包括根据放热分布调整气 缸的燃烧正时。
在其它特征中，调整燃烧正时包括调整燃料喷射正时。
在其它特征中，确定PRDR值包括进一步根据燃烧正时 和EGR阀开度来确定PRDR值。
在另外的特征中，所述方法包括下述各项中的至少一项 根据多个PRD值的平均值确定压力比差平均(PRDA)值；以及，根 据气缸的点火指示平均有效压力(IMEP )值和拖动IMEP值来确定指 示平均有效压力差(IMEPD)值。
在另外的特征中，所述方法还包4舌才艮据PRDA值和 IMEPD值中的至少 一个来诊断提供给气缸的燃料量、燃料的十六烷值 (CN)、以及在气缸内燃烧预定量燃料时的曲轴角中的至少一个。
—种用于车辆的方法，包括分别4艮据发动机气缸被点火和拖动时由气缸压力传感器测量的气缸压力来确定点火指示平均有效压力(IMEP)值和拖动IMEP值；以及，根据点火IMEP值之一 和拖动IMEP值之一之间的差来确定指示平均有效压力差(IMEPD)值。
在另外的特征中，所述方法还包括根据IMEPD值来诊断 提供给气缸的燃料量、燃料的十六烷值(CN)、以及在气缸内燃烧预 定量燃料时的曲轴角中的至少一个。
在另外的特征中，所述方法还包括根据气缸压力确定 点火压力比(PR)值和测量拖动PR值；确定预定曲轴角的压力比差 (PRD)值，其中每个PRD值根据在预定曲轴角之一时的点火PR值 之一和测量拖动PR值之一来确定；冲艮据在预定曲轴角范围内的PRD值的变化率来确定压力比差率(PRDR)值；以及，输出PRDR值。
在其它特征中，确定PRD值包括分别确定预定曲轴角中 的第一预定曲轴角和第二预定曲轴角的第一 PRD值和第二 PRD值， 其中，确定PRDR值包括根据第一和第二 PRD值之间的差来确定 PRDR值，所述范围由预定曲轴角中的第一预定曲轴角和第二预定曲 轴角来限定。
在另外的特征中，所述方法还包括根据PRDR值确定提 供给气缸的燃料的放热分布。
在另外的特征中，所述方法还包括根据放热分布调整气 缸的燃烧正时。
本发明的其它应用领域将从下面提供的详细描述显而易 见。应当理解，详细描述和具体示例仅用于说明目的，并且不用来限 制本发明的范围。


从详细描述和附图将更充分地理解本发明，在附图中
图1是根据现有技术的发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明原理的示例性发动机系统的功能框图；
图3是根据本发明原理的示例性燃烧控制模块的功能框图4是根据本发明原理的拖动气缸压力比与曲轴角的关系曲线的示意图；图5-7是根据本发明原理的各个压力比差(PRD)与曲轴 角的关系曲线的示意图；图8是根据本发明原理的放热分布和压力比差率(PRDR) 与曲轴角的关系曲线的示意图；图9是根据本发明原理的在各个燃烧正时情况下的 PRDR与曲轴角的关系曲线的示意图；图IO是根据本发明原理的在各个排气气体再循环(EGR) 阀开度情况下的P RD R与曲轴角的关系曲线的示意图；图11A-11B是才艮据本发明原理的压力比差平均值 (PRDA)和稀释参数(DilPar)分别与指示平均有效压力(IMEP ) 的关系曲线的示意图；图12A-12B是根据本发明原理的PRDA分别与IMEP和 指示平均有效压力差(IMEPD)的关系曲线的示意图；以及图13A-13D是描述由根据本发明原理的燃烧控制模块执 行的示例性步骤的流程图。
具体实施例方式下面的描述本质上仅仅是示例性的，且绝不用来限制本 发明及其应用或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记 标注类似的元件。如本文4吏用的，短语"A、 B和C的至少一个"应 当理解为意味着使用非排他性逻辑"或，，的逻辑(A或B或C)。应 当理解，方法中的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。如本文使用的，术语"模块"指的是专用集成电路(ASIC )、 电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或 群组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适部件。根据本申请原理的燃烧控制系统根据气缸压力传感器测 量的气缸压力确定压力比(PR)值。气缸压力传感器测量发动机气缸 内的压力。燃烧控制系统确定当气缸被点火时在预定曲轴角时的点火 PR值。燃烧控制系统还确定当气缸被拖动(即，不点火)时在预定 曲轴角时的拖动PR值。
燃烧控制系统根据点火PR值和测量拖动PR值确定预定
12曲轴角的压力比差(PRD)值。具体而言，预定曲轴角之一的PRD值 是根据在该曲轴角时的点火PR值和测量拖动PR值来确定。 燃烧控制系统根据在预定曲轴角范围内的PRD值的变化 率来确定压力比差率(PRDR)值。燃烧控制系统使用PRDR来确定 例如气缸被点火时提供给气缸的燃料的放热分布。 燃烧控制系统还可以确定压力比差平均(PRDA)值和/ 或指示平均有效压力差(IMEPD)值。燃烧控制系统根据多个PRD 值的平均值确定PRDA值。燃烧控制系统分别根据气缸被点火和拖动 时的点火指示平均有效压力(IMEP)值和拖动IMEP值来确定IMEPD 值。 燃烧控制系统可以根据PRDA值和/或IMEPD值确定一 个或多个燃烧参数。仅作为示例，根据PRDA值和/或IMEPD值，燃 烧控制系统可以确定提供给气缸的燃料量和/或燃料的十六烷值 (CN )。另外，燃烧控制系统可以根据PRDA值和/或IMEPD值确定 燃烧预定百分比或预定质量的燃料时的曲轴角。现在参考图2，示出了示例性发动机系统200的功能框 图。发动机系统200包括燃烧空气/燃料混合物以产生驱动转矩的发动 机102。空气通过节气门阀106吸入进气歧管104。 ETC108控制节气 门阀106的开度，乂人而控制进入发动才几102的气流。 来自进气歧管104的空气被吸入发动机102的气缸。虽 然发动机102可以包括多个气缸，但是为了图示的目的，仅示出一个 代表性气缸112。仅作为示例，发动机102可以包括2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和/或12个气缸。 来自进气歧管104的空气通过关联的进气门236吸入气 缸112。发动机控制模块(ECM) 230控制燃料喷射器IIO喷射的燃 料量以及燃料的喷射正时。燃料喷射器IIO可以在中央位置将燃料喷 射到进气歧管104中或者可以在多个位置将燃料喷射到进气歧管104 中，例如在每个气缸的进气门附近。可替代地，如图2所示，燃料喷 射器IIO可以将燃料直接喷射到气缸112中。喷射的燃料在气缸112中与空气混合并且产生空气/燃料 混合物。气缸112内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。根据来 自ECM 230的信号，火花致动器模块116对关联于气缸112的火花塞114通电，这引燃空气/燃料混合物的燃烧。在其它发动机系统中，火花塞114对于引燃燃烧可以不 是必需的。仅作为示例，在柴油发动机系统中，当燃料被喷射到气缸 112中时，通过压缩气缸112内的空气产生的热来引燃燃烧。换句话 说，燃料的喷射引燃柴油发动机系统中的燃烧。ECM 230控制燃料的 喷射正时，从而控制燃烧的引燃。燃烧被引燃的时间可以关于活塞处 于其最高位置时的时间来规定，也就是空气/燃料混合物被最大压缩的 时刻，该位置称为上止点(TDC)。空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，从而旋转地驱动 曲轴(未示出)。活塞驱动曲轴直到活塞处于其最低位置，称为下止 点(BDC)。然后活塞开始再次向上运动并且通过关联的排气门238 排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统118从车辆排出。进气门236由进气凸轮轴240控制，排气门238由排气 凸轮轴241控制。在其它实施方式中，多个进气凸轮轴可以控制每个 气缸的多个进气门和/或控制多个气缸组的进气门。类似地，多个排气 凸轮轴可以控制每个气缸的多个排气门和/或控制多个气缸组的排气 门。进气凸轮移相器242控制进气凸轮轴240，从而控制打开 进气门23 6的时间。类似地，排气凸轮移相器244控制排气凸轮轴241 ， 从而控制打开排气门238的时间。进气门236和排气门238的打开正 时可以关于例如活'塞TDC或活塞BDC来规定。移相器致动器模块246 根据来自ECM 230的信号来控制进气凸轮移相器242和排气凸轮移相 器244。发动机系统200还可以包括提供增压空气给进气歧管 104的增压装置。仅作为示例，图2绘出了涡轮增压器250。涡轮增 压器250由流经排气系统118的排气气体提供动力，并且提供增压空 气充气给进气歧管104。废气门252选择性地允许排气气体旁通涡轮增压器250, 从而降低涡轮增压器的输出(或，增压)。ECM 230经由增压致动器 模块254来控制涡轮增压器250。增压致动器模块254可以通过控制 废气门252的位置来调整涡轮增压器250的增压。中间冷却器(未示出)可以用来消散压缩空气充气的一部分热。该热可以在空气^皮压缩时产生，并且还可以包括来自排气系
统118的热。替代性的发动机系统可以包括提供压缩空气给进气歧管 104并且由曲轴驱动的增压器。发动机系统200还可以包括选择性地将排气气体重新定 向回到进气歧管104的排气气体再循环(EGR)阀260。虽然EGR阀 260在图2中被显示为位于涡轮增压器250的上游，但是EGR阀260 可以位于涡轮增压器250的下游。EGR冷却器262也可以用来在排气 气体被提供给进气歧管104之前冷却重定向的排气气体。
ECM 230根据驾驶员输入模块132提供的驾驶员输入和 各个传感器提供的输入来调节发动机102的转矩输出。仅作为示例， ECM 230使用发动机速度传感器280接收对应于单位为转/分(rpm ) 的曲轴旋转速度的信号。发动机速度传感器280可以包括可变磁阻(VR)传感器 或任何其它适当类型的发动机速度传感器。发动机速度信号可以包括 脉沖序列。随着与曲轴一起旋转的N齿齿轮(未示出)的每个齿经过 VR传感器，可以生成脉冲序列中的每个脉冲。另外，每个脉冲对应 于曲轴的角位移，该角位移的量等于360。除以N个齿。N齿齿轮也 可以包括缺失 一 个或多个齿的间隙。 ECM 230从其它传感器接收信号，这些传感器例如是发 动机冷却剂温度传感器、歧管绝对压力(MAP)传感器、空气质量流 量(MAF)传感器、节气门位置传感器、进气空气温度(IAT)传感 器、和/或任何其它合适的传感器。ECM 230也从气缸压力传感器134 接收信号。 气缸压力传感器134测量气缸112内的压力并相应地产 生气缸压力信号(Cylp)。虽然仅示出了一个代表性的气缸压力传感 器134，但是发动机系统200可以包括任何合适数量的气缸压力传感 器。仅作为示例，可以为发动机102的每个气缸提供一个或多个气缸 压力传感器。发动机系统200包括根据本发明原理的燃烧控制模块 290。虽然燃烧控制模块290被显示为位于ECM 230内，但是燃烧控 制模块290可以位于任何合适位置。仅作为示例，燃烧控制模块290 可以位于ECM 230的外部。
现在参考图3,示出了燃烧控制模块290的示例性实施例 的功能框图。燃烧控制模块290包括压力比(PR)模块302、压力比 差(PRD)模块304和正时控制模块306。燃烧控制模块290还包括 压力比差率(PRDR)模块308和放热分布模块310。另外，燃烧控制 模块290包括压力比差平均(PRDA)模块312、诊断模块314、指示 平均有效压力(IMEP)模块316和指示平均有效压力差(IMEPD) 模块318。 PR模块302确定在给定曲轴角或曲轴角度(CAD)时的 压力比(PR)。在某一曲轴角时的PR等于在该曲轴角时的测量气缸
压力(Pmeasured)除以在该曲轴角时的拖动气缸压力(Pm。t。red )。测量 气缸压力由气缸压力传感器134提供。拖动气缸压力对应于不发生燃烧时(即，在气缸112不 被点火时)在该曲轴角时的预期气缸压力。拖动气缸压力可以从查找 表获得，或者根据理论确定。仅作为示例，拖动气缸压力可以根据曲 轴角从查找表获取。拖动气缸压力可以使用例如如下方程理论地确 定
尸他—=^(KW=iTCiT， (1)
其中，P!是先前气缸压力，Vi是气缸112的先前容积，V是气缸112 的当前容积，CR是压缩比，Y是比热比。 气缸112的容积可以根据曲轴角来确定。比热比可以是 常数，例如对于柴油发动机系统来说是1.365，或者对于汽油发动机 系统来说是1.32。在其它实施例中，比热比可以从根据曲轴角编排索 引的比热比查找表来确定。查找表的值可以包括根据图4的示例性拖 动气缸轨迹402存^f诸的拖动气缸压力。 具体地，PR才莫块302确定曲轴角的两个PR:当气缸112 被点火时的第一 PR以及当气缸112被拖动(即，不点火)时的第二 PR。气缸112被点火时确定的PR称为点火PR (即，PRFired),气缸 112被拖动时确定的PR称为测量拖动PR (即，PRMM)。气缸112可 以在连续的气缸循环时在净皮点火和净皮拖动之间切换，这称为跳变点火 (skip firing)。气缸112可以在预定事件时(例如在减速过度和/或 空转时)跳变点火。
PRD模块304根据在所述曲轴角时的点火PR和测量拖动
16PR来确定所述曲轴角的压力比差(PRD)。仅作为示例，PRD模块 304可以使用如下方程确定曲轴角的PRD:
，(0) -尸U0)-尸及層(0), (2)
其中0是曲轴角，PRpired是在该曲轴角时的点火PR， PRMM是在该曲
轴角时的测量拖动PR。 PRD才莫块304也可以通过将PRD除以TDC 之后90°时的PRD来使PRD归一化。另外，PRD模块304也可将 PRD存储在预定位置，例如存储器303中。正时控制模块306根据PRD选择性地调整各个燃烧参 数。仅作为示例，正时控制模块306可以根据PRD调整燃烧的引燃 正时(即，燃烧正时)。燃烧正时可以以任何合适的方式来调整，例 如在汽油发动机系统中通过调整火花正时来调整，或者在柴油发动机 系统中通过调整燃料的喷射正时来调整。调整燃烧正时调整例如燃烧了各个百分比(例如，10% 和/或50%)的喷射燃料时的曲轴角。调整燃烧正时也调整燃烧了各个 质量(称为燃烧质量分数(MBF))的喷射燃料时的曲轴角。现在参考图5，示出了各个PRD与曲轴角的关系曲线的 示意图。PRD轨迹502、 504、 506和508分别对应于TDC之后1° 、 TDC之前3° 、 TDC之前7°和TDC之前15。引燃燃烧时的PRD。 在发动机速度为1400 rpm、制动平均有效压力(BMEP )为5.0 bar和 EGR阀开度为54%的条件下确定PRD轨迹502、 504、 506和508。 因此，正时控制模块306可以根据该PRD调整燃烧正时，从而使得 在期望曲轴角时燃烧期望百分比(或质量)的喷射燃料。 现在参考图6，示出了 MBF和PRD之间的关系的示意图。 轨迹602对应于示例性MBF，轨迹604对应于示例性的归 一化PRD。 根据发动机速度为1400 rpm、 BMEP为5.0 bar、 EGR开度为54%、燃 烧正时(例如，燃料喷射)在TDC之前3。来确定MBF轨迹602和 归一化PRD轨迹604。如图6所示，归一化PRD轨迹604紧密跟随 MBF轨迹602。因此，正时控制模块306也可以使用PRD来确定MBF。 现在参考图7，示出了归一化PRD和除以拖动PR的PRD 之间的关系的示意图。轨迹702对应于示例性归一化PRD,轨迹704 对应于除以拖动PR的示例性PRD。如图7所示，轨迹704紧密跟随 归一化PRD轨迹702。因此，可以将除以拖动PR的PRD用来替代归一化PRD和/或MBF。返回参考图3, PRDR模块308根据曲轴角范围内的测量拖动PR和点火PR之间的差来确定压力比差率(PRDR)。具体而言，PRDR模块308根据曲轴角范围内的测量且拖动的PR之间的差的变化来确定PRDR。换句话说，PRDR模块308根据曲轴角范围内的PRD的变化来确定PRDR。仅作为示例，PRDR模块308使用如下微分方程来确定PRDR:
= ,JO)-K0))/"0, (3)
其中0是曲轴角范围，PRDR ( )是该曲轴角范围的PRDR。在其它
实施例中，PRDR模块308可以使用如下方程确定PRDR:
户織=[户及^问)一户及術(A)-户及德(€>2)] (4)
( '- 2) '
其中0i是曲轴角范围的第一曲轴角， 2是曲轴角范围的第二曲轴角。放热分布模块310根据PRDR确定喷射的燃料的放热分布。放热分布记录了经由喷射燃料的燃烧所释放的热。放热率(HRR)可以根据放热分布来确定，正时控制模块306和/或一个或多个其它模块可以使用该放热率来调整燃烧正时、调整喷射的燃料量、和/或确定喷射燃料的特性(例如，十六烷的量)。放热分布模块310也可以根据PRDR来检测各种其它参数，例如喷射后的燃料蒸发、放热峰值、燃烧开始、燃烧持续时间、和/或燃烧结束。 现在参考图8，示出了放热率(HRR)和PRDR之间的关系的示意图。轨迹802对应于示例性放热率，轨迹804对应于示例性PRDR。如图8所示，PRDR轨迹804紧密跟随放热率轨迹802。因此，PRDR可以用作放热率的指标。 返回参考图3， PRDR模块308也根据其它参数(例如EGR开度和燃烧正时)确定PRDR。现在参考图9,示出了不同燃烧正时的各个PRDR的示意图。PRDR轨迹902、 904、 906和908分别对应于TDC之后1。 、 TDC之前3。 、 TDC之前7。和TDC之前15°引燃燃烧时的状况。在发动4几速度为1400 rpm、 BMEP为5.0 bar和EGR开度为54%的条件下确定PRDR轨迹902、 904、 906和908。如图9所示，PRDR随燃烧正时的变化而变。因此，PRDR模块308可以才艮据燃烧正时确定PRDR。
现在参考图10，示出了不同EGR阀开度时的各个PRDR的示意图。PRDR轨迹1002、 1004、 1006和1008分别对应于EGR阀开度为0.0%、 49.0%、 51.0%和54.0%时的状况。在发动机速度为1400rpm、制动平均有效压力为5bar和燃烧正时(例如，燃料喷射正时)为在TDC之前3。的条件下确定PRDR轨迹1002、 1004、 1006和1008。如图IO所示，PRDR随EGR阀开度的变化而变。因此，PRDR模块308可以根据EGR阀开度来确定PRDR。 返回参考图3, PRDA模块3U根据多个点火PR和测量拖动PR之间的差的平均值来确定压力比差平均值(PRDA) 。 PRDA对应于预定数量样本内的点火PR和测量拖动PR之间的差的平均值。具体而言，PRDA模块312根据所述样本数量的PRD之和除以PRD的所述样本数量来确定PRDA。仅作为示例，PRDA模块312可以使用如下方程确定PRDA:
隨=zn )-尸U邵 (5)
其中N是PRD样本数，0是确定PRD样本时的曲轴角。N是大于1
的整数。诊断模块314根据PRDA诊断各个燃烧参数。诊断模块314可以使用PRDA诊断例如喷射的燃料量、喷射的燃料的十六烷值(CN)、和/或已经燃烧预定百分比(或质量)(例如10%和/或50%)的喷射燃料时的曲轴角。喷射燃料的CN是该燃料的燃烧品质(例如，可燃性)的测量。具体地，燃料的CN影响该燃料的点火延迟(即，燃料喷射和燃烧开始之间的时间段)。具有较高CN的燃料趋向于比具有较低CN的燃料具有更短的点火延迟。图IIA绘出了 PRDA和指示平均有效压力(IMEP)之间的关系。图11B绘出了稀释参数(DilPar)和IMEP之间的关系。稀释参数是也用于诊断喷射的燃料量的参数。基线1102、 1104和1106代表喷射已知燃料量时的理论值。 DilPar值1108、 1110和1112对应于根据喷射已知燃料量时的IMEP确定的稀释参数值。DilPar值1108、 1110和1112的相关系数(R2)分别是0.4409、 0.4734和0.3398。所述相关系数对应于所述值的相对精度。仅作为示例，随着相关系数接近1.0时精度增大。
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图11A的PRDA值1114、 1116和1118代表根据本发明原理基于由气缸压力传感器134测量的PR确定的示例性PRDA值。PRDA值1114、 1116和1118的相关系数(R2)分别是0.6749、 0.7201和0.9488。 PRDA值1114 、 1116和1118的相关系数比DilPar值1108 、1110和1112的相关系数更接近1.0。因此相比于DilPar， PRDA是对喷射的燃料量的更精确的测量。相应地，诊断模块314可以根据PRDA诊断喷射的燃料量。诊断模块314可以使用喷射的燃料量来例如诊断燃料喷射器110的老化。 IMEP模块316确定指示平均有效压力(IMEP ) 。 IMEP对应于在气缸循环期间测量的气缸压力的平均值。IMEP才莫块316输出气缸112被点火时的IMEP和气缸112^皮拖动时的IMEP。气缸112被点火时气缸112的IMEP称为点火IMEP (即，IMEPFired)，气缸112被拖动时的IMEP称为拖动IMEP (即，IMEPM。t。red)。
IMEP模块316根据在各个曲轴角时的气缸压力来确定
IMEP。仅作为示例，IMEP模块可以使用如下方程确定IMEP:
『
腿尸=7, (6)
其中，W是活塞所做的功，V是气缸112的容积。气缸112的容积可
以根据曲轴角和已知参数来确定，所述参数例如是气缸112的最大容
积(即，活塞处于BDC时的容积)和气缸112内的活塞位置。活塞
所估夂的功可以例如4吏用如下方程确定
y-J尸W, (7)
其中P是气缸压力。
IMEPD模块318根据点火IMEP和拖动IMEP之间的差
来确定和输出指示平均有效压力差(IMEPD)。仅作为示例，IMEPD
模块318可以使用如下方程确定IMEPD:
/腳D -羅l - /層 , (8)
其中，IMEP^ed是点火IMEP， IMEPM。t。red是拖动IMEP。 如上所述，诊断模块314根据PRDA诊断各个燃烧参数。然而，诊断模块314可以使用IMEPD替代PRDA。换句话说，诊断模块314可以使用IMEPD来诊断例如喷射的燃料量和/或已经燃烧预定百分比(例如10%和/或50%)的喷射燃料时的曲轴正时。
20
制造和/或组装发动机102的各个部件(例如曲轴和N齿齿轮)可能引起曲轴的偏移。换句话说，测量的曲轴角可能相对于实际曲轴角偏移。图12A图示出了在各个曲轴角偏移的情况下PRDA和IMEP之间的关系。方形样本1202、三角形样本1204和菱形样本1206分别对应于根据曲轴角偏移量为0.0° 、 0.5°和-0.5°而定的样本。从图12A可见，幅度为0.5°的曲轴角偏移会引起IMEP中可测量的变化。该可测量的变化可归因于例如热损失。现在参考图12B,示出了图12A中的各曲轴角偏移情况下的PRDA和IMEPD之间的关系的图示。从图12B可以注意到，利用IMEPD使曲轴角偏移的影响最小化。使用IMEPD时的样本1202、1204和1206的分散度被减小至小于2.0%。因此，诊断模块314可以使用IMEPD来替代PRDA。现在参考图13A-13D,示出了描述由燃烧控制模块290执行的示例性步骤的流程图。具体参考图13A，控制过程开始于步骤1302，控制过程在这里接收气缸压力。控制过程从气缸压力传感器134接收气缸压力。在步骤1304，控制过程确定点火PR和测量拖动PR。在某一曲轴角时的PR等于在该曲轴角时的测量气缸压力除以在该曲轴角时的预期拖动气缸压力。点火PR是根据气缸112被点火时的测量气缸压力确定的PR。拖动测量PR对应于4艮据气缸^皮拖动(即，不点火)时的测量气缸压力确定的PR。控制过程在步骤1306确定PRD。控制过程根据点火PR和拖动PR之间的差确定PRD。 4又作为示例，如上所述，控制过程可以使用方程(2)确定PRD。控制过程然后返回步骤1302。 PRD可以用于调整例如燃烧正时、燃烧各个百分比的喷射燃料时的曲轴角、和/或MBF。现在参考图13B,控制过程执行与图13A中相似或相同的步骤1302-1306。然而，不同于在步骤1306之后返回，控制过程在步骤1308确定PRDR。如上所述，控制过程使用方程(3 )或(4 )确定PRDR。控制过程然后返回步骤1302。 PRDR可以用于确定例如放热分布、放热率、和/或任何其它合适参数。
现在参考图13C,控制过程执行与图13A中相似或相同的步骤1302-1306。然而，不同于在步骤1306之后返回，控制过程在步骤1310确定PRDA。如上所述，控制过程使用方程(5)确定PRDA。控制过程然后返回步骤1302。PRDA可以用于确定例如喷射的燃料量、燃料的CN、和/或已经燃烧预定百分比(或质量)的喷射燃料时的燃烧正时。现在参考图13D,控制过程在步骤1312确定点火IMEP和拖动IMEP。如上所述，控制过程使用方程(6)和(7)根据曲轴角和气缸压力确定点火IMEP和拖动IMEP。在步骤1314,控制过程确定IMEPD。控制过程根据点火IMEP和拖动IMEP确定IMEPD。仅作为示例，如上所述，控制过程使用方程(8)确定IMEPD。控制过程然后返回步骤1314。 IMEPD可以例如用来替代PRDA。换句话说，控制过程可以使用IMEPD来诊断例如喷射的燃料量、燃料的CN、和/或已经燃烧预定百分比(或质量)的喷射燃料时的曲轴正时。本领域技术人员现在可以从上文描述中了解到本发明的广泛教导可以以多种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是本发明的真实范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其它改进对于本领域技术人员来说是显而易见的。
2权利要求
1.一种车辆的燃烧控制系统，包括压力比模块，所述压力比模块分别根据发动机气缸被点火和拖动时由气缸压力传感器测量的气缸压力来确定点火压力比值和测量拖动压力比值；压力比差模块，所述压力比差模块确定预定曲轴角的压力比差值，其中每个所述压力比差值是根据在所述预定曲轴角之一时的所述点火压力比值之一和所述测量拖动压力比值之一来确定；以及压力比差率模块，所述压力比差率模块根据在一定范围的所述预定曲轴角内的所述压力比差值的变化率来确定和输出压力比差率值。
2. 根据权利要求1所述的燃烧控制系统，其中所述压力比差模 块分别确定所述预定曲轴角中的第一预定曲轴角和第二预定曲轴角 的第一压力比差值和第二压力比差值，其中，所述压力比差率模块根据所述第一和第二压力比差值之间 的差来确定所述压力比差率值，并且所述范围由所述预定曲轴角中的所述第 一 预定曲轴角和第二预 定曲轴角来限定。
3. 根据权利要求1所述的燃烧控制系统，还包括放热分布模块， 所述放热分布模块根据所述压力比差率值确定提供给所述气缸的燃 料的》文热分布。
4. 根据权利要求3所述的燃烧控制系统，还包括正时控制模块， 所述正时控制模块根据所述放热分布调整所述气缸的燃烧正时。
5. 根据权利要求4所述的燃烧控制系统，其中所述燃烧正时包 括燃料喷射正时。
6. 根据权利要求1所述的燃烧控制系统，其中所述压力比差率 模块进一步根据燃烧正时和EGR阀开度来确定所述压力比差率值。
7. 根据权利要求1所述的燃烧控制系统，还包括以下各项中的 至少一项压力比差平均模块，所述压力比差平均模块根据多个所述压力比 差值的平均值确定压力比差平均值；以及指示平均有效压力差模块，所述指示平均有效压力差模块根据所 述气缸的点火指示平均有效压力值和拖动指示平均有效压力值来确定指示平均有效压力差值。
8. 根据权利要求7所述的燃烧控制系统，还包括诊断模块，所 述诊断模块根据所述压力比差平均值和所述指示平均有效压力差值 中的至少 一 个来诊断提供给所述气缸的燃料量、所述燃料的十六烷 值、以及在所述气缸内燃烧预定量所述燃料时的曲轴角中的至少一 个。
9. 一种车辆的燃烧控制系统，包括指示平均有效压力模块，所述指示平均有效压力模块分别根据发动机气缸被点火和拖动时由气缸压力传感器测量的气缸压力来确定点火指示平均有效压力值和拖动指示平均有效压力值；以及指示平均有效压力差模块，所述指示平均有效压力差模块根据所述点火指示平均有效压力值之一和所述拖动指示平均有效压力值之 一之间的差来确定和输出指示平均有效压力差值。
10. 根据权利要求9所述的燃烧控制系统，还包括诊断模块，所 述诊断模块根据所述指示平均有效压力差值来诊断提供给所述气缸 的燃料量、所述燃料的十六烷值、以及在所述气缸内燃烧预定量所述 燃料时的曲轴角中的至少一个。
11. 根据权利要求10所述的燃烧控制系统，还包括 压力比模块，所述压力比模块根据所述气缸压力确定点火压力比值和测量拖动压力比值；压力比差模块，所述压力比差模块确定预定曲轴角的压力比差 值，其中每个所述压力比差值是根据在所述预定曲轴角之一时的所述 点火压力比值之一和所述测量拖动压力比值之一来确定；以及压力比差率模块，所述压力比差率模块根据在一定范围的所述预 定曲轴角内的所述压力比差值的变化率来确定和输出压力比差率值。
12. 根据权利要求11所述的燃烧控制系统，其中所述压力比差 模块分别确定所述预定曲轴角中的第一预定曲轴角和第二预定曲轴 角的第一压力比差值和第二压力比差值，其中，所述压力比差率模块根据所述第一和第二压力比差之间的 差来确定所述压力比差率值，并且所述范围由所述预定曲轴角中的所述第一预定曲轴角和第二预 定曲轴角来限定。
13. 根据权利要求11所述的燃烧控制系统，还包括放热分布模 块，所述放热分布模块根据所述压力比差率值确定提供给所述气缸的 燃料的i文热分布。
14. 根据权利要求13所述的燃烧控制系统，还包括正时控制模 块，所述正时控制模块根据所述放热分布调整所述气缸的燃烧正时。
15. —种用于车辆的方法，包括分别根据发动机气缸被点火和拖动时由气缸压力传感器测量的 气缸压力来确定点火压力比值和测量拖动压力比值；确定预定曲轴角的压力比差值，其中每个所述压力比差值是根据 在所述预定曲轴角之一时的所述点火压力比值之一和所述测量拖动 压力比值之一来确定；根据在 一 定范围的所述预定曲轴角内的所述压力比差值的变化 率来确定压力比差率值；以及输出所述压力比差率值。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述确定所述压力比差 值包括分别确定所述预定曲轴角中的第一预定曲轴角和第二预定曲 轴角的第一压力比差值和第二压力比差值，其中，所述确定所述压力比差率值包括根据所述第一和第二压力 比差值之间的差来确定所述压力比差率值，并且所述范围由所述预定曲轴角中的所述第一预定曲轴角和第二预 定曲轴角来限定。
17. 根据权利要求15所述的方法，还包括根据所述压力比差率 值确定提供给所述气缸的燃料的放热分布。
18. 根据权利要求17所述的方法，还包括根据所述放热分布调 整所述气缸的燃烧正时。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述调整所述燃烧正时 包括调整燃料喷射正时。
20. 根据权利要求15所述的方法，其中所述确定所述压力比差 率值包括进一步根据燃烧正时和EGR .阀开度来确定所述压力比差率 值。
21. 根据权利要求15所述的方法，还包括下述各项中的至少一项根据多个所述压力比差值的平均值确定压力比差平均值；以及， 根据所述气缸的点火指示平均有效压力值和拖动指示平均有效 压力值来确定指示平均有效压力差值。
22. 根据权利要求21所述的方法，还包括根据所述压力比差平 均值和所述指示平均有效压力差值中的至少一个来诊断提供给所述 气缸的燃料量、所述燃料的十六烷值、以及在所述气缸内燃烧预定量 所述燃料时的曲轴角中的至少一个。
23. —种用于车辆的方法，包括分别根据发动机气缸被点火和拖动时由气缸压力传感器测量的 气缸压力来确定点火指示平均有效压力值和拖动指示平均有效压力 值；以及根据所述点火指示平均有效压力值之一和所述拖动指示平均有 效压力值之一之间的差来确定指示平均有效压力差值。
24. 根据权利要求23所述的方法，还包括根据所述指示平均有 效压力差值来诊断提供给所述气缸的燃料量、所述燃料的十六烷值、 以及在所述气缸内燃烧预定量所述燃料时的曲轴角中的至少 一个。
25. 根据权利要求24所述的方法，还包括 根据所述气缸压力确定点火压力比值和测量拖动压力比值；确定预定曲轴角的压力比差值，其中每个所述压力比差值根据在 所述预定曲轴角之一时的所述点火压力比值之一和所述测量拖动压 力比值之一来确定；根据在一定范围的所述预定曲轴角内的所述压力比差值的变化 率来确定压力比差率值；以及输出所述压力比差率值。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中所述确定所述压力比差 值包括分别确定所述预定曲轴角中的第一预定曲轴角和第二预定曲 轴角的第一压力比差值和第二压力比差值，其中，所述确定所述压力比差率值包括根据所述第一和第二压力 比差值之间的差来确定所述压力比差率值，并且所述范围由所述预定曲轴角中的所述第 一 预定曲轴角和第二预 定曲轴角来限定。
27. 根据权利要求25所述的方法，还包括根据所述压力比差率值确定提供给所述气缸的燃料的放热分布。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括根据所述放热分布调 整所述气缸的燃烧正时。
全文摘要
本发明涉及使用气缸压力差的发动机控制。具体地，提供了一种车辆的燃烧控制系统，包括压力比PR模块、压力比差PRD模块和压力比差率PRDR模块。PR模块分别根据发动机气缸被点火和拖动时由气缸压力传感器测量的气缸压力来确定点火PR值和测量拖动PR值。PRD模块确定预定曲轴角的PRD值，其中每个PRD值根据在预定曲轴角之一时的点火PR值之一和测量拖动PR值之一来确定。PRDR模块根据在预定曲轴角范围内的PRD值的变化率来确定和输出PRDR值。
文档编号F02D43/00GK101655044SQ20091016804
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者C·-B·M·关, F·A·马特库纳斯, P·A·巴蒂斯顿 申请人:通用汽车环球科技运作公司