多次喷射正时控制的方法

专利名称：多次喷射正时控制的方法
技术领域：
本发明涉及内燃发动机的操作和控制。
背景技术：
本节中的说明仅仅提供与本发明相关的背景信息并且可能并不构成现有技术。燃烧循环的不同部分中的喷射对产生的燃烧循环具有不同的影响，包括对发动机的工作输出，排放，以及燃烧稳定性的影响。例如通过监控发动机负载和利用标定值来确定多次喷射方案中每个脉冲的适当正时，可以控制、调整、或修正多次燃料喷射中每个的燃料喷射正时。然而，这样的方法仅仅与校准值所容许的一样精确。此外，将要理解这样的方法是反应性的并且包括时滞，在测量输入之后的一段时间控制发动机操作。此外，将要理解发动机输出是针对整个发动机描述用的术语，并且通常不能提供关于特定气缸中发生的燃烧的特定信息。已知多种插入式或非插入式压力传感装置，用于检测当发动机处于工作状态时以及当发动机点火时内燃发动机气缸内的压力。缸内压力测量值可以用来估计燃烧循环的不同方面。在发动机工作期间可以实时测量和处理这样的压力测量值。此外，这样的压力测量值可以一个气缸接一个气缸为基础进行跟踪。

发明内容
一种用于调整内燃发动机的燃料喷射正时的方法，该内燃发动机包括气缸并且构成为操作每燃烧循环的气缸内的多次燃料喷射，该方法包括监测通过第一燃烧循环的缸内压力，基于该缸内压力确定实际的燃烧相位度量(metrics)，监测包括第一喷射正时和第二喷射正时的基线燃料喷射正时，基于基线燃料喷射正时提供期望的燃烧相位度量，将实际的燃烧相位度量与期望的燃烧相位度量相比较，以及基于该比较调整第二燃烧循环中的基线燃料喷射正时。本发明提供下列技术方案。技术方案1 一种用于调整内燃发动机中的燃料喷射正时的方法，该内燃发动机包括气缸并且构成为操作每燃烧循环的气缸中的多次燃料喷射，该方法包括
监测贯穿第一燃烧循环的气缸内压力； 基于所述气缸内压力确定实际的燃烧相位度量； 监测包括第一喷射正时和第二喷射正时的基线燃料喷射正时； 基于所述基线燃料喷射正时提供期望的燃烧相位度量； 将实际的燃烧相位度量与所述期望的燃烧相位度量相比较；和基于该比较调整第二燃烧循环中的基线燃料喷射正时。技术方案2 如技术方案1所述的方法，其中确定实际的燃烧相位度量包括 确定放热率；以及
确定峰值放热率的曲柄角位置。
技术方案3 如技术方案2所述的方法，其中确定实际的燃烧相位度量还包括 识别所述峰值放热率的对应于第一喷射正时的一个曲柄角位置；以及
识别所述峰值放热率的对应于第二喷射正时的一个曲柄角位置。技术方案4 如技术方案3所述的方法，其中第一喷射正时包括主喷射正时； 其中第二喷射正时包括后喷射正时；
其中基于所述基线燃料喷射正时提供所述期望的燃烧相位度量包括提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量，以及提供对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量；且其中将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较包括 将所述峰值放热率的对应于第一喷射正时的曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，以及
将所述峰值放热率曲线的对应于第二喷射正时的曲柄角位置与对应于后喷射正时的期望燃烧相位度量相比较。技术方案5 如技术方案3所述的方法，其中第一喷射正时包括引燃喷射正时； 其中第二喷射正时包括主喷射正时；
其中基于所述基线燃料喷射正时提供所述期望燃烧相位度量包括 提供对应于所述引燃喷射正时的期望燃烧相位度量，以及提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量；且其中将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较包括 将所述峰值放热率的对应于第一喷射正时的曲柄角位置与对应于所述引燃喷射正时的所述期望燃烧相位度量相比较，以及
将所述峰值放热率的对应于第二喷射正时的曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的所述期望燃烧相位度量相比较。技术方案6 如技术方案2所述的方法，其中所述基线燃料喷射正时还包括第三喷射正时；
其中第一喷射正时包括引燃喷射正时； 其中第二喷射正时包括主喷射正时； 其中第三喷射正时包括后喷射正时； 其中确定实际燃烧相位度量还包括
识别所述峰值放热率的对应于所述引燃喷射正时的其中一个曲柄角位置， 识别所述峰值放热率的对应于所述主喷射正时的其中一个曲柄角位置，以及识别所述峰值放热率的对应于所述后喷射正时的其中一个曲柄角位置； 其中基于所述基线燃料喷射正时提供期望燃烧相位度量包括 提供对应于所述引燃喷射正时的期望燃烧相位度量， 提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量；以及提供对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量；且其中将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较包括 将所述峰值放热率的对应于所述引燃喷射正时的曲柄角位置与对应于所述引燃喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，将所述峰值放热率的对应于所述主喷射正时的曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，以及
将所述峰值放热率的对应于所述后喷射正时的曲柄角位置与对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量相比较。技术方案7 如技术方案2所述的方法，其中确定放热率是基于确定贯穿第一燃烧循环的压力比的变化率的。技术方案8 如技术方案1所述的方法，其中确定实际燃烧相位度量包括确定贯穿第一燃烧循环的燃烧率的变化。技术方案9 如技术方案1所述的方法，其中确定实际燃烧相位度量包括确定贯穿第一燃烧循环的燃烧燃料质量的变化率。技术方案10 如技术方案1所述的方法，其中确定实际燃烧相位度量包括确定贯穿第一燃烧循环的放热率的积分。技术方案11 如技术方案10所述的方法，其中确定实际燃烧相位度量还包括 基于所述放热率的积分识别对应于第一喷射正时的所需燃烧质量分数的曲柄角位置；
以及
基于所述放热率的积分识别对应于第二喷射正时的所需燃烧质量分数的曲柄角位置。技术方案12 如技术方案11所述的方法，其中所述基线燃料喷射正时还包括第三喷射正时；
其中确定实际燃烧相位度量还包括基于所述放热率的积分识别对应于第三喷射正时的所需燃烧质量分数的曲柄角位置；
其中第一喷射正时包括引燃喷射正时； 其中第二喷射正时包括主喷射正时； 其中第三喷射正时包括后喷射正时；
其中基于所述基线燃料喷射正时提供期望燃烧相位度量包括 提供对应于所述引燃喷射正时的期望燃烧相位度量， 提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量；以及提供对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量；且其中将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较包括 将对应于所述引燃正时的所需燃烧质量分数的曲柄角位置与对应于所述引燃喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，
将对应于所述主正时的所需燃烧质量分数的曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，以及
将对应于所述后正时的所需燃烧质量分数的曲柄角位置与对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量相比较。技术方案13 如技术方案1所述的方法，其中第一喷射正时包括主喷射正时； 其中第二喷射正时包括后喷射正时；以及
其中调整第二燃烧循环中的所述基线燃料喷射正时包括 调整第二燃烧循环中的所述主喷射正时；以及调整第二燃烧循环中的所述后喷射正时。
技术方案14 如技术方案13所述的方法，其中所述主喷射正时包括主喷射正时前馈估计；
其中所述后喷射正时包括后喷射正时前馈估计；以及
其中调整第二燃烧循环中的所述基线燃料喷射正时还包括调整所述主喷射正时前馈估计以及调整所述后喷射正时前馈估计。技术方案15 —种用于调整内燃发动机中的燃料喷射正时的方法，该内燃发动机包括气缸并且构成为操作每燃烧循环的气缸中的多次燃料喷射，该方法包括
监测贯穿第一燃烧循环的气缸内压力； 监测包括主喷射正时和后喷射正时的基线燃料喷射正时； 基于所述气缸内压力确定实际燃烧相位度量，包括 确定放热率曲线，
在所述放热率曲线上识别对应于所述主喷射正时的放热率的局部峰值的第一曲柄角位置，以及
在所述放热率曲线上识别对应于所述后喷射正时的放热率的局部峰值的第二曲柄角位置；
基于所述基线燃料喷射正时提供期望燃烧相位度量，包括
提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量，以及
提供对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量；
将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较，包括
将第一曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，以及
将第二曲柄角位置与对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量相比较；以及
基于该比较调整第二燃烧循环中的所述基线燃料喷射正时，包括
调整第二燃烧循环中的所述主喷射正时，和
调整第二燃烧循环中的所述后喷射正时。技术方案16 如技术方案15所述的方法，其中确定放热率曲线是基于确定贯穿第一燃烧循环的燃烧率变化的。技术方案17 —种用于调整内燃发动机中的燃料喷射正时的装置，该内燃发动机包括气缸并且构成为操作每燃烧循环的气缸中的多次燃料喷射，该装置包括
燃料喷射系统；
监测气缸内压力的压力传感器；和控制模块，其
监测贯穿第一燃烧循环的气缸内压力， 基于所述气缸内压力确定实际燃烧相位度量， 监测包括第一喷射正时和第二喷射正时的基线燃料喷射， 基于所述基线燃料喷射正时提供期望的燃烧相位度量， 将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较，以及产生对所述燃料喷射系统的指令，包括基于该比较对第二燃烧循环中的基线燃料喷射正时的调整。技术方案18 如技术方案17所述的装置，其中所述内燃发动机是均质充气压燃式发动机。技术方案19 如技术方案17所述的装置，其中所述内燃发动机是分层充气火花点火发动机。技术方案20 如技术方案17所述的装置，其中所述内燃发动机是均质充气火花点火发动机。


参照附图，现在将要通过举例的方式描述一个或多个实施例，其中 图1是根据本发明的示例性实施例构成的内燃发动机的截面图2A是根据本发明的用于调整内燃发动机中的燃料喷射正时的多次喷射正时控制系统的简图2B是图2A所示的根据本发明的包括前馈估计环路的多次喷射正时控制系统的简
图3图形地描述了根据本发明的用于多次喷射正时的缸内压力和放热率曲线； 图4图形地示出了根据本发明的用于多次燃料喷射正时的燃烧曲线和喷射器电流曲线.
一入 ，
图5A图形地示出了根据本发明的用于多次喷射正时的估计的燃烧曲线，其中横坐标轴线表示曲柄角的度数以及纵坐标轴线表示压力比；
图5B图形地示出了根据本发明的描述了峰值放热率位置的图5A中示出的燃烧曲线的差别，其中横坐标轴线表示曲柄角的度数以及纵坐标轴线表示压力比的变化；
图6A图形地示出了根据本发明的用于多次喷射正时的具有峰值放热率位置的估计的放热率曲线，其中横坐标轴线表示曲柄角的度数以及纵坐标轴线表示燃烧压力变化率；
图6B图形地示出了根据本发明的用于多次喷射正时的图6A所示的完整的估计放热率曲线，其中横坐标轴线表示曲柄角的度数以及纵坐标轴线表示燃烧压力；
图7图形地示出了根据本发明的用于主和后喷射正时的完整的估计放热率，其中横坐标轴线表示曲柄角的度数以及纵坐标轴线表示质量燃料燃烧分数；
图8示出了根据本发明的放热率曲线，其具有在一段时间内用于主和后燃烧峰值放热率正时位置的对应于主和后燃烧以及相位控制的峰值位置；以及
图9A和9B示出了根据本发明的用于多个燃烧循环的主和后喷射正时的相位控制。
具体实施例方式现在参照附图，其中所示出的仅仅是起示出某些示例性实施例的目的而不是为了使其受到限制，图1是示意图，描述了根据本发明实施例构造的示例性的内燃发动机10，控制模块5，以及排气后处理系统15。示例性的发动机包括多缸、直喷、压燃式内燃发动机，其具有连接在曲轴24上并且在限定出可变容积燃烧室34的气缸20内可移动的往复活塞22。 曲轴24可操作地连接到车辆变速器和传动系统上以响应于操作员转矩需求(Tclkeq)向其传递牵引转矩。发动机优选地采用四冲程工作，其中每个发动机燃烧循环包括曲轴24的720 度的角位移，其被分为描述了发动机气缸20中的活塞22的往复运动的四个180度阶段(吸气一压缩一膨胀一排气)的。多齿靶轮26连接倒曲轴上并且与其一起转动。发动机包括用于监测发动机工作的感测装置以及控制发动机工作的致动器。感测装置和致动器信号地或可操作地连接到控制模块5。发动机优选地包括直喷、四冲程内燃发动机，其包括由活塞和气缸盖限定出的可变容积燃烧室，其中所述活塞在气缸内在上死点和下死点之间往复运动且所述气缸盖包括进气门和排气门。活塞在重复的循环中往复运动，每个循环包括吸气，压缩，膨胀和排气冲程。发动机优选地具有主要为贫化学计量比的空气/燃料工况。本领域技术人员应当理解本发明的方面适于主要以贫化学计量比操作的其它发动机构造，例如，稀燃火花点火发动机。在压缩点火发动机的正常工作期间，在每个发动机循环期间当燃料充量喷射到燃烧室中从而与进气一起形成气缸充量时发生燃烧事件。在柴油循环发动机中，燃烧正时通常与接近上死点的主燃料喷射一致，而在受控的自动点火或均质充气压燃发动机中根据缸内条件(包括温度和压力)的控制，燃料喷射在燃烧循环中较早并且点火正时被控制为接近上死点并且例如在低速和低负载发动机工作期间可以包括来自点火源的点火协助。发动机适于在较大的温度、气缸充气(空气，燃料和EGR)和喷射事件的范围内工作。在此描述的方法特别适于以贫化学计量比工作的直喷压燃式发动机的工作，用于在正在进行工作的期间确定与每个燃烧室中的放热相互关联的参数。该方法还适于其他发动机构造，包括火花点火发动机、包括那些适于使用均质充气压燃(HCCI)策略的发动机构造。该方法适于在每发动机循环利用每气缸多个燃料喷射事件的系统，例如，采用用于燃料重整的引燃喷射、用于发动机功率的主喷射事件的系统，并且适于每个都影响气缸压力的用于后处理管理的后燃烧燃料喷射事件。感测装置安装在发动机上或发动机附近从而监测物理特性并且产生与发动机和环境参数相关的信号。感测装置包括曲轴旋转传感器，其包括通过感测多齿靶轮沈的齿上的边缘来监测曲轴转速(RPM)的曲柄传感器44。曲柄传感器是公知的，并且可以包括，例如，霍尔效应传感器，感应传感器，或磁阻传感器。从曲柄传感器44 (RPM)输出的信号输入到控制模块5。有燃烧压力传感器30，其包括适于监测气缸内压力(C0MB_PR)的压力感测装置。燃烧压力传感器30优选地包括非介入装置，其包括在柴油机的情况下适于在用于电热塞观的开口处安装到气缸盖中的具有环形截面的力传感器。在受控的自燃或均质充气压燃发动机情况下，火花塞可以代替电热塞。燃烧压力传感器30安装成与电热塞观结合，且燃烧压力通过电热塞被机械地传递至传感器30。传感器30的感测元件的输出信号，C0MB_ I3R与气缸压力成比例。传感器30的感测元件包括压电陶瓷的或照这样可适应的其它装置。 其它感测装置优选地包括用于监测歧管压力(MAP)和环境大气压力(BARO)的歧管压力传感器，用于监测进气质量空气流量以及进气温度(Tin)的质量空气流量传感器(MAF)，和冷却剂传感器35 (COOLANT)。该系统可以包括用于监测例如温度，空/燃比，以及成分的一个或多个排气参数的状态的排气传感器(未示出)。本领域技术人员应当理解可以存在用于控制和诊断目的的其它感测装置和方法。在其它装置中，通常通过节气门踏板以及制动踏板获得以操作者转矩要求(Tc)形式的操作者输入。发动机优选地配置了用于监测操作和为了系统控制目的的其它传感器。每一感测装置信号地连接到控制模块5以提供信号信息，该信号信息由控制模块转换为表示相应的被监测参数的信息。应当理解该结构是示例性的，并不是限制性的，包括可以由功能等效的装置和算法替换的各种感测装置。
致动器安装在发动机上并且由控制模块5响应于操作者的输入而控制以实现不同的性能目标。致动器包括将节气门开度控制为指令输入(ETC)的电控节气门装置，以及用于响应于指令输入(INJ_PW)直接喷射燃料到每个燃烧室的多个燃料喷射器12，所有这些都是响应于操作者转矩请求(Tcj keq)而控制的。设有响应于来自控制模块的控制信号(EGR) 控制外部再循环排气至发动机进气口的流量的排气再循环阀32和冷却器。电热塞28包括在每一燃烧室中安装的、适于与燃烧压力传感器30 —起使用的公知装置。燃料喷射器12是燃料喷射系统的元件，其包括多个高压燃料喷射器装置，其中每个高压燃料喷射器装置适于响应于来自控制模块的指令信号，INJ_PW，直接喷射包括一定量燃料的燃料充量至其中一个燃烧室中。每一燃料喷射器12都由燃料分配系统供应加压燃料并且具有包括最小脉冲宽度和相关的最小可控燃料流速以及最大燃料流速在内的工作特性。发动机可以配置有可控制阀机构，其可操作以调整每一气缸的进气门及排气门的打开和关闭，包括任何一个或多个气门正时，相位(即，相对于曲柄角和活塞位置的正时)， 以及气门开度的提升量。一个示例性的系统包括可变凸轮相位，其适于压燃发动机，火花点火发动机以及均质充气压燃发动机。控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似的术语指的是下列中的一种或多种的组合专用集成电路(ASIC)，电子电路，中央处理器(优选为微处理器)以及执行一种或多种软件或固件程序的相关内存和存储器(只读，可编程只读，随机存取，硬盘驱动器等)，组合逻辑电路，输入/输出电路以及装置，适当的信号调节和缓冲电路，以及其它适于提供所述的功能的部件。控制模块5具有一组控制算法，包括存储在内存中并且执行以提供所需功能的常驻软件程序指令和标定值。在预先设置的循环中优选地执行所述算法。所述算法例如通过中央处理器执行，并且可操作以监测来自感测装置及其他联网的控制模块的输入，以及执行控制和诊断程序来控制制动器的操作。在正在进行的发动机和车辆操作期间，可以每隔一定间隔执行循环，例如，每3. 125，6. 25，12. 5，25和100毫秒。可替换地， 可以响应于事件的发生执行算法。控制模块5执行存储在其中的算法代码以控制上述致动器从而控制发动机操作， 包括节气门位置，燃料喷射质量和正时，EGR阀位置，从而控制再循环排气的流量，电热塞操作，以及控制如此装备的系统的进气门和/或排气门正时，相位以及提升。控制模块构成为接收来自操作者的输入信号(例如，节气门踏板位置和制动器踏板位置)以确定操作者转矩请求，T0 ■，和接收来自传感器的表示发动机转速(RPM)，进气温度(TIN)，和冷却剂温度及其它环境条件的输入信号。在示例性的柴油机应用中，由高轨压力系统启用的多个喷射策略在燃烧事件期间通过改进的放热成形用于燃烧最优化。在这些策略中，与标准的“仅主喷射”燃烧相比，分离喷射和后燃烧喷射仅仅在带来了额外的挑战，因为燃烧以多个阶段发生或作为多级燃烧发生。在发动机内发生的燃烧很难直接监控。传感器可以检测和测量进入气缸的燃料流量和空气流量，一传感器可以监测作用到火化塞上的特定电压或者一处理器可以收集预测产生自动点火所需条件的信息的总和，但是这些读数一起仅仅预示燃烧并且不测量实际的燃烧结果。气缸压力读数提供了描述燃烧室内的情况的确实读数。基于对燃烧过程的理解，可以对气缸压力进行分析以估计特定气缸内的燃烧过程的状态，根据燃烧相位和燃烧强度来描述燃烧。在已知条件下在已知正时的已知充量的燃烧在气缸内部产生可预测的压力。 通过描述在特定曲柄角的燃烧的相位和强度，特定燃烧循环的开始和进展可以描述为估计的燃烧状态。通过估计气缸的燃烧过程的状态并且将该状态与期望的气缸读数或其它气缸读数相比较，基于比较监测的操作可有效地将气缸控制成希望操作。现在参照图2A，根据本发明的示例性实施例示出多次喷射正时控制系统48。多次喷射正时控制系统48基于从气缸压力轨迹提取的多个燃烧相位度量准备单独地修正每燃烧事件的多个喷射脉冲的正时。多次喷射正时控制系统48包括控制模块5、基线正时参数 50、加法器59、发动机10、燃烧压力传感器30 (见图1)、相位度量单元54、差分单元55、优化相位度量单元56、以及喷射正时修正反馈单元58。基线正时参数50是基于操作者转矩请求(To_req)的，其中To_req可以包括至包括加速器踏板和制动踏板的致动器的操作者输入。参照图1和图2，基线正时参数50被输入到控制模块5中并且被监测，其中基线正时参数50传送关于正确的燃烧模式的信息供发动机10操作。如上所述，燃烧模式可以包括受控自燃(勻质充气压燃)、勻质充气火花点火以及分层充气火花点火。基线正时参数50 以及对基线正时参数的调整61输入到加法器59中，其中控制模块5控制上述致动器以形成发动机10的补偿正时参数63。补偿正时参数63可以包括用于引燃、主和后燃烧的燃料喷射正时位置，用于发动机10的正确燃烧模式，同时实时地保持用于最佳燃烧的目标相位目标。在本发明示例性的实施例中，由燃烧压力传感器30测量缸内燃烧压力(P ( θ ) ) 52。应当理解θ对应于燃烧循环的曲柄角。此后，P ( θ ) 52被输入到控制模块5中并且由控制模块5监测，其中通过相位度量单元54从P ( θ ) 52提取相位度量以由此估计实际的相位度量57。从P ( θ ) 52提取的实际相位度量57对于单独修正实时车载燃烧控制中每一燃烧循环的每缸多个喷射脉冲的正时是可有效的。此外，多次喷射正时控制系统48用作所述发动机10中的每个单独气缸20的单个系统，其中气缸10的喷射正时的正时彼此无关。参照图2Β，在第二燃烧循环中基于对基线正时参数的调整61的前馈估计正时参数77可以被输入到工作点基线正时单元51中。基于前馈估计正时参数77，工作点基线正时单元51可以产生将输入到加法器59的第二燃烧循环中的基线正时参数50。本文描述了一种控制方法，其中基于从气缸压力轨迹提取的多个相位度量，可以单独地修正每一燃烧事件的多个喷射脉冲的正时。本领域技术人员将会理解可以采用多个喷射策略和分开(split)。例如，在燃烧循环的不同部分的喷射将具有不同的效果。主喷射一般用于控制转矩形成的燃烧，引燃喷射通常用于控制噪声，并且后喷射通常用于控制排放的燃烧和排气热管理。为了获得优化的燃料经济性，排放，噪声以及排气热管理，需要优化并保持用于多次喷射方案的每个脉冲的正时和量。多次喷射正时控制系统48提供车载实时喷射正时修正机构，以实及时且可靠的多级燃烧，阻止部件变形，扰动以及老化。因此， 每一燃烧循环的每缸的每个喷射脉冲的独立检测和控制允许维持每个脉冲的最优化标定。根据本发明的示例性实施例，图3是缸内燃烧压力曲线301的多相位控制以及每一燃烧循环的气缸中的多次燃料喷射的对应的放热率曲线303的图示。横坐标轴线表示曲柄角(度)以及纵坐标轴线表示缸内压力(kPa)以及放热率(J/CAD)。将会变得显而易见的是，就根据曲柄角可测量的压力比的变化或燃烧压力变化率的变化，放热率曲线303可以与缸内压力测量相关。在标定期间，在利用三次燃料喷射的燃烧循环期间监测缸内压力曲线301和放热率曲线303。三次燃料喷射包括用于引燃，主和后燃烧的喷射脉冲。然而， 本发明并不限制为三次燃料喷射并且可以包括二次燃料喷射，该二次燃料喷射包括用于主和后燃烧的喷射脉冲或用于引燃和主燃烧的喷射脉冲。作为每次喷射脉冲(即，引燃，主和后燃烧)的结果，放热率曲线303局部地到达峰值，其中每次喷射脉冲具有用于放热率曲线 303上的各个局部峰值的曲柄角位置。用于放热率曲线303的峰值的其中一个曲柄角位置对应于引燃喷射，用于热率曲线303的峰值的其中一个曲柄角位置对应于主喷射以及用于热率曲线303的峰值的另一个曲柄角位置对应于后喷射。通过监测缸内燃烧压力曲线301 并且确定用于放热率曲线303的峰值的曲柄角位置，可提供车载实时喷射正时修正以实现及时且可靠的多级燃烧，防止部件变形、扰动和老化。将会理解，本发明与喷射正时位置和放热率曲线303上的每一峰值的曲柄角位置之间的关系相关，并不涉及放热率曲线303上的每一峰值的大小。图4分别示出了燃烧和燃料喷射器电流曲线401，403的图形表示。图4中示出的燃烧曲线401实际上是按照根据曲柄角可测量的压力比(PR)以数学方式确定的估计燃烧曲线。应当理解，图4中示出的估计燃烧曲线401模拟了图3中示出的放热率曲线303的积分。因此，就I3R而言，估计燃烧曲线401具有与放热率303积分等效的性质。估计燃烧曲线401还可按照根据曲柄角可测量的燃烧压力或燃烧的燃料质量分数被确定，下面将说明(见图6B和图7)。如图4所述，横坐标轴线表示曲柄角位置(度)以及纵坐标轴线表示压力比(PR)和喷射器电流(A)。当燃料脉冲被喷射用于引燃，主和后燃烧时，燃料喷射器电流曲线403示出了电流的增加。用于引燃燃烧的喷射脉冲正时具有实质上在-25度或其附近发生的曲柄角位置。用于主燃烧的喷射脉冲正时具有实质上刚好在上死点之前在压缩冲程期间在-4. 0度或其附近发生的曲柄角位置。用于后燃烧的喷射脉冲正时具有实质上在膨胀冲程期间在15. 0度或其附近发生的曲柄角位置。应当理解用于每个喷射脉冲正时的曲柄角位置仅仅是示例性的，并且本发明不会受其限制。此外，燃烧曲线401有助于用于实时反馈控制的主和后喷射正时的放热率曲线的峰值的曲柄角位置的确定。在本发明的示例性的实施例中，使用相位度量以估计通过用于主喷射正时和后喷射正时的燃烧循环从监测的缸内压力测量得出的燃烧曲线以及相应的导数(即，放热率)。 应当理解燃烧和放热率曲线还可以通过用于引燃喷射正时的燃烧循环估计。示例性的相位度量按照根据曲柄角可测量的I3R确定燃烧曲线并且放热率曲线按照根据曲柄角可测量的 I3R的变化得以确定。压力比，PR，是本领域公知的术语，用于描述由燃烧产生的燃烧室内部的测得压力，P，除以通过活塞的工作在正常情况下存在的压力，PTO。通过每个燃烧循环的在曲柄角位置范围内的估计的燃烧曲线可以通过以下等式实时计算出。
_7] PR(B)=P/ IU=^Ig7[ 1 ]
Gamma, Y，包括比热容比并且名义上地被选作在对应于用于计算信号偏移并且无EGR 的温度时用于空气。因此，名义上地或初始地用于柴油机为Y = 1.365，并且名义上地用于传统的汽油发动机、=1.30。然而这些可基于使用当量比的估计值(爭)从空气和化学计量配比物的比热得到的数据，以及以工作条件为目标的EGR克分子分数，并且使用以下的等式进行调整。Y=I+ (R/cv)[ 2 ]
R是通用气体常数，并且通过以下等式可以计算出空气和配比物性能的加权平均。Cv(T) =(1.0 - (t*EGR) * Cvair(T) + (ct*EGR)* Cvstoichprod(T)[ 3 ] 考虑到影响燃烧的多个变化的性能关系，等式3可以表示为函数以执行性能修正。在
从初始温度开始的所有压力测量角度期间贯穿燃烧循环或在每个曲柄角可以使用等式3。 初始温度可以在偏差计算点或一些其它基准，例如在进气门关闭角度测量的进气歧管温度。该初始温度和压力测量值用于计算在任意角度的平均温度，因为温度经历了与压力类似的变化。还应理解，贯穿燃烧，EGR在变化，其中初始的EGR是导入气体的EGR百分比并且在燃烧期间新鲜充气质量转换为EGR质量。EGR因此可以在每个曲柄角得以更新。通过确定按照ra由等式ι计算出的估计燃烧曲线的导数，可以计算出用于每个燃烧循环的在曲柄角位置范围内的估计放热率曲线。同样地，通过下列等式可以实时计算出估计的放热率曲线
Delta PR = PR ( θ k)-PR ( θ J[4]
其中，Delta I3R描述了贯穿燃烧循环的压力比的变化率，以及其中ΗΚΘη)和 PR( θ k)是在发动机中的燃烧循环内用于两个叠代压力样本的缸内燃烧压力比。图5A和图5B描述了与变化的喷射正时对应的试验结果。参照图5A，描述了示出由等式1计算的估计的燃烧曲线，其对于三个燃烧循环具有变化的后喷射正时位置501a， 501b和501c和对于所有三个燃烧循环都相同的主喷射正时位置503。改变后喷射正时位置仅仅是示例性的，并且用来示出在不同的正时位置发生的后喷射正时的相位趋势，其中相位趋势可以用来基于基线正时参数50标定期望的相位度量70 (见图2A和图2B)。横坐标轴线表示曲柄角(度)以及纵坐标轴线表示压力比(PR)。应当理解，这三个变化的后喷射正时位置501a-c中的每个都发生在单独的燃烧循环期间，而用于每个燃烧循环的主燃烧事件发生在相同的喷射正时位置。参照图5B，描述了由等式4计算出的用于后喷射正时位置501a，501b, 501c和对于所有三个燃烧循环都相同的主喷射正时位置503的估计放热率曲线的图。此外，在放热率曲线上可以识别用于每个喷射正时的峰值的曲柄角位置。例如，用于主喷射正时位置503 的放热率曲线具有用于I3R值中对应的峰值变化的曲柄角位置503X;用于后喷射正时位置 501a的放热率曲线具有用于I3R值中对应的峰值变化的曲柄角位置501X ；用于后喷射正时位置501b的放热率曲线具有用于ra值中对应的峰值变化的曲柄角位置501Y以及用于后喷射正时位置501c的放热率曲线具有用于ra值中对应的峰值变化的曲柄角位置501Z。横坐标轴线表示曲柄角(度)以及纵坐标轴线表示压力比(PR)的变化。如图5A所示，用于后喷射正时位置501a-c的三个变化的放热率曲线中的每一个均发生在单独的燃烧循环期间， 而用于每个燃烧循环的用于主喷射正时位置503的放热率曲线发生在相同的正时位置。改变后喷射正时位置仅仅是示例性的，并且用来示出用于发生在不同的正时位置的后喷射正时的相位趋势。例如，图3所示的用于后喷射正时的喷射脉冲的曲柄角位置在三个燃烧循环中被提前或延迟以生成用于后喷射正时位置501a-c的放热率曲线。应当理解，用于后喷射正时501a的放热率曲线的喷射脉冲在膨胀冲程中比用于后喷射正时位置501b和501c 的放热率曲线的喷射脉冲发生得迟。同时用于后喷射正时位置501b的放热率曲线的喷射
将明白，对应于主喷射正时位置503和其中一个后喷射正时位置501a_c的用于放热率曲线的峰值的曲柄角位置可以分别与基于用于主和后喷射的基线燃料喷射正时的期望相位度量相比较。此外，放热率曲线可以包括具有用于I3R值中对应的峰值变化的曲柄角位置505X的引燃喷射正时位置505。在本发明的另一示例性的实施例中，使用了另一相位度量来估计从监测的缸内压力测量提取的放热率曲线和相应的积分(即，燃烧曲线)。该示例性的相位度量按照根据曲柄角测量的燃烧压力比(kPa/CAD)确定了放热率曲线。按照根据曲柄角测量的燃烧压力确定燃烧曲线。用于每个燃烧循环的在曲柄角位置范围内的估计放热率曲线可以通过以下等式实时计算出。燃烧压力变化率
权利要求
1.一种用于调整内燃发动机中的燃料喷射正时的方法，该内燃发动机包括气缸并且构成为操作每燃烧循环的气缸中的多次燃料喷射，该方法包括监测贯穿第一燃烧循环的气缸内压力； 基于所述气缸内压力确定实际的燃烧相位度量； 监测包括第一喷射正时和第二喷射正时的基线燃料喷射正时； 基于所述基线燃料喷射正时提供期望的燃烧相位度量； 将实际的燃烧相位度量与所述期望的燃烧相位度量相比较；和基于该比较调整第二燃烧循环中的基线燃料喷射正时。
2.如权利要求1所述的方法，其中确定实际的燃烧相位度量包括 确定放热率；以及确定峰值放热率的曲柄角位置。
3.如权利要求2所述的方法，其中确定实际的燃烧相位度量还包括 识别所述峰值放热率的对应于第一喷射正时的一个曲柄角位置；以及识别所述峰值放热率的对应于第二喷射正时的一个曲柄角位置。
4.如权利要求3所述的方法，其中第一喷射正时包括主喷射正时； 其中第二喷射正时包括后喷射正时；其中基于所述基线燃料喷射正时提供所述期望的燃烧相位度量包括提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量，以及提供对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量；且其中将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较包括 将所述峰值放热率的对应于第一喷射正时的曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，以及将所述峰值放热率曲线的对应于第二喷射正时的曲柄角位置与对应于后喷射正时的期望燃烧相位度量相比较。
5.如权利要求3所述的方法，其中第一喷射正时包括引燃喷射正时； 其中第二喷射正时包括主喷射正时；其中基于所述基线燃料喷射正时提供所述期望燃烧相位度量包括 提供对应于所述引燃喷射正时的期望燃烧相位度量，以及提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量；且其中将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较包括 将所述峰值放热率的对应于第一喷射正时的曲柄角位置与对应于所述引燃喷射正时的所述期望燃烧相位度量相比较，以及将所述峰值放热率的对应于第二喷射正时的曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的所述期望燃烧相位度量相比较。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述基线燃料喷射正时还包括第三喷射正时； 其中第一喷射正时包括引燃喷射正时；其中第二喷射正时包括主喷射正时； 其中第三喷射正时包括后喷射正时； 其中确定实际燃烧相位度量还包括识别所述峰值放热率的对应于所述引燃喷射正时的其中一个曲柄角位置， 识别所述峰值放热率的对应于所述主喷射正时的其中一个曲柄角位置，以及识别所述峰值放热率的对应于所述后喷射正时的其中一个曲柄角位置； 其中基于所述基线燃料喷射正时提供期望燃烧相位度量包括 提供对应于所述引燃喷射正时的期望燃烧相位度量， 提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量；以及提供对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量；且其中将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较包括 将所述峰值放热率的对应于所述引燃喷射正时的曲柄角位置与对应于所述引燃喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，将所述峰值放热率的对应于所述主喷射正时的曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，以及将所述峰值放热率的对应于所述后喷射正时的曲柄角位置与对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量相比较。
7.如权利要求2所述的方法，其中确定放热率是基于确定贯穿第一燃烧循环的压力比的变化率的。
8.如权利要求1所述的方法，其中确定实际燃烧相位度量包括确定贯穿第一燃烧循环的燃烧率的变化。
9.一种用于调整内燃发动机中的燃料喷射正时的方法，该内燃发动机包括气缸并且构成为操作每燃烧循环的气缸中的多次燃料喷射，该方法包括监测贯穿第一燃烧循环的气缸内压力； 监测包括主喷射正时和后喷射正时的基线燃料喷射正时； 基于所述气缸内压力确定实际燃烧相位度量，包括 确定放热率曲线，在所述放热率曲线上识别对应于所述主喷射正时的放热率的局部峰值的第一曲柄角位置，以及在所述放热率曲线上识别对应于所述后喷射正时的放热率的局部峰值的第二曲柄角位置；基于所述基线燃料喷射正时提供期望燃烧相位度量，包括提供对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量，以及提供对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量；将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较，包括将第一曲柄角位置与对应于所述主喷射正时的期望燃烧相位度量相比较，以及将第二曲柄角位置与对应于所述后喷射正时的期望燃烧相位度量相比较；以及基于该比较调整第二燃烧循环中的所述基线燃料喷射正时，包括调整第二燃烧循环中的所述主喷射正时，和调整第二燃烧循环中的所述后喷射正时。
10.一种用于调整内燃发动机中的燃料喷射正时的装置，该内燃发动机包括气缸并且构成为操作每燃烧循环的气缸中的多次燃料喷射，该装置包括燃料喷射系统；监测气缸内压力的压力传感器；和控制模块，其监测贯穿第一燃烧循环的气缸内压力， 基于所述气缸内压力确定实际燃烧相位度量， 监测包括第一喷射正时和第二喷射正时的基线燃料喷射， 基于所述基线燃料喷射正时提供期望的燃烧相位度量， 将所述实际燃烧相位度量与所述期望燃烧相位度量相比较，以及产生对所述燃料喷射系统的指令，包括基于该比较对第二燃烧循环中的基线燃料喷射正时的调整。
全文摘要
本发明涉及多次喷射正时控制的方法。提供一种用于调整内燃发动机的燃料喷射正时的方法，该内燃发动机包括气缸并且构成为操作每燃烧循环的气缸中的多次燃料喷射，包括监测贯穿第一燃烧循环的气缸内压力，基于气缸内压力确定实际的燃烧相位度量，监测包括第一喷射正时和第二喷射正时的基线燃料喷射正时，基于基线燃料喷射正时提供期望燃烧相位度量，将实际燃烧相位度量与期望燃烧相位度量相比较，以及基于该比较调整第二燃烧循环中的基线燃料喷射正时。
文档编号F02D41/40GK102235257SQ20111011669
公开日2011年11月9日 申请日期2011年5月6日 优先权日2010年5月7日
发明者M. 关 C-B., A. 马特库纳斯 F., 哈斯卡拉 I., H. 达奇 O., 王 Y-Y. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司