CN102128096B - 多脉冲喷射燃料和负载平衡控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多脉冲喷射燃料和负载平衡控制系统。具体地，一种用于在内燃发动机中调整燃料喷射量的方法，所述内燃发动机被配置为在该发动机的汽缸中操作多脉冲燃料喷射，所述方法包括：监控缸内压力；基于所述缸内压力确定主燃烧的已燃燃料质量；基于所述缸内压力确定二次燃烧的已燃燃料质量；基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定主燃料量偏移；基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定二次燃料量偏移；以及基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制到所述气缸中的燃料喷射。
Description
技术领域
本发明涉及内燃发动机的操作和控制。
背景技术
该部分描述只提供与本发明相关的背景信息，可以不构成现有技术。
已知各种在燃烧循环内控制多脉冲燃料喷射的方法。燃烧循环的不同部分中的喷射对所产生的燃烧循环有不同影响，包括对发动机工作输出、排放和燃烧稳定性的影响。此外，已知各种控制、调整、或修正在多脉冲燃料喷射的每一个中喷射的燃料量的方法，例如，通过监控发动机负载和使用校准值来确定燃料量的适当混合。不过，这种方法仅像校准值所允许的那样准确。另外要理解，这种方法是反应性的（reactive），包括时滞，因而在测量输入一段时间后才控制发动机操作。此外要理解，发动机输出是描述整个发动机的术语，一般不能提供有关特定气缸中发生的燃烧的特定信息。
已知当发动机发动以及发动机点火时在内燃发动机汽缸内传感压力的各种侵入性和非侵入性压力传感装置。可利用缸内压力测量来估计燃烧循环的不同方面。可在发动机操作期间实时进行和处理这种压力测量。另外，可以逐缸跟踪这种压力测量。
发明内容
一种用于在内燃发动机中调整燃料喷射量的方法，该内燃发动机被配置为在该发动机的汽缸中运行多脉冲燃料喷射，该方法包括监控缸内压力、基于该缸内压力确定主燃烧的已燃燃料质量、基于该缸内压力确定二次燃烧（post combustion）的已燃燃料质量、基于该主燃烧的已燃燃料质量确定主燃料偏移量、基于该二次燃烧的已燃燃料质量确定二次燃料偏移量、以及基于所述主燃料偏移量和所述二次燃料偏移量控制到所述气缸中的燃料喷射。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种用于在内燃发动机中调整燃料喷射量的方法，所述内燃发动机被配置为在所述发动机的汽缸中操作多脉冲燃料喷射，所述方法包括：
监控缸内压力；
基于所述缸内压力确定主燃烧的已燃燃料质量；
基于所述缸内压力确定二次燃烧的已燃燃料质量；
基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定主燃料量偏移；
基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定二次燃料量偏移；以及
基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制到所述气缸中的燃料喷射。
2. 根据方案1所述的方法，其中，监控所述缸内压力包括：
在二次燃烧开始前监控缸内压力；以及
在二次燃烧后监控缸内压力；
其中，基于所述缸内压力确定所述主燃烧的已燃燃料质量包括在所述二次燃烧开始前基于所述缸内压力确定所述主燃烧的已燃燃料质量；以及
其中，基于所述缸内压力确定所述二次燃烧的已燃燃料质量包括基于所述二次燃烧开始前的缸内压力和所述二次燃烧后的缸内压力确定所述主燃烧的已燃燃料质量。
3. 根据方案1所述的方法，其进一步包括：
监控燃烧循环的期望总已燃燃料质量；
其中，基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定所述主燃料量偏移进一步基于贯穿所述燃烧循环的所述期望总已燃燃料质量；以及
其中，基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定二次燃料量偏移进一步基于贯穿所述燃烧循环的所述期望总已燃燃料质量。
4. 根据方案1所述的方法，其进一步包括：
监控主燃烧的期望已燃燃料；以及
监控二次燃烧的期望已燃燃料；
其中，基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定所述主燃料量偏移进一步基于所述主燃烧的期望已燃燃料；以及
其中，基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定所述二次燃料量偏移进一步基于所述二次燃烧的期望已燃燃料。
5. 根据方案4所述的方法，其进一步包括：
将所述主燃烧的期望已燃燃料与所述主燃烧的已燃燃料质量进行比较；以及
如果所述主燃烧的期望已燃燃料不同于所述主燃烧的已燃燃料质量并且超过阈值，产生警告。
6. 根据方案4所述的方法，其进一步包括：
将所述二次燃烧的期望已燃燃料与所述二次燃烧的已燃燃料质量进行比较；以及
如果所述二次燃烧的期望已燃燃料不同于所述二次燃烧的已燃燃料质量并且超过阈值，产生警告。
7. 根据方案1所述的方法，其中，所述内燃发动机包括多个汽缸，并且其中，对所述多个汽缸的每一个重复根据方案1所述的方法。
8. 根据方案7所述的方法，其进一步包括：
确定主燃烧的期望已燃燃料包括：
确定所述多个气缸的所述各主燃烧的已燃燃料质量的平均值；以及
将所述各主燃烧的已燃燃料质量的所述平均值用作所述主燃烧的期望已燃燃料；以及
确定二次燃烧的期望已燃燃料包括：
确定所述多个气缸的所述各二次燃烧的已燃燃料质量的平均值；以及
将所述各二次燃烧的已燃燃料质量的所述平均值用作所述二次燃烧的期望已燃燃料；以及
其中，基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定所述主燃料量偏移进一步基于所述主燃烧的期望已燃燃料；以及
其中，基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定所述二次燃料量偏移进一步基于所述二次燃烧的期望已燃燃料。
9. 根据方案1所述的方法，其中，基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制到所述气缸中的燃料喷射包括控制后续燃烧循环中的燃料喷射。
10. 根据方案1所述的方法，其中基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制到所述气缸中的燃料喷射包括控制多个后续燃烧循环中的燃料喷射。
11. 根据方案1所述的方法，其进一步包括：
基于所述缸内压力确定预燃烧的已燃燃料质量；以及
基于所述预燃烧的已燃燃料质量确定预燃料量偏移；
其中，控制到所述气缸中的燃料喷射进一步基于所述预燃料量偏移。
12. 根据方案1所述的方法，其中，控制到所述气缸中的燃料喷射包括控制主燃烧的多个喷射。
13. 根据方案1所述的方法，其中，控制到所述气缸中的燃料喷射包括控制二次燃烧的多个喷射。
14. 根据方案1所述的方法，其中，二次燃烧由二次燃烧的喷射的开始限定。
15. 一种用于在内燃发动机中调整燃料喷射量的方法，所述方法包括：
监控所述发动机的多个汽缸的每一个内的缸内压力；
基于所述多个汽缸的每一个的所述各缸内压力测量确定所述气缸的每一个的主燃烧的已燃燃料质量；
基于所述多个汽缸的所述主燃烧的已燃燃料质量的平均值确定主燃烧的期望已燃燃料；
基于所述各缸内压力确定所述汽缸的每一个的二次燃烧的已燃燃料质量；
基于所述多个汽缸的所述二次燃烧的已燃燃料质量的平均值确定二次燃烧的期望已燃燃料；
基于将所述各气缸的所述各主燃烧的已燃燃料质量与所述主燃烧的期望已燃燃料质量进行比较，确定每一个气缸的主燃料量偏移；
基于将所述各气缸的所述各二次燃烧的已燃燃料质量与所述二次燃烧的期望已燃燃料质量进行比较，确定每一个气缸的二次燃料量偏移；以及
基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制所述发动机的燃料喷射。
16. 根据方案15所述的方法，其中，监控缸内压力包括：
在所述多个气缸的每一个的二次燃烧开始前监控缸内压力；以及
在所述多个气缸的每一个的二次燃烧后监控缸内压力；以及
其中，基于所述各缸内压力确定所述气缸的每一个的所述主燃烧的已燃燃料质量包括在所述多个气缸的每一个的所述二次燃烧开始前基于所述各缸内压力确定所述气缸的每一个的所述主燃烧的已燃燃料质量；以及
其中，基于所述各缸内压力确定所述气缸的每一个的所述二次燃烧的已燃燃料质量包括基于所述多个气缸的每一个的所述二次燃烧开始前的所述各缸内压力和所述多个气缸的每一个的二次燃烧后的所述缸内压力确定所述气缸的每一个的所述二次燃烧的已燃燃料质量。
17. 一种用于在内燃发动机中调整燃料喷射量的系统，所述内燃发动机被配置为在所述发动机的汽缸中操作多脉冲燃料喷射，所述系统包括：
监控所述气缸内的压力的压力传感器；
控制到所述气缸中的喷射的发动机控制模块；以及
执行以下操作的控制模块：
监控来自所述压力传感器的输出，基于来自所述压力传感器的所述输出确定主燃烧的已燃燃料质量，基于来自所述压力传感器的所述输出确定二次燃烧的已燃燃料质量，基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定主燃料量偏移，基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定二次燃料量偏移，以及将所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移传送到所述发动机控制模块。
附图说明
现在将参考附图通过举例方式描述一个或多个实施例，在所述附图中：
图1是根据本发明的示例性实施例配置的内燃发动机的截面图；
图2根据本发明通过示例性燃烧循环图形化地示出已燃燃料质量；
图3根据本发明示意性地说明通过应用经典热释放积分确定已燃燃料质量的示例性过程；
图4根据本发明示意性地说明通过应用压力比和可变属性计算确定已燃燃料质量的示例性过程；
图5根据本发明示意性地说明利用此处描述的示例性方法实现燃料量平衡控制的系统；以及
图6A-6C根据本发明图形化地示出示例性发动机的操作，包括根据已知燃料平衡方法的发动机操作阶段和根据此处公开的燃料平衡方法的发动机操作阶段。
具体实施方式
现在参考附图，其中附图仅用于说明特定示例性实施例，而不是用于限制本发明。图1是示出根据本发明的实施例构造的示例性内燃发动机10、控制模块5和排气后处理系统15的示意图。该示例性发动机包括具有往复式活塞22的多缸直喷压燃式内燃发动机，往复式活塞22被附着到曲轴24并且在限定可变体积燃烧室34的汽缸20中可移动。曲轴24可操作地连接到车辆变速器和传动系，以响应操作者转矩请求（TO_REQ）向其传送牵引转矩。该发动机优选地采用四冲程操作，其中，每一个发动机燃烧循环包括曲轴24的720度角旋转，其被划分为四个180度级（进气-压缩-膨胀-排气），描述活塞22在发动机汽缸20中的往复运动。多齿目标轮26被附着到曲轴并且与其一起旋转。该发动机包括感测发动机操作的传感装置和控制发动机操作的致动器。传感装置和致动器在信号或操作上连接到控制模块5。
该发动机优选地包括包含可变体积燃烧室的直喷四冲程内燃发动机和包含进气阀和排气阀的气缸盖，可变体积燃烧室由在上死点和下死点之间的气缸内往复的活塞限定。活塞在重复的循环中往复，每一个循环包括进气、压缩、膨胀和排气冲程。
该发动机优选地具有主要稀化学计量的空气/燃料操作机制。本领域普通技术人员理解，本发明的各方面适用于主要稀化学计量操作的其他发动机配置，例如稀燃火花点火发动机。在压燃式发动机的正常操作期间，当燃料充量（fuel charge）被喷射到燃烧室中与进气一起形成气缸充量（cylinder charge）时，每一个发动机循环期间发生燃烧事件。随后，充量在压缩冲程期间被其压缩的动作点燃。
该发动机适合工作的温度、气缸充量（空气、燃料和EGR）以及喷射事件的范围很广。此处描述的方法特别适合工作于稀化学计量工作的直喷压燃式发动机，以确定与正进行的操作期间每一个燃烧室中的热释放相关的参数。该方法进一步适用于其他发动机配置，包括火花点火发动机，包括适合使用均质充量压燃（HCCI）策略的那些。该方法适用于每缸每发动机循环利用多脉冲燃料喷射事件的系统，例如，采用用于燃料重整的预喷射（pilot injection）、用于发动机功率的主喷射事件以及适用的话用于后处理管理的二次燃烧燃料喷射事件的系统，每一种喷射均影响气缸压力。
传感装置安装在发动机上或附近，以监控物理特征并生成可与发动机和环境参数相关联的信号。传感装置包括包含曲柄传感器44的曲轴旋转传感器，曲柄传感器44用于通过多齿目标轮26的齿上的传感边缘监控曲轴速度（RPM）。曲轴传感器是已知的，可以包括例如霍尔效应传感器、感应传感器、或磁阻传感器。来自曲柄传感器44（RPM）的信号输出被输入到控制模块5。燃烧压力传感器30包括适于监控缸内压力（COMB_PR）的压力传感装置。燃烧压力传感器30优选地包括包含力传感器的非侵入性装置，该力传感器具有适于在预热塞（glow-plug）28的开口处安装到气缸盖中的环形截面。燃烧压力传感器30被结合预热塞28安装，燃烧压力通过预热塞被机械传送到传感器30。传感器30的传感元件的输出信号，COMB_PR，与气缸压力成正比。传感器30的传感元件包括适合于此的压电陶瓷或其他装置。其他传感装置优选地包括用于监控歧管压力（manifold pressure）（MAP）和环境大气压力（BARO）的歧管压力传感器、用于监控进气空气质量流（MAF）和进气温度（TIN）的空气质量流传感器、以及监控冷却剂温度（COOLANT）的冷却剂传感器35。该系统可包括用于监控一个或多个废气参数的状态的废气传感器，废气参数例如温度、空气/燃料比、以及成分。本领域技术人员理解，可以有用于控制和诊断目的其他传感装置和方法。通常，尤其通过油门踏板和刹车踏板获得具有操作者转矩请求（TO_REQ）形式的操作者输入。发动机优选地配备有用于监控操作以及用于系统控制目的的其他传感器。传感装置的每一个在信号上被连接到控制模块5以提供信号信息，信号信息由该控制模块转换成代表各监控参数的信息。要理解，该配置是说明性而非限制性的，包括可被同等功能的装置和算法代替的各种传感装置。
致动器安装在发动机上，并且由控制模块5响应操作者输入控制来达到各种性能目标。致动器包括将油门开口控制到命令输入（ETC）的电子控制的油门装置，以及用于响应命令输入（INJ_PW）将燃料直接喷射到燃烧室的每一个中的多个燃料喷射器12，所述多个燃料喷射器12全部响应操作者转矩请求（To_req）被控制。废气再循环阀32和冷却器响应来自控制模块的控制信号（EGR）控制外部再循环的废气到发动机进气的流动。预热塞28包括一种安装在燃烧室的每一个中适于与燃烧压力传感器30一起使用的已知装置。
燃料喷射器12是燃料喷射系统的元件，燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器装置，每一个高压燃料喷射器装置适于响应来自控制模块的命令信号INJ_PW将燃料充量直接喷射到燃烧室之一中，所述燃料充量包括大量燃料。燃料喷射器12的每一个被供应来自燃料分布系统的加压燃料，并且具有包括最小脉宽和相关联的最小可控燃料流速率以及最大燃料流速率的操作特征。
发动机可以配备可控阀门系，可控阀门系在操作上调整每一个气缸的进气和排气阀的打开和关闭，包括阀门定时、定相（即，相对曲柄角度和活塞位置定时）以及阀门开口的提升量中的任何一个或多个。一个示例性系统包括适用于压燃式发动机、火花点火式发动机以及均质充量压燃式发动机的可变凸轮定相。
控制模块5可以采用任何适宜形式，所述适宜形式包括一个或多个专用集成电路（ASIC）、电子电路、中央处理单元（优选地微处理器）及执行一个或多个软件或固件程序的相关联内存和存储设备（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动等）、组合逻辑电路、输入/输出电路及装置、适当的信号调节和缓冲电路、以及提供上述功能的其他合适的组件的各种组合。控制模块具有控制算法集，其包括存储在内存中并被执行以提供期望的功能的驻留软件程序指令和校准。算法优选地在预设环路循环期间被执行。算法例如通过中央处理单元被执行，并且可操作于监控来自传感装置和其他网络控制模块的输入，并执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。可以定期执行环路循环，例如在正进行的发动机和车辆操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒进行。替代地，可以响应事件的发生执行算法。
控制模块5执行其中存储的算法代码，以控制上述致动器来控制发动机操作，所述发动机操作包括油门位置、燃料喷射和定时、控制再循环废气的流动的EGR阀位置、预热塞操作、以及对这样配备的系统上的进气和/或排气阀定时、定相和提升的控制。控制模块被配置为从操作者（例如，油门踏板位置和刹车踏板位置）接收输入信号以确定操作者转矩请求TO_REQ，以及从传感器接收指示发动机速度（RPM）和进气温度（Tin）以及冷却剂温度和其他环境条件的输入信号。
在示例性柴油发动机应用中，高轨压系统启用的多脉冲喷射策略用于通过燃烧事件期间的改进的热释放成型（heat release shaping）对燃烧进行优化。在所述策略中，分流喷射（split injection）和二次燃烧喷射与“只有主喷射”燃烧相比带来额外的挑战，因为燃烧在多个步骤中或作为多阶段燃烧发生。相应的燃料平衡算法基于诸如指示平均有效压力（IMEP）的单个负载量度，发现各气缸每喷射事件的delta燃料量，以平衡气缸间的负载。然而，本领域普通技术人员将理解，这种方法缺乏基于单个负载量度平衡在多脉冲喷射中实时喷射的燃料的能力。
发生在发动机内的燃烧难以直接监控。传感器可以检测和测量流到气缸中的燃料流和空气流，传感器可以监控施加到火花塞的特定电压，或者处理器可以收集信息的总和，所述信息将预测产生自动点火的必要条件，但这些读数一起仅仅预测燃烧而不是测量实际燃烧结果。气缸压力读数提供描述燃烧室内条件的有形读数。基于对燃烧过程的理解，可以分析汽缸压力来估计特定气缸内的燃烧过程的状态，在燃烧定相和燃烧力量方面描述燃烧。已知充量在已知条件下已知定时的燃烧在气缸内产生可预见的压力。通过描述燃烧在特定曲柄角度的相位和力量，可将特定燃烧循环的开始和进展描述为燃烧的估计状态。通过估计汽缸的燃烧过程的状态和将该状态与预期气缸读数或其他气缸的读数相比，可以基于将监控操作与期望的操作进行比较来有效控制气缸。
如上所述，常用的燃料平衡算法发现各气缸每燃烧事件的delta燃料量，以基于诸如IMEP的单个负载量度平衡气缸间的负载。这种方法可以概括为以下等式。
[2]
Qmain和Qpost分别是主喷射和二次喷射的喷射量。
和
描述主喷射和二次喷射的未修改喷射量，其可由本领域的已知方法确定，例如根据基于诸如操作者转矩请求的因素的查找表。函数关系可通过足以预测气缸操作的实验或建模来确定，并且可以包括不同的基于特定条件或操作范围的函数关系。ΔQ可被限定为燃烧循环的整体误差。本领域普通技术人员将理解，ΔQ描述特定气缸的全部已燃燃料相对期望的目标或全部气缸平均值的差，它被用来调整期望的或平衡的发动机操作所需的燃料。ΔQmain和ΔQpost分别描述主喷射和二次喷射所需的喷射量的变化。在等式1-3的示例性喷射策略中，燃烧循环的总喷射包括单个主喷射和单个二次喷射，这些喷射的总和就是总喷射。类似地，整体误差或对喷射的修正ΔQ等于单个主喷射和二次喷射的误差或修正ΔQmain和ΔQpost的总和。
等式1描述由燃烧循环根据众所周知的公式执行的IMEP或工作。而且，该工作被视为主喷射和二次喷射所需的喷射量的函数。等式2更加详细地描述喷射量和IMEP之间的函数关系，该函数关系被分成描述ΔQmain的影响的部分、描述ΔQpost的影响的部分、以及描述
和
的影响的部分。等式3介绍根据共同术语ΔQ使ΔQmain和ΔQpost相互关联的参数g，其描述燃烧循环的喷射量的总变化。对于等于零的g值，IMEP仅通过主喷射量调整来平衡。
本领域普通技术人员将理解，喷射策略和分流的数量在本领域是已知的。考虑使用等式1-3的等效等式，必须考虑所使用的具体喷射策略。例如，本领域普通技术人员将理解，在燃烧循环的不同部分的喷射将具有不同的影响。主燃烧前发生的预喷射通常是少量的，并且在气缸间平衡预喷射通常不可行。因此，基于IMEP平衡喷射并确定ΔQ的具体等式可以但不一定包括ΔQpilot术语，即使这种术语仅对特定喷射策略存在。类似地，如果采用多个主喷射，则会要求多个ΔQmain值，ΔQmain1至ΔQmain N。类似地，如果采用多个二次喷射，则会要求多个ΔQpost值，ΔQpost1到ΔQpostN。整个ΔQmain或ΔQpost在多个主喷射或二次喷射间的分布可被均匀划分或者可以根据不同量基于本领域已知方法在燃烧循环的不同点处的不同或最佳的效果来划分。可以要求多个类似喷射策略和相关术语来执行此处描述的方法。此处描述的喷射策略的实施例是示例性的，可以根据本领域已知方法发展可用于控制这种策略的类似喷射策略和术语。
采用诸如IMEP的输入可用于描述气缸的输出。不过，本领域普通技术人员将理解，IMEP是限于描述整个燃烧循环的输出的量度。公开了一种在燃烧循环内进行修正或控制调整的方法，其采用预设或基线喷射量为任意修正喷射量限定喷射分流。假定维护主喷射和二次喷射之间的原始分流的g的默认值，g的等式可以表示为以下等式。
[4]
通过这种方式，给定负载值IMEP，可以发展一术语来为主喷射和二次喷射设置喷射量。
采用基线喷射量为修正喷射量限定喷射分流的上述方法，可用于基于IMEP在ΔQmain和ΔQpost间分配ΔQ。然而，这种方法受限于IMEP的有限用处，仅描述气缸的整体输出，不提供对气缸内燃烧循环的特定部分的认知。已知实时地和贯穿各燃烧循环跟踪燃烧特征的方法，例如，通过分析缸内压力测量。通过从压力测量提取有关汽缸中贯穿燃烧循环的已燃燃料的信息，可以作出为主燃烧和二次燃烧实时设置燃烧量的决定。可以根据以下等式计算燃烧循环的各部分的已燃燃料Δmf。
术语mfuel描述贯穿燃烧循环的总的已燃燃料。术语mfuel,main描述二次燃烧前的已燃燃料。术语mfuel,post描述二次喷射后的已燃燃料。等式5将mfuel描述为贯穿燃烧循环的燃料喷射命令的函数。等式6替代地将mfuel描述为贯穿燃烧循环的各部分的已燃燃料的总和，或描述为主燃烧期间贯穿燃烧循环的各部分的已燃燃料从
至
的
与二次燃烧期间贯穿燃烧循环的各部分的已燃燃料从至
的
的总和。可通过足以量化主燃烧和二次燃烧之间的差的任何方法选择
。在一个示例性实施例中，可以基于二次喷射的开始或第一二次喷射选择。可以通过足以量化燃烧的结束的任何方法选择
。在一个示例性实施例中，可以在已知燃烧将结束的曲柄角度处选择
，例如很多实施例中在可以使用上死点后的90度曲柄角。等式7将mfuel,main和mfuel,post描述为在等式6中被求和的分量术语。
等式8描述可从等式5至7中确定的mfuel,main、mfuel,post、ΔQmain和ΔQpost之间的关系。本领域普通技术人员将理解，等式8将mfuel,main表示为可从单个术语G11乘ΔQmain中直接确定的术语。这种关系描述，在将mfuel,main处理为期望的或已知的术语的利用两个气缸压力测量（一个在主燃烧的结束，另一个在二次燃烧后）的系统中，ΔQmain可从主燃烧结束时采取的压力测量中直接确定。本领域普通技术人员将进一步理解，等式8将ΔQpost表示为要求结合mfuel,post确定两个不同术语G12和G22的术语。该关系描述，在将mfuel,post处理为期望的或已知的术语的利用上述两个汽缸压力测量的系统中，ΔQpost要求基于两个压力测量的计算。在一个示例性实施例中，本领域已知的并且利用等式8中描述的关系的PI控制，自动监控测量值mfuel,main和mfuel,post，并基于所述关系调整喷射量。
如上所述，mfuel、mfuel,main和mfuel,post可被用作已知输入来确定ΔQmain和ΔQpost值。图2根据本发明图形化地示出贯穿示例性燃烧循环的已燃燃料质量。本领域普通技术人员将理解，缸内压力测量可被用来计算所述已燃燃料质量。图2的示例性图示出具有两脉冲燃料喷射事件第一主喷射和第二二次喷射的燃烧循环。正如图中显而易见的，可以限定或确定可根据曲柄角角度测量的由燃烧循环中不同点燃烧的燃料质量。此外，根据本领域已知方法可以限定主燃烧和二次燃烧阶段，其中，主燃烧阶段限定气缸的动力输出，二次燃烧阶段限定从发动机排出到排气系统中的废气的化学成分。还将理解，可以操作预燃烧阶段控制诸如燃烧噪声的因素。此处描述的控制主喷射和二次喷射的方法同样可被用来控制预喷射。对诸如图2所示的已燃燃料质量的分析可被用来描述燃烧曲线的各种属性，例如，描述主燃烧的测量已燃燃料质量和二次燃烧值的测量已燃燃料质量。正如上文等式5至8中所述，对特定气缸中燃烧循环的已燃燃料质量的分析可被用来独立调节喷射定时或喷射量。这些调整可逐个循环进行，或者调整可基于多个后续燃烧循环进行，其中，可预见地进行适当调整。公开了一种利用缸内压力测量计算已燃燃料质量的方法，所述已燃燃料质量可用于修正和平衡多脉冲中喷射的闭环燃料，其描述所修正的量或所修正的正喷射和二次喷射贯穿燃烧循环的比率。
应当理解，基于对发动机的期望输出，ΔQmain和ΔQpost会经常受到约束，每循环的总燃料无论任何平衡要求均必须保持固定。本领域普通技术人员将理解，上述等式可应用于单个气缸，从而平衡该气缸内的喷射。在多汽缸发动机中，这种方法可以每单独气缸运行，从而为每气缸平衡主喷射和二次喷射，不考虑气缸间的整体平衡。这种系统可以另外根据本领域已知方法在各气缸间进行平衡。在一个示例性实施例中，每一个气缸由本领域已知的PI（比例积分）控制器装置控制，并且每一个PI控制器被设置为各汽缸共同的期望已燃燃料值，并且基于该共同的期望已燃燃料值根据所公开的方法个别调整燃料喷射量。
在根据所述方法对气缸组的控制中，可根据由本领域已知方法确定的共同mfuel值控制不同汽缸。替代地，公开了一种方法，通过该方法，mfuel、mfuel,main或mfuel,post可基于缸内压力测量被动态确定，并且被用作贯穿燃烧循环的期望总已燃燃料。如结合缸内压力所述的，可通过测量缸内压力，为特定气缸确定或测量主燃烧的测量已燃燃料质量和二次燃烧的测量已燃燃料质量。可以通过跨气缸发现测量已燃燃料质量值的平均值以及将各期望的mfuel、mfuel,main或mfuel,post值设置为计算平均值，来设置mfuel、mfuel,main或mfuel,post的期望值。每一个气缸可采用PI控制调整喷射量。在一个实施例中，可基于控制类似喷射脉冲的全部其他气缸PI控制器的总和来调整对一个气缸的控制，从而产生每喷射脉冲比气缸数少一个的多个PI控制器。
在替代或附加的实施例中，作为诊断工具，如果特定气缸的测量已燃燃料质量不同于期望值且超出阈值，则可以发出描述异常的警告。
如此处所述，公开了计算和抽样特定气缸的燃料燃烧痕迹以能够同时检测/控制各脉冲是否到设定值或通过在各气缸间求平均值确定的值的方法。不过，即使气缸只通过主燃烧/喷射进行操作，主喷射仍然可以通过只有主或最后已燃燃料量度来控制，或者到设定的目标或在各气缸间求平均值的动态目标。通过这种方式，此处所采用的方法可被扩展用于单喷射或只有主喷射燃烧操作。
如上所述，可基于缸内压力测量确定mfuel、mfuel,main或mfuel,post。公开或设想了多种从监控的缸内压力测量计算已燃燃料质量的方法。计算已燃燃料质量的第一示例性方法采用传统的热释放积分（heat release integral）。图3示意性地说明根据本发明通过应用经典热释放积分确定已燃燃料质量的示例性过程。过程100包括热释放积分模块110、能量燃料质量换算模块120、热损失和燃料量当量模块130、以及求和模块140。热释放积分模块110输入缸内压力测量，并且贯穿燃烧循环对热释放的计算求积分，所述计算忽略热损失的影响。这种贯穿燃烧循环对热释放的求积分可被表示为dQch/dθ，并且被求积分以描述以热量形式释放的净能量。通过推导，该热释放可通过以下等式表示。
Gamma, γ，包括特定热量比，名义上被选定为用于一个温度处的空气，该温度对应用于计算信号偏差并且没有EGR的那些。因而，名义上或初始地对于柴油发动机γ=1.365，名义上对于常规汽油发动机γ=1.30。不过，这些可以基于来自空气和化学计量产品的特定热量的数据通过使用对当量比、φ和EGR摩尔分数针对操作条件的估计以及使用以下等式来调整。
γ = 1+ (R/cv) [10]
R是普适气体常数，并且可以通过以下等式计算对空气和产品性能的加权平均。
cv(T) = (1.0 - φ*EGR) * cvair(T) + (φ*EGR)* cvstoichprod(T) [11]
等式11可被表示为执行属性修正的函数，其考虑影响燃烧的各种变化属性关系。可以贯穿燃烧循环或在从初始温度开始的所有压力测量角度期间的每一个曲柄角度处，使用等式11。初始温度可在偏差计算点或诸如在进气阀关闭角测量的进气歧管温度的某其他参考点。因为温度经历了类似于压力的变化，该初始温度和压力测量被用于在任何角度处计算平均温度。另外将理解，EGR在燃烧中发生变化，其中，初始EGR是导入气体的EGR百分比，并且在燃烧期间，新的充量质量转化为EGR质量。EGR可以在每一个曲柄角被相应更新。模块110基于压力测量对等式9进行求积分，并且将结果输出到能量燃料质量换算模块120。模块120将该输入除以QLHV或单位燃料质量中热能的测量，输出燃烧循环的已燃燃料质量测量，不包括热损失或mfuel,net。热损失和燃料量当量模块130确定模块110中忽略的热损失分量。模块130贯穿燃烧循环对每燃烧循环过程的热损失求积分，热损失通过本领域众所周知的方法是可确定的，并且和模块120的操作类似，将结果除以QLHV，以便输出已燃燃料当量热损失或mfuel,ht。求和模块140输入mfuel,net和mfuel,ht，对结果求和，并确定燃烧循环的mfuel或已燃燃料质量。通过这种方式，可以利用压力测量通过经典热释放模型确定已燃燃料质量。
计算已燃燃料质量的第二示例性方法采用从缸内压力测量发展的压力比和可变属性计算。图4示意性地说明根据本发明通过应用压力比和可变属性计算确定已燃燃料质量的示例性过程。过程200包括压力比计算模块210、可变属性计算模块220、热损失和燃料量当量模块230、以及求和模块240。压力比PR是本领域已知的描述燃烧室内从燃烧中产生的测量压力P，P高于通常在操作活塞期间存在的PMOT。用于PR的等式可被表示为以下等式。
[12]
模块210输入缸内压力测量，根据等式12输出PR。可变属性计算模块220输入来自模块210的PR以及本领域已知的描述由于燃烧产生的热损失的其他校准输入，应用属性修正等式，例如等式11所示，并且输出mfuel,net。模块220中的等式描述忽略了热损失的来自燃烧的热释放。热损失和燃料量当量模块230确定模块220中忽略的热损失分类，输出mfuel,ht。求和模块240输入mfuel,net和mfuel,ht，对结果求和，并确定燃烧循环的mfuel或已燃燃料质量。通过这种方式，可以利用压力测量通过压力比和可变属性计算确定已燃燃料质量。
示例性过程200应用可变属性计算来确定mfuel。将理解，采用不同假设的等式的多种排列在本领域中是已知的。例如，假定常量
，两个曲柄时间样本之间的
或已燃燃料质量可以通过以下等式表示。
等式13允许
被输入作为测量的、校准的、计算的、或以其他方式确定的值。在另一例子中，可被允许贯穿燃烧过程改变，如通过以下等式表示。
等式14允许使用来描述贯穿燃烧循环变化的
的影响。对根据温度和充量混合估计变化的的计算，可以直接通过以下等式表示。
将理解，由于使用固定
术语的简单性，在适当的时候，优选使用等式13。然而，当基于变化的属性值的影响有要求时或要求增加输出的准确性时，可以使用等式14或15来确定
贯穿燃烧循环的影响。
上述方法很容易被编程到微控制器或其他装置中，用于在内燃发动机的正在进行的操作期间执行。图5示意性地示出根据本发明采用上述示例性方法实现燃料量平衡控制的系统。系统300包括发动机10、缸内压力传感模块310、每缸每循环已燃参数模块320、燃料平衡模块330、基础燃料量模块360、以及求和模块370。燃料平衡模块330包括主燃料平衡控制模块340、二次燃料量平衡控制模块350、以及主-二次喷射协调模块355。燃料平衡模块330可以在每循环总燃料保持不变的约束下进行操作。发动机10工作，每一个气缸内的压力被汽缸压力传感模块310测量和输出。模块320输入来自模块310的压力测量，输出多样本已燃燃料痕迹。主燃料平衡控制模块340和二次燃料量平衡控制模块350在预定曲柄角处输入来自计算机已燃燃料痕迹的多个已燃样本，利用上述方法确定适合精确控制发动机10的气缸的每一个中的燃烧的ΔQmain和ΔQpost。模块340和350的输出被输入到主-二次喷射协调模块355，主-二次喷射协调模块355输出各气缸主和二次量修正。基础燃料量模块360确定
和或主和二次喷射的未修改喷射量，根据本领域众所周知的方法可确定的值。模块355和360的输出在求和模块370中被求和，生成发动机后续操作所需的各气缸平衡主和二次燃料量的输出。通过这种方式，系统可被操作以监控缸内压力测量并且操作燃料平衡方法来实时控制燃料喷射量。
如上所述，模块320输入来自模块310的压力测量并输出多样本已燃燃料痕迹。以上公开描述了用于确定用于创建已燃燃料痕迹的的方法。附加的用于创建燃料痕迹的等式可例如描述为以下等式。
[16]
Texp可被表示为中间温度变量，该中间温度变量仅基于理想的等熵膨胀/压缩关系捕获由于体积变化造成的温度变化。这种关系在下文等式21中被更详细地予以表示。可对等式16求解θk和θk1之间的
。替代地，可根据以下等式在压力变量方面确定
。
如上所述，可以贯穿燃烧过程改变。可根据以下等式确定
T。
可根据以下等式确定术语cv(T)。
T的贯穿燃烧循环根据θ从初始温度和相应体积开始的变化，可根据以下等式来确定。
类似地，可根据以下等式确定燃烧室内贯穿燃烧循环的EGR含量。
COMB_RAMP(θk)是燃烧斜坡函数，描述曲柄分辨值的燃烧过程，可根据以下表达式来确定：
通过这些等式或通过本领域已知的等同等式，可以计算用于所述方法的已燃燃料痕迹。
测试结果表明基于上述方法对发动机控制结果的显著改进。图6A - 6c图形化地示出根据本发明的示例性发动机的操作，该发动机包括根据此处公开的燃料平衡方法的发动机操作阶段。示出了三个不同的数据图形图，全部三个图描述了同一测试的不同量度。第一图形图，图6A，示出使用所述方法所需的主燃料量修正或偏移。在激活所述方法前，利用已知方法命令相同燃料喷射到所示出的气缸的每一个中，没有偏移。在图的中间，方法被激活，并示出对各气缸产生的偏移。第二图形图，图6B，类似地示出二次燃料量偏移并且类似地示出从所激活的方法中产生的值。第三图形图，图6C，示出所测试配置的已燃燃料量，其中具有对应所述方法的激活示出的明确过渡。在图6C的左侧，在激活平衡方法前，由于特定汽缸、燃料喷嘴和传送系统中的差异以及其他差异，不同气缸的每一个喷射不同量的燃料。由于此处描述的方法被激活，喷射到气缸的每一个中的燃料量快速趋于基本相同。此处所描述的方法允许实时平衡发动机中的燃料喷射。
本发明描述了特定的优选实施例以及对其的修改。经阅读和理解本说明书，可以想到进一步的修改和替代。因此，本发明不是旨在限于作为执行本发明设想的最佳模式公开的特定实施例，而是将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
Claims (17)
1.一种用于在内燃发动机中调整燃料喷射量的方法，所述内燃发动机被配置为在所述发动机的汽缸中操作多脉冲燃料喷射，其特征在于，所述方法包括：
监控缸内压力；
基于所述缸内压力确定主燃烧的已燃燃料质量；
基于所述缸内压力确定二次燃烧的已燃燃料质量；
基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定主燃料量偏移；
基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定二次燃料量偏移；以及
基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制到所述气缸中的燃料喷射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，监控所述缸内压力包括：
在二次燃烧开始前监控缸内压力；以及
在二次燃烧后监控缸内压力；
其中，基于所述缸内压力确定所述主燃烧的已燃燃料质量包括在所述二次燃烧开始前基于所述缸内压力确定所述主燃烧的已燃燃料质量；以及
其中，基于所述缸内压力确定所述二次燃烧的已燃燃料质量包括基于所述二次燃烧开始前的缸内压力和所述二次燃烧后的缸内压力确定所述主燃烧的已燃燃料质量。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
监控燃烧循环的期望总已燃燃料质量；
其中，基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定所述主燃料量偏移进一步基于贯穿所述燃烧循环的所述期望总已燃燃料质量；以及
其中，基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定二次燃料量偏移进一步基于贯穿所述燃烧循环的所述期望总已燃燃料质量。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
监控主燃烧的期望已燃燃料；以及
监控二次燃烧的期望已燃燃料；
其中，基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定所述主燃料量偏移进一步基于所述主燃烧的期望已燃燃料；以及
其中，基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定所述二次燃料量偏移进一步基于所述二次燃烧的期望已燃燃料。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
将所述主燃烧的期望已燃燃料与所述主燃烧的已燃燃料质量进行比较；以及
如果所述主燃烧的期望已燃燃料不同于所述主燃烧的已燃燃料质量并且超过阈值，产生警告。
6.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
将所述二次燃烧的期望已燃燃料与所述二次燃烧的已燃燃料质量进行比较；以及
如果所述二次燃烧的期望已燃燃料不同于所述二次燃烧的已燃燃料质量并且超过阈值，产生警告。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述内燃发动机包括多个汽缸，并且其中，对所述多个汽缸的每一个重复根据权利要求1所述的方法。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：
确定主燃烧的期望已燃燃料包括：
确定所述多个气缸的所述各主燃烧的已燃燃料质量的平均值；以及
将所述各主燃烧的已燃燃料质量的所述平均值用作所述主燃烧的期望已燃燃料；以及
确定二次燃烧的期望已燃燃料包括：
确定所述多个气缸的所述各二次燃烧的已燃燃料质量的平均值；以及
将所述各二次燃烧的已燃燃料质量的所述平均值用作所述二次燃烧的期望已燃燃料；以及
其中，基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定所述主燃料量偏移进一步基于所述主燃烧的期望已燃燃料；以及
其中，基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定所述二次燃料量偏移进一步基于所述二次燃烧的期望已燃燃料。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制到所述气缸中的燃料喷射包括控制后续燃烧循环中的燃料喷射。
10.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制到所述气缸中的燃料喷射包括控制多个后续燃烧循环中的燃料喷射。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
基于所述缸内压力确定预燃烧的已燃燃料质量；以及
基于所述预燃烧的已燃燃料质量确定预燃料量偏移；
其中，控制到所述气缸中的燃料喷射进一步基于所述预燃料量偏移。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，控制到所述气缸中的燃料喷射包括控制主燃烧的多个喷射。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，控制到所述气缸中的燃料喷射包括控制二次燃烧的多个喷射。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，二次燃烧由二次燃烧的喷射的开始限定。
15.一种用于在内燃发动机中调整燃料喷射量的方法，其特征在于，所述方法包括：
监控所述发动机的多个汽缸的每一个内的缸内压力；
基于所述多个汽缸的每一个的所述各缸内压力测量确定所述气缸的每一个的主燃烧的已燃燃料质量；
基于所述多个汽缸的所述主燃烧的已燃燃料质量的平均值确定主燃烧的期望已燃燃料；
基于所述各缸内压力确定所述汽缸的每一个的二次燃烧的已燃燃料质量；
基于所述多个汽缸的所述二次燃烧的已燃燃料质量的平均值确定二次燃烧的期望已燃燃料；
基于将所述各气缸的所述各主燃烧的已燃燃料质量与所述主燃烧的期望已燃燃料质量进行比较，确定每一个气缸的主燃料量偏移；
基于将所述各气缸的所述各二次燃烧的已燃燃料质量与所述二次燃烧的期望已燃燃料质量进行比较，确定每一个气缸的二次燃料量偏移；以及
基于所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移控制所述发动机的燃料喷射。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，监控缸内压力包括：
在所述多个气缸的每一个的二次燃烧开始前监控缸内压力；以及
在所述多个气缸的每一个的二次燃烧后监控缸内压力；以及
其中，基于所述各缸内压力确定所述气缸的每一个的所述主燃烧的已燃燃料质量包括在所述多个气缸的每一个的所述二次燃烧开始前基于所述各缸内压力确定所述气缸的每一个的所述主燃烧的已燃燃料质量；以及
其中，基于所述各缸内压力确定所述气缸的每一个的所述二次燃烧的已燃燃料质量包括基于所述多个气缸的每一个的所述二次燃烧开始前的所述各缸内压力和所述多个气缸的每一个的二次燃烧后的所述缸内压力确定所述气缸的每一个的所述二次燃烧的已燃燃料质量。
17.一种用于在内燃发动机中调整燃料喷射量的系统，所述内燃发动机被配置为在所述发动机的汽缸中操作多脉冲燃料喷射，其特征在于，所述系统包括：
监控所述气缸内的压力的压力传感器；
控制到所述气缸中的喷射的发动机控制模块；以及
执行以下操作的控制模块：
监控来自所述压力传感器的输出，基于来自所述压力传感器的所述输出确定主燃烧的已燃燃料质量，基于来自所述压力传感器的所述输出确定二次燃烧的已燃燃料质量，基于所述主燃烧的已燃燃料质量确定主燃料量偏移，基于所述二次燃烧的已燃燃料质量确定二次燃料量偏移，以及将所述主燃料量偏移和所述二次燃料量偏移传送到所述发动机控制模块。
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