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CN102787920A - 用于控制在构成为采用不同燃料工作的发动机中的燃料喷射的系统和方法 - Google Patents

用于控制在构成为采用不同燃料工作的发动机中的燃料喷射的系统和方法 Download PDF

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CN102787920A CN2012101553065A CN201210155306A CN102787920A CN 102787920 A CN102787920 A CN 102787920A CN 2012101553065 A CN2012101553065 A CN 2012101553065A CN 201210155306 A CN201210155306 A CN 201210155306A CN 102787920 A CN102787920 A CN 102787920A
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G.米德
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Abstract

本发明涉及用于控制在构成为采用不同燃料工作的发动机中的燃料喷射的系统和方法，具体地，用于发动机的第一控制系统包括第一和第二控制模块。第一控制模块确定分别用于发动机的第一和第二燃料喷射系统的第一和第二燃料质量，并且控制所述第一燃料喷射系统根据所述第一燃料质量喷射第一燃料。第二控制模块控制所述第二燃料喷射系统根据所述第二燃料质量喷射第二燃料。用于发动机的第二控制系统包括第一和第二控制模块。第一控制模块控制所述发动机的第一燃料喷射系统喷射第一燃料，并且选择地禁用所述发动机的第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。第二控制模块控制所述第二燃料喷射系统喷射第二燃料。

Description

用于控制在构成为采用不同燃料工作的发动机中的燃料喷射的系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃发动机，更具体地说涉及一种用于控制在构成为采用不同燃料工作的发动机中的燃料喷射的系统和方法。
背景技术
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。当前所署名发明人的在本背景技术部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申请时可能不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
内燃发动机通过可由节气门调节的进气系统将空气吸入进气歧管。进气歧管中的空气分配给多个气缸，并且分别与来自多个燃料喷射器的燃料组合以产生出空气/燃料(A/F)混合物。在气缸内的活塞压缩并且A/F混合物燃烧以驱动使曲轴可旋转地转动的活塞并且产生驱动转矩。燃料可以为液态燃料(汽油、柴油、乙醇等)或气态燃料(天然气、氢等)。发动机可以构成为采用不同的燃料或不同的混和燃料工作。例如，双燃料发动机可以采用两种不同的燃料工作。
发明内容
用于发动机的第一控制系统包括第一和第二控制模块。第一控制模块分别确定用于发动机的第一和第二燃料喷射系统的第一和第二燃料质量，并且控制第一燃料喷射系统根据第一燃料质量喷射第一燃料。第二控制模块控制第二燃料喷射系统根据第二燃料质量喷射第二燃料。
用于发动机的第二控制系统包括第一和第二控制模块。第一控制模块控制发动机的第一燃料喷射系统以喷射第一燃料并且选择地禁用该发动机的第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。第二控制模块控制第二燃料喷射系统喷射第二燃料。
本发明还提供如下方案：
1、一种用于发动机的控制系统，所述控制系统包括：
第一控制模块，其用于确定分别用于发动机的第一燃料喷射系统和第二燃料喷射系统的第一燃料质量和第二燃料质量，并且控制所述第一燃料喷射系统以基于所述第一燃料质量喷射第一燃料；以及
第二控制模块，其用于控制所述第二燃料喷射系统以基于所述第二燃料质量喷射第二燃料。
2、如方案1所述的控制系统，其中所述第一燃料和第二燃料具有不同的化学组分。
3、如方案1所述的控制系统，其中所述第一控制模块根据(i)第一多个工作参数和(ii)所述第一燃料的特性中的至少一个来确定所述第一燃料质量。
4、如方案1所述的控制系统，其中所述第一控制模块根据(i)第二多个工作参数和(ii)所述第二燃料的特性中的至少一个来确定所述第二燃料质量。
5、如方案1所述的控制系统，其中所述第一控制模块控制所述发动机。
6、如方案1所述的控制系统，其中所述第一燃料为汽油。
7、如方案1所述的控制系统，其中所述第二燃料为压缩天然气(CNG)或液化丙烷气(LPG)。
8、如方案1所述的控制系统，其中所述第一控制模块选择地禁用所述第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。
9、如方案8所述的控制系统，其中所述第一控制模块根据驾驶员输入和安全标准中的至少一个选择地禁用所述第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。
10、如方案9所述的控制系统，其中所述第二燃料喷射系统的所述多个部件包括(i)多个燃料喷射器和(ii)燃料泵或切断阀。
11、如方案1所述的控制系统，其中所述第一控制模块确定由所述第一燃料喷射系统喷射第一燃料的时间表。
12、如方案1所述的控制系统，其中所述第二控制模块确定由所述第二燃料喷射系统喷射第二燃料的时间表。
13、一种用于发动机的控制系统，所述控制系统包括：
第一控制模块，其用于控制所述发动机的第一燃料喷射系统喷射第一燃料，并且选择地禁用所述发动机的第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个；以及
第二控制模块，其用于控制所述第二燃料喷射系统喷射第二燃料。
14、如方案13所述的控制系统，其中所述第一控制模块根据驾驶员输入和安全标准中的至少一个选择地禁用所述第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。
15、如方案14所述的控制系统，其中所述第二燃料喷射系统的多个部件包括(i)多个燃料喷射器和(ii)燃料泵或切断阀。
16、如方案15所述的控制系统，其中所述第一控制模块根据所述驾驶员输入和安全标准中的至少一个选择地产生出启用信号。
17、如方案16所述的控制系统，其中所述启用信号通过逻辑AND门与多个控制信号的每一个结合以分别控制所述第二燃料喷射系统的多个部件。
18、如方案15所述的控制系统，其中所述第一控制模块选择地产生出用于所述第二燃料喷射系统的多个部件的至少一个的禁用信号。
19、如方案13所述的控制系统，其中所述第一控制模块控制所述发动机。
20、如方案13所述的控制系统，其中所述第一燃料为汽油。
21、如方案13所述的控制系统，其中所述第二燃料为压缩天然气(CNG)或液化丙烷气(LPG)。
22、如方案13所述的控制系统，其中所述第一控制模块确定分别由所述第一燃料喷射系统和第二燃料喷射系统喷射出的第一燃料质量和第二燃料质量。
23、如方案13所述的控制系统，其中所述第一控制模块确定由所述第一燃料喷射系统喷射所述第一燃料的时间表。
24、如方案13所述的控制系统，其中所述第二控制模块确定由所述第二燃料喷射系统喷射所述第二燃料的时间表
本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图中将更加全面地理解本发明，其中：
图1为根据本发明一个实施方式的示例性发动机系统的功能方框图；
图2为根据本发明一个实施方式的示例性第一控制模块和示例性第二控制模块的功能方框图；并且
图3为流程图，显示出根据本发明一个实施方案的用于控制在构成为采用不同燃料工作的发动机的燃料喷射的示例性方法。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中至少之一应当被解释为是指使用非排他逻辑或的逻辑（A或B或C）。应当理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。
如这里所使用的，术语模块可以指或包括：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享的、专用的、或成组的）；提供所描述功能的其它适合部件；或上述的一些或全部的组合，例如以芯片上系统的形式，或者可以是上述的一部分。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享的、专用的、或成组的）。
如上面所使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并可以指程序、例程、函数、类和/或对象。如上面所使用的，术语共享意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享的）处理器来执行。另外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共享的）存储器存储。如上面所使用的，术语成组意味着来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器来执行。另外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器存储。
这里描述的装置和方法可以由通过一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来执行。计算机程序包括存储在非瞬时的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储的数据。非瞬时的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。
构成为采用不同燃料工作的发动机对于每种不同的燃料可以具有单独的燃料系统。燃料可以具有不同的化学组分，而不仅仅是不同的混合物。例如，汽油和天然气具有不同的化学组分，而汽油和E85(85%乙醇)仅仅具有不同的乙醇混合物。燃料系统可以根据与该系统相关的燃料(即燃料的化学组分)而不同地作用。因此，这些燃料系统中的每一个可以具有用于控制相应燃料的喷射的独立控制模块。
例如，一个控制模块可以控制第一燃料的喷射，并且另一个控制模块可以控制第二燃料的喷射。但是，实现独立控制模块会需要硬件变形，这增加了成本和/或复杂性。例如，实现用于不同燃料系统的独立控制模块会需要中断/切分导线以及增加额外的信号插头。另外，具有独立控制模块需要额外的硬件来检测故障并且禁用相应的燃料系统。例如，每个独立控制模块可以包括需要诊断验证的处理器。
因此，给出了用于改善对在构成为采用不同燃料(即不同的化学组分)工作的发动机中的燃料喷射控制的系统和方法。该系统和方法可以控制第一燃料喷射系统来采用第一控制模块喷射第一燃料。第一控制模块还可以控制发动机。因此，第一控制模块还可以称作为发动机控制模块(ECM)。
第一控制模块还可以分别产生出用于发动机的第一燃料喷射系统和第二燃料喷射系统的第一和第二燃料质量。第一燃料质量可以根据(i)第一多个工作参数和(ii)第一燃料的特性中的至少一个来确定。另一方面，第二燃料质量可以根据(i)第二多个工作参数和(ii)第二燃料的特性中的至少一个来确定。第一和第二多个工作参数可以是不同的。但是，在一些实施方式中，第一和第二多个工作参数可以重叠或可以是相同的。同样，第一和第二燃料的特性可以是不同的。但是，在一些实施方式中，第一和第二燃料的特性可以重叠。
第二控制模块可以控制第二燃料喷射系统以根据第二燃料质量喷射第二燃料。第一和第二燃料可以具有不同的化学组分。另外，第一和第二燃料可以不仅仅是不同的混合物。例如，第一燃料可以为汽油(即辛烷)，或者另一种合适的燃料例如柴油。另外，例如第二燃料可以为压缩天然气(CNG)、液化丙烷气(LPG)或另一种合适的燃料例如液化天然气(LNG)。第二控制模块可以只是控制第二燃料喷射系统。因此，第二控制模块还可以被称为燃料喷射控制模块(FICM)。例如，第一和第二控制模块可以彼此分开并独立，并且第二控制模块可以不包括处理器。
额外地或替代地，第一控制模块可以选择地禁用第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。第一控制模块可以根据电产生的燃料系统启用（enable）信号选择地禁用第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。例如，启用信号可以基于针对第一控制模块的安全标准和/或额外的传感器输入例如碰撞传感器。在一些实施方式中，启用信号可以与其它控制信号(例如逻辑AND（与）门)结合使用以控制第二燃料喷射系统的一个或多个部件。但是，在其它实施方式中，第一控制模块可以选择地产生禁用信号，该禁用信号直接禁用第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。
现在参照图1，示例性发动机系统10包括发动机12。发动机12可以为火花点燃式(SI)发动机、柴油发动机、均质充量压燃(HCCI)发动机或另一种合适类型的发动机。在混合动力发动机系统中，发动机系统10还可以包括其它部件例如电动机和蓄电池系统。发动机12可以构成为采用不同的燃料工作。例如，发动机12可以为双燃料发动机，它采用(i)汽油和(ii)CNG或LPG工作。
发动机12通过可由节气门16调节的进气系统14将空气吸入到进气歧管18中。例如，节气门16可以采用电子节气门控制(ETC)根据驾驶员输入48来进行电控制。在进气歧管18中的空气分配给多个气缸20。空气可以与来自第一燃料系统22的第一燃料组合以产生出空气/燃料(A/F)混合物。第一燃料可以为汽油(即辛烷)或另一种合适的燃料例如柴油。因此，第一燃料喷射系统22可以包括第一燃料箱26、第一燃料泵28和第一多个燃料喷射器30。第一燃料泵28可以选择地将第一燃料从第一燃料箱26泵送给第一多个燃料喷射器30。第一多个燃料喷射器30可以分别将第一燃料选择地喷射到多个气缸20中。
替代地，空气可以与来自第二燃料喷射系统24的第二燃料组合以产生出A/F混合物。虽然显示出双燃料喷射系统，但是该发动机系统10可以包括其它数量的燃料喷射系统。第二燃料可以为CNG、LPG或其它合适类型的燃料例如液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)和/或氢。因此，第二燃料喷射系统24可以包括第二燃料箱32、切断阀34和第二多个燃料喷射器36。
在第二燃料箱32中的第二燃料可以被压缩并且因此切断阀34可以选择地停止第二燃料从第二燃料箱32流向第二多个燃料喷射器36。但是，替代地，第二燃料可以为液体燃料。例如，第二燃料可以为LPG。因此，第二燃料泵34可以选择地将第二燃料从第二燃料箱32泵送给第二多个燃料喷射器36。第二多个燃料喷射器36可以选择地将第二燃料分别喷射到多个气缸20中。
可以采用活塞(未示出)将A/F混合物在气缸20内压缩。根据发动机12的类型，火花塞38可以点燃压缩的A/F混合物。A/F混合物在气缸内的燃烧驱动活塞(未示出)，该活塞使曲轴40可旋转地转动并且产生出驱动转矩。驱动转矩可以通过变速箱(未示出) 并且在一些实施方式中通过变矩器(未示出)传递给车辆的传动系统42。在燃烧期间产生出的废气可以从气缸20排出到排气歧管44中。废气处理系统46可以对该废气进行处理以在将废气排放到大气中之前降低排放物。例如，废气处理系统46可以包括氧化催化剂(OC)、氮氧化物(NOx)吸附剂/吸收器、选择性催化还原(SCR)系统、颗粒物(PM)过滤器和三向催化转换器。其它传感器49可以测量其它工作参数。例如，其它传感器49可以包括碰撞传感器(例如加速计)，用于确定是否出现碰撞/事故。
第一控制模块50控制发动机系统10以及尤其是第一燃料喷射系统22的工作。因此，第一控制模块50也可以被称为ECM50。第一控制模块50可以接收来自节气门16、第一燃料箱26、第一燃料泵28、第一多个燃料喷射器30、火花塞38、驾驶员输入48和/或其它传感器49的信号。第一控制模块50还可以控制节气门16、第一燃料泵28、第一多个燃料喷射器30和/或火花塞38。例如，第一控制模块50可以根据燃料系统启用信号来控制第一燃料喷射系统22。第一控制模块50还可以与发动机系统10的其它部件例如节气门、传动系统42和/或废气处理系统46通信和/或控制这些部件。
第二控制模块60控制第二燃料喷射系统24的操作。在一些实施方式中，第二控制模块60可以只是控制第二燃料喷射系统24。因此第二控制模块60也可以被称为FICM60。第二控制模块60接收来自第二燃料箱32、第二燃料泵或切断阀34和/或第二多个燃料喷射器36的信号。第二控制模块60可以控制第二燃料泵或切断阀34和/或第二多个燃料喷射器36。第一控制模块50和第二控制模块60还可以共同实施本发明的系统或方法。
现在参照图2，显示出第一控制模块50和第二控制模块60的实施例。第一控制模块50可以包括燃料系统禁用模块70、燃料质量确定模块74和第一喷射控制模块78。第一控制模块50控制第一燃料喷射系统22以根据第一燃料质量喷射第一燃料。额外地或替代地，第一控制模块50可以根据燃料系统启用信号选择地禁用第二燃料喷射系统24的一个或多个部件。
燃料系统禁用模块70根据驾驶员输入信号48和/或其它传感器输入信号49产生出燃料系统启用信号。可以根据燃料系统启用信号来禁用第二燃料喷射系统24的一个或多个部件。例如，燃料系统启用信号可以基于第一控制模块50的安全标准和/或其它传感器输入信号49例如碰撞传感器。替代地，例如燃料系统启用信号可以为在采用第一燃料或第二燃料给发动机12供料之间的驾驶员选择48。在一些实施方式中，燃料系统启用信号与由第二控制模块60产生出的控制信号(例如逻辑AND门)结合以便控制第二燃料喷射系统的部件(例如切断阀或第二燃料泵34和/或第二多个燃料喷射器36)。
在其它实施方式中，燃料系统禁用模块70可以根据驾驶员输入48和/或其它传感器49产生出禁用信号从而用来禁用第二燃料喷射系统24的一个或多个部件。第二控制模块60可以根据禁用信号控制第二燃料喷射系统24。因此，在产生出禁用信号时，第二控制模块60可以禁用第二燃料喷射系统24的一个或多个部件。例如，第二控制模块60可以(i)关闭切断阀34或禁用第二燃料泵34或(ii)禁用第二多个燃料喷射器36。
燃料质量确定模块74分别确定用于第一燃料喷射系统22和第二燃料喷射系统24的第一和第二燃料质量。燃料质量确定模块74可以根据(i)第一多个工作参数和(ii)第一燃料的特性中的至少一个确定第一燃料质量。同样，燃料质量确定模块74可以根据(i)第二多个工作参数和(ii)第二燃料的特性中的至少一个确定第二燃料质量。
如上所述，第一和第二多个工作参数可以是不同的，可以重叠，或者可以是相同的。例如，工作参数可以包括但不限于驾驶员输入48、其它传感器输入49、质量空气流量(MAF)、进气歧管绝对压力(MAP)、进气温度(IAT)、发动机冷却剂温度(ECT)、发动机速度(RPM)、排气温度(EGT)和/或排气氧气浓度(O2)。仅仅是示例，驾驶员输入48可以为加速器的位置。
还如上所述，第一和第二燃料的特性可以是不同的或可以重叠。例如，这些特性可以包括但不限于闪点、沸点、冰点、比重、单位体积重量、最小/最大压缩比、用于最大功率的A/F比、由燃烧产生出的能量和/或冷却效果(例如由于来自蒸发的潜热)。仅仅是示例，针对CNG优化的发动机可以具有比针对汽油优化的发动机具有更高的最大压缩比。CNG以气态存在，而汽油以液态存在。
第一喷射控制模块78控制第一燃料喷射系统22以根据第一燃料质量喷射第一燃料。具体地说，第一喷射控制模块78可以根据第一燃料质量控制第一燃料泵28和/或第一多个燃料喷射器30。例如，第一喷射控制模块78可以根据第一燃料质量确定所期望的脉冲宽度，然后可产生出具有针对第一多个燃料喷射器30所期望的脉冲宽度的脉冲宽度调制(PWM)控制信号。
第二控制模块60可以包括第二喷射控制模块82。在一些实施方式中，第二喷射控制模块82可以通过禁用信号来禁用，或者可以根据禁用信号来禁用第二燃料喷射系统24的一个或多个部件。例如，第二喷射控制模块82在接收到禁用信号时可以禁用第二燃料泵或切断阀34和/或第二多个燃料喷射器36。
第二喷射控制模块82可以控制第二燃料喷射系统24以根据第二燃料质量喷射第二燃料。例如，第二喷射控制模块82可以根据第二燃料质量确定所期望的脉冲宽度，并且然后可以产生出具有针对第二多个燃料喷射器36所期望的脉冲宽度的PWM控制信号。在一些实施方式中，如上所述，启用信号可以与控制信号(例如逻辑AND门)结合用来控制切断阀或第二燃料泵34和/或第二多个燃料喷射器36。
现在参照图3，用于控制在构成为采用不同燃料工作的发动机中的燃料喷射的示例性方法在100处开始。在100处，第一控制模块50可以产生出第一和第二燃料质量。在104处，第一控制模块50可以确定是否要禁用第二燃料喷射系统24。例如，第一控制模块50可以根据安全标准和/或其它传感器输入49(例如碰撞传感器)来禁用第二燃料喷射系统。如果为是，控制可以前进至108。如果为否，则控制可以前进至116。在108处，第一控制模块50可以禁用第二燃料喷射系统24。在112处，第一控制模块50可以控制第一燃料喷射系统22以根据第一燃料质量喷射第一燃料。控制然后可返回到100。在116处，第一控制模块50可以启用第二燃料喷射系统24。在120处，第二控制模块60可以控制第二燃料喷射系统24以根据第二燃料质量喷射第二燃料。控制然后可返回到100。
本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是，本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和以下权利要求书的基础上其他修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种用于发动机的控制系统，所述控制系统包括：
第一控制模块，其用于确定分别用于发动机的第一燃料喷射系统和第二燃料喷射系统的第一燃料质量和第二燃料质量，并且控制所述第一燃料喷射系统以基于所述第一燃料质量喷射第一燃料；以及
第二控制模块，其用于控制所述第二燃料喷射系统以基于所述第二燃料质量喷射第二燃料。
2.如权利要求1所述的控制系统，其中所述第一燃料和第二燃料具有不同的化学组分。
3.如权利要求1所述的控制系统，其中所述第一控制模块根据(i)第一多个工作参数和(ii)所述第一燃料的特性中的至少一个来确定所述第一燃料质量。
4.如权利要求1所述的控制系统，其中所述第一控制模块根据(i)第二多个工作参数和(ii)所述第二燃料的特性中的至少一个来确定所述第二燃料质量。
5.如权利要求1所述的控制系统，其中所述第一控制模块控制所述发动机。
6.如权利要求1所述的控制系统，其中所述第一燃料为汽油。
7.如权利要求1所述的控制系统，其中所述第二燃料为压缩天然气(CNG)或液化丙烷气(LPG)。
8.如权利要求1所述的控制系统，其中所述第一控制模块选择地禁用所述第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。
9.如权利要求8所述的控制系统，其中所述第一控制模块根据驾驶员输入和安全标准中的至少一个选择地禁用所述第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个。
10.一种用于发动机的控制系统，所述控制系统包括：
第一控制模块，其用于控制所述发动机的第一燃料喷射系统喷射第一燃料，并且选择地禁用所述发动机的第二燃料喷射系统的多个部件中的至少一个；以及
第二控制模块，其用于控制所述第二燃料喷射系统喷射第二燃料。
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