專利名稱:發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng),尤其涉及根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)的燃油效率的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
車輛包括產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的內(nèi)燃機(jī)。更確切地,發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣并將空氣和燃油混合以形成燃燒混合物。該燃燒混合物在氣缸內(nèi)被壓縮和點(diǎn)燃以驅(qū)動(dòng)位于氣缸內(nèi)的活塞?;钊?qū)動(dòng)曲軸向變速器和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
汽車制造商通常利用測(cè)功機(jī)來(lái)評(píng)估車輛的性能。例如,測(cè)功機(jī)可以測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的最佳發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出。然而,車輛產(chǎn)生的實(shí)際轉(zhuǎn)矩輸出可能與受控條件下的最佳轉(zhuǎn)矩輸出不同。更確切地,實(shí)際轉(zhuǎn)矩輸出可能受外部條件的影響,該外部條件包括空氣溫度,濕度,和/或大氣壓,且該外部條件不局限于此。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于確定內(nèi)燃機(jī)燃油效率的燃油效率估計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括確定最終進(jìn)氣值的第一模塊和基于最終進(jìn)氣值來(lái)確定燃油質(zhì)量比率值的第二模塊。第三模塊基于燃油質(zhì)量比率值確定內(nèi)燃機(jī)的功率損耗。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率是基于功率損耗來(lái)確定的。
在其他方面中,第一模塊包括第一子模塊,其基于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度值中的至少一個(gè)來(lái)產(chǎn)生初始進(jìn)氣值。該第一模塊進(jìn)一步包括第二子模塊,其基于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度值中的至少一個(gè)輸出當(dāng)前的迭代進(jìn)氣值。
在其他方面中,第一模塊進(jìn)一步包括第三子模塊,其確定點(diǎn)火提前值;第四子模塊,其確定進(jìn)氣和排氣凸輪的相位器位置值;和第五子模塊,其確定空燃比。點(diǎn)火提前值、進(jìn)氣和排氣凸輪的相位器位置值、空燃比是基于當(dāng)前迭代進(jìn)氣值、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值和冷卻劑溫度值來(lái)計(jì)算的。
另一方面,該第二子模塊基于點(diǎn)火提前值、進(jìn)氣和排氣凸輪的相位器位置值和空氣/燃油比來(lái)計(jì)算當(dāng)前的迭代進(jìn)氣值。
再一方面,第二子模塊確定當(dāng)前的迭代進(jìn)氣值和先前迭代進(jìn)氣值之間的差值。當(dāng)差值小于一個(gè)預(yù)定的閾值時(shí),第二子模塊輸出最終迭代進(jìn)氣值。當(dāng)該差值大于一個(gè)預(yù)定的閾值時(shí),第二子模塊更新迭代進(jìn)氣值。
從在此提供的說(shuō)明可清楚了解更廣泛的適用范圍。需要明白的是,該說(shuō)明和實(shí)施例的目的僅在于舉例闡述而不是對(duì)本發(fā)明公開(kāi)范圍的限制。
通過(guò)詳細(xì)描述和附圖本發(fā)明將被更充分地理解,其中圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖;圖2是根據(jù)本發(fā)明用于計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)燃油效率的控制模塊的示意結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖;圖3是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)氣計(jì)算模塊的示意結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖;和圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的燃油效率控制所執(zhí)行示意步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下的說(shuō)明實(shí)質(zhì)上僅僅是示范而不是對(duì)其公開(kāi)內(nèi)容、應(yīng)用或使用的限制。這里用到的術(shù)語(yǔ)模塊或裝置是指專用集成電路(ASIC),電子電路,處理器(共享,專用,或集群)和執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的存儲(chǔ)器,組合邏輯電路,和/或其它提供所述功能的適當(dāng)部件。
根據(jù)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容,發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率通過(guò)作為基于最佳功率輸出值和估計(jì)功率輸出值之間差值的發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗的函數(shù)來(lái)計(jì)算。更確切地,該估計(jì)功率是在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定或穩(wěn)態(tài)條件下基于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和冷卻劑溫度值計(jì)算的。
現(xiàn)在參考圖1,發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括燃燒空氣/燃油混合物以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)12??諝馔ㄟ^(guò)節(jié)氣門16被吸入進(jìn)氣歧管14。節(jié)氣門16控制進(jìn)入進(jìn)氣歧管14的空氣流??諝馀c燃油混合并在氣缸18內(nèi)燃燒來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。雖然圖示的是四個(gè)氣缸,但可認(rèn)識(shí)到發(fā)動(dòng)機(jī)12可以包括額外的或更少的氣缸18。例如,可設(shè)想到發(fā)動(dòng)機(jī)具有2,3,5,6,8,10和12個(gè)氣缸。
燃油噴射器(未示出)噴射燃油,該燃油與空氣混合形成在氣缸18內(nèi)燃燒的空氣/燃油混合物。燃油噴射系統(tǒng)20調(diào)節(jié)燃油噴射器以向每個(gè)氣缸18提供期望的空燃比。進(jìn)氣門22選擇性的打開(kāi)和關(guān)閉,使空氣/燃油混合物進(jìn)入氣缸18。進(jìn)氣門的位置由進(jìn)氣凸輪軸24調(diào)節(jié)?;钊?未示出)壓縮氣缸18內(nèi)的空氣/燃油混合物。燃燒后,排氣門28選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉,使廢氣排出氣缸18。排氣門的位置由排氣凸輪軸30調(diào)節(jié)?;钊?qū)動(dòng)曲軸(未示出)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。曲軸利用正時(shí)鏈(未示出)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)凸輪軸24,30從而控制進(jìn)氣和排氣門22,28的正時(shí)。雖然示出了兩個(gè)凸輪軸,但也可以只用一個(gè)。
發(fā)動(dòng)機(jī)12可以包括進(jìn)氣凸輪相位器32和/或排氣凸輪相位器34,其相對(duì)曲軸的旋轉(zhuǎn)位置分別調(diào)節(jié)進(jìn)氣和排氣凸輪軸24,30的旋轉(zhuǎn)正時(shí)。更確切地,進(jìn)氣和排氣凸輪相位器32,34的相位角可被延遲或提前以調(diào)節(jié)進(jìn)氣和排氣凸輪軸24,30的旋轉(zhuǎn)正時(shí)。
冷卻劑溫度傳感器36響應(yīng)循環(huán)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)12的冷卻劑的溫度,并產(chǎn)生冷卻劑溫度信號(hào)37。大氣壓傳感器38響應(yīng)大氣壓力,并產(chǎn)生大氣壓信號(hào)39。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器42響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,并輸出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)43。溫度傳感器44響應(yīng)周圍環(huán)境溫度,并輸出溫度信號(hào)45。油溫傳感器46向應(yīng)油溫,并輸出油溫信號(hào)47??刂颇K49根據(jù)各種傳感器信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的工作。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊49選擇性地計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的功率損耗,并由此確定發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率。
現(xiàn)在參考圖2,控制模塊49的示范性實(shí)施例采用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩值(TORQ)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值(RPM)、冷卻劑溫度值(COOL)、大氣壓值(BARO)、油溫值(OT)和周圍環(huán)境溫度值(AMBT)作用輸入以計(jì)算功率損耗。更確切地,TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT值可以是(但不限于)基于傳感器36、38、42、44、46的信號(hào)確定的當(dāng)前值。在可替換的結(jié)構(gòu)中,TORQ、RPM、COOL、BARO、OT,和AMBT可以是由控制模塊49確定來(lái)計(jì)算理論功率損耗的值。
控制模塊49包括進(jìn)氣計(jì)算模塊50、燃油質(zhì)量比率計(jì)算模塊52和功率損耗計(jì)算模塊54。該進(jìn)氣計(jì)算模塊50確定最終的每缸空氣質(zhì)量(APCF)和/或最終質(zhì)量空氣流率(MAFF)。更確切地,APCF和MAFF是基于相同的輸入TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT。APCF和MAFF之間的關(guān)系如以下公式所示MAFF=APCF×RPM×N×kconv其中N是發(fā)動(dòng)機(jī)12的氣缸18的數(shù)量,kconv是基于單元換算確定的常數(shù)。為便于討論,APCF用于上下文中以進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容。
燃油質(zhì)量比率計(jì)算模塊52基于APCF、RPM和AFIT確定燃油質(zhì)量比率(Mf)。更確切地,Mf基于以下公式可得Mf=APCF×RPMk×AFIT]]>常數(shù)k是個(gè)預(yù)定值,其可根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)變化。AFIT是計(jì)算的空燃比,其將在以下的進(jìn)一步介紹中討論。
功率損耗計(jì)算模塊基于Mf、RPM和TORQ確定功率損耗值(PL)。更確切地,PL基于以下公式可得PL=[MfMopt×TORQopt×RPMopt]-[TORQ×RPM]]]>TORQopt、RPMopt和Mopt分別為最佳發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、最佳發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和最佳燃油質(zhì)量流率值,其可被選擇以代表在一個(gè)參考冷卻劑溫度和一個(gè)參考大氣壓下的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)??蛇x擇地,TORQopt,RPMopt和Mopt值可基于當(dāng)前冷卻劑溫度(COOL)和當(dāng)前大氣壓(BARO)從預(yù)存的查詢表確定。也可利用對(duì)每個(gè)RPM不同的TORQopt和Mopt來(lái)估算功率損耗。更確切地,將RPMopt設(shè)置成等于RPM,TORQopt和Mopt基于RPM從預(yù)存查詢表中確定。
控制模塊49的各種實(shí)施例可包括任何數(shù)量的模塊。圖2中所示的模塊可被進(jìn)一步合并和分割而不背離本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容。
現(xiàn)在參考圖3,計(jì)算模塊50的示范性實(shí)施例包括初始計(jì)算APC子模塊56、迭代APC計(jì)算子模塊58、點(diǎn)火提前計(jì)算子模塊60、凸輪相位器位置計(jì)算子模塊62和空燃比計(jì)算子模塊64。該初始APC計(jì)算子模塊56輸出基于TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT的初始APC(APCIN)。例如,APCIN可基于以下的逆模型轉(zhuǎn)矩方程獲得APCIN=TAPC-1(TORQ,RPM,COOL,SIN,IIN,EINAFIN,OT,BARO,T)SIN、IIN、EIN和AFIN分別為點(diǎn)火提前、進(jìn)氣凸輪相位器位置、排氣凸輪相位器位置和空燃比的初始值。SIN、IIN,、EIN和AFIN可以是預(yù)先確定作為TORQ、RPM、COOL、BARO、OT和AMBT的函數(shù)形式存取的查詢表數(shù)值。
該迭代APC計(jì)算子模塊58確定迭代APC(APCIT)直到發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定,并向燃油質(zhì)量比率計(jì)算模塊52輸出APCF。更確切地,APCIT可基于以下的逆模型轉(zhuǎn)矩方程獲得APCIT=TAPC-1(TORQ,RPM,COOL,SIT,IIT,EIT,AFT,OT,BARO,T)TORQ、RPM、COOL、OT、BARO和AMBT是各個(gè)傳感器提供的當(dāng)前值。SIT、IIT、EIT和AFIT分別為點(diǎn)火提前、進(jìn)氣凸輪相位器位置、排氣凸輪相位器位置和空燃比的迭代值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定時(shí),該迭代APC計(jì)算子模塊58輸出APCF。更確切地,當(dāng)先前APCIT和當(dāng)前APCIT的差值小于一個(gè)預(yù)定值時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性被確定。APCF被設(shè)定為等于當(dāng)前APCIT。點(diǎn)火提前計(jì)算子模塊60基于當(dāng)前APCIT、RPM和COOL輸出SIT。凸輪相位器位置計(jì)算子模塊62基于當(dāng)前APCIT、RPM和COOL輸出IIT和EIT。AF比計(jì)算子模塊64基于APCIT、RPM和COOL輸出AFIT。
計(jì)算模塊50的各種實(shí)施例可包括任何數(shù)量的子模塊。圖3中所示的子模塊可被進(jìn)一步合并和分割而不背離本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容。
現(xiàn)在參考圖4,計(jì)算功率損耗的示范性執(zhí)行步驟將被詳細(xì)描述。在步驟220中,控制確定APCIN。在步驟230中,控制基于APCIN或在前迭代APC(APCIT(i-1))確定當(dāng)前APCIT(APCIT(i),其中i是時(shí)間級(jí)數(shù))。更確切地,第一個(gè)迭代APC的計(jì)算是基于APCIN,其后的迭代APC的計(jì)算是基于APCIT(i-1)。
在步驟240中,控制確定APCIT(i)和APCIT(i-1)之間的差值(DIFF)。在步驟250中,控制確定DIFF是否小于一個(gè)預(yù)定的閥值(THR)。如果DIFF大于THR,該迭代算法被認(rèn)為處于中間狀態(tài),控制循環(huán)返回步驟230。如果DIFF小于THR,該迭代算法被認(rèn)為完成,控制進(jìn)行步驟255中的輸出APCF。更確切地,APCF設(shè)定為等于APCF或者被設(shè)定為APCIT(i)。在步驟260中,控制器基于APCF、AFIT和RPM值計(jì)算Mf。在步驟270中,控制器基于Mf、TORQ和RPM值計(jì)算功率損耗(PL)值,并且控制結(jié)束??刂齐S后可基于PL確定發(fā)動(dòng)機(jī)的即時(shí)燃油效率。
與APC相對(duì),可認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的公開(kāi)能采用發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量空氣流率(MAF)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下,APC可替換為采用確定的MAF。
還應(yīng)預(yù)計(jì)到本發(fā)明的公開(kāi)能進(jìn)行修改從而在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。例如,在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的情況下,APC沒(méi)有被確定。而是提供了主要基于燃油質(zhì)量流率的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩模型。在這種情況下,該逆轉(zhuǎn)矩模型提供了所需燃油質(zhì)量流率的估計(jì)值。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從前述的描述能夠認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的廣義教導(dǎo)能通過(guò)多種形式實(shí)現(xiàn)。因此,雖然所述公開(kāi)內(nèi)容描述結(jié)合于一些特定例,但由于其他修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)根據(jù)以上附圖,說(shuō)明和隨后的權(quán)利要求的研究是顯然的,因此該公開(kāi)內(nèi)容的真實(shí)范圍不該被限制于此。
權(quán)利要求
1.一種用于確定內(nèi)燃機(jī)燃油效率的燃油效率估計(jì)系統(tǒng)包括確定最終進(jìn)氣值的第一模塊;基于所述最終APC值確定燃油質(zhì)量比率值的第二模塊;和基于所述燃油質(zhì)量比率值確定所述內(nèi)燃機(jī)的所述功率損耗的第三模塊,其中基于所述功率損耗確定所述內(nèi)燃機(jī)的燃油效率。
2.如權(quán)利要求1所述的燃油效率估計(jì)系統(tǒng),其中所述第一模塊包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度值中至少一個(gè)而產(chǎn)生初始進(jìn)氣值的第一子模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的燃油效率估計(jì)系統(tǒng),其中所述第一模塊還包括基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度值中至少一個(gè)而輸出當(dāng)前迭代進(jìn)氣值的第二子模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的燃油效率估計(jì)系統(tǒng),其中所述第一模塊進(jìn)一步包括確定點(diǎn)火提前值的第三子模塊;確定進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值的第四子模塊;和確定空燃比的第五子模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的燃油效率估計(jì)系統(tǒng),其中所述點(diǎn)火提前值、所述進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值和所述空燃比是基于所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值、所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值和所述冷卻劑溫度值而計(jì)算的。
6.如權(quán)利要求5所述的燃油效率估計(jì)系統(tǒng),其中所述第二子模塊基于所述點(diǎn)火提前值、所述進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值和所述空燃比值計(jì)算當(dāng)前迭代進(jìn)氣值。
7.如權(quán)利要求3所述的燃油效率估計(jì)系統(tǒng),其中所述第二子模塊確定所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值和先前迭代進(jìn)氣值之間的差值。
8.如權(quán)利要求7所述的燃油效率估計(jì)系統(tǒng),其中當(dāng)所述差值小于預(yù)定閾值時(shí),所述第二子模塊輸出最終迭代進(jìn)氣值。
9.如權(quán)利要求7所述的燃油效率估計(jì)系統(tǒng),其中當(dāng)所述差值大于所述預(yù)定閾值時(shí),所述第二子模塊更新所述迭代進(jìn)氣值。
10.一種確定內(nèi)然機(jī)燃油效率的方法,包括確定最終進(jìn)氣值;基于所述最終進(jìn)氣值確定燃油質(zhì)量比率值;基于所述燃油質(zhì)量比率值計(jì)算所述內(nèi)燃機(jī)的功率損耗;和基于所述功率損耗確定燃油效率。
11.如權(quán)利要求10所述的方法,進(jìn)一步包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩值和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度值中至少一個(gè)確定初始進(jìn)氣值。
12.如權(quán)利要求11所述的方法,進(jìn)一步包括基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值、所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩值和所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度值中至少一個(gè)確定當(dāng)前迭代進(jìn)氣值。
13.如權(quán)利要求12所述的方法,進(jìn)一步包括確定點(diǎn)火提前值;確定進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值;和確定空燃比。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,其中所述點(diǎn)火提前值、所述進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值和所述空燃比是基于所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值、所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值和所述冷卻劑溫度值來(lái)計(jì)算的。
15.如權(quán)利要求14所述的方法,其中所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值基于所述點(diǎn)火提前值、所述進(jìn)氣和排氣凸輪相位器位置值和所述空燃比值中至少之一。
16.如權(quán)利要求12所述的方法,進(jìn)一步包括確定所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值和先前迭代進(jìn)氣值之間的差值。
17.如權(quán)利要求16所述的方法,其中如果所述差值小于預(yù)定閾值,所述最終迭代進(jìn)氣值等于所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值。
18.如權(quán)利要求16所述的方法,其中如果所述差值大于所述預(yù)定閾值,所述當(dāng)前迭代進(jìn)氣值被更新。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種計(jì)算內(nèi)燃機(jī)功率損耗的模塊,其包括確定最終每缸空氣(APC)值的進(jìn)氣計(jì)算模塊,基于最終APC值確定燃油質(zhì)量比率值的燃油質(zhì)量比率計(jì)算模塊和基于燃油質(zhì)量比率值確定該內(nèi)燃機(jī)功率損耗的功率損耗計(jì)算模塊。
文檔編號(hào)F02D43/00GK101037967SQ20061006407
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者M·利夫什茨, J·P·布蘭查德, J·L·拉蒂, A·H·希普 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司