專利名稱：用于柴油發(fā)動機的燃料控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，該柴油發(fā)動機設置有 EGR(排氣再循環(huán))系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，一部分排氣作為EGR氣體返回到柴油發(fā)動機的進氣系 統(tǒng)。
背景技術：
EGR(排氣再循環(huán))方法是一種已知的技術，用于減少從柴油發(fā)動機排出的排氣中 的成問題的NOx (氮氧化物)。另一方面，當使用EGR方法時且當發(fā)動機快速加速或發(fā)動機 的燃料進入開口快速增大時，被發(fā)動機吸入的新鮮空氣的量(新鮮吸入空氣流速)較大地 降低，這傾向于在發(fā)動機燃燒室中引起缺乏O2 (缺乏氧氣)的氣氛。為了克服上述問題，通過限制EGR氣體流速而增加新鮮吸入空氣的量似乎是一種 對策。但是，由于關于EGR系統(tǒng)的控制響應速度較低，控制EGR氣體流速并不足夠，且由此， 需要提供關于燃料噴射系統(tǒng)控制(其具有更快的控制響應速度)的對策。但是，必須考慮到，獨立于發(fā)動機載荷控制或發(fā)動機速度控制的燃料進入(加速 器開度)控制阻礙發(fā)動機速度穩(wěn)定性。換句話說，確保排氣性能發(fā)動機速度響應性能之間 的協(xié)調(diào)性是技術前提。例如，專利文獻1 (JP1999-36962)披露了一種燃料進入控制方法，通過該方法，力口 速時柴油發(fā)動機產(chǎn)生的排氣黑煙的量沒有超過目標密度。在文獻1的方法中，最大燃料質(zhì) 量的量相對于新鮮吸入空氣流速和發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度(由此，排氣黑煙沒有產(chǎn)生)預先在圖 表中設定，且通過基于被檢測新鮮吸入空氣流速和被檢測發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度確定的最大燃料 質(zhì)量的量，排氣黑煙的產(chǎn)生得到控制。此外，專利文獻2(JP1997-151761)披露了一種噴射逐漸(annealing)控制，其中， 燃料流速以恒定增量逐漸增加到恒定增量，同時EGR閥開度被控制，從而由于EGR系統(tǒng)的慢 響應而導致的排氣黑煙在發(fā)動機加速期間沒有產(chǎn)生，且發(fā)動機加速性能保持為令人滿意。但是，在專利文獻1的技術中，建立規(guī)定最大燃料質(zhì)量的量的圖表需要大量工時； 另一方面，在專利文獻2的控制技術中，沒有考慮從發(fā)動機排放系統(tǒng)回到燃燒室(或發(fā)動機 的進氣系統(tǒng))的EGR氣體中的殘余O2 (氧氣)，但是在前一發(fā)動機燃燒沖程中沒有消耗的殘 余O2 (在燃燒燃料中沒有使用的殘余氧氣)在下一燃燒沖程的煙氣排放中具有重要影響。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述傳統(tǒng)技術及其預計的方案，本發(fā)明目的在于提供一種燃料進入控制單 元，來控制柴油發(fā)動機，利用該控制單元，可通過考慮EGR氣體中的殘余氧氣的簡單控制而 確保排氣性能(非過量排氣溫度性能，較低的煙氣排放、較低的NOx排放等)與發(fā)動機速度 響應性能相適。為了獲得上述目標，本發(fā)明披露了 一種用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，該發(fā)動機具有EGR系統(tǒng)，該系統(tǒng)使一部分發(fā)動機排氣返回到發(fā)動機的進氣系統(tǒng)，該燃料進入控制單元包括估計過量空氣比λ s計算裝置，該裝置是運算部分，用于通過被燃料噴射閥噴射到 汽缸中的燃料量、被氣流計測量的吸入空氣流速和流回到進氣系統(tǒng)的EGR氣體中的殘余氧 氣的流速來計算估計過量空氣比和燃料 進入控制裝置，在快速加速下基于估計過量空氣比λ s計算裝置計算出的估 計過量空氣比λ3控制燃料流速。根據(jù)諸如上述的本發(fā)明，估計過量空氣比λ s計算裝置利用被燃料噴射閥噴射到 汽缸中的燃料量、被氣流計測量的吸入空氣流速和返回到進氣系統(tǒng)的EGR氣體中的殘余氧 氣的流速來計算估計過量空氣比由此，估計過量空氣比Xs考慮對發(fā)動機煙氣排放具 有影響的殘余氧氣(沒有用于在汽缸中燃燒，且返回到進氣道中的氧氣)而被算出。此外，由于加速器開度(燃料進入)基于估計過量空氣比λ s而被控制，可執(zhí)行控 制使得汽缸空氣或氣體中的氧氣比可被反映到控制上。由此，即使在EGR系統(tǒng)操作期間進 行猛烈加速(關于加速器開度的快速增加)，由于燃燒室中缺氧導致的煙氣排放、Nox排放 和發(fā)動機速度響應劣化可以被限制。而且，優(yōu)選的是，本發(fā)明的燃料進入控制設置有加速器開度控制裝置，通過該裝 置，當估計過量空氣比Xs計算裝置計算出的估計過量空氣比λ s低于或等于預定水平時， 加速器開度的變化率可被限制為小于或等于預定值。根據(jù)上述本發(fā)明，當估計過量空氣比λ s存在于小于或等于恒定值的范圍，加速器 開度控制裝置限制加速器開度的變化率，從而變化率沒有超過限制水平；由此，即使在EGR 系統(tǒng)操作期間進行猛烈加速(關于加速器開度的快速增加)，由于燃燒室中缺氧導致的煙 氣排放、NOx排放和發(fā)動機速度響應劣化可以被限制。根據(jù)上述方面的優(yōu)選例子，加速器開度控制裝置使用預定表格，該表格規(guī)定了估 計過量空氣比λ s和加速器開度的最大變化率之間的關系。根據(jù)上述例子，關于加速器開度變化率的可允許的最大限制，可通過設置規(guī)定了 估計過量空氣比λ s和加速器開度的最大變化率之間的關系的表格容易地調(diào)整。由此，可 以容易地調(diào)整煙氣排放和發(fā)動機速度響應之間的折衷關系。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，燃料進入控制裝置設置有加速器開度控制裝置，通過該 控制裝置，加速器開度被控制，從而估計過量空氣比λ s計算裝置計算出的估計過量空氣比 入3跟蹤預編程或規(guī)定的目標過量空氣比λω。根據(jù)上述方面，控制單元設置有加速器開度控制裝置，由此加速器開度被矯正 (在反饋系統(tǒng)中改變)，從而估計過量空氣比Xs遵循預定目標過量空氣比λω，該估計過量 空氣比λ s通過估計過量空氣比λ s計算裝置被計算；由此，與第一實施例相比，在第二實施 例中進行關于加速器開度的變化率的更精細控制；以此方式，估計過量空氣比入3被精確控 制，從而考慮EGR氣體中的空氣或氧氣含量，由此，空氣或氧氣含量在煙氣排放水平上有直 接的影響。因此，發(fā)動機煙氣排放可以被限制。此外，在加速期間的過渡狀態(tài)，EGR閥出于煙氣減少或響應改進的目的被關閉。但 是，通過關閉閥，進氣歧管中的空氣或氣體狀態(tài)改變，導致燃燒溫度和NOx排放水平快速增 力口。這個問題通過上述發(fā)明被解決，因為估計過量空氣比λ s被準確控制，EGR閥可被適當 地(非快速地)關閉，估計過量空氣比Xs可通過燃料噴射控制(燃料進入控制)的快速響應而被控制。因此，煙氣限制于NOx減小一起實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，在加速器開度的變化率在快速加速期間超過預定水平的 條件下，以及在加速器開度的變化率不小于另一預定水平的條件下，燃料流速被控制。 根據(jù)上述方面，在過量空氣比低的高載荷操作期間，發(fā)動機可不存在全面燃料限 制(不加區(qū)別的限制)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，燃料進入控制單元包括氧氣濃度計，作為估計過量空氣比λ s計算裝置的替代，該氧氣濃度計在EGR通道 與進氣道匯合位置的下游側(cè)處檢測進氣道的氧氣濃度，和在快速加速下的燃料流速基于被氧氣濃度計檢測的氧氣濃度而被控制。根據(jù)上述方面，包括吸入空氣和EGR氣體的氣體中的氧氣濃度通過氧氣濃度計被 直接檢測，該氧氣濃度計設置在進氣歧管處，該進氣歧管是EGR通道23和進氣道13匯合點 下游側(cè)處的空氣或氣體通道；進行燃料噴射控制(燃料進入控制)，從而被檢測氧氣濃度準 確反映在控制上；因而，與吸入氣體壓力和溫度被檢測從而估計過量空氣比λ s通過預定公 式計算的前述方式相比，燃料噴射控制被簡化。另外，氧氣濃度減少被直接評價，而該減少引起發(fā)動機煙氣排放；由此，反映氧氣 濃度減少的燃料噴射控制必然可以限制煙氣排放。如上所述，本發(fā)明可提供燃料進入控制單元來控制柴油發(fā)動機，由此，控制是簡單 的；甚至還考慮了 EGR氣體中的殘余氧氣；排氣性能與發(fā)動機速度響應性能相適。


圖1是構(gòu)造圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于柴油發(fā)動機的燃料控制單元 的整體構(gòu)造。圖2是根據(jù)第一實施例的控制單元的控制流程圖。圖3是顯示了加速器開度的要被限制的最大變化率相對于估計過量空氣比的臨 界值的圖表。圖4(a)至(e)是特征曲線圖，示意性地顯示了根據(jù)第一實施例的控制流程。圖5是構(gòu)造圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的構(gòu)造。圖6是顯示了根據(jù)第二實施例的控制單元的構(gòu)造的框圖。圖7是用于根據(jù)第二實施例的控制單元的控制流程圖。圖8(a)至(d)是解釋了關于第一實施例的驗證試驗結(jié)果的示意圖。圖9是顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的構(gòu)造的構(gòu)造圖。
具體實施例方式在此之后，本發(fā)明將參考附圖所示的實施例進行詳細描述。但是，在這些實施例中 描述的元件的尺寸、材料、形狀、相對布置等不應視為將本發(fā)明的范圍限制于此，除非特別 指出。圖1是構(gòu)造圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于柴油發(fā)動機的燃料控制單元 的整體構(gòu)造。如圖1所示，具有四沖程循環(huán)的柴油發(fā)動機1設置有活塞5，該活塞在汽缸3 中進行往復運動，從而活塞5的外周邊在汽缸3的內(nèi)壁上滑動，柴油發(fā)動機還設置有曲軸(未示出)，該曲軸經(jīng)由連桿7連接到活塞5，通過該連桿，活塞5的往復運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運 動。在發(fā)動機1中，燃燒室9形成在活塞5的頂表面上方并在汽缸3的內(nèi)表面內(nèi)；進氣 道13經(jīng)由進氣口連接至燃燒室9，該進氣口通過進氣閥15打開和關閉。此外，排氣道19經(jīng) 由排氣口連接至燃燒室9，該排氣口通過排氣閥21打開和關閉。排氣道19的途中，分叉有EGR (排氣再循環(huán))通道23，以便與進氣道13在進氣節(jié) 流閥29的下游側(cè)處合并。在EGR通道23上，設置有冷卻EGR通道23中的EGR氣體流的 EGR冷卻器25，還設置有EGR閥27用于調(diào)整EGR氣體的流速。進氣節(jié)流閥29的開度被控制以便調(diào)整吸入到燃燒室9中的吸入空氣的流速。在 柴油發(fā)動機的情況下，當進行EGR控制時，進氣節(jié)流閥29的開度沿關閉進氣節(jié)流閥29的方 向被控制，但是通常，節(jié)流閥29保持在其完全打開的條件下，并且過量空 氣比通過燃料流 速控制。燃料噴射閥31安裝在發(fā)動機1的每個汽缸內(nèi)，用于將通過燃料噴射泵(未示出) 加壓的燃料噴射到燃燒室9中，每次噴射的燃料量和噴射正時通過控制單元(燃料進入控 制裝置)33控制?？刂茊卧?3還控制燃料噴射正時，從而燃料在預定時間點被噴射；總而 言之，噴射正時可以被可變地控制。測量新鮮吸入空氣(被吸入到燃燒室9中)流速的氣流計35被安裝在進氣道13 的途中，在空氣節(jié)流閥29的上游；關于新鮮空氣的流速的信號從氣流計35輸入到控制單 元33中。類似地，測量EGR (體積)氣體(從EGR氣體通道23流入到進氣道13中)流速 的EGR氣流計37被安裝在EGR氣體通道23的途中，在EGR閥27的上游；關于EGR氣體流 速的信號從EGR氣流計37輸入到控制單元33中。此外，發(fā)動機設置有檢測發(fā)動機進氣歧管的壓力的進氣歧管壓力傳感器39和檢 測進氣歧管的溫度的進氣歧管溫度傳感器41 ；壓力信號和溫度信號從傳感器39和41被輸 入到控制單元33中。此外，來自發(fā)動機速度傳感器43 (檢測發(fā)動機速度)和加速度傳感器45 (檢測加 速輪的操作量或加速器的步進量(st印ping amount))的信號等被輸入到控制單元33。在此之后，將解釋控制單元33。根據(jù)第一實施例的控制單元33包括估計過量空氣 比λ 3計算裝置47，該裝置是運算部分，用于通過被燃料噴射閥31噴射到汽缸3中的燃料 量、被氣流計35測量的吸入空氣流速和流回到進氣道13的EGR氣體中的殘余氧氣的流速 來計算估計過量空氣比入。此外，控制單元33包括估計過量空氣比λ s評價裝置49，該裝置是評價由估計過 量空氣比λ 3計算裝置47計算的估計過量空氣比λ 3是否小于或等于臨界值，并且當估計 過量空氣比λ 3評價裝置49判斷出估計過量空氣比λ s低于或等于臨界值時，設置在控制 單元33中的加速器開度控制裝置50將加速器開度的變化率限制在預定值之下。通過圖2的流程圖，現(xiàn)在解釋關于控制單元33中的加速器開度的限制的控制程 序。在加速器開度控制過程于步驟Sl開始后，加速器開度信號在步驟S2被讀取到單 元33中。加速器開度信號基于小時改變，如圖4(a)部分所示，由此，加速器開度信號從初 始的固定開度開始，以便以斜率增加。在下一步驟S3處，關于加速器開度的變化率的臨界值Hl和H2被讀取，以便確定加速器開度是否要被控制。如果加速器開度的變化率大于或 等于值H1，則限制被保持在開(限制開)的條件下；如果變化率等于或小于H2，則限制被保 持在關(限制關)的條件下。由此，Hl > H2的條件被設定，從而關于加速器開度或其變化 率的不穩(wěn)定行為可以被防止。不穩(wěn)定行為由此意味著臨界值的不規(guī)則振蕩現(xiàn)象。
在步驟S4中，加速器開度的變化率基于已經(jīng)在步驟S2中讀取的加速器開度信號 被計算。加速器開度的變化率對應于在圖4(a)部分中示出的加速器開度曲線(線)的斜 率(梯度)；該變化率作為諸如在圖4(b)部分中示出的曲線被獲得。但是，由此應注意到 部分(b)并不作為部分(a)的函數(shù)的微分的例子；即，部分(a)和(b)僅是用于解釋術語的 例子。在步驟S5中，基于臨界值Hl和H2，控制單元33確定加速器開度是否應被限制。 更具體地，當加速器開度的變化率大于或等于值Hl時，控制單元33確定限制應起作用，另 一方面，當加速器開度的變化率小于或等于值H2，則控制單元33確定限制應不起作用；因 此，起作用的標識或不起作用的標識被設定。在圖4(c)部分中，示出了以矩形臺階凸起形 式的起作用標識的例子。以此方式，僅當加速器開度的變化率大于或小于恒定值時，執(zhí)行加速器開度限制。 因此，即使在過量空氣比低的高載荷運行期間，發(fā)動機也可以不存在全面燃料限制(不加 區(qū)別的限制)。在步驟S6中，估計過量空氣比Xs利用下列公式(1)和⑵通過估計過量空氣比 λ s計算裝置47計算
權(quán)利要求
一種用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，該發(fā)動機具有EGR系統(tǒng)，該EGR系統(tǒng)使一部分發(fā)動機排氣返回到發(fā)動機的進氣系統(tǒng)，該燃料進入控制單元包括估計過量空氣比λs計算裝置，該裝置是運算部分，用于通過被燃料噴射閥噴射到汽缸中的燃料量、被氣流計測量的吸入空氣流速和流回到進氣系統(tǒng)的EGR氣體中的殘余氧氣的流速來計算估計過量空氣比λs；和燃料進入控制裝置，在快速加速下基于估計過量空氣比λs計算裝置計算出的估計過量空氣比λs控制燃料流速。
2.如權(quán)利要求1所述的用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，其中，該燃料進入控制裝置設置有加速器開度控制裝置，通過該加速器開度控制裝置， 當估計過量空氣比Xs計算裝置計算出的估計過量空氣比λ 3低于或等于預定水平時，加速 器開度的變化率可被限制為小于或等于預定值。
3.如權(quán)利要求2所述的用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，其中，加速器開度控制裝置使用預定表格，該表格規(guī)定了估計過量空氣比λ s和加速器 開度的最大變化率之間的關系。
4.如權(quán)利要求1所述的用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，其中，燃料進入控制裝置設置有加速器開度控制裝置，通過該控制裝置，加速器開度被 控制，從而估計過量空氣比Xs計算裝置計算出的估計過量空氣比λ s跟蹤預編程或規(guī)定的 目標過量空氣比λω。
5.如權(quán)利要求4所述的用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，其中，目標過量空氣比于發(fā)動機速度和作為作為發(fā)動機速度的函數(shù)的目標燃料 噴射量被預編程或規(guī)定，以便限制煙氣排放和NOx排放兩者。
6.如權(quán)利要求1所述的用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，其中，在加速器開度的變化率在快速加速期間超過預定水平的條件下，以及在加速器 開度的變化率不小于另一預定水平的條件下，燃料流速被控制。
7.如權(quán)利要求1所述的用于控制柴油發(fā)動機的燃料進入控制單元，其中，燃料進入控制單元包括氧氣濃度計，作為估計過量空氣比λ s計算裝置的替代，該氧氣濃度計檢測在EGR通道 與進氣道匯合位置的下游側(cè)處的進氣道的氧氣濃度，和在快速加速下的燃料流速基于被氧氣濃度計檢測的氧氣濃度而被控制。
全文摘要
提供一種柴油發(fā)動機燃料控制系統(tǒng)，其能夠通過EGR應用期間的甚至考慮EGR氣體中的未燃燒空氣量的簡單控制而獲得排氣性能和發(fā)動機響應之間的協(xié)調(diào)性。柴油發(fā)動機燃料控制系統(tǒng)包括EGR裝置，用于將發(fā)動機排氣部分作為EGR氣體重新回到進氣系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的特征在于，包括估計空氣過量百分比計算裝置(47)，用于通過使用被燃料噴射閥(31)噴射到汽缸中的燃料量、吸入空氣流速和重新回到進氣系統(tǒng)的EGR氣體中的未燃燒空氣的流速來計算汽缸(3)中的估計空氣過量百分比，還包括控制裝置(33和51)，用于在快速加速下基于被估計空氣過量百分比計算裝置計算出的估計空氣過量百分比控制燃料噴射量。
文檔編號F02D45/00GK101965447SQ20098010067
公開日2011年2月2日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者井手和成, 巖崎聰 申請人:三菱重工業(yè)株式會社