專利名稱：經(jīng)由壓縮機(jī)速度控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和系統(tǒng)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)并且更具體地涉及控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如現(xiàn)有技術(shù)已知的，與化學(xué)計(jì)量火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，汽油內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī))相比， 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供了很大的燃油經(jīng)濟(jì)性好處。同樣如現(xiàn)有技術(shù)已知的，降低這兩種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)排放可以是符合期望的。一種被降低的排放物是NOx(氮氧化物)。一種降低這種NOx 排放的技術(shù)是排氣再循環(huán)(EGR)。EGR通過將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣再循環(huán)返回至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管運(yùn)行。在一個(gè)例子中，設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管之間的導(dǎo)管中的EGR閥將EGR 提供至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。為了使得排氣流經(jīng)排氣歧管并且穿過EGR閥進(jìn)入進(jìn)氣歧管，在EGR閥兩側(cè)必須存在壓差。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣節(jié)氣門能夠限制到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的空氣流，從而在進(jìn)氣歧管中產(chǎn)生壓力，所述壓力低于排氣歧管的壓力，由此提供了用于EGR流的EGR閥兩側(cè)的所需壓差。對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，通過調(diào)整噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的燃料量來控制由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率，而不是通過使用在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣處的節(jié)氣門來控制。因此，雖然使用EGR來降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx可以是符合期望的，但是節(jié)氣門的省略可導(dǎo)致EGR閥兩側(cè)的壓差不足，從而不能獲得還原NOxK需要的足夠的EGR率。因此，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然可能不存在用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)功率的節(jié)氣門，但是有時(shí)節(jié)氣門被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的路徑中以獲得壓差并因此獲得穿過EGR閥的排氣再循環(huán)流。這種技術(shù)能夠提供高達(dá)穿過EGR閥的缸內(nèi)流的60%的EGR 率?，F(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常使用車輛感應(yīng)系統(tǒng)中的進(jìn)氣空氣流量(MAF)傳感器來經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)規(guī)劃即時(shí)EGR。MAF傳感器可與節(jié)氣門組合用來提供還原NOx排放物的系統(tǒng)，同時(shí)優(yōu)化CO2 (燃料經(jīng)濟(jì)性)和噪聲振動(dòng)以及舒適性(NVH)。典型的ECU部件實(shí)施方式使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述閉環(huán)控制系統(tǒng)基于優(yōu)化的MAF設(shè)定點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)MAF傳感器反饋信號(hào)。需要大量的校準(zhǔn)工作來實(shí)現(xiàn)與期望的車輛感應(yīng)系統(tǒng)兼容的精確的MAF傳感器校準(zhǔn)。由于進(jìn)氣污染、磨損或傳感器偏差，在使用中，這種MAF傳感器的精確性和/或性能可能退化。任何MAF傳感器性能中的降級(jí)可導(dǎo)致EGR規(guī)劃中的偏差，該偏差可直接影響 NOx和(X)2的排放并且不利地影響NVH。為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)和/或車輛壽命期間優(yōu)化排放和NVH的以上退化，因此提供不易受到污染和MAF傳感器偏差影響的即時(shí)MAF值可以是符合期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了在不使用MAF傳感器的情況下，建立對(duì)空氣質(zhì)量流量的評(píng)估以用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于確定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)從而向發(fā)動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)迫的進(jìn)氣，其中所述方法包括測量壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度并且使用所測量的壓縮機(jī)速度來得到表明當(dāng)前進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的值。換言之，響應(yīng)于壓縮機(jī)的速度提供表明進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的值，所述壓縮機(jī)向發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)氣系統(tǒng)提供空氣。使用所測量的壓縮機(jī)速度來得到表明進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前空氣流量的值還可包括將所測量的壓縮機(jī)速度與壓縮機(jī)壓力比值組合，進(jìn)而得到表明進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前空氣流量的值。換言之，在一個(gè)示例中，響應(yīng)于壓縮機(jī)速度提供進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量值還包括響應(yīng)于壓縮機(jī)的壓力比調(diào)整進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量值。使用所測量的壓縮機(jī)速度得到表明進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前空氣流量的值可包括將所測量的壓縮機(jī)速度與壓縮機(jī)效率的值結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生表明進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前空氣流量的值。換言之，在一個(gè)示例中，響應(yīng)于壓縮機(jī)速度提供進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量的值還包括響應(yīng)于壓縮機(jī)的效率調(diào)整進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量的值。在一些示例中，壓縮機(jī)可以是渦輪增壓器的壓縮機(jī)。在其他示例中，壓縮機(jī)可以是機(jī)械增壓器的壓縮機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了基于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量控制具有旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)向發(fā)動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)迫進(jìn)氣，其中空氣流量使用根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法被確定。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了控制具有旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，所述壓縮機(jī)向發(fā)動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)迫進(jìn)氣，其中所述系統(tǒng)包括電子控制器和測量壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的速度傳感器，其中電子控制器被設(shè)置為從速度傳感器接收信號(hào)，使用該信號(hào)來得到表明進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前空氣流量的值并且使用所得到的空氣流量的值控制發(fā)動(dòng)機(jī)。換言之，提供了用于控制具有旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，所述壓縮機(jī)向發(fā)動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)迫進(jìn)氣，所述系統(tǒng)包括電子控制器和用于測量壓縮機(jī)速度的速度傳感器，所述電子控制器從速度傳感器接收信號(hào)，經(jīng)由自速度傳感器的信號(hào)得到表明進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前空氣流量的值，并且響應(yīng)于當(dāng)前空氣流量控制發(fā)動(dòng)機(jī)。所述系統(tǒng)還包括用來測量壓縮機(jī)出口側(cè)的空氣壓力的壓力傳感器，并且電子控制器進(jìn)一步可操作為使用所測量的出口壓力與表明壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的值產(chǎn)生壓縮機(jī)壓力比并且使用所述壓縮機(jī)壓力比與所測量的壓縮機(jī)速度來產(chǎn)生空氣流量值并且使用所產(chǎn)生的空氣流量至來控制發(fā)動(dòng)機(jī)。換言之，所述系統(tǒng)還包括測量壓縮機(jī)出口側(cè)的空氣壓力的壓力傳感器和經(jīng)由表明壓縮機(jī)出口壓力的值和表明壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的值產(chǎn)生壓縮機(jī)壓力比的電子控制器，所述電子控制器還經(jīng)由壓縮機(jī)壓力比和表明壓縮機(jī)速度的值進(jìn)一步產(chǎn)生空氣流量值，并且所述電子控制器響應(yīng)于所述空氣流量值調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。在一個(gè)示例中，可使用壓縮機(jī)速度的映射函數(shù)得到表明壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的值。此外，所壓縮機(jī)速度的映射函數(shù)可在電子控制器存儲(chǔ)器中被存儲(chǔ)為模型。電子控制器可被進(jìn)一步操作為基于預(yù)測的壓縮機(jī)效率得到空氣流量的值。并且，壓縮機(jī)可以是渦輪增壓器的
5壓縮機(jī)。單獨(dú)根據(jù)下面詳細(xì)描述或結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)和特征將是顯而易見的。應(yīng)理解提供以上概要以便以簡化的形式介紹在具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述的概念選擇。其不是意味著指出要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或重要特征，其范圍由權(quán)利要求被唯一限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決本公開的在以上或任何部分提到的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的發(fā)動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出用于在圖1中示出的被渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力比和校正的空氣流量之間的關(guān)系的繪圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)其他方面在沒有使用MAF傳感器的情況下確定空氣流量的方法和使用確定的空氣流量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法的流程圖；圖4是示出安裝在進(jìn)氣中的MAF傳感器降級(jí)的狀況期間通過發(fā)動(dòng)機(jī)確定空氣流量的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量估計(jì)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)，該空氣流量估計(jì)基于與發(fā)動(dòng)機(jī)連通的渦輪增壓器的速度。圖1示出示例發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括渦輪增壓器和壓縮機(jī)。 圖2示出示例渦輪增壓器壓縮機(jī)映射圖/圖譜(map)，所述映射圖是估計(jì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的基礎(chǔ)。圖3示出控制具有壓縮機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的高級(jí)流程圖，所述壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸氣動(dòng)連通?，F(xiàn)參考圖1，包括電子控制器10的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)被示出，所述電子控制器10具有存儲(chǔ)器11。電子控制器10用來響應(yīng)于表示進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)16的進(jìn)氣歧管15的空氣流量 (MAF)的值至少控制或調(diào)整進(jìn)氣節(jié)氣門(ITH) 12和EGR閥14?？商娲兀娮涌刂破?0還可控制發(fā)動(dòng)機(jī)16的燃料供給或者實(shí)施這些控制功能的一個(gè)或多個(gè)。發(fā)動(dòng)機(jī)16是具有旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)呈渦輪增壓器20的形式，其包括壓縮機(jī)22和可變幾何形狀渦輪機(jī)M，從而增加經(jīng)由進(jìn)氣歧管15供給至發(fā)動(dòng)機(jī)16的空氣壓力。在其他示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以是包括渦輪增壓器或機(jī)械增壓器的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，其中壓縮機(jī)提供空氣至發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸35。渦輪機(jī)M由自發(fā)動(dòng)機(jī)16的排氣的一部分驅(qū)動(dòng)，該排氣的剩余部分被再循環(huán)穿過EGR閥14返回至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管15。速度傳感器18測量渦輪增壓器20的壓縮機(jī)22的旋轉(zhuǎn)速度并且將表明所測量的速度的信號(hào)供給至控制器10。在一些示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)16能夠包括MAF傳感器38。MAF傳感器38可沿發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)定位并且可暴露于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。在一些示例中，MAF傳感器可以是熱線傳感器。在其他示例中，MAF傳感器可以是壓力傳感器。MAF傳感器38的輸出被輸送到控制器10。發(fā)動(dòng)機(jī)16的進(jìn)氣歧管15接收穿過ITH 12的空氣和自排氣歧管17穿過EGR旁通管道13到EGR閥14的排氣。穿過ITH的空氣量是ITH 12位置和節(jié)氣門兩側(cè)壓降的函數(shù)。ITH 12的位置響應(yīng)于自控制器10經(jīng)由線路觀被輸送至ITH 12的控制信號(hào)在完全開放位置和完全閉合位置之間變化。同樣地，穿過EGR閥14的排氣量是EGR閥14的位置和EGR 閥14兩側(cè)的壓降的函數(shù)。EGR閥14的位置響應(yīng)于自控制器10經(jīng)由線路30被輸送至EGR 閥14的控制信號(hào)在完全開放位置和完全閉合位置之間變化。中間冷卻器8被提供用來冷卻經(jīng)由進(jìn)氣歧管15進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)16的空氣并且EGR冷卻器9被提供用來冷卻穿過EGR旁通管道13和EGR閥14再循環(huán)的排氣?？刂破?0還接收來自與發(fā)動(dòng)機(jī)16相關(guān)的傳感器或者駕駛員控制裝置的多個(gè)額外的輸入，所述傳感器例如測量壓縮機(jī)22的出口壓力的壓力傳感器31 (未示出)，所述駕駛員控制裝置例如節(jié)氣門踏板位置傳感器(未示出)?？刂破?0可操作為使用這些額外的輸入從而通過調(diào)整EGR閥14和ITH 12的位置來控制EGR流量。電子控制器10形成了控制發(fā)動(dòng)機(jī)16的系統(tǒng)的一部分，所述系統(tǒng)還包括壓縮機(jī)速度傳感器18和壓縮機(jī)出口壓力傳感器 31。電子控制器10被設(shè)置為從壓縮機(jī)速度傳感器18接收表明壓縮機(jī)22的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度的信號(hào)，使用所述速度信號(hào)產(chǎn)生表明進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)16的當(dāng)前空氣流量的值并且使用所產(chǎn)生的空氣流量的值(MAF值)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)16。換言之，電子控制器響應(yīng)于流入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，流入發(fā)動(dòng)機(jī)的控制基于壓縮機(jī)22的旋轉(zhuǎn)速度。在一些示例中，電子控制器10還使用來自壓力傳感器31的具有表明壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的值的測得壓縮機(jī)出口壓力來產(chǎn)生壓縮機(jī)壓力比(PR)。換言之，壓縮機(jī)壓力比可經(jīng)由壓力傳感器31和表明壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的值被提供。壓縮機(jī)進(jìn)口壓力值可通過使用進(jìn)口壓力傳感器產(chǎn)生，但在此示例中是使用壓縮機(jī)速度的映射函數(shù)產(chǎn)生，所述函數(shù)在電子控制器 10的存儲(chǔ)器11中被存儲(chǔ)為模型，由此表明壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的值能夠被推導(dǎo)出。然后，使用以下公式得到當(dāng)前壓縮機(jī)效率 的值
權(quán)利要求
1.一種確定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的方法，所述方法包括經(jīng)由供給空氣至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的速度提供對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量的估計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括經(jīng)由供給空氣至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述壓縮機(jī)兩側(cè)的壓力比調(diào)整對(duì)進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量的所述估計(jì)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括經(jīng)由供給空氣至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述壓縮機(jī)的效率調(diào)整對(duì)進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量的所述估計(jì)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述壓縮機(jī)是渦輪增壓器的壓縮機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于對(duì)進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量的所述估計(jì)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量的所述估計(jì)是基于供給空氣至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述壓縮機(jī)的映射圖。
7.一種確定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的方法，所述方法包括在第一模式期間，經(jīng)由沿發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣路徑定位的傳感器提供對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量的估計(jì)，所述傳感器暴露于進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣；以及在第二模式期間，經(jīng)由供給空氣至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的速度提供對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量的估計(jì)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二模式是其中沿發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣路徑定位的所述傳感器降級(jí)發(fā)生的模式。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中響應(yīng)于所述壓縮機(jī)兩側(cè)的壓力比調(diào)整對(duì)在所述第二模式期間進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量的所述估計(jì)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述壓縮機(jī)的速度基于磁或光速度傳感器。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述MAF傳感器是熱線傳感器。
12.—種控制發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)的速度傳感器；以及控制器，所述控制器包括響應(yīng)于所述壓縮機(jī)的所述速度傳感器估計(jì)流至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的指令。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制器響應(yīng)于所估計(jì)的空氣流量調(diào)整節(jié)氣門和EGR閥中的至少一個(gè)。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括靠近所述壓縮機(jī)定位的壓力傳感器，并且所述控制器包括響應(yīng)于所述壓力傳感器調(diào)整對(duì)流至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的估計(jì)的額外指令。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括額外的控制器指令，該控制器指令用于確定所述壓縮機(jī)兩側(cè)的壓力比并且響應(yīng)于所述壓力比調(diào)整對(duì)流至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的所述估計(jì)。
16.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括額外的控制器指令，該控制器指令用于確定所述壓縮機(jī)的效率并且響應(yīng)于所述壓縮機(jī)的效率調(diào)整對(duì)流至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的所述估計(jì)。
17.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣節(jié)氣門和額外的控制器指令， 該控制器指令用于響應(yīng)于估計(jì)的流至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量調(diào)整所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣節(jié)氣門的位置。
18.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括EGR閥和額外的控制器指令，該控制器指令用于響應(yīng)于估計(jì)的流至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量調(diào)整所述EGR閥位置。
全文摘要
本發(fā)明描述了發(fā)動(dòng)機(jī)空氣估計(jì)方法。在一個(gè)示例中，響應(yīng)于壓縮機(jī)的速度確定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量。所述方法對(duì)于增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性是特別有利的。
文檔編號(hào)F02M25/07GK102418625SQ20111022205
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者K·塔費(fèi)爾, K·曼, R·普羅溫扎農(nóng) 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司