用于操作压缩点火发动机的方法和装置
阅读：960发布：2020-05-18
专利汇可以提供用于操作压缩点火发动机的方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于操作 压缩点火 发动机 的方法和装置。具体地，提供了一种用于操作内燃发动机的方法，包括：监测排气供料流中的 氧 浓度、进气的 质量 流率、以及 燃料 的指令燃料脉冲。确定燃料中 生物 柴油 燃料和石油柴油燃料的混合比。响应于燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制发动机的操作。，下面是用于操作压缩点火发动机的方法和装置专利的具体信息内容。
1.用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机配置成以压缩点火燃烧模式来燃烧燃料，所述方法包括：
监测所述内燃发动机的排气供料流中的氧浓度、进气的质量流率、以及所述燃料的指令燃料脉冲；
基于所述排气供料流中的氧浓度、所述进气的质量流率、以及所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比；
确定与所述燃料的化学计量空气/燃料比相关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比；以及
响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制指令排气再循环EGR流率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制指令新鲜空气流率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制指令增压压力。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述排气供料流中的氧浓度、所述进气的质量流率、以及所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比包括：根据下述关系来确定所述化学计量所述空气/燃料比：
其中， 是基于所述排气供料流中的氧浓度确定的排气燃烧质量分数；
AFRS 是所述发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wc 是基于所述进气的质量流率确定的进入到所述发动机的进气歧管中的新鲜空气流的质量；以及
Wf 是基于所述指令燃料脉冲确定的喷射燃料质量。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
监测缸内压力；
基于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲确定所述燃料的热值；以及
确定与所述燃料的热值相关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比；
其中，控制所述发动机的操作还响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的所述第一混合比和所述第二混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比和第二混合比来控制指令EGR流率。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的所述第一混合比和所述第二混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比和第二混合比来控制指令新鲜空气流率。
9.用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机配置成以压缩点火燃烧模式操作，所述方法包括：
监测缸内压力；
基于所述缸内压力和指令燃料脉冲确定所述燃料的热值；
确定与所述燃料的热值有关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比；
以及
响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制发动机的操作。
10.用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机配置成以压缩点火燃烧模式来燃烧燃料，所述方法包括：
基于缸内压力和指令发动机燃料供应来确定燃料的热值；
基于排气供料流中的氧浓度、进气的质量流率、以及指令指令发动机燃料供应来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比；
确定与所述燃料的所述化学计量空气/燃料比相关的生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比；
确定与所述燃料的热值相关的生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比；以及响应于生物柴油燃料和石油柴油燃料的所述第一混合比和所述第二混合比来控制发动机的操作。
用于操作压缩点火发动机的方法和装置
技术领域
背景技术
[0002] 本节中的阐述仅提供了与本发明有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
[0003] 包括压缩点火发动机的内燃发动机使用的燃料源自于：包括石油的原料（称为石油柴油燃料）；以及包括生物源的原料（称为生物柴油燃料）的燃料。燃料供应商可能提供具有变化调配的燃料，以及石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合物。
[0004] 石油柴油燃料源自于原油的分馏，并且是通常包含每分子在8至21个碳原子之间的碳链的混合物。已知的是，生物柴油燃料是指基于植物油或基于动物脂肪的柴油燃料，其包括长链烷基（即，甲基、丙基或乙基）酯。合适的基于植物油的原料包括大豆、油菜籽和麻风树属。生物柴油燃料可通过将类脂（例如，植物油、动物脂肪）与乙醇化学反应来制得。
[0005] 燃料可以按照较低的热值（QLHV）来表征，其是每单位质量燃料的化学能含量。已知的是，不同燃料和燃料混合物具有不同热值（QLHV）和化学计量空气/燃料比，其可影响发动机操作和发动机性能。化学计量空气/燃料比是具有以质量/质量或其他合适测量来量度的比率的空气和燃料的混合物，所述比率足以实现燃料的完全燃烧，而如果燃料更多则不能实现完全燃烧。
[0006] 已知生物柴油燃料具有在大约12.46:1的化学计量空气/燃料比，而已知石油柴油燃料具有在大约14.5:1的化学计量空气/燃料比。已知生物柴油燃料具有大约0.8857 kg/L的密度，已知石油柴油燃料具有在大约0.8474 kg/L的密度。已知生物柴油燃料具有大约37.277 MJ/kg的燃料热值（QLHV），已知石油柴油燃料具有在大约42.74 MJ/kg的燃料热值（QLHV）。已知生物柴油燃料具有大约11.75%的氧含量（按重量），已知石油柴油燃料不具有氧含量。生物柴油燃料的十六烷值可不同于与已知石油柴油燃料相关联的十六烷值。已知的用于内燃发动机的燃料喷射器响应于指令而喷射燃料。至燃料喷射器的指令采用脉宽（即，开启时间）的形式。因此，喷射器输送与开启时间和燃料压力相关联的燃料量，其中燃料量以体积（例如，毫升）度量，当燃料密度已知且喷射器按照预期操作时，所述燃料量对应于燃料的质量。
发明内容
[0007] 一种用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机配置成以压缩点火燃烧模式来燃烧燃料，所述方法包括：监测内燃发动机的排气供料流中的氧气浓度、进气的质量流率、以及燃料的指令燃料脉冲。基于排气供料流中的氧气浓度、进气的质量流率以及指令燃料脉冲来确定燃料的化学计量空气/燃料比。确定与燃料的化学计量空气/燃料比相关的燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比。响应于燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机操作。
[0008] 本发明还包括以下方案：方案1. 用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机配置成以压缩点火燃烧模式来燃烧燃料，所述方法包括：
监测所述内燃发动机的排气供料流中的氧浓度、进气的质量流率、以及所述燃料的指令燃料脉冲；
基于所述排气供料流中的氧浓度、所述进气的质量流率、以及所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比；
确定与所述燃料的化学计量空气/燃料比相关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比；以及
响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作。
监测所述内燃发动机的排气供料流中的氧浓度、进气的质量流率、以及所述燃料的指令燃料脉冲；
基于所述排气供料流中的氧浓度、所述进气的质量流率、以及所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比；
确定与所述燃料的化学计量空气/燃料比相关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比；以及
响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作。
[0009] 方案2. 根据方案1所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制指令排气再循环EGR流率。
[0010] 方案3. 根据方案1所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制指令新鲜空气流率。
[0011] 方案4. 根据方案1所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比来控制指令增压压力。
[0012] 方案5. 根据方案1所述的方法，其中，基于所述排气供料流中的氧浓度、所述进气的质量流率、以及所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比包括：根据下述关系来确定所述化学计量所述空气/燃料比：其中， 是基于所述排气供料流中的氧浓度确定的排气燃烧质量分数；
AFRS 是所述发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wc 是基于所述进气的质量流率确定的进入到所述发动机的进气歧管中的新鲜空气流的质量；以及
Wf 是基于所述指令燃料脉冲确定的喷射燃料质量。
AFRS 是所述发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wc 是基于所述进气的质量流率确定的进入到所述发动机的进气歧管中的新鲜空气流的质量；以及
Wf 是基于所述指令燃料脉冲确定的喷射燃料质量。
[0013] 方案6. 根据方案1所述的方法，还包括：监测缸内压力；
基于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲确定所述燃料的热值；以及
确定与所述燃料的热值相关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比；
其中，控制所述发动机的操作还响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比。
基于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲确定所述燃料的热值；以及
确定与所述燃料的热值相关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比；
其中，控制所述发动机的操作还响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比。
[0014] 方案7. 根据方案6所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的所述第一混合比和所述第二混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比和第二混合比来控制指令EGR流率。
[0015] 方案8. 根据方案6所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的所述第一混合比和所述第二混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比和第二混合比来控制指令新鲜空气流率。
[0016] 方案9. 根据方案6所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的所述第一混合比和所述第二混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比和第二混合比来控制指令增压压力。
[0017] 方案10. 根据方案6所述的方法，其中，基于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的热值包括：根据下述关系确定对应于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲的所述燃料的热值：其中，znet 是所述缸内压力；
QLHV 是用于所述指令燃料脉冲中的所述燃料的热值；
u 是所述指令燃料脉冲；
δfuel 是燃料密度；以及
ginj 是所述喷射器标定。
QLHV 是用于所述指令燃料脉冲中的所述燃料的热值；
u 是所述指令燃料脉冲；
δfuel 是燃料密度；以及
ginj 是所述喷射器标定。
[0018] 方案11. 用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机配置成以压缩点火燃烧模式操作，所述方法包括：监测缸内压力；
基于所述缸内压力和指令燃料脉冲确定所述燃料的热值；
确定与所述燃料的热值有关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比；
以及
响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制发动机的操作。
基于所述缸内压力和指令燃料脉冲确定所述燃料的热值；
确定与所述燃料的热值有关的、所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比；
以及
响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制发动机的操作。
[0019] 方案12. 根据方案11所述的方法，其中，基于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的热值包括：根据下述关系确定对应于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲的所述燃料的热值：其中，znet 是所述缸内压力；
QLHV 是用于所述指令燃料脉冲中的所述燃料的热值；
u 是所述指令燃料脉冲；
δfuel 是燃料密度；以及
ginj 是喷射器标度。
QLHV 是用于所述指令燃料脉冲中的所述燃料的热值；
u 是所述指令燃料脉冲；
δfuel 是燃料密度；以及
ginj 是喷射器标度。
[0020] 方案13. 根据方案11所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制指令EGR流率。
[0021] 方案14. 根据方案11所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制指令新鲜空气流率。
[0022] 方案15. 根据方案11所述的方法，其中，响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制发动机的操作包括：响应于所述燃料中生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合比来控制指令增压压力。
[0023] 方案16. 用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机配置成以压缩点火燃烧模式来燃烧燃料，所述方法包括：基于缸内压力和指令发动机燃料供应来确定燃料的热值；
基于排气供料流中的氧浓度、进气的质量流率、以及指令指令发动机燃料供应来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比；
确定与所述燃料的所述化学计量空气/燃料比相关的生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比；
确定与所述燃料的热值相关的生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比；以及响应于生物柴油燃料和石油柴油燃料的所述第一混合比和所述第二混合比来控制发动机的操作。
基于排气供料流中的氧浓度、进气的质量流率、以及指令指令发动机燃料供应来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比；
确定与所述燃料的所述化学计量空气/燃料比相关的生物柴油燃料和石油柴油燃料的第一混合比；
确定与所述燃料的热值相关的生物柴油燃料和石油柴油燃料的第二混合比；以及响应于生物柴油燃料和石油柴油燃料的所述第一混合比和所述第二混合比来控制发动机的操作。
[0025] 18. 根据权利要求17所述的方法，其中，基于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲确定所述燃料的热值包括：根据下述关系确定对应于所述缸内压力和所述指令燃料脉冲的所述燃料的热值：其中，znet 是所述缸内压力；
QLHV 是用于所述指令燃料脉冲中的所述燃料的热值；
u 是所述指令燃料脉冲；
δfuel 是燃料密度；以及
ginj 是喷射器标度。
QLHV 是用于所述指令燃料脉冲中的所述燃料的热值；
u 是所述指令燃料脉冲；
δfuel 是燃料密度；以及
ginj 是喷射器标度。
[0026] 19. 根据权利要求18所述的方法，其中，基于所述排气供料流中的氧浓度、所述进气的质量流率、以及所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比包括：根据下述关系来确定所述化学计量空气/燃料比：
其中， 是基于所述排气供料流中的氧浓度确定的排气燃烧质量分数；
AFRS 是所述发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wc 是基于所述进气的质量流率确定的进入到所述发动机的进气歧管中的新鲜空气流的质量；以及
Wf 是基于所述指令燃料脉冲确定的喷射燃料质量。
其中， 是基于所述排气供料流中的氧浓度确定的排气燃烧质量分数；
AFRS 是所述发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wc 是基于所述进气的质量流率确定的进入到所述发动机的进气歧管中的新鲜空气流的质量；以及
Wf 是基于所述指令燃料脉冲确定的喷射燃料质量。
[0027] 20. 根据权利要求16所述的方法，其中，基于所述排气供料流中的氧浓度、所述进气的质量流率、以及所述指令燃料脉冲来确定所述燃料的化学计量空气/燃料比包括：根据下述关系来确定化学计量空气/燃料比：
其中， 是基于所述排气供料流中的氧浓度确定的排气燃烧质量分数；
AFRS 是所述发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wc 是基于所述进气的质量流率确定的进入到所述发动机的进气歧管中的新鲜空气流的质量；以及
Wf 是基于所述指令燃料脉冲确定的喷射燃料质量。
附图说明
其中， 是基于所述排气供料流中的氧浓度确定的排气燃烧质量分数；
AFRS 是所述发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wc 是基于所述进气的质量流率确定的进入到所述发动机的进气歧管中的新鲜空气流的质量；以及
Wf 是基于所述指令燃料脉冲确定的喷射燃料质量。
附图说明
[0028] 现将以示例的方式参考附图来描述一个或多个实施例，在附图中：图1示意性地示出了根据本发明的压缩点火内燃发动机的单个气缸的一部分；
图2根据本发明，以图线形式描绘了化学计量空气/燃料比与石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比的关系；
图3根据本发明，以图线形式描绘了燃料的热值（QLHV）（单位：每燃料质量的热量）与石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比的关系；
图4根据本发明，以图线形式示出了在单独气缸事件期间针对以围绕TDC的曲柄角度数计量的发动机旋转位置来绘制的缸内压力和比例化的燃烧质量分数；以及
图5根据本发明，以图线形式示出了在发动机操作过程中在连续燃烧循环期间比例化的指令喷射器燃料脉冲。
图2根据本发明，以图线形式描绘了化学计量空气/燃料比与石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比的关系；
图3根据本发明，以图线形式描绘了燃料的热值（QLHV）（单位：每燃料质量的热量）与石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比的关系；
图4根据本发明，以图线形式示出了在单独气缸事件期间针对以围绕TDC的曲柄角度数计量的发动机旋转位置来绘制的缸内压力和比例化的燃烧质量分数；以及
图5根据本发明，以图线形式示出了在发动机操作过程中在连续燃烧循环期间比例化的指令喷射器燃料脉冲。
具体实施方式
[0029] 现参考附图，其中所示内容仅用于描述某些示例性实施例的目的，且不旨在限制本发明，图1示意性地示出了压缩点火内燃发动机10的单个气缸12的一部分。内燃发动机10配置成以包括重复执行的进气-压缩-点火-排气冲程的四冲程燃烧循环或者任何其他合适燃烧循环操作。内燃发动机10优选地包括进气歧管14、燃烧室16、相应的进气阀17和排气阀15、排气歧管18、以及包括排气再循环（EGR）阀22的EGR系统20。进气歧管
14优选地包括空气质量流量传感器24。进气歧管14在一个实施例中可任选地包括节气门
23。发动机10在一个实施例中还包括可控涡轮增压器60。空气/燃料比传感器26配置成监测内燃发动机10的排气供料流。燃料喷射器28配置成将燃料直接喷射到燃烧室16中，该燃料与进气以及任何内部留存或外部再循环的排气相互作用以形成气缸充气。压力传感器30配置成在每个燃烧循环期间监测发动机10的多个气缸中的一个（或者优选全部）的缸内压力。描绘了单个气缸12，但是要理解的是发动机10包括多个气缸。本文所述的主题不局限于关于所述示例性发动机10的应用。
14优选地包括空气质量流量传感器24。进气歧管14在一个实施例中可任选地包括节气门
23。发动机10在一个实施例中还包括可控涡轮增压器60。空气/燃料比传感器26配置成监测内燃发动机10的排气供料流。燃料喷射器28配置成将燃料直接喷射到燃烧室16中，该燃料与进气以及任何内部留存或外部再循环的排气相互作用以形成气缸充气。压力传感器30配置成在每个燃烧循环期间监测发动机10的多个气缸中的一个（或者优选全部）的缸内压力。描绘了单个气缸12，但是要理解的是发动机10包括多个气缸。本文所述的主题不局限于关于所述示例性发动机10的应用。
[0030] 控制模块50信号连接到空气/燃料比传感器26、空气质量流量传感器24和压力传感器30。控制模块50配置成响应于操作员的指令来执行控制策略，以控制发动机10的操作从而形成气缸充气。控制模块50可操作地连接到燃料喷射器28并且指令发动机的燃料供应，所述发动机的燃料供应在一个实施例中可能是燃料脉冲，以响应于操作员扭矩请求将一定体积量的发动机燃料输送到燃烧室16中从而形成气缸充气。燃料脉冲是指令的脉宽或时间段，在此期间燃料喷射器28被指令打开以输送所述定体积量的发动机燃料。指令的脉宽结合所输送的燃料体积以及燃料密度以实现用于气缸充气的喷射燃料质量，所述气缸充气响应于操作员扭矩请求。要理解的是，老化、校准、污染和其他因素可能影响燃料喷射器28的操作，因而在响应于指令燃料脉冲所输送的燃料质量中导致变化。在指令燃料脉冲与喷射燃料质量之间的变化可能会影响气缸充气的缸内空气/燃料比。控制模块50可操作地连接到EGR阀22，以指令EGR流率从而在气缸充气中实现优选的EGR分数（fraction）。要理解的是，老化、校准、污染和其他因素可能影响EGR阀20的操作，因而导致气缸充气的缸内空气/燃料比变化。控制模块50可操作地连接到节气门23，以指令用于缸内充气的优选新鲜空气质量流率。控制模块50可操作地连接到涡轮增压器60，以指令与气缸充气相关联的优选增压压力。
[0031] 控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语是指以下各项中任意合适的一项或者以下各项中一项或多项的各种组合，所述各项为：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元（优选为微处理器）以及相关联的内存和存储器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其它合适部件。控制模块50具有一组控制算法，所述控制算法包括存储在内存（memory）中且被执行以提供期望功能的常驻软件程序指令和校准。所述算法优选在预设的循环期间被执行。所述算法例如由中央处理单元执行，并且可操作以监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入，从而执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。在持续进行的发动机和车辆操作期间，循环可以以规则间隔例如每3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒被执行。替代性地，算法可响应于事件发生而被执行。
[0032] 发动机燃料是指响应于指令燃料脉冲而喷射到燃烧室16中的燃料，并且可以采用石油柴油燃料、生物柴油燃料、或石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合物的形式。发动机燃料的特征（包括化学计量空气/燃料比、密度、热值（QLHV）、氧含量、以及十六烷值）随着石油柴油燃料和生物柴油燃料的变化的混合比而变化。如本文所述和所使用的，石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比在一个实施例中指示了在发动机燃料的总样本体积中生物柴油燃料的体积百分比。要理解的是，可采用其他合适的混合比量度来类似地起作用，例如质量/质量或摩尔/摩尔。如参考图2和图3所述的那样，发动机燃料的化学计量空气/燃料比值和热值（QLHV）都相对于石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比而线性变化。因此要理解的是，发动机16的燃烧参数和工作输出受发动机燃料的特征的影响，所述特征可取决于石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比而变化。
[0033] 图2以图线形式描绘了化学计量空气/燃料比220与石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比210之间的关系。该关系表明，在石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比增加时，即发动机燃料中生物柴油燃料的百分比增加时，化学计量空气/燃料比线性减小。因此要理解的是，根据混合比与化学计量空气/燃料比之间的线性关系，可从化学计量空气/燃料比来确定混合比。
[0034] 图3以图线形式示出了发动机燃料的热值230（QLHV）（单位：每燃料质量的热量（MJ/kg））与石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比210之间的关系。该关系表明，在石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比增加时热值（QLHV）线性减少，即混合比中生物柴油燃料的百分比增加时热值（QLHV）线性减少。因此要理解的是，根据混合比与热值（QLHV）之间的线性关系，可从热值（QLHV）来确定混合比。
[0035] 用于在气缸充气的发动机燃料中确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比的第一方法包括：通过使用空气质量流量传感器24监测进气质量流量、使用空气/燃料比传感器26监测空气/燃料比、以及监测指令燃料脉冲，来确定用于所喷射燃料质量的化学计量空气/燃料比。
[0036] 基于模型的燃烧气体分数动态特性表示如下：（1）
（2）
其中，项 和 分别表示动态的进气和排气燃烧质量分数。
（2）
其中，项 和 分别表示动态的进气和排气燃烧质量分数。
[0037] 稳态操作状况可用于分析单个气缸充气，其将方程1和方程2简化如下：（3）
（4）
其中， 是进气燃烧质量分数；
是排气燃烧质量分数；
AFRS 是气缸充气中发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wegr 是通过EGR系统20的排气流的质量，所述EGR系统包括进入到进气歧管14中的EGR阀22；
Wc 是进入到进气歧管14中的新鲜空气流的质量（在所述实施例中，通过涡轮增压器60的压缩机）；以及
Wf 是气缸充气中的喷射燃料质量。
（4）
其中， 是进气燃烧质量分数；
是排气燃烧质量分数；
AFRS 是气缸充气中发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
Wegr 是通过EGR系统20的排气流的质量，所述EGR系统包括进入到进气歧管14中的EGR阀22；
Wc 是进入到进气歧管14中的新鲜空气流的质量（在所述实施例中，通过涡轮增压器60的压缩机）；以及
Wf 是气缸充气中的喷射燃料质量。
[0038] 排气燃烧质量分数 基于用空气/燃料比传感器26测量的排气流中的氧浓度。在气缸充气中的新鲜空气质量Wc使用空气质量流量传感器24来测量并确定。气缸充气中的喷射燃料质量Wf使用燃料喷射器28的指令燃料脉冲和其它要素来确定。
[0039] 可以如下所述那样从已知混合比来计算用于发动机燃料的化学计量空气/燃料：（5）
其中，AFRS,Bx表示用于气缸充气中的发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
X 在一个实施例中是石油柴油燃料和生物柴油燃料的体积混合比，其中项X表示在燃料的总样本体积中生物柴油燃料的体积百分比；
AFRs,B100是生物柴油燃料的化学计量空气/燃料比；
δB100 是生物柴油燃料的密度；
AFRs,B0是石油柴油燃料的化学计量空气/燃料比；以及
δB0 是石油柴油燃料的密度。
其中，AFRS,Bx表示用于气缸充气中的发动机燃料的化学计量空气/燃料比；
X 在一个实施例中是石油柴油燃料和生物柴油燃料的体积混合比，其中项X表示在燃料的总样本体积中生物柴油燃料的体积百分比；
AFRs,B100是生物柴油燃料的化学计量空气/燃料比；
δB100 是生物柴油燃料的密度；
AFRs,B0是石油柴油燃料的化学计量空气/燃料比；以及
δB0 是石油柴油燃料的密度。
[0040] 方程4和方程5中的计算需要对喷射燃料质量的混合比X 的准确理解，其需要涉及喷射燃料质量的燃料密度的信息。因此，使用空气质量流量传感器24的进气空气质量流量测量结果、使用空气/燃料比传感器26的测量结果和指令燃料脉冲被用于通过关于方程5所描述的关系来确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比。然而，由于部件之间的差异、老化和其他因素的影响，在指令燃料脉冲与实际喷射燃料质量之间存在喷射器增益因素，其表示了指令燃料脉冲与实际喷射燃料质量之间的差异。
[0041] 用于确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比的第二方法包括：关于石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比确定在气缸充气中释放的热量以及对应的热值（QLHV）。在气缸充气中释放的热量用燃烧热量释放表示，并且是关于气缸充气所释放的累积热量，其对应于可由在燃烧期间产生的气缸压力（IMEP）表示的扭矩输出或负载。所释放的热量对应于气缸充气中的喷射燃料质量以及发动机燃料的热值（QLHV）。热值（QLHV）是描述了每单位质量或体积的燃料的化学能含量的燃料特定的常数。燃烧过程将发动机燃料的化学能转化为热量，其在气缸内导致了增加的温度和压力。燃烧热量释放受热值（QLHV）影响。通过燃烧过程产生的扭矩输出或负载（IMEP）也受影响。要理解的是，更大的热值（QLHV）导致在燃烧结束时释放的更大量的热量和/或导致更大的IMEP。要理解的是，更大的热值（QLHV）导致了关于喷射燃料质量所释放的更大量的热量。
[0042] 在气缸充气中的发动机燃料的热值（QLHV）涉及缸内压力。与气缸充气中的热值（QLHV）相关联的燃烧量度包括缸内燃烧压力，其可包括在发动机循环的压缩和膨胀冲程期间的气缸压力测量值以及指示平均有效压力（IMEP）。如所理解的，IMEP是对每发动机循环的压缩体积或做功的度量并且可使用压力传感器30来测量。
[0043] 所速指示平均有效压力可如下确定：（6）
其中，Vcyl 是气缸容积；以及
P 是气缸压力。
其中，Vcyl 是气缸容积；以及
P 是气缸压力。
[0044] 在时间点k的缸内温度Tk可基于压缩体积（pressure volume）和比热来计算或以其他方式确定，如下所述：（7）
其中，Tk 是在时间k 的燃烧温度；
Pk 是在时间k的燃烧压力；
V0 是在时间0（例如，下止点）的气缸体积；
Vk 是在时间k的气缸体积；以及
γ 是气缸充气中的发动机燃料的比热比，其是在恒定体积下燃料的比热与在恒定压力下燃料的比热的比，即，cv/cp。
其中，Tk 是在时间k 的燃烧温度；
Pk 是在时间k的燃烧压力；
V0 是在时间0（例如，下止点）的气缸体积；
Vk 是在时间k的气缸体积；以及
γ 是气缸充气中的发动机燃料的比热比，其是在恒定体积下燃料的比热与在恒定压力下燃料的比热的比，即，cv/cp。
[0045] 要理解的是，k可表示时间或曲柄旋转角度。
[0046] 通过该关系，可如下计算在随后时间（k+1）时在由活塞运动引起的膨胀期间的燃烧温度Texp：（8）
从时间k 至时间k+1的热量释放如下表示：
（9）
其中， 是所释放的热量；
m 是关于指令燃料脉冲的总燃料质量；
Tk+1 是在随后时间k+1的燃烧温度；
是与在随后时间k+1的燃烧温度相关联的恒定体积的情况下的指令燃料脉冲
的热容量；以及
是在随后时间k+1时在由活塞运动引起的膨胀期间与燃烧温度相关联的恒定
体积情况下的指令燃料脉冲的热容量。
从时间k 至时间k+1的热量释放如下表示：
（9）
其中， 是所释放的热量；
m 是关于指令燃料脉冲的总燃料质量；
Tk+1 是在随后时间k+1的燃烧温度；
是与在随后时间k+1的燃烧温度相关联的恒定体积的情况下的指令燃料脉冲
的热容量；以及
是在随后时间k+1时在由活塞运动引起的膨胀期间与燃烧温度相关联的恒定
体积情况下的指令燃料脉冲的热容量。
[0047] 通过方程7、方程8和方程9，在一定时间段期间燃烧的燃料量Δmf可计算如下：（10）
其中，QLHV表示关于气缸充气中的喷射发动机燃料的热值（QLHV）。
其中，QLHV表示关于气缸充气中的喷射发动机燃料的热值（QLHV）。
[0048] 图4以图线的形式示出了在单独的气缸事件期间相对于以TDC周围的曲柄角度表示的发动机旋转位置410而绘制的缸内压力420和比例化（scaled）的燃烧质量分数430，其可用于确定在单独气缸事件期间的总热量释放的百分比。缸内压力420表示在单独气缸事件的压缩和膨胀冲程期间的功。
[0049] 方程6-10提供了用于推导对与指令燃料脉冲对应的归一化热释放进行计算所用的传递函数的分析基础，其可在单独气缸事件期间被递归地计算，以及在连续气缸事件期间被递归地计算。通过除以所释放的热量的总量或除以IMEP来归一化（或标准化）所释放的热量，以去除与传感器增益因素相关联的变化（或偏差）。用于计算对应于指令燃料脉冲的归一化释放热量的传递函数表述如下：（11）
其中，z 是归一化热量释放；
c 与燃料热值（QLHV）成比例；
u 是按体积计（例如，ml）的指令燃料脉冲；
a 与燃料密度和燃料喷射器增益成比例；
d 是热量损失或机动IMEP；以及
b 是零燃料脉宽。
其中，z 是归一化热量释放；
c 与燃料热值（QLHV）成比例；
u 是按体积计（例如，ml）的指令燃料脉冲；
a 与燃料密度和燃料喷射器增益成比例；
d 是热量损失或机动IMEP；以及
b 是零燃料脉宽。
[0050] 可以执行控制策略，以便使用所监测的输入（包括气缸压力和指令燃料脉冲）来计算在气缸充气中发动机燃料的热值（QLHV）。这包括通过使气缸漏过着火从而来确定零燃料脉宽的幅值，以及使用递归最小二乘法分析来确定所测量参数（例如，气缸压力）与燃料热值之间的关系。递归最小二乘法分析技术是已知的。
[0051] 方程11的传递函数提供了在与发动机燃料的热值（QLHV）相关的气缸事件的热量释放项（znet）之间的关系，其可表述如下：（12）
其中，znet 是由气缸压力（例如，IMEP）或所释放热量的最终值所表示的热量释放项，每个都优选地在每个气缸事件确定一次；
QLHV 是用于指令燃料脉冲中的发动机燃料的热值（QLHV）；
u 是指令燃料脉冲；
δfuel 是燃料密度；以及
ginj 是喷射器标定（scaling）。
其中，znet 是由气缸压力（例如，IMEP）或所释放热量的最终值所表示的热量释放项，每个都优选地在每个气缸事件确定一次；
QLHV 是用于指令燃料脉冲中的发动机燃料的热值（QLHV）；
u 是指令燃料脉冲；
δfuel 是燃料密度；以及
ginj 是喷射器标定（scaling）。
[0052] 要理解的是，在方程12中描述的关系可包括与特定发动机应用的机械效率和/或热效率以及热量损失有关的其他标量项。在方程12中描述的关系表明，发动机燃料的热值（QLHV）可从测量的发动机参数获得，所述测量的发动机参数与诸如气缸压力（例如，IMEP）或所释放热量的最终值之类的气缸事件（znet）的热量释放（heat release）相关。因此，关于气缸事件（znet）的热量释放项可用于指示石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比。
[0053] 图5以图线的形式示出了在发动机操作期间在连续燃烧循环510上的一系列比例化燃料脉冲，其中所述比例化由轴线520表示。指令脉宽530具有1.0的额定值，指令脉宽532、536、538和540分别是指令脉宽530的120%、80%、110%和90%的计算百分比。测量参数z（例如，气缸压力）在连续燃烧循环的每个期间被测量。具有对应测量参数z0的脉宽
530表示了与气缸充气的喷射燃料质量相关联的额定或指令脉宽，其响应于操作员扭矩请求。替代性地，具有对应测量参数z0的脉宽530可以是非燃料事件。指令脉宽532、536、
538和540中的每个分别是指令脉宽530的120%、80%、110%和90%的计算百分比，具有对应气缸压力测量值z1、z2、z3和z4。脉宽534和对应气缸压力测量值z0表示了指令的零燃料脉冲，以实现气缸压力的共模抑制。从每个气缸压力测量值z1、z2、z3 和z4 中减去气缸压力测量值z0 以计算净气缸压力znet，其在递归最小二乘法分析中用在上述方程12中，以计算发动机燃料的热值（QLHV）。在一个实施例中，对指令脉宽532、536、538和540以及对应的气缸压力测量值z1、z2、z3 和z4 的递归最小二乘法分析用于产生线性函数，其具有对应于发动机燃料的热值（QLHV）的斜率。因此，当已知发动机燃料的热值（QLHV）时，使用在图3中描述的关系可确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比。然而，同样由于部件之间的差异、老化和其他因素的影响，在指令燃料脉冲和实际喷射燃料质量之间存在喷射器增益因素。
530表示了与气缸充气的喷射燃料质量相关联的额定或指令脉宽，其响应于操作员扭矩请求。替代性地，具有对应测量参数z0的脉宽530可以是非燃料事件。指令脉宽532、536、
538和540中的每个分别是指令脉宽530的120%、80%、110%和90%的计算百分比，具有对应气缸压力测量值z1、z2、z3和z4。脉宽534和对应气缸压力测量值z0表示了指令的零燃料脉冲，以实现气缸压力的共模抑制。从每个气缸压力测量值z1、z2、z3 和z4 中减去气缸压力测量值z0 以计算净气缸压力znet，其在递归最小二乘法分析中用在上述方程12中，以计算发动机燃料的热值（QLHV）。在一个实施例中，对指令脉宽532、536、538和540以及对应的气缸压力测量值z1、z2、z3 和z4 的递归最小二乘法分析用于产生线性函数，其具有对应于发动机燃料的热值（QLHV）的斜率。因此，当已知发动机燃料的热值（QLHV）时，使用在图3中描述的关系可确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比。然而，同样由于部件之间的差异、老化和其他因素的影响，在指令燃料脉冲和实际喷射燃料质量之间存在喷射器增益因素。
[0054] 因此，关于方程1-5描述的第一关系被用于从包括空气质量流量传感器24、空气/燃料比传感器26和指令燃料脉冲的输入来确定石油柴油和生物柴油燃料的混合比，其基于化学计量空气/燃料比。然而，如上所述由于部件之间的差异、老化和其他因素的影响而在实际燃料质量相对于指令燃料脉冲不同的情况下，这种燃料喷射器差异可能被处理为未知的。因此，仍未知用于气缸充气中发动机燃料的化学计量空气/燃料比AFRS的更精确求解。
[0055] 关于方程6-12描述的第二关系被用于从包括气缸压力和指令燃料脉冲的输入来确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比，其基于提取发动机燃料的热值（QLHV）。然而同样地，如上所述由于部件之间的差异、老化和其他因素的影响，在实际燃料质量相对于指令燃料脉冲不同的情况下，这种燃料喷射器差异可能被处理为未知的。因此，仍未知用于气缸充气中的喷射发动机燃料的热值（QLHV）的更精确求解。
[0056] 在持续进行的发动机操作期间，递归地确定以下两者：通过使用化学计量空气/燃料比确定的石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比；以及通过使用所释放的热量和热值（QLHV）确定的石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比。
[0057] 使用化学计量空气/燃料比确定的混合比以及使用发动机燃料所释放的热量和热值（QLHV）确定的混合比具有共同的未知要素，即，在指令燃料脉冲与喷射燃料质量之间的关系。由于在输送的实际燃料质量相对于指令燃料脉冲中的不同，所以这两种确定方法都具有有限的精度。然而，假定这两种确定方法寻求对相同混合比的求解并且这两种确定都具有相同未知的喷射器差异，那么可以协作地使用这两种确定方法以稳健地求解混合比以及喷射燃料质量。通过使用从第一和第二关系得到的信息，卡曼滤波器（Kalman filter）或其他合适分析装置可用于确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比。
[0058] 在一个实施例中，控制模块50可执行这样的控制策略，所述控制策略使用石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比结合对发动机燃料的估计的化学计量空气/燃料比来控制发动机操作。分别响应于预定关系f1、f2和f3来确定用于EGR流率的指令值（EGR_rate_cmd）、用于进气的指令值（Fresh_air_cmd）和用于涡轮增压器增压压力的指令值（Boost_cmd），所述预定关系f1、f2和f3与使用100%石油柴油燃料的喷射燃料质量（fuel_mass_cmd）和发动机速度（rpm）相关联。所述预定关系作为校准表、函数方程或其他合适发动机控制策略来执行。在操作中，喷射燃料质量（fuel_mass_cmd）通过100%石油柴油燃料的化学计量空气/燃料比（AFRs1）以及发动机燃料（其可以是石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合物）的估计化学计量空气/燃料比（AFRs2）的比率来调节。与预定关系相关联的指令值包括下述：EGR_rate_cmd=f1（rpm, （AFRs2/AFRs1）fuel_mass_cmd） （13）
Fresh_air_cmd=f2（rpm, （AFRs2/AFRs1）fuel_mass_cmd） （14）
Boost_cmd=f3（rpm, （AFRs2/AFRs1）fuel_mass_cmd） （15）
在仅具有排气氧传感器的实施例中，控制模块50可执行控制策略以确定与用于控制发动机操作的石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比相关联的参数。与石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比以及控制发动机操作相关联的参数可以是发动机燃料的估计热值（QLHV）。
Fresh_air_cmd=f2（rpm, （AFRs2/AFRs1）fuel_mass_cmd） （14）
Boost_cmd=f3（rpm, （AFRs2/AFRs1）fuel_mass_cmd） （15）
在仅具有排气氧传感器的实施例中，控制模块50可执行控制策略以确定与用于控制发动机操作的石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比相关联的参数。与石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比以及控制发动机操作相关联的参数可以是发动机燃料的估计热值（QLHV）。
[0059] 在一个实施例中，控制模块50可执行控制策略，所述控制策略使用对应于缸内压力的发动机燃料的估计热值（QLHV）来确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比，以控制发动机的操作。分别响应于预定关系f1、f2和f3来确定用于EGR流率的指令值（EGR_rate_cmd）、用于进气的指令值（Fresh_air_cmd）和用于涡轮增压器增压压力的指令值（Boost_cmd），所述预定关系f1、f2和f3与喷射燃料质量（fuel_mass_cmd）和发动机速度（rpm）相关联。所述预定关系作为校准表、函数方程或其他合适发动机控制策略来执行。在操作中，喷射燃料质量（fuel_mass_cmd）通过100%石油柴油燃料（LHV 1）的估计热值（QLHV）以及发动机燃料（其可以是石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合物（LHV 2））的估计热值（QLHV）的比率来调节。与预定关系相关联的指令值包括下述：EGR_rate_cmd=f1（rpm, （LHV 2/ LHV 1）fuel_mass_cmd） （16）
Fresh_air_cmd=f2（rpm, （LHV 2/ LHV 1）fuel_mass_cmd） （17）
Boost_cmd=f3（rpm, （LHV 2/ LHV 1）fuel_mass_cmd） （18）
在仅具有单个气缸压力传感器的实施例中，控制模块50可执行这样的控制策略，所述控制策略监测来自单个气缸压力传感器的信号输出，以及从其确定IMEP。IMEP用于确定气缸充气中所释放的热量，其可结合喷射发动机燃料质量使用，以确定发动机燃料的热值（QLHV），所述热值（QLHV）可用于确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比。因此，单个参数可用于确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比，并且基于此来控制发动机操作。多个气缸压力传感器可用于增加压力测量以及对混合比的相关确定的稳健性。
Fresh_air_cmd=f2（rpm, （LHV 2/ LHV 1）fuel_mass_cmd） （17）
Boost_cmd=f3（rpm, （LHV 2/ LHV 1）fuel_mass_cmd） （18）
在仅具有单个气缸压力传感器的实施例中，控制模块50可执行这样的控制策略，所述控制策略监测来自单个气缸压力传感器的信号输出，以及从其确定IMEP。IMEP用于确定气缸充气中所释放的热量，其可结合喷射发动机燃料质量使用，以确定发动机燃料的热值（QLHV），所述热值（QLHV）可用于确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比。因此，单个参数可用于确定石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比，并且基于此来控制发动机操作。多个气缸压力传感器可用于增加压力测量以及对混合比的相关确定的稳健性。
[0060] 控制策略能够响应于石油柴油燃料和生物柴油燃料的混合比中的变化而对其自身自动调节，以及抵消对混合估计中的其他复杂影响，例如来自喷射器的燃料输送的变化性。该控制策略允许与喷射器变化性无关地进行燃料混合估计，所述喷射器变化性对于所述两种测量值具有共同的复杂影响。
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