HCCI发动机系统中燃料喷射器的诊断系统和方法
阅读：1034发布：2020-05-28
专利汇可以提供HCCI发动机系统中燃料喷射器的诊断系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及HCCI 发动机 系统中 燃料 喷射器的诊断系统和方法。具体地，提供了用于均质充量 压缩点火 HCCI发动机的发动机控制系统，其包括燃料喷射器 温度 确定模 块 和燃料喷射器控 制模 块。燃料喷射器温度确定模块当HCCI发动机在HCCI燃烧模式下操作时基于第一温度模型确定燃料喷射器尖端的温度，并且当HCCI发动机在火花点火SI燃烧模式下操作时基于第二温度模型确定燃料喷射器尖端的温度。燃料喷射器 控制模块 基于确定的温度和预定温度 阈值 控制燃料喷射器脉宽，其中，当确定的温度高于预定温度阈值时燃料喷射器脉宽增加。，下面是HCCI发动机系统中燃料喷射器的诊断系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于均质充量压缩点火发动机的发动机控制系统，包括：
燃料喷射器温度确定模块，其当所述均质充量压缩点火发动机在均质充量压缩点火燃烧模式下操作时基于第一温度模型来确定燃料喷射器尖端的温度，并且当所述均质充量压缩点火发动机在火花点火燃烧模式下操作时基于第二温度模型来确定所述燃料喷射器尖端的温度；以及
燃料喷射器控制模块，其基于所述确定的温度和预定温度阈值来控制燃料喷射器脉宽，其中当所述确定的温度高于所述预定温度阈值时所述燃料喷射器脉宽增加。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃料喷射器确定模块当所述均质充量压缩点火发动机正在燃烧模式之间进行过渡时基于第三温度模型来确定所述燃料喷射器尖端的温度。
3.如权利要求2所述的发动机控制系统，其特征在于，其中所述第一温度模型包括第一温度范围，其中所述第二温度模型包括第二温度范围，其中所述第三温度模型包括第三温度范围，其中所述第一温度范围和所述第三温度范围的一部分小于所述第二温度范围，其中所述第一温度范围的一部分小于所述第三温度范围。
4.如权利要求2所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃料喷射器温度确定模块基于到所述燃料喷射器的燃料流量和所述第一温度模型、所述第二温度模型和所述第三温度模型中的一个来确定所述燃料喷射器尖端的温度。
5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃料喷射器控制模块基于所述确定的温度和多个温度阈值来控制所述燃料喷射器脉宽。
6.如权利要求5所述的发动机控制系统，其特征在于，所述多个温度阈值中的每一个均对应于燃料密度和所述燃料喷射器的打开及关闭之一中的延迟中的一个。
7.如权利要求5所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述确定的温度高于所述多个温度阈值中的一个时，所述燃料喷射器控制模块增加所述燃料喷射器脉宽。
8.如权利要求1所述的发动机控制系统，进一步包括：
燃烧模式确定模块，其确定所述均质充量压缩点火发动机的操作模式；
其中所述操作模式是所述火花点火燃烧模式、所述均质充量压缩点火燃烧模式和在模式之间的过渡中的一个。
9.如权利要求8所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃烧模式确定模块基于节气门位置、火花塞状态和所述均质充量压缩点火发动机的汽缸压力中的至少一个来确定所述均质充量压缩点火发动机的操作模式。
10.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃料喷射器控制模块通过生成脉宽调制控制信号来控制所述燃料喷射器脉宽。
HCCI发动机系统中燃料喷射器的诊断系统和方法
技术领域
背景技术
[0002] 本文提供的背景技术描述是为了从总体上介绍本发明的背景。发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述，这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面，既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
[0003] 均质充量压缩点火(HCCI)发动机在汽缸内燃烧空气/燃料(A/F)混合物以产生驱动转矩。HCCI发动机可在不同的燃烧模式下燃烧A/F混合物。例如，在HCCI燃烧模式下，A/F混合物在被活塞压缩时可以被自动点燃(即，压缩点火)。可替代地，例如，在火花点火(SI)燃烧模式下，A/F混合物可在活塞压缩该A/F混合物之后由汽缸中的火花塞点燃。
[0004] 与SI燃烧模式相比，HCCI燃烧模式可提高发动机效率和/或燃料经济性。然而，为了减少燃烧噪声和防止发动机因与HCCI相关的过度压力增大而被损坏，HCCI操作可被限于预定的HCCI操作区域。因此，压力传感器可实施在一个或多个汽缸中并可用于监测汽缸压力，尤其是在HCCI燃烧模式期间。
[0005] HCCI燃烧模式可需要比SI燃烧模式更少的燃料。然而，HCCI燃烧模式还可能需要比SI燃烧模式更精确的A/F比控制，以便防止排放物增加和/或噪音、振动和/或声振粗糙度(NVH)的增大。更具体地，HCCI燃烧模式期间的较低峰值温度可能在燃料喷射未被精确控制时导致燃料的不完全燃烧。
[0006] 燃料的不完全燃烧可能在HCCI燃烧模式期间导致更多的一氧化碳(CO)和/或碳氢化合物(HC)之类的催化剂前排放物。例如，在HCCI燃烧模式期间，增加的CO和/或HC排放物可能分别由于不完全氧化和/或被困的裂隙气体而更多。相反地，在HCCI燃烧模式期间，不充分的燃料可能在燃烧期间导致增加的汽缸压力，其可能导致增加的NVH。
发明内容
[0007] 本节提供了本发明的一般概况，并不是其全部范围或所有特征的全面公开。
[0008] 用于均质充量压缩点火(HCCI)发动机的发动机控制系统包括燃料喷射器温度确定模块和燃料喷射器控制模块。燃料喷射器温度确定模块当HCCI发动机在HCCI燃烧模式下操作时基于第一温度模型来确定燃料喷射器尖端的温度，并且当HCCI发动机在火花点火(SI)燃烧模式下操作时基于第二温度模型来确定燃料喷射器尖端的温度。燃料喷射器控制模块基于确定的温度和预定温度阈值来控制燃料喷射器脉宽，其中，当确定的温度高于预定温度阈值时燃料喷射器脉宽增加。
[0009] 用于控制均质充量压缩点火(HCCI)发动机的方法包括，当HCCI发动机在HCCI燃烧模式下操作时基于第一温度模型来确定燃料喷射器尖端的温度，当HCCI发动机在火花点火(SI)燃烧模式下操作时基于第二温度模型来确定燃料喷射器尖端的温度，并基于确定的温度和预定温度阈值来控制燃料喷射器脉宽，其中，当确定的温度高于预定温度阈值时燃料喷射器脉宽增加。
[0010] 本发明还包括以下方案：
[0012] 燃料喷射器温度确定模块，其当所述均质充量压缩点火发动机在均质充量压缩点火燃烧模式下操作时基于第一温度模型来确定燃料喷射器尖端的温度，并且当所述均质充量压缩点火发动机在火花点火燃烧模式下操作时基于第二温度模型来确定所述燃料喷射器尖端的温度；以及
[0013] 燃料喷射器控制模块，其基于所述确定的温度和预定温度阈值来控制燃料喷射器脉宽，其中当所述确定的温度高于所述预定温度阈值时所述燃料喷射器脉宽增加。
[0014] 方案2.如方案1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃料喷射器确定模块当所述均质充量压缩点火发动机正在燃烧模式之间进行过渡时基于第三温度模型来确定所述燃料喷射器尖端的温度。
[0015] 方案3.如方案2所述的发动机控制系统，其特征在于，其中所述第一温度模型包括第一温度范围，其中所述第二温度模型包括第二温度范围，其中所述第三温度模型包括第三温度范围，其中所述第一温度范围和所述第三温度范围的一部分小于所述第二温度范围，其中所述第一温度范围的一部分小于所述第三温度范围。
[0016] 方案4.如方案2所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃料喷射器温度确定模块基于到所述燃料喷射器的燃料流量和所述第一温度模型、所述第二温度模型和所述第三温度模型中的一个来确定所述燃料喷射器尖端的温度。
[0017] 方案5.如方案1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃料喷射器控制模块基于所述确定的温度和多个温度阈值来控制所述燃料喷射器脉宽。
[0018] 方案6.如方案5所述的发动机控制系统，其特征在于，所述多个温度阈值中的每一个均对应于燃料密度和所述燃料喷射器的打开及关闭之一中的延迟中的一个。
[0019] 方案7.如方案5所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述确定的温度高于所述多个温度阈值中的一个时，所述燃料喷射器控制模块增加所述燃料喷射器脉宽。
[0020] 方案8.如方案1所述的发动机控制系统，进一步包括：
[0021] 燃烧模式确定模块，其确定所述均质充量压缩点火发动机的操作模式；
[0022] 其中所述操作模式是所述火花点火燃烧模式、所述均质充量压缩点火燃烧模式和在模式之间的过渡中的一个。
[0023] 方案9.如方案8所述的发动机控制系统，其特征在于，所述燃烧模式确定模块基于节气门位置、火花塞状态和所述均质充量压缩点火发动机的汽缸压力中的至少一个来确定所述均质充量压缩点火发动机的操作模式。
[0025] 方案11.一种用于控制均质充量压缩点火发动机的方法，包括：
[0026] 当所述均质充量压缩点火发动机在均质充量压缩点火燃烧模式下操作时基于第一温度模型来确定燃料喷射器尖端的温度；
[0027] 当所述均质充量压缩点火发动机在火花点火燃烧模式下操作时基于第二温度模型来确定所述燃料喷射器尖端的温度；以及
[0028] 基于所述确定的温度和预定温度阈值来控制燃料喷射器脉宽，其中，当所述确定的温度高于所述预定温度阈值时所述燃料喷射器脉宽增加。
[0029] 方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
[0030] 当所述均质充量压缩点火发动机正在燃烧模式之间进行过渡时基于第三温度模型来确定所述燃料喷射器尖端的温度。
[0031] 方案13.如方案12所述的方法，其特征在于，其中所述第一温度模型包括第一温度范围，其中所述第二温度模型包括第二温度范围，其中所述第三温度模型包括第三温度范围，其中所述第一温度范围和所述第三温度范围的一部分小于所述第二温度范围，其中所述第一温度范围的一部分小于所述第三温度范围。
[0032] 方案14.如方案12所述的方法，进一步包括：
[0033] 基于到所述燃料喷射器的燃料流量和所述第一温度模型、所述第二温度模型和所述第三温度模型中的一个确定所述燃料喷射器尖端的温度。
[0034] 方案15.如方案11所述的方法，进一步包括：
[0035] 基于所述确定的温度和多个温度阈值控制所述燃料喷射器脉宽。
[0036] 方案16.如方案15所述的方法，其特征在于，所述多个温度阈值中的每一个都对应于燃料密度和所述燃料喷射器的打开及关闭之一中的延迟中的一个。
[0037] 方案17.如方案15所述的方法，进一步包括：
[0038] 当所述确定的温度高于所述多个温度阈值中的一个时，增加所述燃料喷射器脉宽。
[0039] 方案18.如方案11所述的方法，进一步包括：
[0040] 确定所述均质充量压缩点火发动机的操作模式，其中所述操作模式是所述火花点火燃烧模式、所述均质充量压缩点火燃烧模式和在模式之间的过渡中的一个。
[0041] 方案19.如方案18所述的方法，进一步包括：
[0042] 基于节气门位置、火花塞状态和所述均质充量压缩点火发动机的汽缸压力中的至少一个来确定所述均质充量压缩点火发动机的操作模式。
[0043] 方案20.如方案11所述的方法，进一步包括：
[0044] 通过生成脉宽调制控制信号来控制所述燃料喷射器脉宽。
[0046] 此处描述的附图仅用于示出所选实施例的目的，而并不是所有可能的实施方式，也并不意图限制本发明的范围。
[0047] 图1是根据本发明的示例性均质充量压缩点火(HCCI)发动机系统的功能框图；
[0048] 图2是根据本发明的示例性控制模块的功能框图；以及
[0049] 图3是根据本发明的用于确定和补偿HCCI发动机系统中燃料喷射器温度的方法的流程图。
具体实施方式
[0050] 下面的描述实质上仅仅是示例性的，绝不意图限制本发明及其应用或使用。为清楚起见，附图中将使用相同的附图标记来表示相似的元件。用在本文中时，短语“A、B和C中的至少一个”应当解释为是指使用了非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本发明原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法中的步骤。
[0051] 用在本文中时，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适构件。
[0052] HCCI燃烧模式可能需要精确的A/F比控制来防止排放物增加和/或噪音、振动和/或声振粗糙度(NVH)的增大。过高的燃料温度可能会由于燃料密度减小的缘故而导致喷射比所希望的液体燃料更少的液体燃料。仅举例来说，温度增加100℃，可导致10％的燃料密度减小。此外，过高的燃料温度可增加喷射器线圈的温度，导致打开/关闭燃料喷射器需要更长的时间量。对由于温度导致的燃料计量变化进行补偿的过程可称作“热燃料处理”。
[0053] 例如，在直喷式(DI)发动机中，每个燃料喷射器的尖端均位于相应汽缸内。因此，每个燃料喷射器的尖端可由于在压缩和/或燃烧期间产生的热而被加热。由此，当燃料喷射器尖端具有高于特定温度阈值的温度时，可喷射比所希望的燃料更少的燃料。更具体地，由于减小的燃料密度和/或打开/关闭燃料喷射器的延迟，所以可喷射比所希望的燃料更少的燃料。比所希望的燃料量更少的燃料量可导致排放物增加和/或NVH增大。
[0054] 因此，燃料喷射器尖端的温度可模型化，然后燃料喷射器的脉宽可基于该模型化的温度来控制。例如，当燃料喷射器尖端的温度增加时脉宽可增加。然而，基于SI燃烧模式特性来使燃料喷射器的温度模型化可能导致当发动机在HCCI燃烧模式下操作时对燃料喷射器尖端温度的不精确模型化。换言之，与HCCI燃烧模式相比，在SI燃烧模式下时汽缸的热释放分布(heat release profiles)可能更高，因此在HCCI燃烧模式中时燃料喷射器尖端温度可能更低。
[0055] 例如，当在发动机在HCCI燃烧模式下操作而基于SI燃烧特性来使燃料喷射器尖端温度模型化时，更高的模型化温度可导致所喷射的比所希望的更多。过量的燃料可导致在燃烧期间燃料的不完全燃烧，其可增加一氧化碳(CO)和/或碳氢化合物(HC)这样的催化剂前排放物。可替代地，例如喷射比所希望的燃料更少量的燃料则可导致增加的汽缸压力，其可增加NVH。
[0056] 此外，燃料喷射器尖端温度可以在从SI燃烧模式到HCCI燃烧模式的过渡期间被模型化，或者反之亦然。换言之，两个模式的温度分布(temperature profiles)之间具有逐渐转变。因此，第三温度模型(此后称为过渡温度模型)可以被实施在燃烧模式之间的过渡时间段期间。例如，过渡温度模型可包括比SI燃烧模式温度模型大体上更低的温度，但是比HCCI燃烧模式温度模型大体上更高的温度。
[0057] 因此，提供了这样的系统和方法，其中基于发动机是在SI燃烧模式下进行操作，在HCCI燃烧模式下进行操作，或是在这些模式之间的过渡时间段期间进行操作，来对燃料喷射器尖端温度进行模型化。换言之，所提供的系统和方法可基于三个或更多个不同的温度模型来使燃料喷射器尖端温度模型化。例如，可应用多个不同的过渡温度模型。
[0058] 因而，所提供的系统和方法然后可基于更精确模型化的燃料喷射器尖端温度来控制燃料喷射器脉冲。仅举例来说，更宽(即，更长)燃料喷射器脉冲(即，更多液体燃料)可被应用以便对比预定温度阈值更高的燃料喷射器尖端温度进行补偿。此外，所提供的系统和方法可以防止过多的燃料喷射，从而可以导致增加的燃料经济性和/或减少的排放物。
[0059] 现在参照图1，其示出了HCCI发动机系统100的示例性实施方式。HCCI发动机系统100包括HCCI发动机102、进气口104、节气门106、TPS传感器108、MAF传感器110、进气歧管112、以及MAP传感器114。
[0060] 空气通过进气口104被吸入到HCCI发动机102的进气歧管112中，进气口104由节气门106调节。TPS传感器108可基于节气门106的相对位置(例如，范围从0％或关闭到100％或敞开)来生成TPS信号。MAF传感器110可基于进入HCCI发动机102的质量空气流量来生成MAF信号。例如，可基于来自MAF传感器110的信号确定发动机负载。MAP传感器114可基于进气歧管112内的压力生成MAP信号。
[0061] HCCI发动机系统100还包括燃料系统116、多个汽缸118、凸轮轴120、多个燃料喷射器122、点火系统124、多个火花塞126、多个汽缸压力传感器128、曲轴130、以及曲轴传感器132。
[0062] 可将进气歧管112内的空气分配给所述多个汽缸118。更具体地，凸轮轴120致动进气门(未示出)，进气门选择性地打开和关闭以使来自进气歧管112的空气能够进入汽缸118。虽然只示出了一个凸轮轴120，但可以认识到，可实施一个以上的凸轮轴(即，双顶置凸轮轴或DOHC)。另外，虽然仅示出了四个汽缸118，但可以认识到，HCCI发动机102可包括其他数量的汽缸。
[0063] 燃料系统116可将燃料供给到多个燃料喷射器122。例如，燃料系统可包括燃料箱、燃料泵和/或燃料轨。多个燃料喷射器122可将燃料直接喷射到汽缸118中。空气与所喷射的燃料混合以在汽缸118中产生A/F混合物。多个汽缸压力传感器128分别持续测量多个汽缸118内的压力。
[0064] 汽缸118内的活塞(未示出)压缩A/F混合物。在低到中等发动机负载和低到中等发动机速度时，A/F混合物在受到压缩时自动点燃。此时，HCCI发动机系统100在HCCI燃烧模式下操作。否则，在HCCI操作期间点火系统124可通过火花塞126提供火花辅助或点燃A/F混合物。此时，HCCI发动机系统100在SI燃烧模式下操作。A/F混合物的燃烧驱动活塞向下，从而驱动曲轴130并产生驱动转矩。曲轴传感器132可基于曲轴130的旋转速度(例如，以每分钟转数(或RPM)为单位)生成发动机速度信号。
[0066] 凸轮轴120还致动排气门(未示出)，排气门选择性地打开和关闭以使来自汽缸118的燃烧排气进入排气歧管134。然后，可通过排气口136迫使排气从发动机系统排出。
EBP传感器138可测量排气歧管134中排气的压力。
EBP传感器138可测量排气歧管134中排气的压力。
[0067] EGR管线140和EGR阀142还可将排气引入进气歧管112中。更具体地，EGR管线140从排气歧管134延伸至EGR阀142，而EGR阀142可安装在进气歧管112上(如图所示)。这样，EGR阀142可选择性地打开和关闭以使排气能够进入进气歧管112。例如，排气的再循环可降低峰值燃烧温度，从而可提高HCCI发动机102的效率。
[0068] 控制模块150基于驾驶员输入和各种发动机操作参数控制HCCI发动机系统100的操作。更具体地，控制模块150接收来自驾驶员输入模块160的驾驶员输入。仅作为示例，驾驶员输入模块160可以是加速踏板，驾驶员输入可对应于加速踏板的位置。
[0069] 控制模块150可控制和/或与HCCI发动机102、节气门106(即，电子节气门控制或ETC)、燃料系统116、点火系统124、以及/或EGR阀140通信。控制模块120还可接收来自TPS传感器108、MAF传感器110、MAP传感器114、汽缸压力传感器128、曲轴传感器132、和/或EBP传感器138的信号。
[0070] 现在参照图2，其更详细地示出了控制模块150。控制模块150包括燃烧模式确定模块200、燃料喷射器温度确定模块210、以及燃料喷射器控制模块220。
[0071] 燃烧模式确定模块200接收多个对应于HCCI发动机102的燃烧模式的信号。燃烧模式确定模块200基于接收到的信号来确定发动机系统100正在哪个燃烧模式下操作。换句话说，燃烧模式确定模块200可确定发动机102是在SI燃烧模式下操作还是在HCCI燃烧模式下操作。燃烧模式确定模块200还可确定发动机102是否处于这些燃烧模式之间的过渡时间段内。
[0072] 例如，在一个实施例中，燃烧模式确定模块200可接收来自TPS传感器108、火花塞126、和/或汽缸压力传感器128的信号。然而，可以认识到，其它状态信号也可用于确定HCCI发动机102的燃烧模式。
[0073] 仅作为示例，当TPS传感器108在一段时间内没有变化(即，节气门106保持打开)时，燃烧模式确定模块200可确定HCCI发动机102正在HCCI燃烧模式下操作。可替代地，仅作为示例，当火花塞126已被去激活时，燃烧模式确定模块200可确定HCCI发动机102正在HCCI燃烧模式下操作。最后，仅作为示例，当汽缸压力小于预定阈值时，燃烧模式确定模块200可确定HCCI发动机102在HCCI燃烧模式下操作。
[0074] 燃料喷射器温度确定模块210接收HCCI发动机102的模式。燃料喷射器温度确定模块210基于至少三个温度模型中的一个和燃料流量来确定燃料喷射器122中的一个的尖端的温度。仅作为示例，燃料喷射器温度确定模块210可基于三个模型中的一个确定燃料喷射器尖端温度：SI温度模型、HCCI温度模型和过渡温度模型。在一个实施例中，燃料喷射器尖端温度是基于燃料喷射(即，来自燃料喷射器122)速率以及三个温度模型(即，SI、HCCI和过渡)中的一个。然而，可认识到的是，其他信号可用于确定燃料喷射器尖端温度和/或可使用多于三个的温度模型。仅作为示例，可使用更多温度模型，其中每一个温度模型对应于不同的发动机操作范围。
[0075] 燃料喷射器控制模块220接收确定的燃料喷射器尖端温度。燃料喷射器控制模块220基于确定的燃料喷射器尖端温度和多个预定的温度阈值生成燃料喷射器控制信号。例如，燃料喷射器控制模块220可为一个或多个燃料喷射器122生成脉宽控制信号。多个预定的温度阈值可对应于不同的燃料密度和/或打开/关闭燃料喷射器中的不同延迟。换言之，确定的燃料喷射器尖端温度可高于多个预定的温度阈值中的一个或多个。因此，燃料喷射器控制模块220可生成燃料喷射器控制信号以便对燃料密度和/或打开/关闭燃料喷射器中的延迟中的变化进行补偿。
[0076] 现在参照图3，操作HCCI发动机系统100的方法开始于步骤250。在步骤252中，控制模块150确定HCCI发动机102是在SI燃烧模式下操作，或在HCCI燃烧模式下操作，或者正在模式之间进行过渡。如果HCCI发动机102在SI燃烧模式下操作，则控制方法可进行到步骤254。如果HCCI发动机102在HCCI燃烧模式下操作，则控制方法可进行到步骤256。如果HCCI发动机102正在这些燃烧模式之间进行过渡，则控制方法可进行到步骤258。
[0077] 在步骤254中，控制模块150可根据SI温度模型确定燃料喷射器尖端温度。然后控制方法可进行到步骤260。在步骤256中，控制模块150可根据HCCI温度模型确定燃料喷射器尖端温度。然后控制方法可进行到步骤260。在步骤258中，控制模块150可根据过渡温度模型确定燃料喷射器尖端温度，然后控制方法可进行到步骤260。
[0078] 在步骤260中，控制模块150可基于确定的燃料喷射器尖端温度和多个预定的温度阈值生成燃料喷射器控制信号。然后控制方法可返回到步骤252。
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