对柴油发动机中使用的含氧燃料的补偿的制作方法

专利名称：对柴油发动机中使用的含氧燃料的补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及对在柴油发动机中燃烧的含氧燃料的补偿。
背景技术：
柴油发动机被仔细地校准以达到强制性排放标准，但不会显著危害到燃料经济性和性能。因此，排气再循环(EGR)、燃料喷射脉冲的数量和正时、涡轮增压器增压压力以及其他发动机参数被控制以实现共存目标。控制参数的这种组合是针对标准柴油燃料确定的。为了代替化石燃料的使用，正在研发和推荐生物柴油和其他替代燃料来作为柴油燃料中的掺合剂。许多替代燃料中含有氧，即含氧燃料。一些生物柴油是含氧燃料，它们是通过使诸如植物油或动物脂肪的油与乙醇反应来制造的。一种这样的生物柴油是脂肪酸甲酯 (FAME)，例如基于芥子油、基于工业油菜籽油和基于大豆油的FAME。含氧燃料的其他示例包括乙醇和醚。含氧燃料具有低于柴油燃料的内能/能含量(energy content)，后者包含的几乎全是氢和碳，只有极少量的氧和其他元素。当在相同的工况下用含氧燃料或含氧燃料混合物直接代替柴油燃料时，发动机产生较小的功率。车辆驾驶员可通过进一步下压加速器踏板来请求更高的功率水平，从而补偿功率损失。但是，这不仅会使车辆驾驶员感受到车辆功率的损失，还由于依靠进一步下压踏板来获得期望转矩而使得排放和燃料经济性受损。在未得知燃料是含氧燃料的情况下，发动机的控制系统假定踏板被致动到较大程度意味着正被请求的转矩水平高于驾驶员实际期望的水平。EGR、涡轮增压器增压、喷射数量和正时以及其他发动机参数是基于驾驶员正请求较高转矩水平和燃料是柴油的假设而被命令的。当正被供应的燃料具有低于期望水平的内能时，基于较大的踏板致动而被命令的发动机参数对于含氧燃料来说是不合适的，其会导致增加的排放量、降低的燃料经济性、发出噪音的燃烧和/或其他不符合期望的结果。此外，通常校准柴油发动机来将能被喷射到发动机内的燃料总量限制为保持在发动机的物理设计限制内，即将峰值压力、涡轮机入口温度和/或涡轮机转速保持在部件设计限制内。当含氧燃料或柴油/含氧燃料混合物遇到这些限制且燃料喷射脉冲未被调整以解决燃料混合物中的氧含量所引起的问题时，来自发动机的峰值功率将会被降低，导致消费者的不满。与使用含氧燃料相关的另一问题由于其较小的挥发性范围而出现。一些排气后处理装置在特定温度范围内更有效率地运行。一些排气后处理装置需要一些未燃烧的或部分燃烧的燃料，以便在周期性再生过程中将收集的污染物转化至未经调节的组分。根据一些再生策略，提供后喷射燃料脉冲来引起滞后燃烧，从而增加排气温度和/或提供烃到排气流中。由于当活塞处于较低位置时后喷射脉冲在循环中延后发生，因此相当大一部分燃料喷射在汽缸壁上并且与汽缸壁上的油混合。然后活塞环将该燃料和油刮到曲轴箱油中。燃料对油的稀释消极地影响油对发动机提供润滑的能力。在一些情况下，这导致高油面，使得油溢出曲轴箱并进入发动机，这会淤塞进气并在发动机中燃烧时导致不期望的加速。一些发动机控制器估计油稀释并且至少部分基于油稀释水平推荐油变化间隔。能被用于估计油中的燃料量的因素包括在后喷射脉冲中被喷射的燃料的次数、正时和数量以及随后的发动机工况。即，在诸如要求后喷射的后处理装置的再生的事件之间，油中的一些燃料在发动机工况下蒸发，导致升高的油温。柴油燃料具有比含氧燃料相对更宽的挥发特性范围，从而柴油燃料的较轻端/成分(ends)确实蒸发。相比之下，含氧燃料具有较窄的挥发性范围， 使得很少的含氧燃料是高挥发性的，从而很少量的含氧燃料一旦被油稀释就会在随后的发动机操作中被去除。在非少量的生物柴油混合到柴油燃料中的情况下，当试图在低温下启动发动机时，生物柴油的另一潜在问题会出现。生物柴油具有较大的蜡化(wax)趋势。如果试图用过度蜡化的燃料启动，燃料喷射系统可能会受到损害。

发明内容
为了克服至少一个问题，公开了一种柴油发动机，其中基于供应至所述发动机的燃料量和空气量确定期望排气参数；根据排气传感器信号确定实际气体参数；并且当实际气体参数与期望排气参数偏离超过阈值时调整喷射到发动机中的燃料的量。所述排气参数是排气温度、空燃比、当量比、λ或排气氧浓度。排气传感器信号是排气温度传感器和排气氧(EGO)传感器中的一个。在每次发动机循环中，燃料在至少一个燃料脉冲中被喷射并且全部燃料喷射脉冲的喷射量按比例被调整。例如，在存在其中喷射了 20%的燃料的一个前喷射和其中喷射了 80%的燃料的一个主喷射并且增加了燃料量的工况下，增加量的 20%被应用于前喷射并且80%被应用于主喷射。但是，其他燃烧参数没有被调整，这些燃烧参数包括涡轮增压器增压、排气再循环量、燃料导轨压力和每个燃料喷射脉冲的喷射启动。基于在当前发动机输出水平下被喷射的燃料量除以提供所述当前发动机输出水平所需的柴油燃料的估计量来定义燃料补偿因数(FCF)。在一个实施例中，确定当前燃料箱的FCF并且该FCF被用于全部燃料喷射脉冲，直到下一次燃料补给事件为止。在一个实施例中，在燃料补给事件之后的第一次发动机启动时，FCF被重置为1或被重置为基本值。根据另一实施例，基于燃料补偿因数历史的基本值考虑了喷射器偏移。FCF被存储。在一些实施例中，调整通电时间来提供燃料量的期望增加或减少。在其他实施例中，连同通电时间一起调整燃料喷射线压力来提供该调整。根据一个实施例，公开了一种控制联接至燃料箱的柴油发动机的方法。该方法包括检测燃料箱重新填充，然后当已确定来自联接至发动机排气部分的排气氧(EGO)传感器的信号偏离基于运送至发动机的燃料和空气质量的期望信号水平超过阈值时，在燃料箱重新填充后的第一次发动机启动时调整至柴油发动机的燃料喷射脉冲。在体积基础上按比例地调节燃料喷射脉冲。调节燃料喷射脉冲包括调整每个燃料喷射脉冲的喷射结束，同时保持每个燃料喷射脉冲的喷射开始不变。确定每次燃料箱重新填充的燃料补偿因数的值，该燃料补偿因数基于在当前发动机输出水平下被喷射的燃料量除以提供所述当前发动机输出水平所需的柴油燃料的估计量；并且将燃料补偿因数的值储存在联接至发动机的电子控制单元中。基于燃料补偿因数历史确定燃料补偿因数基本值，该燃料补偿因数基本值基本上解决了联接至发动机汽缸的燃料喷射器的偏移；并且在燃料箱重新填充之后的第一次发动机启动时应用燃料补偿因数基本值。
柴油发动机具有联接至发动机排气部分的EGO传感器和联接至发动机汽缸的燃料喷射器。电联接至发动机、EGO和燃料喷射器的电子控制单元(ECU)基于与期望排气氧浓度相比的实际排气氧浓度确定FCF，并且通过FCF调整所有燃料喷射脉冲中的正常计划燃料量。ECU根据正常计划的校准值命令多个其他燃烧参数，并且其他燃烧参数至少包括 EGR速率、喷射正时的启动和涡轮增压器增压。期望排气氧浓度基于提供至发动机的空气量和燃料量并且假设燃料是柴油燃料。燃料箱联接至燃料喷射器并且与燃料箱相关的燃料传感器电联接至ECU。响应于ECU基于来自燃料传感器的信号检测到燃料箱已经被重新填充，ECU将FCF的值重置为燃料补偿因数的基本值。ECU确定燃料箱的每次重新填充的燃料补偿因数的值，E⑶储存确定的燃料补偿因数的多个值，E⑶适于与扫描工具通信，并且E⑶ 将超过燃料补偿因数阈值的燃料补偿因数的值传送至扫描工具。根据一个实施例的一个优点是通过将FCF应用于喷射脉冲，只响应于含氧燃料含量调整燃料喷射脉冲。其他燃烧参数保持不变。这大大简化了发动机的校准。此外，其允许发动机满足排放标准，同时保持燃料经济性，而对校准只有微小的改变。在不知道燃料类型的情况下基于EGO传感器或其他排气传感器确定FCF，由此省去了燃料类型传感器。


图1是柴油发动机的单个汽缸的示意图；图2、7和8是图示说明单个发动机循环的多个燃料喷射脉冲的时间线；图3是图示说明本发明的一个实施例的流程图；图4是根据本发明的一个实施例的高级控制策略；图5和6是针对若干个燃料箱重新填充的燃料补偿因数的曲线图；图9是柴油、含氧燃料和柴油/含氧燃料混合物的蜡化趋势作为温度的函数的曲线图；图10是图示说明发动机启动策略的流程图。
具体实施例方式如本领域技术人员将理解的，参照任何一幅附示说明和描述的实施例的各种特征可与其他一幅或更多幅附图中图示说明的特征结合，以形成没有明确图示说明或描述的替换实施例。图示说明的特征组合提供了用于典型应用的代表性实施例。但是，与本发明的教导一致的各种特征组合和修改对于特定应用或实施方式可能是符合期望的。图示中使用的代表性实施例一般涉及涡轮增压的四冲程、多汽缸内燃发动机。本领域的普通技术人员可认识到具有其他发动机/车辆技术的相似应用或实施方式，这些技术具有各种类型的阀门机构和阀门致动策略，其可包括机械系统、电动机械系统和/或液压系统。在图1中图示说明的代表性实施例中，发动机系统10包括具有多个汽缸的内燃发动机，由汽缸12代表，其具有相应的燃烧室14，活塞15在燃烧室14内做往复运动。本领域普通技术人员将认识到，发动机系统10包括各种传感器和致动器以影响发动机的控制。 每个汽缸12可设置有一个或更多个传感器或致动器，或发动机可设置有单个传感器或致动器。例如，每个汽缸12可包括四个换气门，包括两个进气门16和两个排气门18，每两个中只有一个在图中示出。可替换地，汽缸12可具有少到只有一个进气门16和一个排气门18，或根据期望具有多个气门。发动机可以仅包括单个发动机冷却剂温度传感器20。在图 1所示的实施例中，发动机10包括电磁或电子致动的进气门16和排气门18，它们与基于微处理器的控制器或电子控制单元(ECU) 30通信以控制气门的打开和关闭次数。其他实施例包括可替换的气门配置和使用机械、电动机械、液压、电液和/或其组合的气门致动的气门控制。E⑶30可包括与存储器管理单元(MMU)沈通信的微处理器M或中央处理单元 (CPU)。MMU沈控制在各种计算机可读存储介质观之间的数据移动并传送到达或来自CPU 对的数据。计算机可读存储介质观可包括例如在只读存储器(ROM) 32、随机存取存储器 (RAM) 34和保活存储器(KAM) 36中的易失和非易失存储器。KAM 36是持久或非易失性存储器，其可用于当CPU M断电时储存各种操作变量。计算机可读存储介质观可使用若干已知存储器装置中的任意一种来实现，例如PR0M(可编程只读存储器)、EPR0M(电PR0M)、 EEPROM(电可擦除的PR0M)、闪存或能够存储数据的任何其他电、磁、光或其组合的存储器装置，这些数据中的一些代表可执行指令，CPU M使用这些指令来控制发动机或装配有该发动机的车辆。计算机可读存储介质28也可包括软盘、⑶-ROM、硬盘等。CPU M经由输入/输出(I/O)接口 38与各种发动机/车辆传感器和致动器通信。接口 38可被实施为单个集成接口，其提供各种原始数据或信号的调节、处理和/或转换、短路保护等。可替换地，在特定信号被提供给CPU M之前，一个或更多个专用硬件或固件芯片可用于调节和处理这些特定信号。在CPU M的控制下通过I/O接口 38可被直接或间接致动的参数、系统和/或部件的示例是燃料喷射正时、速率和持续时间、节气门位置、进气门/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(FEAD)部件(诸如交流发电机、空调压缩机等)。通过I/O接口 38与输入通信的传感器可用于指示例如涡轮增压器增压、曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮转速(WS1、WS2)、车辆速度(VSS)、冷却剂温度(ECT)、进气歧管压力(MAP)、加速器踏板位置(PPS)、点火开关位置(IGN)、节气门位置(TP)、空气温度(TMP)、排气氧(EGO)或其他排气组分浓度或存在性(presence)、进气流量(MAF)、变速器传动比(PRN)、变速器油温(TOT)、变速器涡轮转速(TS)、转矩转换器离合器状态(TCC)、减速或换挡模式(MDE)。在柴油机应用中，常见的是EGO传感器是宽域氧传感器，也可被称为 UEGO(通用排气氧)或LEGO(稀排气氧)传感器，而不是通常用于汽油发动机中的标准双级传感器。在又一可替换实施例中，柴油发动机可使用组合NOx/宽域O2传感器。为了简明， 该传感器在下文被称作EGO传感器，应理解该EGO传感器是任何氧传感器，其可以是也可以不是加热型传感器，能够测量稀薄环境中的氧浓度，并且也能够测量富集环境中的氧浓度。一些控制器结构不包含MMU 26。如果不使用MMU 26，则CPU M管理数据并且直接连接至ROM 32,RAM 34和KAM 36。当然，可使用多于一个CPU M来提供发动机控制，并且取决于具体应用，ECU 30可包含联接至MMU 26或CPU 24的多个ROM 32、RAM 34和KAM 36。发动机系统10包括排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器具有通过共用轴106机械联接至涡轮104的压缩器102。排气旁通通道114基于涡轮旁通阀116的位置围绕涡轮增压器涡轮104选择性地重新引导来自汽缸12的排气流，涡轮旁通阀116的位置由E⑶30 响应于至少一个发动机和/或环境操作参数控制。在操作中，取决于压缩器旁通阀112的位置，引入的空气被引导通过涡轮增压器100的压缩器102和/或旁通通道110。通过压缩器102的进气被增压至高于大气压的压力，且压缩器102经由轴106被通过涡轮104的排气驱动。被增压的进气流通过流过中间冷却器(I/C)120而被冷却。来自中间冷却器120和/或旁通通道110的进气经由总体标记为参考数字52的进气歧管被分配到多个汽缸12。系统10可包括质量空气流量(MAF)传感器M，或提供表明吸入或引入的空气流量的相应信号至ECU 30的其他空气流量传感器。 节气门56或其他空气流量控制装置可用于调节空气流量和控制进气道50内的歧管压力， 从而与喷射正时和喷射量协作控制发动机转矩至期望的输出转矩。节气门56被适当的致动器58电子控制。节气门位置传感器60提供表明节气门56的实际位置的反馈信号至ECU 30，从而对节气门56实施闭环控制。驾驶员对转矩的请求是基于加速器踏板46的位置确定的。踏板位置传感器68提供表明加速器踏板46的位置的信号至ECU 30。歧管绝对压力(MAP)传感器70用于提供表明歧管压力的信号至E⑶30。流过进气歧管52的空气通过一个或更多个进气门16的适当控制进入燃烧室14。取决于具体应用和实施方式，可通过使用电磁致动器72、74、使用常规凸轮轴装置、使用可变凸轮轴正时装置或使用它们的组合来控制进气门16和排气门18的正时、启用和停用。曲轴(没有具体示出)的旋转位置信息可由邻近联接至曲轴的齿轮82设置的曲轴位置传感器80提供。曲轴位置传感器80可用于产生一信号(PIP)，该信号由E⑶30使用以致动燃料喷射器，从而提供期望的燃料脉冲宽度和一个或更多个喷射事件的喷射启动。 在一个实施例中，ECU 30内的专用集成电路芯片用于调节/处理由位置传感器80产生的原始旋转位置信号并且针对每个汽缸的每次燃烧循环输出一次信号(PIP)，即对于八汽缸发动机，控制逻辑在每次燃烧循环中产生八个PIP信号以便使用。曲轴位置传感器80还可用于确定发动机旋转速度和用于基于绝对、相对或差分发动机旋转速度识别汽缸燃烧。在一些实施例中，排气温度传感器89设置在排气歧管62中。该传感器可以是恒温器、电热调节器或任何其他适当的传感器类型。取决于具体应用，排气歧管62中的EGO 传感器90提供信号至ECU 30，由该信号确定排气空燃比或排气化学计量的其他测量值。在一些实施例中，EGO传感器91在进气歧管50中设置在EGR进入进气歧管50处的下游的某位置处。排气在被排放到大气之前流过排气歧管62、一个或更多个涡轮104和一个或更多个排气后处理装置92。可替换地和/或可附加地，EGO传感器可位于涡轮104之后和后处理装置92的上游和/或下游。燃料从燃料箱100经由一个或更多个燃料泵101被供送到燃料喷射器98 (在图1 中仅示出一个)。在柴油机应用中，常见的是使提升泵供应燃料至高压泵以获得期望的极高喷射压力(泵没有单独示出)。共轨系统具有在燃料泵和喷射器之间的燃料导轨(在图 1中未示出，因为仅图示出一个汽缸)。燃料导轨抑制由泵引起的压力脉冲和由联接至燃料导轨的其他喷射器的打开/关闭引起的压力脉冲。燃料导轨的抑制作用有助于降低至喷射器的压力并对喷射到汽缸内的燃料量提供更好的控制。燃料喷射器98根据ECU 30的命令在一个或更多个喷射事件中喷射一定量的燃料量。可基于(多个)喷射的燃料脉冲宽度、 燃料供应管道中的压力(由燃料压力传感器96测量)和燃料喷射器98的特性(例如孔的数目和尺寸)估计供应的燃料量。来自燃料压力传感器96的信号被提供至ECU 30。在图1所示的实施例中，燃料传感器97设置在燃料箱100中。基于由传感器97 确定的燃料箱100中的燃料水平，可以确定燃料箱100是否已经补给了燃料。在可替换实施例中，邻近燃料箱100设置有门(未示出)。设置有门传感器。当检测到门已经打开时， 假定燃料箱已经被补给了燃料。控制NOx生成的重要因素是提供适当量的排气到发动机进气中。提供排气再循环 (EGR)系统以将排气从发动机排气通过EGR管86传导到发动机进气中。在图1中，只示出 EGR管86的两部分，一部分连接至位于涡轮104下游的发动机排气，一部分连接至位于压缩机102上游的发动机进气部分。设置在EGR管86中的EGR阀88控制EGR流。为了保持低燃烧温度以便降低NOx的产量，常见的是提供由EGR冷却器旁通阀(在图1中未示出)控制的EGR冷却器。在可替换实施例中，EGR在涡轮104上游的位置被取自排气，并且在压缩机102下游的位置被提供到进气中。EGR阀88的位置是由E⑶30控制的。在又一实施例中，两个EGR路径分别在涡轮104上游和下游收集EGR，且分别在压缩器102的下游和上游返回。在某些工况下，节气门56部分关闭以提供进气抑制，从而使得排气从排气流向进气部分。在一些实施例中，额外的节气门(未示出)设置在压缩器上游以引起排气从排气流向进气部分。或者，排气节气门(未示出)可部分地关闭以驱动从排气到进气部分的气流。继续参考图1，车辆显示器122被联接至E⑶30。车辆显示器122可包括车速表、 燃料水平表、燃料经济性指示器、报警指示器和/或用户输入按钮。ECU 30可由服务技师联接至扫描工具124。如下面将描述的，具有多于推荐量的含氧量的燃料可被提供到燃料箱 100中。遇到的最大FCF水平或估计的含氧量可被下载至扫描工具。这些信息在诊断可能出现的服务问题中可能是有用的。图2中示出一个汽缸中的一个汽缸循环期间的多个喷射事件的时间线。图2中所示的示例示出两个前喷射脉冲150、152、一个主喷射脉冲巧4和一个后喷射脉冲156。通常提供一个或更多个前喷射来控制排放和燃烧噪音。一个或更多个后喷射可调节排气，以便 (多个)后处理装置以高效率运行或以便控制微粒排放。图2中的实线示出根据一个示例的喷射脉冲的基线设置，即燃烧柴油燃料的具体发动机工况。每次喷射间隔中喷射的燃料量与施加到喷射器的通电时间(ET)的长短有关，即ET1、ET2、ET3和ET4。燃料喷射量响应于含氧燃料而增加。根据本发明的一个实施例，燃料喷射量成比例地增加。例如，如果第一脉冲中喷射10mg，且在第二脉冲中喷射20mg，并且燃料由于含氧燃料混合物代替柴油燃料而增加5%，则第一脉冲的ET增加以便喷射10. 5mg，且第二脉冲的ET增加以便喷射21mg。 ET的这种增加在图2中用虚线示出。根据本发明的另一实施例，每个脉冲的喷射启动(SOI) (S0I1、S0I2、S0I3和S0I4)保持与脉冲的延长一致，脉冲的延长是通过延迟喷射终点得到的，补偿的ET在图2中示为ETl_c、ET2_c、ET3_c和ET4_c。每个喷射脉冲中喷射的燃料的增加可仅通过增加ET来完成。在可替换实施例中，可增加在燃料喷射器上游侧的燃料压力以便即使含氧燃料也接近保持不变。在又一实施例中，可采用增加ET和增加燃料压力的组
I=I O图3示出根据本发明的实施例的流程图。一旦发动机在170处启动，则确定其是否是自方框172中的补给燃料事件后的第一次发动机启动。可通过燃料表传感器、燃料箱上的加油盖打开或任何适当的方式确定补给燃料。如果是这样，则控制程序进行至174处， 在此燃料补偿因数(FCF)被设定为1. 0，这对于柴油燃料是合适的水平。如果燃料是100% 的柴油燃料的话，则FCF等于补偿后的燃料质量除以期望的燃料质量。所有其他的发动机燃烧参数如EGR速率和喷射正时启动都根据当前发动机转速和基于加速器踏板位置确定的驾驶员要求来设定。如果方框172中是否定的结果，则控制程序进行至方框176处，在此确定之前是否已经针对当前燃料箱确定了 FCF因数。如果方框176中是肯定结果，则控制程序进行至方框178处，在此所确定的FCF被用于当前燃料箱的剩余部分。也就是说，直到燃料箱被再加燃料为止，FCF不会再变化。如果相反，方框176中是否定结果，则控制程序进行至方框180以确定实际EGO传感器信号是否等于期望EGO传感器信号。如果不是，则控制程序进行至方框182处来调整喷射器ET和/或燃料压力，以便实际EGO信号接近期望信号。基于方框176中的否定结果(即当燃料箱的FCF还未确定时)也进入判决方框180。 此外，还可从方框174进入判决方框180。在方框174中，新燃料箱的FCF是完全未知的。 在方框180和182中，FCF被设定为1.0(或基本值)且完成新FCF的习知(learning)。一旦已经确定实际EGO传感器信号充分接近期望EGO传感器信号(在预定误差内)，则控制程序从方框180进行到方框184，在此确定当前燃料箱的FCF。该FCF适用于燃料箱的剩余部分。在图3中，在方框184中确定FCF是作为方框180中的单个肯定事件的结果出现的。但是，为了提高精确度，在方框180中进行的实际和期望EGO信号之间的比较可在工况范围内重复执行。因此，虽然图3中示出方框180中的单个肯定结果以引起FCF的确定，但是在发动机工况的范围内可以多次确定FCF，基于对FCF的多次测量得到最终的FCF，这样的实施例也可以被包括在本发明的范围内。根据本发明的实施例调整燃料以补偿含氧燃料的优点在于只需要调整ET。其他发动机校准参数保持相同。该方法比针对多种类型含氧燃料且根据混合到柴油燃料中的含氧燃料的含量确定发动机系数的完全校准值简单得多。此外，该方法依赖于确定燃料中的含氧燃料的类型。图4中示出简化的控制策略。方框190中的加速器踏板位置用于在方框191中确定驾驶员期望转矩。在方框192中确定提供该转矩所需的燃料量。在方框192中假设燃料是柴油燃料。在方框194中，根据在方框191中确定的期望转矩和方框193中的当前发动机转速确定燃烧参数。这些燃烧参数可包括EGR速率、燃料导轨压力、涡轮增压器增压、喷射数量(除主喷射之外还包括前喷射和后喷射的数量)、每个喷射的喷射启动(SOI)正时以及每个燃料喷射(除了主喷射外的例如(多个)前喷射)脉冲中的燃料量。基于总共要求的燃料，主脉冲的燃料量是通过用总共要求的燃料量减去除主脉冲之外的喷射脉冲的喷射量而在方框195中确定的。在方框196中针对FCF调整每个脉冲中的实际燃料量。该基于FCF的调整对应于当已经确定了当前燃料箱的FCF的情况。如果FCF还没有被确定，则代之命令执行习知程序。当前燃料导轨压力影响应当被命令施加给喷射器以提供期望量的 ET。因此，燃料导轨压力197和方框196中的实际燃料量被一起输入到方框198。在方框 198中，确定每个喷射脉冲的ET.在以上讨论中，确定了术语“燃料量”。FCF在上文是根据燃料质量定义的。在质量基础上控制燃料是符合期望的。但是喷射器是在体积基础上提供燃料的。在一些实施例中，燃料密度是未知的。假设燃料密度是不变的，即不取决于燃料类型。该假设会导致非常小的误差，因为柴油燃料和典型含氧燃料的密度彼此差别非常小。因此，在没有测量燃料密度的这种实施例中，燃料是在体积基础上被控制的。因此，基于质量比的FCF等于基于实际与期望的体积比确定的FCF。在确定了密度的实施例中，可进行适当的校正。虽然喷射的燃料体积与ET大体线性相关，但是由于喷射器动力学的原因会存在偏差。喷射器特性是已知的并且喷射的燃料体积是基于ET和燃料导轨压力确定的。相反，可基于期望燃料体积和燃料导轨压力确定ET。在图5中，示出随燃料箱填充次数变化的FCF的示例，其中FCF的起始值为1. 0。 由于喷射器中的破损、喷射器沉积物轻微阻滞通过喷射器的流动、喷射器阀座磨损和压电堆叠老化，已知喷射器特性会偏移。FCF6即第六燃料箱的FCF大约为1. 04且与表明第六燃料箱包含一些含氧燃料的先前FCF值完全不相似。针对随后的燃料箱填充的FCF7也有一些含氧燃料，因为添加的燃料与燃料箱六留下的剩余燃料混合。对于燃料箱13到18，燃料喷射器偏移至具有略高于1的FCF。FCF19特别高，表明可能比为发动机推荐的更多的含氧燃料被混合到燃料中。但是，FCF19使得该调整对第19号燃料箱中的燃料是合适的。燃料箱重新填充观和四表明使用含氧燃料，而燃料箱重新填充30具有表明高于推荐值的含氧燃料水平的FCF。在一个实施例中，为每个燃料箱确定的FCF被储存在存储器中以便可确定FCF的趋势，例如曲线200。FCF6和FCF7偏离趋势曲线200的程度超出由正常喷射器偏移可解释的量。在一个实施例中，用于调整燃料喷射持续时间的FCF被设置为趋势曲线 200的近似值，称为基本FCF。例如，燃料箱20的基本FCF值大约为1. 01。可替换地，基本 FCF被设置为1.00，而不进行偏移调整来遵循FCF的历史数据的趋势。在一个替换实施例中，所有燃料箱的FCF被储存在存储器中。在另一实施例中，只保留了这些数值的子集，例如基本FCF值和最大FCF值。在一个实施例中，表明已经超出燃料中的最大含氧燃料量的FCF被储存在存储器中。参考图4，燃料箱19和30中的FCF的值超过FCF的推荐最大值。在一个实施例中，可提供报警信息给车辆驾驶员以表明燃料箱中的燃料超过含氧燃料的推荐最大浓度。对燃料混合物中含氧燃料的含量的估计可基于FCF。暗含的假设是使用的含氧燃料的类型。基于该假设，含氧燃料含量与FCF之间的联系可被用于提供对燃料混合物中的含氧燃料含量的估计。如果通过例如将信息传递至ECU的精确填充泵或通过燃料传感器得知正使用的含氧燃料的类型，则作为替代可使用FCF与具体含氧燃料的含氧燃料百分比之间的关系。可确定和跟踪不适当地高水平的含氧燃料以在维修操作中帮助诊断问题。该信息也可被传递至制造商中心数据库来跟踪已超出限值的车辆，从而确定是否存在导致保修(warranty)问题的燃料源。在图6中，更详细地示出随填充次数变化的FCF的另一示例。假定全新发动机在工厂被填充柴油燃料并且FCF被设置为1. 0。在图6的示例中，燃料箱2和3也用柴油燃料填充。FCF最初设置为1.0。由于喷射器中断(break in)或其他因素，喷射器偏移且FCF从 1. 0轻微调整，直到确定了燃料箱的FCF，随后FCF保持不变，直到燃料箱被重新填充。第三次重新填充(第四燃料箱)包含含氧燃料。FCF被立即设置为1.0，即使先前燃料箱的FCF 稍微大于1.0。立即确定期望和实际EGR传感器读数有偏差。因此，FCF迅速增加从而使这二者相等。调整一段时间之后，燃料箱4的FCF被确定且对于该燃料箱的其余部分保持不变。燃料箱5是柴油燃料，但与剩余在先前燃料箱中的含氧燃料混合。第四次重新填充后的FCF最初被设置为1.0，并且在一段习知时间之后被调整为确定的FCF。可替换地，燃料箱重新填充后，FCF可被重置至基于趋势确定的FCF的基本值(例如图5中示出的)。参考图7，示出具有高水平的含氧燃料的示例，其中ET 210、212、214和216被显著地延长了。ET 214与216重叠，如重叠部分218所示。在图6中，示出本发明的一个实施例，其中喷射启动只针对将与前一喷射重叠的喷射脉冲而被延迟。对于在图5中示出的示例，如果喷射启动保持不变，则第四喷射脉冲2 被设置为在第三喷射脉冲2M结束之前发生。在这种情况下，第四喷射2 被控制为在第三喷射脉冲224结束之后的最小延迟时间段218后才开始。该最小延迟时间段可以是对喷射器的硬件限制。一个替换实施例是保持喷射脉冲之间的相同停留时间(dwell)。柴油和生物柴油燃料在充分低的环境温度下会开始蜡化。一种含氧的生物柴油具有更大的趋势来凝结或形成沉淀。如果当燃料凝结得太厉害时试图启动发动机，则燃料喷射系统可能被损坏。在图9中，绘制出针对柴油燃料、生物柴油和一种大约50/50混合的混合物来说蜡化趋势随温度的变化图。柴油燃料在极低的温度下会蜡化，但在大部分温度下不会出现这种趋势。但是纯生物柴油在常见温度下会蜡化。因此，应当避免在某些气候下使用没有辅助燃料加热器的100%生物柴油。具有高于特定水平的生物柴油含量的燃料也可能引发问题。FCF可用于估计燃料中的生物柴油量，以检测潜在的蜡化问题。在图10中，示出防止损坏燃料系统的算法。当在240处车辆驾驶员试图启动车辆时，控制程序进行至判决方框对2，在此处确定FCF是否大于阈值FCF。FCF提供对混合物中生物柴油量的估计，且因此提供对蜡化趋势的指示。如果先前确定的FCF小于阈值FCF，则在方框M4中允许发动机启动。如果FCF大于阈值，则控制程序进行至方框M6，在此处将燃料系统中的温度与蜡化趋势太大时的温度(第一阈值温度，Tthl)进行比较。在图10的实施例中的第一阈值温度是FCF的函数。在可替换实施例中，蜡化温度被设置为常数，即不是FCF的函数。如果燃料系统温度高于第一阈值温度，则在方框244中允许发动机启动。如果燃料系统温度低于第一阈值温度，则在方框M8中防止发动机启动，且向驾驶员提供报警信息、光信息、口头信息、被点亮的长划线符号(dash symbol)和/或嘟嘟的警报声。根据图10中的实施例，驾驶员可选择通过按压控制板上的按钮或其他输入来超控(override) 警报和对燃料喷射系统的风险损坏。在一个实施例中，超控需要驾驶员了解启动超控的风险。控制程序进行至方框250，在此处确定驾驶员是否已启动超控。如果没有，则控制程序返回至方框248并保持发动机不能运行的现状。如果检测到超控，则控制程序进行至判决方框252，在此处将燃料系统温度与第二阈值温度进行比较，其中第二阈值温度是FCF的函数。第二阈值温度总是低于第一阈值温度。如果燃料系统温度不低于第二阈值温度，则尝试启动，可将再次提醒驾驶员该尝试的结果，并且可储存超控状况的影响以用于扫描工具的诊断。也就是说，这些信息对于诊断燃料系统问题可能是有用的。如果燃料系统温度低于第二阈值温度，则发动机保持不能运行，直到燃料系统温度达到提供判决方框252中的否定结果的必要温度。可能的是，在当天内随后环境温度较高时，可尝试重新启动发动机。 或者，驾驶员可采取措施来预热燃料系统，例如运行适当的加热器或通过将车辆推或拉到被加热的车库内。这两个阈值温度大致为如下两个温度可能发生对燃料系统的损害时的温度(第一阈值)以及对燃料系统的损害几乎一定会发生时的温度(第二阈值)。使发动机不能运行通常是不符合期望的。但是，在温度低于第二阈值的情况下，发动机将无论如何不能运行，因为燃料系统的高度蜡化会带来燃料系统被损害的额外不利后果。优选在引起对喷射系统的损害之前使车辆不能运行。在介于第一和第二阈值之间的温度下，关于损害是否会发生存在不确定性。在确定FCF的过程中存在不确定性和测量不准确性。然后，基于关于混合到柴油燃料中的含氧燃料的类型的假设，估计生物柴油的含量。因此，在介于阈值之间的温度下，如果驾驶员处于不能启动发动机带来的消极后果大于燃料系统损害的潜在可能性的处境中，则允许驾驶员冒着损害燃料系统的危险进行尝试。燃料系统温度可直接测量、基于其他温度估计(例如发动机冷却剂温度和关于燃料系统温度如何对应于发动机冷却剂温度的热传递模型)或使用其他适当的模型估计。只有当其中已经添加太多柴油的燃料箱的FCF也有机会运行足够久来确定FCF 时，图10中的算法才会工作。通常，燃料被添加到先前已经被预热的车辆。因此，在一种情形中，当发动机被充分预热时车辆被补给燃料，之后立即重新启动。燃料系统中太多生物柴油蜡化的有害效果并没有出现，因为生物柴油被泵入温热且继续从预热的发动机接收辐射能的燃料系统中。但是，在运行具有不适当地高的生物柴油含量的燃料的过程中，燃料箱的 FCF被识别。因此，在下一次发动机启动中，例如该启动可能在寒冷的早晨且发动机系统处于环境温度下，对燃料箱的FCF的认知被用于防止发动机启动，由此防止燃料系统损坏。由于常见含氧燃料的挥发特性，油稀释受到被供应到发动机的含氧燃料量的影响。一些发动机控制器估计油稀释的水平，其中后喷射会增加油被燃料的稀释，且发动机的高温运行导致更多的挥发性燃料组分从油中蒸发。油稀释估计被用于提供关于何时应当更换油的估计。通过将FCF用作被使用的含氧燃料量的指示器，改进对燃料稀释的估计，且因此改进对何时应当更换油的估计。含氧燃料与柴油燃料相比产生较低水平的微粒物质。因此，使用的含氧燃料越多， 柴油微粒过滤器(可以是图1中的后处理装置92中的一个)加载得越慢。通常，收集在柴油微粒过滤器中的含碳微粒物质在再生事件中被周期性地燃烧。尽可能不频繁地进行再生是符合期望的，因为它们导致燃料经济性的降低。此外，当在已填满但不是太满的过滤器上进行再生时，该再生是更有效的。对柴油微粒过滤器中的碳烟量的估计的精确性可通过基于FCF估计在发动机中燃烧的含氧燃料量而得到改进。改进的精确性允许延迟再生，直到柴油微粒过滤器被适当地填满。由于含氧燃料的氧含量，所以含氧燃料的内能少于柴油燃料。在设置有燃料经济性读出器的车辆中，例如以英里每加仑(mpg)为单位，当含氧燃料用作表明车辆的问题而不是表明使用具有较低内能的燃料的后果时，车辆驾驶员可了解到以mpg为单位的较低读数。为了至少部分地解决这个问题，根据本发明的一个实施例，显示有效mpg而不是实际 mpg。有效mpg修正燃料的较低内能，以便mpg读数可被解释为由驾驶循环、驾驶员习惯和环境状况确定而不是由燃料选择确定。有效mpg是实际mpg除以FCF。如果调整FCF以解决喷射器偏移，补偿喷射器偏移的调整量被从FCF中去除。因此，在该实施例中，计算有效 mpg时使用的FCF是被确定小于FCF基本值的FCF。在FCF基本值保持为1的实施例中，不进行这样的调整。虽然已经详细描述了最佳模式，但本领域技术人员将认识到在所附权利要求范围内的各种可替换设计和实施例。虽然已经将一个或更多个实施例描述为提供优点或相对于其他实施例和/或相对于背景技术在一个或更多个期望特性方面是优选的，但本领域技术人员将认识到可对各种特征进行折中以实现期望的系统属性，这取决于具体应用或实施方式。这些属性包括但不限于成本、强度、耐用性、寿命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、 适用性、重量、可制造性、易安装性等。例如，使一大组传感器提供对车辆配件状态的准确评估可能是符合期望的。但是，为了保持期望的成本结构，可通过从较小组的传感器数据推断而确定一些附属量的令人满意的估计。被描述为相对于其他实施例在一个或更多个特性方面较不符合期望的实施例未在本发明所要求保护的范围之外。
权利要求
1.一种用于操作内燃发动机的方法，其包括基于供应至所述发动机的燃料量和空气量确定期望排气参数；根据排气传感器信号确定实际气体参数；以及当所述实际气体参数与所述期望排气参数偏离超过阈值时调整喷射到所述发动机中的燃料的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述排气参数是以下参数中的一个排气温度、空燃比、当量比、λ、排气氧浓度；并且所述排气传感器信号是排气温度传感器和EGO传感器中的一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在每次发动机循环中，燃料在至少一个燃料脉冲中被喷射并且全部燃料喷射脉冲的喷射量成比例增加。
4.根据权利要求1所述的方法，其中调整燃料喷射包括成比例地调整每个燃料喷射脉冲中喷射的燃料量；并且至少一个其他发动机燃烧参数被保持不变。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述发动机燃烧参数可以是以下参数中的一个 涡轮增压器增压、排气再循环量、燃料导轨压力和每个燃料喷射脉冲的喷射启动。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于在当前发动机输出水平下被喷射的燃料量除以提供所述当前发动机输出水平所需的柴油燃料的估计量来确定燃料补偿因数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述燃料喷射被分为至少两个喷射脉冲，所述方法进一步包括将所述燃料补偿因数应用于全部燃料喷射脉冲，直到下一次补给燃料事件为止；以及在补给燃料事件之后的第一次发动机启动时，应用所述燃料补偿因数的基本值，其中所述燃料补偿因数的所述基本值基于燃料补偿因数历史。
8.根据权利要求6所述的方法，其中在至少两个喷射脉冲中提供燃料，所述方法进一步包含将所述燃料补偿因数应用于全部燃料喷射脉冲，直到补给燃料事件为止；以及在补给燃料事件之后的第一次发动机启动时设置所述燃料补偿因数。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在一段发动机运行时间段中执行对喷射的燃料的量的调整；在发动机运行该段时间段之后确定燃料补偿因数，所述燃料补偿因数基于在当前发动机输出水平下被喷射的燃料量除以提供所述当前发动机输出水平所需的柴油燃料的估计量；当确定了当前燃料箱的所述燃料补偿因数时停止该调整；用所确定的所述燃料补偿因数乘以每个脉冲中喷射的燃料量；以及保持至少一个燃烧参数不变，其中所述燃烧参数包括涡轮增压器增压、排气再循环量、燃料导轨压力和每个燃料喷射脉冲的喷射启动。
10.根据权利要求1所述的方法，其中调整燃料喷射至少部分是通过调整燃料供应压力来提供的。
全文摘要
本发明涉及对柴油发动机使用中的含氧燃料的补偿。为了部分代替柴油发动机中的化石燃料的使用，含有氧的燃料如生物柴油被建议作为柴油燃料中的混合剂。可以确定用于控制EGR速率、燃料喷射脉冲的正时和数量、涡轮增压器增压等的发动机校准系数，来补偿这些含氧燃料混合物相比于柴油燃料的较低内能。根据本发明的一个实施例，多个喷射脉冲中的每一个的燃料量被成比例地增加来补偿含氧燃料的影响。响应于新燃料箱来执行对燃料喷射量的调整并且该调整被应用于该燃料箱。可基于在当前工况下与期望柴油燃料量相比的实际喷射燃料量确定燃料补偿因数(FCF)。
文档编号F02D41/38GK102337978SQ20111020824
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者C·W·维吉尔德, D·G·库赫尔, E·库尔茨, 易建文 申请人:福特环球技术公司