專利名稱：適應(yīng)帶可變凸輪相位器的發(fā)動(dòng)機(jī)的氮氧化物排放控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛排放控制系統(tǒng)，并特別涉及減少氮氧化物
的排放的排放控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)操作包括產(chǎn)生廢氣的燃燒。在燃燒當(dāng)中，空氣和燃 料(空氣/燃料)混合在氣缸中燃燒驅(qū)動(dòng)活塞?；钊D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)曲軸，最終 轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)或更多的凸輪軸。廢氣在燃燒中產(chǎn)生，并從氣缸中釋放進(jìn)入廢
氣系統(tǒng)。釋放的廢氣數(shù)量通過廢氣閥門的開啟和/或關(guān)閉開度來調(diào)節(jié)，所 述閥門通過耦合到凸輪軸的凸輪凸起被機(jī)械性地致動(dòng)。廢氣可能包含剩 余的氣體，例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。 排氣沖程中在氣缸中保留的廢氣，也被理解為廢氣滯留， 在接下來的燃燒沖程中燃燒增加NOx水平，而且可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)出口排 放水平。特別地，在氣缸燃燒室中保持的廢氣稀釋空氣/燃料混合物并降 低燃燒率。在一個(gè)長周期時(shí)間里，降低燃燒率導(dǎo)致燃燒室的溫度增高， 而且燃燒大量的氮氧化物降低排放物。 廢氣保留可通過調(diào)節(jié)廢氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置以改變廢氣 閥I'，的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。閥門時(shí)間確定在排氣沖程氣缸中的廢氣保留數(shù)量。
考表中。'盡管設(shè)計(jì)e差別和la件磨損能影響發(fā)動(dòng)機(jī)操作，廢氣滯留被通;
限于靜態(tài)參考表。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供控制系統(tǒng)，來調(diào)節(jié)帶凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)出
口的排放水平，所述凸輪軸聯(lián)合廢氣閥和與凸輪軸交界的凸輪相位器。
控制系統(tǒng)包括NOx傳感器，它響應(yīng)廢氣中的NOx產(chǎn)生一個(gè)NOx信號(hào)， 以及與凸輪相位器通信的控制模塊?？刂颇K接收NOx信號(hào)，而且基于 NOx信號(hào)計(jì)算廢氣中NOx水平。控制模塊比較NOx水平與預(yù)定的閾值 范圍，而且當(dāng)NOx水平超過預(yù)定的閾值范圍時(shí)調(diào)節(jié)凸輪相位器獲得一個(gè)
轉(zhuǎn)動(dòng)位置來從發(fā)動(dòng)機(jī)里釋放期望的氮氧化物?；谕馆喯辔黄鞯霓D(zhuǎn)動(dòng)位 置，當(dāng)NOx水平在預(yù)定閾值范圍之內(nèi)的時(shí)候，控制模塊存儲(chǔ)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位 置值在存儲(chǔ)裝置中。在轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸的時(shí)候，當(dāng)凸輪軸開啟廢氣閥時(shí)，凸 輪相位器的轉(zhuǎn)動(dòng)位置控制致動(dòng)時(shí)間。 在一個(gè)特征里，廢氣閥位置確定排出發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣數(shù)量。 在另一個(gè)特征里，預(yù)定的閾值范圍由上部的NOx水平值 和下部的NOx水平值確定。 還是在另一個(gè)特征里，存儲(chǔ)設(shè)備包括兩維參考表，它被預(yù) 定速度范圍(RPM)和預(yù)定空氣流量范圍(MAF)索引。 仍然在另一個(gè)特征里，根據(jù)包括在參考表里的相應(yīng)的速度 值和相應(yīng)的負(fù)載值，基于轉(zhuǎn)動(dòng)位置，控制模塊存儲(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)位置值。 仍然在另一個(gè)特征里，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在參考表里相應(yīng)的速度和 相應(yīng)的負(fù)載下操作的時(shí)候，控制模塊基于包含在參考表里的轉(zhuǎn)動(dòng)位置值 調(diào)節(jié)凸輪相位器的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。


從詳細(xì)的描述和附圖中，本發(fā)明將變得更加充分的被了 解，其中 圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功能塊表，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)依 據(jù)本發(fā)明使用NOx傳感器提供排放控制系統(tǒng)。 圖2是流程表，描迷了依據(jù)本發(fā)明由排放控制系統(tǒng)逐步執(zhí) 行的步驟。
具體實(shí)施例方式
優(yōu)選實(shí)施例的下面的描述本質(zhì)上僅^義是示例性的而且決
不打算限制本發(fā)明和它的應(yīng)用和使用。為了清晰的目的，同樣附圖標(biāo)記 將會(huì)在圖中使用來標(biāo)記類似的元件。如在這里所使用的，術(shù)語模塊表示 執(zhí)行一個(gè)或者更多的軟件或者硬件程序的特定用途集成電路(ASIC), 電子電路，處理器(共享、專用、群)和存儲(chǔ)器，組合邏輯電路和/或其 它提供描述功能的合適的組成。 現(xiàn)在參考圖l,發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10是示意性描述的。發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)10包括燃燒空氣和燃料(空氣/燃料)混合物來提供驅(qū)動(dòng)扭矩的發(fā)動(dòng)
機(jī)12?？諝馔ㄟ^節(jié)氣門16進(jìn)入進(jìn)氣歧管14。節(jié)氣門16進(jìn)入進(jìn)氣歧管 M的空氣量。進(jìn)氣歧管14里的空氣通過進(jìn)氣閥(沒有顯示)被輸送到 氣缸18。盡管三氣缸18被圖解，然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的排放控制系 統(tǒng)可以應(yīng)用在具有多個(gè)氣缸18的發(fā)動(dòng)機(jī)中，包括但是不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個(gè)氣缸 燃料噴嘴(沒有顯示)噴射燃料，所述燃料在通過進(jìn)氣口 (沒有顯示)進(jìn)入氣缸18時(shí)與空氣混合。燃料噴嘴可以是聯(lián)合電子的 或者機(jī)械燃料噴射系統(tǒng)(沒有顯示)或者另外的用于將燃料與吸入空氣 混合的系統(tǒng)的噴嘴。燃料噴嘴被控制用來在每個(gè)氣缸18中輸送期望的 空氣/燃料比率。典型地，每14.7個(gè)單位的空氣輸送進(jìn)氣缸則一個(gè)單位 的燃料被輸送。 進(jìn)氣閥20選擇性地開啟或者關(guān)閉，使空氣/燃料混合物進(jìn) 入氣缸18.進(jìn)氣閥位置由進(jìn)氣凸輪軸22調(diào)節(jié)。活塞(沒有顯示)在氣缸 18中壓縮空氣/燃料混合物?；鸹ㄈ?沒有顯示)點(diǎn)燃空氣/燃料混合物 而且驅(qū)動(dòng)氣缸中的活塞?；钊?qū)動(dòng)曲軸24產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩。曲軸24使用 定時(shí)鏈條(沒有顯示)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)凸輪軸以調(diào)節(jié)進(jìn)氣和排氣閥20、 26的 時(shí)間。盡管顯示了單獨(dú)進(jìn)氣凸輪軸和單獨(dú)的排氣凸輪軸20、 28,但是單
的/ 5 。、 。 廢氣作為燃燒過程的產(chǎn)物在氣缸18中產(chǎn)生。當(dāng)排氣閥26 開啟的時(shí)候，廢氣被迫由排氣口 (沒有顯示)進(jìn)入排氣管29。在排出大 氣之前廢氣可以由排放處理系統(tǒng)(沒有顯示)處理。盡管描述了單獨(dú)的 進(jìn)氣和排氣閥門20、 26，發(fā)動(dòng)機(jī)12每個(gè)氣缸18包括多個(gè)進(jìn)氣和排氣閥 20、 26是能被理解的。 每個(gè)進(jìn)氣和排氣凸輪相位器30、 32分別調(diào)節(jié)每個(gè)進(jìn)氣和 排氣凸輪軸22、 28的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。更特別地，進(jìn)氣和排氣凸輪軸22、 28 的轉(zhuǎn)動(dòng)位置可以根據(jù)彼此或者根據(jù)氣缸18中活塞定位或者曲軸24的轉(zhuǎn) 動(dòng)位置，被延遲或者提前。在這種方式下，正時(shí)和/或進(jìn)氣和排氣闊門 20、 26的提升可根據(jù)彼此或者根據(jù)氣缸18中活塞定位或者曲軸24的轉(zhuǎn) 動(dòng)位置被改變。通過改變排氣閥26的提升位置，氣缸18中保持的排放 量可以被調(diào)節(jié)。 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10進(jìn)一步包括NOx傳感器34和控制模塊36.NOx傳感器34響應(yīng)廢氣并輸出指示排出發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物的水平的氮氧 化物信號(hào)(NOxSIGNAL) 。 NOx傳感器34通過化學(xué)的、光學(xué)的或者使用 其他方法判斷排出氣體。 控制模塊36接收NOxSIGNAL和基于預(yù)定的閾值范圍調(diào)節(jié) 排出發(fā)動(dòng)機(jī)的排放水平。閾值范圍可以由上部NOx水平值和下部N〇x 水平值確定。在調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器32之前,控制模塊36基于NOxSIGNAL 確定排放出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx水平，并且將比較排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx
水平和預(yù)定的閾值范圍(NOxTHR)作比較。NOxTHR由上部氮氧化物水平
值和下部氮氧化物水平值確定。當(dāng)排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx水平不在 NOxTHR里時(shí)，控制模塊36輸出凸輪相位器控制信號(hào)，該信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)地調(diào) 節(jié)排氣凸輪相位器32。排氣凸輪相位器32接收凸輪相位器控制信號(hào)并 轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器的位置(9exhaust cam )。凸輪相位器32的位 置提前或者/延遲排氣凸輪軸28開啟和/或關(guān)閉排氣閥26的時(shí)間?？刂?模塊36重復(fù)上述操作直到排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx水平落入NOxthr里。
控制模塊36可儲(chǔ)存eEXHAUST—cam在一個(gè)二維參考表里。 參考表可由預(yù)定的速度范圍(RPM)值和預(yù)定空氣流量吸入范圍(MAF) 值索引。當(dāng)排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx在NOxTHR里時(shí)，控制模塊36依據(jù)相 關(guān)的PRM值和相關(guān)的MAF值儲(chǔ)存0EXHAUST cam。 在接下來的驅(qū)動(dòng)模式 中，控制模塊36參照參考表，而且當(dāng)遇到類似的操作情況(即，類似
的速度和類似的負(fù)栽)的時(shí)候,基于"f諸存的0EXHAUST cam 控調(diào)節(jié)排氣凸
輪軸28。 例如，當(dāng)排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx水平超過NOxTHR，控制 模塊36輸出CamAov來提前排氣凸輪28。當(dāng)排氣凸輪軸關(guān)閉排氣閥26 的時(shí)候，在排氣沖程期間，排氣凸輪相位器32的提前使作用時(shí)間提前。 排氣閥26的關(guān)閉位置的提前阻止大量的廢氣從氣缸18逃出。保留的廢 氣稀釋空氣/燃料混合物而且降低燃燒溫度使低于 一 個(gè)氮結(jié)合氧生成氮 氧化物的點(diǎn)。結(jié)果，排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx水平被降低。 控制模塊36進(jìn)一步確定是否適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)&exhaust—cam。 特別地，在調(diào)節(jié)排放凸輪相位器32(NOxpre)之前，控制模塊36測量初始 的排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx水平。在調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器32之后，控制模 塊36重新測量在調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器32(NOxPosT)之后的氮氧化物水
平。當(dāng)NOxPOST超過NOxPRE,4空制沖莫》夾36 ，支定01;xhaust cam 被在錯(cuò)誤的
方向旋轉(zhuǎn)。在后來的排氣沖程中，控制模塊36調(diào)節(jié)排氣相位器32在相 反的方向旋轉(zhuǎn)。 現(xiàn)在參考圖2,—個(gè)流程表描述依據(jù)本發(fā)明通過控制系統(tǒng) 執(zhí)行的步驟。步驟200里，在基于NOxSIGNAL調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器 32(NOxPRE)之前，控制器確定排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的氮氧化物水平。在步驟202
里，控制器比較NOxPRE和NOxT服。當(dāng)NOxPRE超過NOxTHR，控制器基
于CanuDv提升eEXHAUST—CAM而且測量第二 NOx ( N〇xPOST )水平，隨后 在步驟204中，調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器32。否則，控制器返回到步驟200。 盡管流程圖描述初始前排氣凸4侖相位器32,然而可以理解本發(fā)明可以初 始延遲排氣凸輪相位器32。 在步驟26里，控制器比較NOxpost和NOxPRE而且確定是 否排氣凸輪相位器32的提前引起排出發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx水平的升高。如 果NOxpost低于NOxpre，然后在步驟208里，控制器比較NOxpost和 NOxTHR。否則，控制器進(jìn)行到步驟210。在步驟208里，控制器確定是
否NOxPost在NOxTHR里。當(dāng)NOxPQST在NOxT冊(cè)里時(shí)，控制器存儲(chǔ) eEXHAUST一cam而且控制器返回到步驟200。否則，控制器返回到步驟204
而且繼續(xù)提前排氣凸輪相位器32。 在步驟210里，控制器延遲排氣凸輪相位器32并重新測
量NOxPOst。在步驟212里，控制器比較NOxPOST和NOxT服。當(dāng)NOxP。st 在NOxT服里時(shí)，控制器存儲(chǔ)6EXHMJST—CAM，在步驟209，控制器返回到
步驟200。否則，控制器返回到步驟210,而且繼續(xù)調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器 32。 本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員從前述描述的本發(fā)明的主要技 術(shù)現(xiàn)在能意識(shí)到，本發(fā)明的大量的技術(shù)可以以各種形式被實(shí)踐。因此， 盡管這些發(fā)明已經(jīng)參考其特定示例被描述，然而本發(fā)明中的真實(shí)范圍不 應(yīng)該被限制，因?yàn)橥ㄟ^研究圖、說明書和所附的權(quán)利要求，其它修改對(duì) 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)排出帶有凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)的排放水平的控制系統(tǒng)，所述凸輪軸關(guān)聯(lián)廢氣閥和與凸輪軸交界的凸輪相位器，控制系統(tǒng)包括NOX傳感器，它響應(yīng)廢氣中的氮氧化物(NOX)產(chǎn)生NOX信號(hào)；以及與凸輪相位器通信的控制模塊，控制模塊接收NOX信號(hào)，而且基于NOX信號(hào)計(jì)算廢氣中NOX水平，比較NOX水平與預(yù)定的閾值范圍，而且當(dāng)NOX水平超過所述預(yù)定的閾值范圍時(shí)，調(diào)節(jié)凸輪相位器獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位置來從發(fā)動(dòng)機(jī)里釋放期望的氮氧化物水平，并且當(dāng)NOX水平在所述預(yù)定閾值范圍之內(nèi)的時(shí)候，基于所述轉(zhuǎn)動(dòng)位置，存儲(chǔ)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位置值在存儲(chǔ)裝置中，其中，在轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸的時(shí)候，當(dāng)凸輪軸開啟廢氣閥時(shí)，凸輪相位器的轉(zhuǎn)動(dòng)位置控制致動(dòng)時(shí)間。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng),其中，所述排氣閥位置確定排出發(fā) 動(dòng)機(jī)的所述廢氣的量。
3. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng),其中，所述預(yù)定閾值范圍限定為 具有一個(gè)上部NOx水平值和一個(gè)下部NOx水平值。
4. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng),其中，所述存儲(chǔ)設(shè)備包括二維參 考表，該參考表能由預(yù)定速度范圍(RPM)值和預(yù)定空氣流量范圍(MAF)值索引。
5. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng),其中，所述控制模塊依據(jù)所述參 考表里相應(yīng)的速度值和相應(yīng)的負(fù)載值，基于所述轉(zhuǎn)動(dòng)位置，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)位 置值。
6. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在包含在所述參 考表里的相應(yīng)速度和相應(yīng)負(fù)載下操作時(shí)，所述控制模塊基于包含在所述 參考表里的轉(zhuǎn)動(dòng)位置值，調(diào)節(jié)凸輪相位器的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
7. —種調(diào)節(jié)帶有凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)排放水平的方法，所述凸輪軸關(guān)聯(lián) 廢氣閥和與凸輪軸交界的凸輪相位器，該方法包括測量廢氣中氮氧化物(NOx)的水平； 將所述NOx水平和預(yù)定閾值范圍進(jìn)行比較；在凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)期，當(dāng)凸輪軸開啟和關(guān)閉排氣閥時(shí)，調(diào)節(jié)調(diào)整致動(dòng) 時(shí)間的凸輪相位器的轉(zhuǎn)動(dòng)位置以從發(fā)動(dòng)機(jī)釋放期望的NOx水平；其中，當(dāng)所述NOx水平超過所述預(yù)定閾值范圍時(shí)，所述凸輪相位器 調(diào)節(jié)^皮啟動(dòng)；并且存儲(chǔ)凸輪相位器的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，從發(fā)動(dòng)機(jī)釋放期望的NOx水平。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括，調(diào)節(jié)所述排氣閥的開啟 和關(guān)閉位置，來調(diào)節(jié)所述排出發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的量。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括，基于所述轉(zhuǎn)動(dòng)位置，在 二維參考表里存儲(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)位置值，所述參考表能由預(yù)定速度范圍(RPM) 值和預(yù)定空氣流量范圍(MAF)值索引。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括，依據(jù)包含在所述參考 表里的相應(yīng)的速度值和相應(yīng)的負(fù)載值儲(chǔ)存所述轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在包含在所 述參考表里的相應(yīng)的速度值和相應(yīng)的負(fù)載值的情況下操作時(shí)，基于包含 在所述參考表里的轉(zhuǎn)動(dòng)位置值，調(diào)節(jié)凸輪相位器的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
12. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述預(yù)定閾值范圍限定為具 有一個(gè)上部氮氧化物水平值和一個(gè)下部氮氧化物水平值。
全文摘要
調(diào)節(jié)排出發(fā)動(dòng)機(jī)的排放水平的控制系統(tǒng)，包括NO_X傳感器，它響應(yīng)廢氣中的氮氧化物(NO_X)產(chǎn)生一個(gè)NO_X信號(hào)，以及與凸輪相位器通信的控制模塊。在轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸的時(shí)候，當(dāng)凸輪軸開啟廢氣閥時(shí)，凸輪相位器的轉(zhuǎn)動(dòng)位置控制致動(dòng)時(shí)間?？刂颇K接收NO_X信號(hào)，而且基于NO_X信號(hào)計(jì)算廢氣中NO_X水平。控制模塊比較NO_X水平與預(yù)定的閾值范圍，而且當(dāng)NO_X水平超過預(yù)定的閾值范圍時(shí)調(diào)節(jié)凸輪相位器獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位置來從發(fā)動(dòng)機(jī)里釋放期望的氮氧化物。當(dāng)NO_X水平在預(yù)定閾值范圍之內(nèi)的時(shí)候，控制模塊存儲(chǔ)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位置值在存儲(chǔ)裝置中。
文檔編號(hào)F01L1/34GK101182788SQ20071018705
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者V·魯伊斯 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司