專利名稱：具有可變凸輪相位器的發(fā)動機的自適應NOx排放控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車的排放控制系統(tǒng)，尤其涉及降低排放物中的氮氧化 物的排放控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)動機運行包括產(chǎn)生廢氣的燃燒過程。在燃燒過程中，空氣和燃料 (空氣/燃料)混合物在氣缸內(nèi)燃燒以驅(qū)動活塞?；钊尚D(zhuǎn)地驅(qū)動曲軸， 曲軸最終使一根或多根凸輪軸旋轉(zhuǎn)。燃燒產(chǎn)生廢氣并且其從氣缸排入排或關(guān)閉位置來調(diào)整排出的廢氣量。廢氣可包含殘留物，如氮氧化物 (NOx)和一氧化碳(CO)。在排氣沖程期間保留在氣缸中的廢氣，也稱之為廢氣滯留，在接下 來的燃燒沖程期間燃燒更高水平的NOx并且可降低發(fā)動機排出的排放 物的水平。特別地，保留在氣缸燃燒室中的廢氣稀釋了空氣/燃料混合物 并且減慢了燃燒率。降低的燃燒率引起升高的燃燒室溫度達更長時間段 并且燃燒更多量的NOx以降低排放。可通過調(diào)節(jié)排氣凸輪軸的旋轉(zhuǎn)位置以改變排氣門正時從而實現(xiàn)廢 氣滯留。氣門正時決定了排氣沖程期間保留在氣缸中的廢氣量。在不同 轉(zhuǎn)速和負荷下保留的NOx的水平是預定的并且編程在靜態(tài)參考表中。 盡管設(shè)計差異和部件損耗會影響發(fā)動機運行，但廢氣滯留通常限于在靜 態(tài)參考表。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明提供一種用于調(diào)節(jié)具有與排氣門關(guān)聯(lián)的凸輪軸以及與 凸輪軸相互作用的凸輪相位器的發(fā)動機排出的排放物水平的控制系統(tǒng)。 該控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生與廢氣中的氮氧化物(NOx )相對應的NOx信號的 NOx傳感器和與凸輪相位器通信的控制模塊。該控制模塊接收NOx信 號，并且根據(jù)該NOx信號計算廢氣中的NOx水平。該控制模塊將NOx 水平與預定的閥值范圍作比較，并且在NOx水平大于預定閾值范圍時調(diào)節(jié)凸輪相位器從而獲得從發(fā)動機排出期望NOx水平的旋轉(zhuǎn)位置。當 NOx水平在預定閾值范圍之內(nèi)時該控制模塊將基于凸輪相位器的旋轉(zhuǎn) 位置的旋轉(zhuǎn)位置值存儲在存儲裝置中。凸輪相位器的旋轉(zhuǎn)位置控制在凸 輪軸旋轉(zhuǎn)期間凸輪軸打開排氣門的驅(qū)動時間。在一個特征中，排氣門位置決定發(fā)動機排出的廢氣量。 在另 一個特征中，預定閾值范圍定義為具有上NOx水平值和下NOx 水平值。在又一個特征中，存儲裝置包括二維參考表，該參考表由一定范圍 的預定轉(zhuǎn)速(PRM)值和一定范圍的預定質(zhì)量空氣流量(MAF)值作索 引。還在另一個特征中，該控制模塊根據(jù)包含在參考表中的對應轉(zhuǎn)速值 和對應負荷值存儲基于旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置值。在又一個特征中，當發(fā)動才幾在參考表所包含的對應轉(zhuǎn)速和對應負荷 下運行時，該控制模塊根據(jù)包含在參考表中的旋轉(zhuǎn)位置值調(diào)節(jié)凸輪相位 器的旋轉(zhuǎn)位置。


從詳細描述和附圖中可以更完整地理解本發(fā)明，其中 圖1是發(fā)動機控制系統(tǒng)的原理框圖，該系統(tǒng)提供根據(jù)本發(fā)明使用 NOx傳感器的排放控制系統(tǒng)；和圖2是流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的排放控制系統(tǒng)所執(zhí)行的步驟。
具體實施方式
下列描述實際上只是示例性的并且決不意圖限制本發(fā)明、其應用或 用途。為了清楚起見，附圖中用相同的附圖標記表示相同的部件。本文 所用的術(shù)語模塊是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多 種軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的或成組的)和存儲器、組 合邏輯電路、或其它的提供所述功能的適當部件?，F(xiàn)在參照圖1，示意性地示出了發(fā)動^L系統(tǒng)10。發(fā)動才幾系統(tǒng)10包 括發(fā)動機12，該發(fā)動機燃燒空氣和燃料(空氣/燃料)混合物以產(chǎn)生驅(qū) 動轉(zhuǎn)矩?？諝饨?jīng)過節(jié)氣門16被吸入進氣歧管14。節(jié)氣門16調(diào)節(jié)進入進 氣歧管M的質(zhì)量空氣流量。進氣歧管14內(nèi)的空氣經(jīng)過進氣門(未示出)分配入氣缸18。盡管只示出三個氣缸18，但可以預見，本發(fā)明的排放 控制系統(tǒng)可以在具有多個氣缸18如但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和 12個氣缸的發(fā)動機中執(zhí)行。燃料噴射器(未示出)噴射燃料，燃料在經(jīng)過進氣口 (未示出)被 吸入氣缸18時與空氣結(jié)合。燃料噴射器可以是與電子式或機械式燃料 噴射系統(tǒng)(未示出)，或其它的用于混合燃料與進氣的系統(tǒng)相關(guān)的噴射 器。燃料噴射器受到控制以在每個氣缸18內(nèi)供給所需的空氣/燃料比。 通常，對每14.7個單位的空氣供給一個單位燃料到氣缸內(nèi)。進氣門20選擇性地打開和關(guān)閉以使空氣/燃料混合物能夠進入氣缸 18。進氣門位置由進氣凸輪軸22調(diào)整?；钊?未示出)在氣缸18內(nèi)壓 縮空氣/燃料混合物。火花塞(未示出)點燃空氣/燃料混合物的燃燒并 且驅(qū)動氣缸18內(nèi)的活塞?；钊?qū)動曲軸24以產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。曲軸24 使用正時鏈條(未示出)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動凸輪軸以調(diào)節(jié)進、排氣門20、 26 的正時。盡管只示出單個進氣凸輪軸和單個排氣凸輪軸22、 28,但可以 預見，可以只使用單凸輪軸或者雙進氣凸輪軸和雙排氣凸輪軸。作為燃燒過程的結(jié)果，在氣缸18內(nèi)產(chǎn)生廢氣。當排氣門26處于打 開位置時，廢氣被迫排出排氣口 (未示出)進入排氣歧管29。可以在廢 氣進入大氣之前用廢氣處理系統(tǒng)(未示出)對其進行處理。盡管只示出 單個進、排氣門20、 26, ^旦可以預見，發(fā)動沖幾12的每個氣缸18可以具 有多個進、排氣門20、 26。進、排氣凸輪相位器30、 32分別調(diào)整進、排氣凸輪軸22、 28的旋 轉(zhuǎn)位置。更具體地，進、排氣凸輪軸22、 28的旋轉(zhuǎn)位置可以相對于彼 此或者相對于氣缸18內(nèi)的活塞的位置或曲軸24的旋轉(zhuǎn)位置延遲和/或提 前。通過這種方式，進、排氣門20、 26的正時和/或升程可以相對于彼 此或者相對于氣缸18內(nèi)的活塞的位置進行變化。通過改變排氣門26的 升程位置，就能調(diào)節(jié)保留在氣缸18內(nèi)的廢氣量。發(fā)動機系統(tǒng)lO還包括NOx傳感器34和控制模塊36。 NOx傳感器 34響應于廢氣并且輸出代表發(fā)動機12排出的NOx的水平的NOx信號 (NOxSIUNAL)。該NOx傳感器34可以用化學、光學或其它方式檢測廢控制模塊36接收NOXSKJNAL并且根據(jù)預定閾值范圍調(diào)節(jié)發(fā)動機12排出的排放物的水平。閾值范圍可定義為具有上NOx水平值和下NOx水平值。在調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器32之前，控制模塊36根據(jù)NOxSIGNAL 確定發(fā)動機12排出的NOx的水平并且將發(fā)動機12排出的NOx的水平與預定閾值范圍(NOXTHR)作比較。NOXTHR可定義為具有上NOX水平值和下NOx水平值。當發(fā)動機12排出的NOx的水平不在NOxthr之內(nèi) 時，控制模塊36輸出凸輪相位器控制信號，其可旋轉(zhuǎn)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并且可旋轉(zhuǎn)地 調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器位置(6EXhaust_cam )。凸輪相位器32的位置提前 和/或延遲排氣凸輪軸28打開和/或關(guān)閉排氣門26的驅(qū)動時間?？刂颇?塊36重復上述操作直到發(fā)動機12排出的NOx的水平在NOxthr之內(nèi)。控制模塊36可以在二維參考表中存儲eEXHAUST_CAM。該參考表可以由預定范圍的轉(zhuǎn)速(PRM)值和預定范圍的質(zhì)量空氣流量(MAF)值作 索引。當發(fā)動機12排出的NOx在NOxTHR之內(nèi)時，控制模塊36就根據(jù) 相關(guān)RPM值和相關(guān)MAF值存<諸9exhaust cam。 控制模塊36可以在以后和類似負;)4可以4據(jù)存儲的eEXHAUST_cAM調(diào)節(jié)排氣凸輪軸28 。例如，當發(fā)動機12排出的NOx的水平大于NOxTHR時，控制模塊 36輸出CamADV以提前排氣凸輪軸28。在排氣沖程期間提前排氣凸輪相 位器32就提前了排氣凸輪軸關(guān)閉排氣門26的驅(qū)動時間。提前排氣門26 的關(guān)閉位置防止一定量的廢氣逸出氣缸18。保留的廢氣稀釋了空氣/燃 料混合物并且降低了燃燒溫度，使之低于氮氣與氧氣結(jié)合生成NOx的 溫度點。因此，可以降低發(fā)動機12排出的NOx的水平?？刂颇K36還可以確定是否正確調(diào)節(jié)了 6exhaust cam。 具體地，在 調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器32之前控制模塊36測量發(fā)動機12排出的NOx的 初始水平(NOxpRE)。在調(diào)節(jié)了排氣凸輪相位器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之后的NOx的水平(NOxposT)。當 NOxpost大于NOxpRE時，控制才莫塊32才尤^叚定9exhaust cam 是在錯誤的 方向旋轉(zhuǎn)。在接下來的排氣沖程期間，控制模塊36在相反方向上調(diào)節(jié) 排氣凸輪相位器32的旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在參照圖2,流程圖示出了本發(fā)明的控制系統(tǒng)所執(zhí)行的步驟。在 步驟200處，控制根據(jù)NOxsK]nal確定調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器32之前的發(fā) 動機12排出的NOx的水平(NOxPRE )。在步驟202處，控制比較NOxPRE 與NOxTHR。當NOxpre大于NOxTHR時，在步驟204處，控制根據(jù)CamADV提前0EXHAUST cam 并且測量調(diào)節(jié)了排氣凸輪相位器32之后的NOX的第二水平(NOxposT)。否則，控制返回步驟200。盡管流程圖描述了一開 始就提前排氣凸輪相位器32,但可以預見，本發(fā)明可以一開始就延遲排 氣凸輪相位器32。在步驟206處，控制比較NOxpost與NOxpRE并且確定提前排氣凸 輪相位器32是否引起了發(fā)動機12排出的NOx的水平的降低。如果 NOxpost小于NOxpRE，控制就在步驟208處比較NOxp。st與NOx麗。 否則，控制就繼續(xù)到步驟210。在步驟208處，控制確定NOxpost是否在NOXthr之內(nèi)。當NOXpost在NOX丁hr之內(nèi)時，控制存儲0EXHAUST—cam并且控制返回步驟200。否則，控制返回步驟204并且繼續(xù)提前排氣凸 輪相位器32。在步驟210處，控制延遲排氣凸輪相位器32并且重新測量NOxpost。 在步驟212處，控制比較NOxpost與NOxthr,當NOxp。st在NOx丁hr之 內(nèi)時，控制在步驟209處存儲eEXHAUST_CAM，并且控制返回步驟200。 否則，控制返回步驟210并且繼續(xù)調(diào)節(jié)排氣凸輪相位器32?，F(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從上文的描述知道，可以以多種形式實施 本發(fā)明的寬泛教導。因此，盡管本文用特殊例子來描述本發(fā)明，但是， 本發(fā)明的實際范圍不會因此受到限制，因為對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說通過 研究附圖、說明書和權(quán)利要求可以很明顯地得到其它變型。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)具有與排氣門關(guān)聯(lián)的凸輪軸以及與該凸輪軸相互作用的凸輪相位器的發(fā)動機排出的排放物水平的控制系統(tǒng)，包括響應于廢氣中的氮氧化物(NOx)產(chǎn)生NOx信號的NOx傳感器；和與凸輪相位器通信的控制模塊，控制模塊接收所述NOx信號，根據(jù)所述NOx信號計算所述廢氣中的NOx水平，將所述NOx水平與預定的閾值范圍作比較，在所述NOx水平大于所述預定閾值范圍時調(diào)節(jié)凸輪相位器從而獲得從發(fā)動機排出期望NOx水平的旋轉(zhuǎn)位置，并且在所述NOx水平在所述預定閾值范圍之內(nèi)時將基于所述旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置值存儲在存儲裝置中，其中，凸輪相位器的所述旋轉(zhuǎn)位置控制在凸輪軸旋轉(zhuǎn)期間凸輪軸打開排氣門的驅(qū)動時間。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述排氣門位置確定發(fā)動機排出的所述廢氣的量。
3. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述預定閾值范圍定義 為具有上NOx水平值和下NOx水平值。
4. 如權(quán)利要求1所迷的控制系統(tǒng)，其中，所述存儲裝置包括二維 參考表，該參考表由一定范圍的預定轉(zhuǎn)速(PRM)值和一定范圍的預定 質(zhì)量空氣流量(MAF)值作索引。
5. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制模塊根據(jù)包含 在所述參考表中的對應轉(zhuǎn)速值和對應負荷值存儲基于所迷旋轉(zhuǎn)位置的 旋轉(zhuǎn)位置值。
6. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，當發(fā)動機在所述參考表 所包含的對應轉(zhuǎn)速和對應負荷下運行時，所述控制模塊根據(jù)包含在所述 參考表中的旋轉(zhuǎn)位置值調(diào)節(jié)凸輪相位器的旋轉(zhuǎn)位置。
7. —種用于調(diào)節(jié)具有與排氣門關(guān)聯(lián)的凸輪軸以及與該凸輪軸相互 作用的凸輪相位器的發(fā)動機排出的排放物水平的方法，包括測量與廢氣相關(guān)的氮氧化物(NOx)的水平； 將所述NOx水平與預定的閾值范圍作比較；調(diào)節(jié)凸輪相位器的旋轉(zhuǎn)位置，該凸輪相位器調(diào)節(jié)在凸輪軸旋轉(zhuǎn)期間 凸輪打開和關(guān)閉排氣門的驅(qū)動時間以從發(fā)動機排出期望的NOx水平， 其中，所迷凸輪相位器調(diào)節(jié)在所述NOx的水平大于所述預定閾值范圍時開始；和存儲從發(fā)動機排出期望的NOx水平時的凸輪相位器的旋轉(zhuǎn)位置。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括調(diào)節(jié)排氣門的所述打開和關(guān) 閉位置以調(diào)節(jié)發(fā)動機排出的所述廢氣的量。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在二維參考表中存儲基于所 述旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置值，該參考表由一定范圍的預定轉(zhuǎn)速(PRM)值 和一定范圍的預定質(zhì)量空氣流量(MAF)值作索引。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括根據(jù)包含在所述參考表中的 對應轉(zhuǎn)速值和對應負荷值存儲所述旋轉(zhuǎn)位置值。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括當發(fā)動機在包含在所述參考 表中的對應轉(zhuǎn)速和對應負荷下運行時，根據(jù)包含在所述參考表中的旋轉(zhuǎn) 位置值調(diào)節(jié)凸輪相位器的旋轉(zhuǎn)位置。
12. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述預定閾值范圍定義為具 有上NOx水平值和下NOx水平值。
全文摘要
一種用于調(diào)節(jié)發(fā)動機排出的排放物水平的控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生與廢氣中的氮氧化物(NOx)相對應的NOx信號的NOx傳感器和與凸輪相位器通信的控制模塊。凸輪相位器的旋轉(zhuǎn)位置控制在凸輪軸旋轉(zhuǎn)期間凸輪軸打開排氣門的驅(qū)動時間。該控制模塊還接收NOx信號，并且根據(jù)該NOx信號計算廢氣中的NOx水平。該控制模塊將NOx水平與預定的閾值范圍作比較，并且在NOx水平大于預定閾值范圍時調(diào)節(jié)凸輪相位器從而獲得從發(fā)動機排出期望NOx水平的旋轉(zhuǎn)位置。當NOx水平在預定閾值范圍之內(nèi)時該控制模塊將旋轉(zhuǎn)位置存儲在存儲裝置中。
文檔編號F02D45/00GK101240722SQ200810005480
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者V·魯伊斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司